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Erprobung eines Messverfahrens zur Ermittlung kristalliner Quarzfeinstaubemissionen

Die alveolengängigen Stäube bestimmter Modifikationen von kristallinem Siliziumdioxid (Quarzfeinstäube) sind seit Mai 2002 in Deutschland als krebserzeugend beim Menschen (Kategorie 1) eingestuft. Dadurch unterliegen nun Feinstäube aus kristallinem Siliziumdioxid in Form von Quarz und Cristobalit den Anforderungen der TA Luft für krebserzeugende Stoffe nach Nr. 5.2.7.1.1. Messtechnisch gewonnene Kenntnisse über Quarzfeinstaubemissionen stehen zur Zeit nur zum Teil zur Verfügung, da erst seit 2005 für die Probenahme an geführten Quellen ein Impaktor, der auf der Alveolar-Konvention-PM 4 nach DIN ISO 7708 basiert, zur Verfügung steht. Erste Abschätzungen , ob Emissionsbegrenzungen an TA Luft-Anlagen eingehalten werden können, erfolgten auf der Basis von PM x –Messungen. Das LAU beteiligte sich an einem Ländermessprogramm zur Ermittlung von kristallinen Quarzfeinstaubemissionen. Die Messungen des LAU wurden an ausgewählten Anlagen in Sachsen-Anhalt durchgeführt. letzte Aktualisierung: 11.08.2021

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Feinstaubemissionsunter- suchungen in Sachsen-Anhalt: PM10-, PM2,5- und PM1,0– Emissio- des nen aus Industrie und Hausbrand Berichte Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt 2001 - Sonderheft 1 Inhalt 1 Einleitung, Problemstellung1 2 Experimentelle Untersuchungen1 33 Untersuchte Anlagen und Probenahmebedingungen 4 Ergebnisse und Diskussion6 5 Schlussfolgerungen19 6 Zusammenfassung19 Danksagung20 Literatur21 Anlagenverzeichnis 1 -722 Feinstaubemissionsuntersu- chungen in Sachsen-Anhalt: PM10-, PM2,5- und PM1,0- Emissionen aus Industrie und Hausbrand Berichte des Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt. - Halle (2001) SH 1 des Landes an Anlagen der Zementin- dustrie, der Buntmetallurgie und an braunkohlegefeuerten Industriekraftwer- ken durchgeführt. Erste Ergebnisse wur- den bereits vorgestellt [15, 19]. In Ostdeutschland ist auf Grund des wirt- schaftlichen Umbruchs davon auszuge- hen, dass die jeweils vermessenen Anla- gen dem „neuesten“ Stand der Technik entsprechen, da sie in den letzten Jahren entweder völlig neu gebaut oder ent- sprechend dem immissionsschutzrechtli- chen Vorschriftenwerk gründlich saniert worden sind. Damit ist allerdings auch der Spielraum weiterer Sanierungen hin- sichtlich der Feinstaubemissionen einge- schränkt. Da mit Braunkohlenbrikett gefeuerte Hausbrandfeuerstätten in den neuen Bundesländern auch heute noch Bedeu- tung haben, erfolgten zusätzlich auch Ermittlungen der Feinstaubemissionen an einer Kleinfeuerungsanlage (Durch- brandofen) beim Einsatz verschiedener Brikettsorten. 1 Einleitung, Problemstellung Auf internationaler und auf EU-Ebene wird die gesundheitliche Relevanz von Feinstaub [1], [2], [3], [4] zurzeit neu be- wertet. Epidemiologische Untersuchungen in den letzten Jahren haben gezeigt, dass feine Staubpartikel in der Außenluft durchaus beträchtliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können. Dies hat auch dazu geführt, dass die Europäische Kommission eine Richtlinie [6] verabschiedet hat, die die Messung und Bewertung von PM10 bzw. PM2,5 in der Außenluft vorsieht. Es ist abzusehen, dass die vorgeschlagenen strengen Grenzwerte voraussichtlich nicht in allen Gebieten Deutschlands eingehalten wer- den können [5]. Es sind Emissionsmin- derungskonzepte gefragt. Diese können wiederum nur auf der Grundlage exakter Daten zur Feinstaubemission erstellt werden. Der Kenntnisstand über Feinstaubemissi- onen ist derzeit noch lückenhaft, da die bisherigen Rechtsvorschriften nur Ermitt- lungen der Gesamtstaubemission bein- halteten. Die Ergebnisse eines gezielten Messpro- gramms im Land Sachsen-Anhalt, das in diesem Beitrag vorgestellt wird, soll zur Aufklärung der Problematik beitragen. Das Untersuchungsprogramm beinhaltet Ermittlungen an den Anlagen bzw. Anla- gengruppen, die einen hohen Anteil an der Gesamtstaubemission des Landes Sachsen-Anhalt haben. Weiterhin er- folgten Messungen an Anlagen, deren Staubemissionen in erhöhtem Maße ge- sundheitsrelevante Inhaltsstoffe aufwei- sen. Im Einzelnen wurden Untersuchun- gen entsprechend der Industriestruktur 2 Experimentelle Untersuchungen 2.1 Grundlagen Zur Kennzeichnung von Partikeldispersi- onen in Gasen wird der aerodynamische Durchmesser dae benutzt. Dieser ist defi- niert als Durchmesser einer Kugel aus einem Material der Dichte 1 g/cm³ mit der gleichen Sinkgeschwindigkeit in Ga- sen, wie sie die betrachteten Partikel be- sitzen. Die Referenzmethode für die Probenah- me und Messung der PM10- Konzentrati- on (sowie eine vorläufige Verfahrenswei- se für die Probenahme und Messung der PM2,5-Konzentration) in der Luft sind in 1 [6] im Anhang IX benannt. Das Verfahren beruht auf der Abscheidung der PM10- Partikelfraktion nach dem Trägheitsprin- zip und anschließender gravimetrischer Bestimmung. In Analogie zu dieser im- missionsseitigen Ermittlung von PM10 (und PM2,5) werden per Konvention frak- tionierte Staubemissionsmessungen mit Kaskadenimpaktoren durchgeführt [9]. Damit kommt bei Emissionsermittlungen ebenfalls ein Messverfahren zur Anwen- dung, das auf der Abscheidung von Par- tikeln nach dem Trägheitsprinzip beruht. Zusätzlich vereinigt das Verfahren ge- genüber anderen einsetzbaren korngrö- ßenselektiven Verfahren die Vorteile der relativ einfachen Handhabbarkeit sowie der in situ-Probenahme ohne Verände- rung der Korngrößenverteilung durch Agglomerisationseffekte [16]. Grundlage der Gewinnung partikelgrö- ßenabhängiger Staubfraktionen mittels Impaktoren ist die Ausnutzung der unter- schiedlichen Trägheit von Partikeln. Ein Kaskadenimpaktor beinhaltet mehrere Impaktorstufen, die prinzipiell aus den Elementen Düse und Prallplatte beste- hen. Partikel mit ausreichender Trägheit des in der Düse beschleunigten Partikel- kollektivs treffen auf die Prallplatte und werden dort gesammelt. Partikel gerin- gerer Trägheit werden auf einer der nachfolgenden Stufen abgeschieden, so dass Stufe für Stufe Fraktionen unter- schiedlicher Partikelgröße erhalten wer- den. Die nicht abgeschiedenen Partikel werden auf einem hinter den Stufen an- geordneten Endfilter gesammelt. Die Masse der auf einer Stufe abgeschiede- nen Partikel wird im Anschluss an die Probenahme durch Differenzwägung ermittelt und kann bei Bedarf weiteren Analysen z. B. auf Staubinhaltsstoffe zu- geführt werden. Beim Vorhandensein eines größeren Anteils gröberer Partikel wird der Einsatz eines Vorabscheiders notwendig. Die Messplanung und Probenahme bei Impaktormessungen wird analog der bei Messungen zur Ermittlung der Ge samtstaubemissionen durchgeführt, d. h. Netzmessung mit isokinetischer Teil- stromentnahme. Allerdings ist im Gegen- satz zu den Staubemissionsmessungen bei Impaktormessungen der Gasdurch- satz nach Festlegung des Sondendurch- messers nicht mehr frei wählbar, sondern muss für alle Messpunkte der Netzmes- sung konstant gehalten werden. Es kön- nen daher nur Messpunkte mit annä- hernd gleicher Geschwindigkeit (zulässi- ge Abweichung: maximal ± 30 %) in ei- ner einzelnen Messung beprobt werden. Anderenfalls sind mehrere Messvorgänge erforderlich. Die Probenahmedauer sollte so bemessen sein, dass pro Impak- torstufe einerseits eine mit ausreichender Genauigkeit wägbare Staubmasse ge- sammelt wird und andererseits eine Ü- berladung der Stufen vermieden wird. 2.2 Probenahmetechnik Die Probenahmen erfolgten mit einem 8- stufigem Anderson Impaktor Typ Mark III (Material: rostfreier Stahl) und/oder mit einem 6-stufigem Impaktor der Fa. Ströhlein Typ STF 1 (Material: Titan). Voruntersuchungen zeigten, dass die mit den beiden Impaktoren ermittelten tech- nologiebezogenen Partikelgrößenvertei- lungen unter gleichen Probenahmebe- dingungen gut übereinstimmten. Beide Impaktoren sind bis 850 °C hitzebestän- dig. Zur Partikelabscheidung wurden perforierte Sammelplatten und Endfilter aus Glasfasermaterial verwendet. Die Messung des abgesaugten Teilgasvolu- mens erfolgte mit thermischen Massen- durchflussmessern. 2.3 Probenahme und Auswertung Die Probenahme und Auswertung der Partikelmessungen erfolgte entsprechend VDI 2066 Bl. 5 [10]. Um die erforderli- chen Absaugzeiten für die Impaktormes- sungen festlegen zu können, wurden im Vorfeld die vorliegenden Emissionskon- zentrationen an Gesamtstaub messtech- nisch ermittelt. Damit sollten einerseits Überladungen der Impaktorstufen ver- mieden und andererseits aber auch eine mit ausreichender Genauigkeit wägbare Staubmasse gesammelt werden. Nicht vorhersehbare stark unterschiedliche Beladungen der einzelnen Sammelplat- ten wurden durch Vorversuche ermittelt, um für die eigentlichen Probenahmen entsprechende Maßnahmen (z. B. Verän- 2

Physikalische und chemische Eigenschaften von Wolkenpartikelresiduen und eisnukleierenden Partikeln in Verbindung mit Wolken in hohen geographischen Breiten vom Mischphasen- bis zum Zirrenniveau (HALO 2020, CIRRUS-HL)

Das Projekt "Physikalische und chemische Eigenschaften von Wolkenpartikelresiduen und eisnukleierenden Partikeln in Verbindung mit Wolken in hohen geographischen Breiten vom Mischphasen- bis zum Zirrenniveau (HALO 2020, CIRRUS-HL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Es wird vermutet, dass Zirruswolken in hohen geographischen Breiten (arktische Zirren), einen positiven „Cloud Radiative Effect“ (CRE) haben und somit zum Phänomen der "Arctic Amplification" beitragen. Das Vorzeichen und die Stärke des CRE arktischer Zirren hängt von deren mikrophysikalischen Eigenschaften, d.h. der Eispartikelkonzentration, dem effektiven Eispartikelradius und dem Eiswassergehalt (IWC), ab. Diese Parameter werden hauptsächlich durch den Eisbildungsprozess (heterogen vs. homogen) und durch den Bildungspfad (in-situ vs. flüssiger Ursprung) bestimmt. Dies impliziert insbesondere für Zirren flüssigen Ursprungs die Beteiligung von eisnukleierenden Partikeln (INP), was deren Häufigkeit, Eigenschaften und Quellen zu Schlüsselfaktoren für die Bildung, die mikrophysikalischen und Strahlungseigenschaften von Zirren in hoher Breiten macht. Informationen über INP in hohen geographischen Breiten im Allgemeinen und in größeren Höhen im Besonderen, extrem rar. Im Rahmen der HALO-Mission CIRRUS-HL wollen wir daher das Wissen hinsichtlich arktischer INP über a) die Charakterisierung von Eispartikel- (IPR) und Wolkentröpfchenresiduen (CPR, Summe aus IPR und Tröpfchenresiduen) in arktischen Zirren und Mischphasenwolken, und b) die vertikal aufgelöste Messung (Mischphase bis Zirrusniveau) von Hochtemperatur INP (> -30°C) außerhalb von Wolken, erweitern. Für die geplanten Untersuchungen werden der HALO-CVI („Counterflow Virtual Impactor“) und der Aerosolpartikelfiltersammler HERA verwendet werden. Hinter dem HALO-CVI werden Instrumente zur physikalischen (Anzahl der Konzentrationen, Partikelgrößenverteilung, BC-Konzentration) und chemischen (Einzelpartikelzusammensetzung, MPI-C) Charakterisierung der IPR und CPR betrieben. Die von HERA gesammelten Filterproben werden im Anschuss an die Kampagne in den TROPOS-Laboratorien hinsichtlich der physikalischen INP-Eigenschaften (Anzahlkonzentrationen und Gefrierspektren) sowie der chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel analysiert.Bei In-Wolken-Messungen werden der HALO-CVI und HERA kombiniert werden. So können die INP, innerhalb der gesammelten IPR (Zirren) und Wolkentropfenresiduen (CPR, in Mischphasenwolken) identifiziert, quantifiziert und charakterisiert werden. Diese INP könnten potenzielle Vorläufer von Zirrus mit flüssigem Ursprung in hohen Breiten sein.In Verbindung mit den Ergebnissen der im Rahmen von CIRRUS-HL durchgeführten in-situ Messungen wolkenmikrophysikalischer Eigenschaften, sowie der Analyse von Rückwärtstrajektorien der untersuchten Luftmassen werden wir a) bzgl. der Häufigkeit und der Eigenschaften von INP ein bisher einmaliges Schließungsexperiment (innerhalb und außerhalb der Wolke) durchführen, b) das Wissen über die raumzeitliche Verteilung, die Eigenschaften und die Quellen von INP signifikant erweitern und c) tiefe Einblicke in INP-Effekte auf die Bildung und die mikrophysikalischen Eigenschaften von Zirruswolken in hohen geographischen Breiten erhalten.

In-situ Messungen von eiskeimbildenden Partikeln (INP) und quantitative Bestimmung von biologischen INP

Das Projekt "In-situ Messungen von eiskeimbildenden Partikeln (INP) und quantitative Bestimmung von biologischen INP" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Die Bildung der Eis Phase in der Troposphäre stellt einen wichtigen Fokus der aktuellen Atmosphärenforschung dar. Durch heterogene Nukleation entstehen bei Temperaturen oberhalb von -37°C primäre Eiskristalle an sogenannten eiskeimbildenden Partikeln (INP, engl, ice nucleating particles). Die räumliche Verteilung der INP und deren Quellen variieren stark. In der Atmosphäre finden sich INP nur in sehr geringer Anzahlkonzentration, oft weniger als ein Partikel pro Liter, und sie stellen nur eine kleine Untergruppe des gesamten atmosphärischen Aerosols dar. Ziel dieses Antrages ist es die Anzahlkonzentrationen von eiskeimbildenden Partikeln und deren Variabilität in der Atmosphäre zu messen. Außerdem sind Laborstudien geplant, in denen unser Verständnis über die chemischen und biologischen Eigenschaften der Partikel, die die Eisbildung initiieren, verbessert werden soll. Mit dem von unserer Arbeitsgruppe entwickelten Eiskeimzahler FINCH (Fast Ice Nucleaus CHamber) sollen die atmosphärischen Anzahlkonzentrationen von INP bei verschiedenen Gefriertemperaturen und Übersättigungen an mehreren Standorten gemessen werden. Die Kopplung von FINCH mit einem virtuellen Gegenstromimpaktor (CVI, engl, counter-flow virtual impactor, Kooperation mit RP2), die während lNUIT-1 entwickelt und getestet wurde, soll nun weiter charakterisiert und Messungen damit fortgesetzt werden. Bei dieser Methode werden die Eispartikel, die in FINCH gebildet werden, von den unterkühlten Tröpfchen und inaktivierten Partikeln separiert und mit weiteren Messmethoden untersucht. In Kooperation mit RP2 und RP8 planen wir hierbei die Charakterisierung der INP mittels Größen- und Aerosolmassenspektrometer sowie die Sammlung der INP auf Filtern oder Impaktorplatten zur anschließenden Analyse mit einem Elektronenmikroskop (ESEM, engl. DFG fomi 54.011 -04/14 page 3 of 6 Environmental Scanning Electron Microscopy). Die Feldmessdaten werden von umfangreichen Laborstudien an den Forschungseinrichtungen AIDA (RP6) und LACIS (RP7) ergänzt. Dort soll das Immersionsgefrieren von verschiedenen Testpartikeln aus biologischem Material (z.B. Zellulose), porösem Material (z.B. Zeolith) und Mineralstaub mit geringem organischem Anteil im Detail untersucht werden. Des Weiteren planen wir Labormessungen, bei denen eine verbesserte Charakterisierung der Messunsicherheiten von FINCH erarbeitet werden soll. Außerdem werden regelmäßige Tests und Kalibrierungen mit FINCH durchgeführt, für die Standardroutinen festgelegt werden sollen. Um die Rolle der INP bei der Wolken- und Niederschlagsbildung sowie bei den Wolkeneigenschaften abzuschätzen, werden die gewonnenen Messergebnisse am Ende als Eingabeparameter für erweiterte Wolkenmodelle (Kooperation mit WP-M) dienen.

Aerosoleigenschaften in der UTLS über der südasiatischen Pazifikregion: Partikelnukleation und -wachstum, Hygroskopizität und Zusammensetzung

Das Projekt "Aerosoleigenschaften in der UTLS über der südasiatischen Pazifikregion: Partikelnukleation und -wachstum, Hygroskopizität und Zusammensetzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Um die Auswirkungen atmosphärischer Aerosole auf Wolken und Klima zu verstehen, ist ein solides Verständnis der Quellen, Konzentration und Eigenschaften von Aerosolen in der vertikalen Struktur der Atmosphäre von grundlegender Bedeutung. Insbesondere die mechanistischen Details der Nukleation der oberen Troposphäre/unteren Stratosphäre und des anschließenden Wachstums sind höchst ungewiss. Daher sind Messungen in Regionen mit hoher konvektiver Aktivität erforderlich, um diese Prozesse aufzulösen und die entsprechende Unsicherheit in unserem grundlegenden Verständnis dieses Aerosolkreislaufs im Erdsystem zu verringern. Eine Region von besonderem Interesse ist der Indo-Pacific Warm Pool, der ein großes Gebiet mit konstant hoher Meeresoberflächentemperatur und häufiger Tiefenkonvektion umfasst. Hiermit beantrage ich, mikrophysikalische und chemische Aerosoleigenschaften während der ab Jan/Feb 2024 geplanten CAFE-Pacific-Mission in der Indopazifik-Region nordwestlich und nordöstlich von Cairns, Australien, zu messen. Ich schlage vor, vollständige Aerosolgrößenverteilungen von 2 nm bis 2 µm sowie CCN-Konzentration zu messen, um die Wachstumspfade der Partikel in den CCN-Bereich zu erfassen. Um zwischen verschiedenen Aerosolquellen zu unterscheiden und den Grad der Luftverschmutzung zu beurteilen, werde ich Rußpartikel (BC) messen. Schließlich wird die Sammlung von Aerosolpartikeln an Impaktorproben für die mikrospektroskopische Einzelpartikelanalyse eingehende Untersuchungen relevanter Partikelalterungs- und Mischprozesse ermöglichen.

Bestimmung von Kenngroessen polydisperser Aerosolsysteme geom. Groesse; stoffliche Zusammensetzung; Dichte

Das Projekt "Bestimmung von Kenngroessen polydisperser Aerosolsysteme geom. Groesse; stoffliche Zusammensetzung; Dichte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Physik durchgeführt. Informationen ueber das Schicksal luftgetragener Aerosolpartikel lassen sich aus dem Studium von Elementdiskriminierungsprozessen bezueglich der Partikelgroesse gewinnen. Hierzu werden die Partikel der bodennahen Luft mit Hilfe von Kaskadenimpaktor bzw. Spektralimpaktor auf Praeparattraegern einer Elektronenstrahlmikrosonde nach ihrer aerodynamischen Groesse abgeschieden. Aus rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen werden bildanalytisch Groesse und Form der abgeschiedenen Partikel ermittelt. Die Messung der charakteristischen Roentgenstrahlung des Substratmaterials, die unterhalb der Partikel von das Teilchen durchdringende Elektronen erzeugt werden, erlaubt eine Abschaetzung der Partikeldichte. Andererseits kann aus der im Partikel erzeugten charakteristischen Roentgenstrahlung seine stoffliche Zusammensetzung bestimmt werden.

Aerosolpartikel in der Outflow-Region des Asiatischen Monsuns: Zusammensetzung und Bildungsprozesse

Das Projekt "Aerosolpartikel in der Outflow-Region des Asiatischen Monsuns: Zusammensetzung und Bildungsprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Der asiatische Monsun spielt eine wichtige Rolle beim Verständnis der chemischen und klimarelevanten Prozesse in der globalen Atmosphäre, nicht zuletzt wegen seines Einflusses auf die Aerosol- und Wolkeneigenschaften in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre. Bereits seit einigen Jahren wird die sogenannte Asian Tropopause Aerosol Layer (ATAL) mit Fernerkundungsmethoden und Ballon-basierten Messungen untersucht. Es existieren allerdings nur wenige in-situ Beobachtungen innerhalb der ATAL, beziehungsweise in der Ausströmregion (Outflow) des asiatischen Monsuns in Richtung mittlere Breiten, die Informationen über die chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel geben. Es wird davon ausgegangen, dass die Luftmassen im Outflow des asiatischen Monsuns Aerosolpartikel enthalten, die aufgrund von photochemischer Prozessierung und sekundärer Bildung während des Transports veränderte Eigenschaften aufweisen. Diese Prozesse haben einen Einfluss auf die Fähigkeit der Partikel zur Eisnukleation und damit wiederum auf den indirekten Klimaeffekt dieser Partikel. Dieser Antrag zielt daher auf die in-situ Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel im submikrometer Bereich ab. Wir schlagen vor, das Hybrid-Aerosolmassenspektrometer ERICA (ERC instrument for the chemical composition of aerosols) im Rahmen der PHILEAS Kampagne auf dem Forschungsflugzeug HALO einzusetzen. Das ERICA kombiniert zwei Typen von Aerosolmassenspektrometrie-Methoden und ermöglicht es somit, zeitgleich Einzelpartikel- und Ensemblemessungen zur chemischen Zusammensetzung durchzuführen. Zusätzlich wird die Messkapazität zum einen durch den Einbau eines Impaktors erweitert, welcher eine spätere offline-Analyse der Partikel mittels Röntgenstrahlung und Elektronenmikroskopie ermöglicht. Zum anderen wird ein neuer Messmodus zur quantitativen chemischen Analyse von Einzelpartikeln in das ERICA integriert. Dieser Datensatz, zusammen mit Spurengasmessungen und der lagrangeschen Modellierung der Luftmassenherkunft, wird somit die Untersuchung von Quellen, Bildungsprozessen sowie der photochemische Entwicklung der Aerosolpartikel während des Transports ermöglichen.

Bildung partikulärer organischer Masse in Wolken: Kammer- und Laborstudien, Mechanismen, Modellierung und Integration

Das Projekt "Bildung partikulärer organischer Masse in Wolken: Kammer- und Laborstudien, Mechanismen, Modellierung und Integration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Labor- und Feldstudien zeigen, dass chemische Prozesse in Wolken zur organischen Aerosolpartikelmasse beitragen. Aus der HCCT-2010-Feldstudie und der CUMULUS-Kammerstudie geht hervor, dass die organische Massenproduktion beträchtlich sein kann und diese von der Konzentration der organischen Vorläuferverbindungen in der Gasphase abhängt. Es bestehen jedoch große Unsicherheiten, bei der Art der resultierenden Aerosolpartikel, welche metastabil sein können und einen Teil ihrer organischen Masse während der Evaporation der Wolkentropfen wieder verlieren. Ziel des Projekts PARAMOUNT ist die Untersuchung der Chemie in Wolkentropfen, welche organische Wolkeninhaltsstoffe prozessiert und zur Bildung organischer Aerosolpartikelmasse beiträgt. PARAMOUNT ist auf die Untersuchung der Multiphasenchemie relevanter Vorläuferverbindungen wie polyfunktioneller Carbonyle und Säuren fokussiert. Mit diesen Verbindungen sollen kombinierte Labor- und CESAM-Kammerstudien zur Multiphasenchemie durchgeführt werden. Dabei sollen die Untersuchung der Reaktionskinetik und der Produktverteilung in der wässrigen Phase zur Reaktionsmechanismusformulierung als Grundlage dienen. Die CESAM-Experimente stehen im Mittelpunkt des PARAMOUNT-Projektes und konzentrieren sich hauptsächlich auf die Untersuchung der organischen Masseproduktion durch chemische Wolkenprozesse. Zur Untersuchung der organischen Massenproduktion unter variierenden Umweltbedingungen werden die CESAM Kammerstudien mit verschiedenen Anfangsbedingungen durchgeführt. Die organische Massenzunahme soll während der künstlichen Wolkenepisoden in der CESAM-Kammer mit neusten analytischen Methoden untersucht werden. Ferner sollen mögliche Anreicherungen von organischen Carbonylverbindungen, welche in Feldproben während der Wolkenfeldmesskampagne HCCT-2010 beobachtet wurden, eruiert werden. Zwei Aerosol-Massenspektrometer dienen der Online-Bestimmung der organischen Aerosolfraktion. Des Weiteren erfolgt die Analyse prozessierter interstitieller Gasphasenverbindungen und deren Partitionierungverhalten zwischen Gas- und Flüssigphase unter Verwendung eines PTR-MS und eines mini CVI (counter virtual impactor) in Kombination mit Offline-Analytik.Abschließend werden die CESAM-Experimente mit dem komplexen MCM / CAPRAM Multiphasenchemiemechanismus modelliert. Die verknüpfte Modellierung soll den auf den experimentellen Ergebnissen basierenden Mechanismus validieren und die Interpretation der Kammermessungen unterstützen. Insgesamt stellt das hier vorgeschlagene Projekt PARAMOUNT einen wissenschaftlichen Durchbruch für das Verständnis von chemischen Wolkenprozessen dar, sowie deren Bedeutung für die Produktion von sekundärem organischem Aerosol.

Kompositionsanalyse von Eisresiduen mittels der Kombination von Aerosol-Massenspektrometrie mit einem virtuellem Gegenstromimpaktor

Das Projekt "Kompositionsanalyse von Eisresiduen mittels der Kombination von Aerosol-Massenspektrometrie mit einem virtuellem Gegenstromimpaktor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Dieser Fortsetzungsantrag eines bestehenden Forschungsprojekts innerhalb der Forschergruppe INUIT (Ice Nuclei Research UnIT) hat zum Ziel, die physikalischen und chemischen Eigenschaften von atmosphärischen Eiskeimen (ice nucleating particles, INP) und Eispartikelresiduen (ice particle residuals, IPR) zu untersuchen. Es werden hauptsächlich zwei Messtechniken eingesetzt: virtueller Gegenstromimpaktor und Laserablationsmassenspektrometrie. Eiskeime (INP) aus atmosphärischem Aerosol werden erst in einem Eiskeimzähler aktiviert, so dass sich Eiskristalle bilden, die dann mit einem bepumpten Gegenstromimpaktor aufgrund ihrer Größe extrahiert und verdunstet werden können. Die freigesetzten INP können wiederum mit dem Massenspektrometer oder anderen Messtechniken untersucht werden. Dieses Experiment wird während einer Feldmesskampagne in der Nähe der Quellen von potentiell guten Eiskeimen (Mineralstaub, Biopartikel, anthropogene Partikel) durchgeführt. Ein geeigneter Kampagnenort hierfür ist die Mittelmeerregion, z.B. Südspanien. Die Eispartikelresiduen werden direkt aus unterkühlten Mischphasenwolken gesammelt. Hierzu wird ein spezieller Eis-Gegenstromimpaktor eingesetzt, der nur Eiskristalle sammelt und von den unterkühlten Wolkentröpfchen trennt. Nach der Sammlung wird das Eis der Eiskristalle verdunstet, so dass die Eisresidualpartikel freigesetzt werden und mittels des Laser- Ablationsmassenspektrometers analysiert werden können. Dieses Experiment wird auf einer Bergstation (Jungfraujoch) durchgeführt. Die Kombination aus Eiskeimzähler, bepumptem Gegenstromimpaktor und Massenspektrometer wird auch unter Laborbedingen zur Bestimmung der Eiskeimfähigkeit von internen und externen Partikelmischungen (z.B. biologisch/mineralisch) betrieben. Das Laserablationsmassenspektrometer in seiner Eigenschaft als Einzelpartikel-Analysegerät wird ebenfalls dazu eingesetzt, um den Mischungszustand der erzeugten Mischpartikel zu charakterisieren.

Aero: Entwicklung von kleinskaligen, geräuschoptimierten Seitenkanalgebläsen/-verdichtern und hybriden Abscheidesystemen zur Reduktion von Ölaerosolen

Das Projekt "Aero: Entwicklung von kleinskaligen, geräuschoptimierten Seitenkanalgebläsen/-verdichtern und hybriden Abscheidesystemen zur Reduktion von Ölaerosolen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von leistungs- und geräuschoptimierten Seitenkanalgebläsen/-verdichtern kleiner Bauart und die Entwicklung effizienter miniaturisierter Abscheidesysteme zur Ölaerosolabscheidung, in welchen die genannten Strömungsmaschinen zur Druckverlustkompensation eingesetzt werden. Zu entwickeln sind Modellregeln und Ähnlichkeitsgesetze, die es erlauben, das Kennlinienverhalten und die Schallcharakteristiken der genannten kleinskaligen Strömungsmaschinen zu beschreiben und daraus konstruktive Maßnahmen für die Maschinenauslegung abzuleiten. Hierzu wird ein komplementärer Ansatz aus numerischen Strömungssimulationen, Experimenten und analytischen Betrachtungsweisen verfolgt. Für die gezielte Entwicklung der genannten Abscheidesysteme werden die Grundelemente Impaktor, Multizyklone kleinster Bauart, extrem gekrümmte Kanalstrecken, Vliese belegt mit Nanofasern, Mikroimpaktoren in Form von Drahtgeweben und Metallschäume sowie Spiralkanalabscheider in Verbindung mit Gleichstromzyklonen betrachtet. Basierend auf systematischen numerischen und experimentellen Untersuchungen sind Modelle für die Einzelelemente zu entwickeln, um damit dann das Gesamtabscheidesystem inklusive Strömungsmaschine optimieren zu können. Neben hoher Energieeffizienz und ressourcenschonendem Materialeinsatz soll das aktive miniaturisierte Abscheidesystem ein hohe Abscheideleistung im Feinstaerosolbereich (x-50,3 = 0,1 Mikro m) bei einer Trennschärfe von x-25,3/ x-75,3 ' 0,7 besitzen.

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