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s/irl/Ir/gi

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H2Giga: Serienproduktion von Elektrolyseuren im Gigawatt-Bereich, Teilvorhaben: Aufbau eines Materialflusses für die Serienproduktion von PEM Elektrolyseuren - Anpassung und Vorbeugung von Engpässen in den Aufarbeitungskapazitäten für Pt- & Ir-Materialströmen, sowie Schließung des Kreislaufs durch die Katalysatorherstellung

H2Giga_NG2_StacIE: Industrialisierung PEM Elektrolyse, Teilvorhaben: Elektrodenmaterial- und Elektrodenbeschichtungsentwicklung unter Berücksichtigung einer Reduzierung des Iridiumgehalts

Export von organischem Kohlenstoff aus Islands Gletschern: Quantifizierung, Herkunft und Kohlenstoffflüsse in Gletscherbächen

Gletscher sind bedeutende Speicher organischen Kohlenstoffs (OC) und tragen zum Kohlenstofffluss vom Festland zum Meer bei. Aufgrund des Klimawandels wird eine Intensivierung dieser Flüsse erwartet. Der Export von OC aus Gletschern wurde weltweit in verschiedenen Regionen quantifiziert, trotzdem liegen keine vergleichbaren Daten für Island vor, obwohl sich dort die größte europäische außerpolare Eiskappe befindet. Um die globalen Prognosen der glazialen Kohlenstofffreisetzung zu verbessern, ist es das Ziel dieses Pilotprojektes, den Export von gelöstem und partikulärem organischen Kohlenstoff (DOC, POC) aus Islands Gletschern erstmalig zu quantifizieren und neue Kooperationen mit isländischen Wissenschaftler/innen für gemeinsame zukünftige Forschungsprojekte aufzubauen. Hierzu werden 4 Feldkampagnen zu unterschiedlichen Jahreszeiten sowie Treffen mit isländischen Kollegen/innen durchgeführt. In jeder Feldkampagne werden von 23 Gletschern der Eiskappen Vatnajökull, Langjökull, Hofsjökull, Myrdalsjökull und Snaeellsjökull Eisproben entnommen, um die biogeochemische Diversität des glazialen OC zu charakterisieren sowie dessen Export in Verbindung mit Massenbilanzen zu quantifizieren. In Gletscherbächen werden Wasserproben entnommen, um den Austrag von OC direkt am Gletschertor zu bestimmen sowie die Kohlenstoffflüsse entlang von 6 Gletscherbächen mit unterschiedlicher Länge (2 km bis 130 km) beginnend am Gletschertor bis zur Mündung zu untersuchen. Wie sich der Gletscherrückgang langfristig auf ein Gletscherbachökosystem auswirkt, wird durch die taxonomische Bestimmung von Makroinvertebraten im Vergleich zur Bestimmung von Prof. Gíslason aus dem Jahre 1997 beurteilt. Gleichzeitig werden in diesem Gletscherbach Wasserproben zum eDNA-Barcoding entnommen, um eine rasche und gering invasive Methode zur laufenden Beobachtung des zukünftigen Einflusses der Gletscherrückgang zu entwickeln. Vor Ort werden Wassertemperatur, elektr. Leitfähigkeit, pH-Wert, gelöster Sauerstoff, Trübung und Chlorophyll alpha gemessen. Innovative Labormethoden (HPLC, DNA-Barcoding, Picarro, GC, TOC) werden zur Analyse des OC im Eis und Wasser (DOC, DIC, POC, Fluoreszenz, Absorption), der Nährstoffe (P-PO4, N-NO3, N-NO2, N-NH4), stabiler Isotope (18O, 2H), Chlorophyll alpha, CO2 und aquatischen Organismen eingesetzt. Die Anwendung statistischer Methoden (Faktorenanalyse, Hauptkomponentenanalyse) basierend auf Anregungs- und Emissionsmatrizen erlauben die Quellen des OC im Gletschereis sowie -schmelzwasser zu bestimmen und die räumliche Vielfalt des OC zu erklären. Das gewonnene Wissen wird zur Verbesserung globaler Prognosen glazialer Kohlenstofffreisetzung beitragen sowie einen intensiven Einblick in das glaziale Ökosystem geben. Für die antragstellenden Nachwuchswissenschaftler/innen entstehen vielversprechende Kooperationen mit isländischen Wissenschaftlern/innen, fokussierend auf die zeitlichen sowie räuml. Aspekte der glazialen Kohlenstoffflüsse sowie das Ökosystem Gletscher

Kern-Schale Katalysatorsysteme für geringe Edelmetallbeladungen, hohe Umwandlungseffizienzen und hohe Lebensdauern in der Wasserelektrolyse mit saurer Polymerelektrolytmembran, Teilvorhabenbeschreibung: Computergestützte Vorhersage Stabiler Kern-Schale Konfigurationen

Ziel dieses Teilprojekts ist das Screening von Kern-Schale Grenzflächen nach thermodynamisch stabilen Materialkombinationen durch atomistische Simulationen. Für die rigorose Bestimmung der entsprechenden Grenzflächenenergien müssen unterschiedliche Facetten und Terminierungen aller Materialien (oxidisches Titan, Tantal, Zinn, Niob und Iridium) berücksichtigt werden. Zudem ist die Bestimmung der genauen Grenzflächenstruktur ein komplexes globales Optimierungsproblem. Um diese Fragestellung zu lösen, sollen im Rahmen dieses Arbeitspaketes hochgenaue reaktive Kraftfelder für die Zielmaterialien entwickelt werden. Dies wird durch maschinelles Lernen (ML) auf Basis von Dichtefunktionaltheorie (DFT) Trainingsdaten erfolgen. Da diese Kraftfelder 3-4 Größenordnungen schnellere Simulationen als DFT ermöglichen kann die strukturelle Diversität der Grenzflächen (inklusive der Berücksichtigung von Defekten und Fehlstellen) auf diese Weise ausführlich erkundet werden.

Kern-Schale Katalysatorsysteme für geringe Edelmetallbeladungen, hohe Umwandlungseffizienzen und hohe Lebensdauern in der Wasserelektrolyse mit saurer Polymerelektrolytmembran, Teilvorhaben: Synthese von Supportstrukturen bei definierter Einstellung der Partikelgrößen

Das Projekt KernKat adressiert die Verknappung von Iridium, das für die Sauerstoffentwicklungsreaktion in der Polymerelektrolytmembran-Wasserelektrolyse (PEMWE) unerlässlich ist. Eine Reduktion des Iridiumgehalts im Katalysatormaterial ist entscheidend. Die elektrische Leitfähigkeit der Katalysatoren spielt hierbei eine zentrale Rolle. Um dies zu erreichen, werden Kern- Schale-Systeme entwickelt, bei denen Iridium eine zusammenhängende Schale auf oxidischen Trägermaterialien bildet. KernKat zielt darauf ab, Katalysatorsysteme für die Sauerstoffentwicklungsreaktion im industriellen Maßstab zu erforschen und zu entwickeln, die auch bei niedrigen Iridiumbeladungen effizient arbeiten. Im Teilprojekt der TU München werden vielversprechende oxidische Trägermaterialien entwickelt und modifiziert, um ihre Leitfähigkeit zu optimieren und eine Skalierung zu ermöglichen. Diese Materialien werden in spezifischen Anwendungen getestet und von den Projektpartnern weiterverwendet.

Kern-Schale Katalysatorsysteme für geringe Edelmetallbeladungen, hohe Umwandlungseffizienzen und hohe Lebensdauern in der Wasserelektrolyse mit saurer Polymerelektrolytmembran, Teilvorhaben: Synthesedesign von aktiven und stabilen Kern-Schale Katalysatoren mit niedriger Ir-Beladung

Die Hauptproblematik in der Polymerelektrolytmembran (PEMWE) liegt in der begrenzten Verfügbarkeit von Iridium als unersetzlichem Katalysatormaterial für die Sauerstoffentwicklungsreaktion. Um diesem Engpass entgegenzuwirken, setzt das KernKat-Projekt auf die Reduzierung des Iridiumgehalts im Katalysatormaterial. Das Ziel besteht darin, Katalysatormaterialien mit niedriger Edelmetallbeladung zu entwickeln, die gleichzeitig hohe Umwandlungseffizienzen, Lebensdauern, Skalierbarkeit und Konformität mit den Herstellungsprozessen aufweisen, indem Kern-Schale Systeme geschaffen werden. Das KernKat-Projekt zielt darauf ab, die nächste Generation von Katalysatorsystemen für die PEMWE im Industriemaßstab zu erforschen. Es entwickelt spezielle Katalysatoren für niedrige Edelmetallbeladungen, wobei die Entwicklungsstrategie auf zwei Hauptzielen basiert: die Aufrechterhaltung der elektrischen Leitfähigkeit bei geringer Iridiumbeladung und die Entwicklung thermodynamisch hochstabiler Katalysatorsysteme zur Lebensdauererhöhung. Diese Ziele werden durch die gezielte Untersuchung der thermodynamischen Stabilität von Kern-Schale Systemen erreicht. Das Projekt baut auf dem Erfolg des Vorgängerprojekts HoKaWe auf und integriert Expertise von Umicore sowie Forschungspartnern wie HI ERN, FAU, TUM und Universität Bayreuth. Die Performance-Bewertung erfolgt durch HI ERN, während Bosch die besten Katalysatorsysteme im industriellen Maßstab bewertet. KernKat verfolgt einen umfassenden Ansatz, um von der Grundlagenforschung bis zur industriellen Anwendung innovative Katalysatoren für die Energiewende und den deutschen Industriestandort zu entwickeln. KernKat verfolgt die Entwicklung innovativer Katalysatoren für PEMWE Katalysatorschichten mit Fokus auf Sektorkopplung, Wasserstofftechnologien und industrielle Maßstäbe, um entscheidende Beiträge zur Kostenreduktion und Lebensdauererhöhung zu leisten und Deutschlands Rolle als führender Anbieter für Wasserstofftechnologien bis 2030 zu sichern.

Optimierte Eisen-Biokohle-Komposite zum Abbau von halogenierten Verbindungen in Umweltmedien: Synthese-Strategien und Reaktionsmechanismen

Die rasante Urbanisierung und Industrialisierung in den vergangenen Jahrzehnten hat zu einer Vielzahl von Umweltkontaminationen mit halogenierten organischen Verbindungen (HOCs) sowohl in China als auch Europa geführt. Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, neue Erkenntnisse und ein vertieftes Prozessverständnis für die Synthese von biobasierten nFe(0)/Pd/C-Kompositen und deren Reaktionen mit HOCs in der Grundwasserreinigung zu gewinnen. Dies beinhaltet die Identifizierung von Synthese-optionen für Partikel mit maßgeschneiderten und verbesserten Eigenschaften mithilfe der Hydrothermalen Karbonisierung (HTC). Ein tiefgreifendes mechanistisches Verständnis der beteiligten Prozesse, d.h. Sorption, Reaktion und Transport reaktiver Spezies so-wie Katalyse sowie deren Synergien dient einer zielgerichteten Optimierung der Partikel und der Erkundung ihrer Anwendungsgebiete. Die nFe(0)/Pd/C-Komposite sollen speziell für die in-situ Grundwasserreinigung geeignet sein und verbesserte Eigenschaften insbesondere für solche Anwendungsfälle besitzen, bei denen bekannte Konzepte der in-situ-Sanierung mit Nanopartikeln (Nanoremediation) nicht greifen. Die synergistische Kombination verschiedener Wirkprinzipien erlaubt Multikatalyse-Prozesse sowie die sequentielle Behandlung von verschiedenen Kontaminanten. Zunächst werden verschiedene Optionen für die Einbettung von Metallen in oder auf die Kohlepartikel untersucht, die erhaltenen Produkte detailliert durch physikalisch-chemische Methoden charakterisiert und auf ihre Reaktivität getestet. Danach werden Reaktionen in Batch-Ansätzen für die Aufklärung der zugrundeliegenden Mechanismen, wie das Zusammenspiel von Pd, Kohleoberfläche und Fe-Spezies, der beteiligten Reaktionswege und reaktiven Spezies, durchgeführt. Weiterhin werden Optionen für Multikatalyse und sequentielle Reduktions-/Oxidationsprozesse untersucht. Abschließend werden die entwickelten Materialien und Prozesse im Labor für die Behandlung von Wasser von kontaminierten Standorten in Deutschland und China erprobt. Dieses kooperative Forschungsvorhaben von chinesischen und deutschen Partnern wird zu einem signifikanten Fortschritt in der Sanierungsforschung für industriell kontaminierte Standorte, insbesondere auch in China, führen.

Forschergruppe (FOR) 2131: Datenassimilation in terrestrischen Systemen; Data Assimilation for Improved Characterisation of Fluxes across Compartmental Interfaces, Teilprojekt: Wert von Grundwasserdaten in der Assimilation des Grundwasser-Boden-Landoberflächen Komplexes

Das Projekt untersucht (a) ob und wie Grundwasserbeobachtungen und die Bestimmung von Aquifereigenschaften die Schätzung und Vorhersage durch Datenassimilation des gekoppelten Atmosphären-Oberflächen-Untergrund-Systems verbessern sowie (b) ob und wie die Aktualisierung von Zuständen und Eigenschaften benachbarter Kompartimente die Schätzung der Zustände im Grundwasserkompartiment verbessert. Wir erwarten einen Nutzen durch die konsistente Behandlung von Flüssen über die Grenzen des Grundwasserleiters zu allen benachbarten Kompartimenten innerhalb des gekoppelten Modellrahmens. Die Einbindung benachbarter Kompartimente erhöht jedoch den rechnerischen Aufwand und trägt zur konzeptionellen und parametrischen Unsicherheit bei. Darüber hinaus können sich die räumlichen und zeitlichen Skalen benachbarter Kompartimente unterscheiden. Das Projekt wird die beste Strategie für die Aktualisierung der Grundwasserzustände und -parameter sowohl in schwach als auch stark gekoppelten Datenassimilations-Umgebungen auf der Basis von TerrSysMP-PDAF entwickeln.

Bestimmung von Edelmetallen und ihren Spezies in biologischen Proben mittels Atomfluoreszenzspektrometrie, Laserablation mit ICP-MS und Atomabsorptionsspektrometrie

Die anthropogene Verbreitung der Edelmetalle durch die Nutzung vornehmlich als Katalysator in der chemischen Industrie und in Kraftfahrzeugen hat bereits zu messbaren Veraenderungen der Edelmetallgehalte in Umweltproben gefuehrt. Ein systematischer Ueberblick ueber die Veraenderungen und deren Auswirkungen auf Lebewesen ist noch nicht machbar, da zu wenige Untersuchungen vorliegen. Fuer das Element Platin sind, zumindest fuer die Verbreitung in der Umwelt, einige Aussagen verfuegbar. Fuer die Metalle Palladium, Rhodium und Iridium sind Untersuchungen nur ansatzweise zu finden. Praktisch keine Aussagen sind ueber die Bindungszustaende zu erhalten. Angaben ueber die vorkommenden Metallspezies sind aber fuer die Kenntnis der Wirkungsmechanismen dieser Metalle auf Lebewesen wichtig. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung von Umweltproben, speziell biologischer Proben, bezueglich ihrer Gehalte an Edelmetallen und deren Spezies.

Ir-arme hocheffiziente MEA für PEM Elektrolysestack im MW-Bereich, Teilvorhaben Katalysatorskalierung und Katalysatoroptimierung, Verbundkoordination

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