Die Max Prüss ist auf dem Rhein und seinen schiffbaren Nebengewässern sowie auf der Weser und den westdeutschen Kanälen im Einsatz. Sie ist Teil der staatlichen Gewässerüberwachung in Nordrhein-Westfalen und sorgt auf den Bundeswasserstrassen bereits durch ihre Präsenz dafür, dass die Gewässerbenutzer sich regelgerecht verhalten. Sie verfügt über eine kontinuierlich registrierende Messstation für die Messgrößen Wassertemperatur, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Sauerstoffgehalt und Trübung und ist labormäßig für einfache physikalische, chemische und biologische Untersuchungen an Bord ausgerüstet. Für spezielle Messungen können zeitweise auch zusätzliche Geräte auf dem Schiff eingesetzt werden. Dennoch ist es nicht zweckdienlich, alle erforderlichen Wasser-, Schwebstoff und Sedimentuntersuchungen direkt an Bord vorzunehmen. Daher erfolgt vom Schiff aus die fachgerechte Probenahme und Probenvorbereitung für die späteren Laboruntersuchungen. Einfache Untersuchungen, insbesondere wenn Veränderungen beim Probentransport zu befürchten sind, werden jedoch sofort an Bord durchgeführt. Die Aufgaben der Max Prüss Die unterschiedlichen Aufgaben der MAX PRÜSS lassen sich in drei Gruppen aufteilen: Kontroll- und Ermittlungsfahrten Probenahmefahrten Messfahrten Nachfolgend werden konkrete Aufgabenstellungen beispielhaft näher erläutert werden. Regelmäßige physikalische und chemische Untersuchungen des Rheins Im Rahmen des nordrhein-westfälischen Gewässergüteüberwachungssystems (GÜS) werden im 4-Wochen-Rhythmus im Rhein bzw. an den Mündungen der großen Nebengewässer Proben entnommen. Die aus diesen Proben gewonnenen physikalischen und chemischen Daten geben Aufschluss über mittel- und langfristige Veränderungen der Wasserbeschaffenheit. Sie werden u. a. im Fachinformationssystem ELWAS-WEB veröffentlicht. Untersuchung der westdeutschen Schifffahrtskanäle in Nordrhein-Westfalen Seit 1966 wird die Wasserqualität der westdeutschen Kanäle mit Hilfe der MAX PRÜSS untersucht. Nachdem anfänglich die Untersuchung der chemisch-physikalischen Messgrössen im Vordergrund stand, wird seit 1984 routinemässig auch der biologische Gewässerzustand beurteilt und der Schwermetallgehalt der Sedimente bestimmt. Dazu befährt das Schiff im Sommerhalbjahr den Rhein-Herne-Kanal, den Datteln-Hamm-Kanal, den Wesel-Datteln-Kanal, den Dortmund-Ems-Kanal, den Mittellandkanal und den Osnabrücker Zufahrtskanal. Die Ergebnisse der Kanalfahrten werden im Gewässergütebericht des LANUV veröffentlicht und der Bundeswasserstraßenverwaltung zur Verfügung gestellt. Wärmemessungen Um festzustellen, wie sich die Wärmeeinleitungen auf die Gewässer auswirken und um Basiswerte für die thermische Charakteristik der Gewässer zu erhalten, werden Quer- und Längsprofilmessungen mit dem Laborschiff durchgeführt. Dabei wird nicht nur die Wassertemperatur in unterschiedlichen Tiefen gemessen, sondern gleichzeitig werden auch die wichtigsten Klimadaten wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit erfasst. Gemessen wird vor allem zu Zeiten niedriger Abflüsse bzw. erhöhter Wassertemperaturen. Probenahme von Rheinsedimenten Seit 1978 untersucht das LANUV nach einem besonderen Messprogramm an etwa 20 Probenahmestellen zwischen Bad Honnef und Kleve-Bimmen Rheinsedimentproben auf Schwermetalle und eine Vielzahl weiterer organischer Spurenstoffe. Die gewonnenen Daten geben einen guten Aufschluss über Belastungsschwerpunkte. Ermittlung von Abwasserfahnen Abwasser durchmischt sich nicht unmittelbar an der Einleitungsstelle mit dem Wasser des Gewässers. Es bilden sich bis zum Erreichen der Volldurchmischung Abwasserfahnen, die am Niederrhein bis zu einer Länge von 70 Kilometern nachweisbar sind. Die Durchmischung im Querprofil des Gewässers ist abhängig von den Strömungsverhältnissen, von der Art der Stoffe in der Einleitung und von der Wasserführung des Gewässers. Mit Hilfe der MAX PRÜSS untersucht das LANUV die Ausbildung solcher Abwasserfahnen bei unterschiedlichen hydrologischen Verhältnissen. Querprofilmessungen In größeren Gewässern ist die Wasserbeschaffenheit am rechten und linken Ufer, in Flussmitte und in den verschiedenen Wassertiefen nicht gleich. Um daher zu wissen, welche Aussagekraft die Messungen an einer festen Probenahmestelle haben, müssen mehrfach Wasserproben im gesamten Flussquerschnitt genommen und untersucht werden. Nur aufgrund solcher Querprofilmessungen sind seriöse Berechnungen der transportierten Schadstofffrachten möglich. Längsprofilmessungen Um genauere Aussagen über die Veränderungen der Wasserqualität auf der Fließstrecke des Rheins machen zu können, ist es nötig, synchron zur "fließenden Welle" zu messen. Auch hier leistet die MAX PRÜSS wesentliche Hilfe. Solche Messungen werden auch im Rahmen des Deutschen Untersuchungsprogramms Rhein gemeinsam mit den übrigen Bundesländern am Rhein beim koordinierten Einsatz der Messschiffe auf der deutschen Rheinstrecke durchgeführt. Besonders zu erwähnen ist in diesem Rahmen die Fahrt von Rotterdam bis Basel, die 1995 mit der MAX PRÜSS im Auftrag der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) durchgeführt wurde.
Das Projekt "Teilprojekt: ICDP Project SUSTAIN (Forschungsbohrung auf der Vulkaninsel Surtsey): Experimentelle Untersuchungen zur Entstehung und zur thermischen Geschichte von Surtsey" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Institut für Geographie und Geologie durchgeführt. Experimentelle Untersuchungen zur Entstehung und zur thermischen Geschichte von SurtseyMit dem Ziel, die Eruptionen der Insel Surtsey vor 50 Jahren besser zu verstehen und offene Fragen zu den Eruptionsprozessen, der Energiefreisetzung und der Produktion vulkanischer Partikel (Vulkanasche) durch subaerische und submarine Prozesse zu beantworten, sollen Fragmentationsexperimente mit repräsentativen basaltischen Schmelzen bei magmatischen Temperaturen durchgeführt werden. Hierzu sind Experimente zu explosiven magmatischen und phreatomagmatischen Fragmentationsprozessen, wie auch zur nichtexplosiven thermischen Granulation durch Wasser-Schmelze Kontakt vorgesehen. Diese Granulationsexperimente werden in einem Kalorimeter durchgeführt, um die thermische Entwicklung der Produkte (Hyaloklastite) aufzuzeichnen. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von PI Bach (Univ. Bremen) ist ein hydrothermales Experiment vorgesehen, bei dem experimentell erzeugtes hyaloklastisches Material (sowie später auch original Probenmaterial aus Surtsey) genutzt werden soll, um die frühe posteruptive thermische Entwicklung, insbesondere den Einfluss der Materialparameter und der geothermalen Fluide auf den Wärmetransport zu untersuchen. Hieraus werden wichtige Daten zur Absicherung von Wärmeflussmodellen erwartet.
Das Projekt "Stoffhaushalt und Stoffumsetzungen in einem kleinen Mittelgebirgsbach des suedlichen Schwarzwaldes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Limnologisches Institut durchgeführt.
Das Projekt "Darstellung und Optimierung von molekularen Wirten für Phosphat und ähnliche Oxoanionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Organische Chemie und Biochemie, Lehrstuhl I für Organische Chemie durchgeführt. Die molekulare Erkennung von Phosphat und seinen Estern durch künstliche Wirtstrukturen (sog. abiotische Rezeptoren) ist nicht befriedigend gelöst. Dabei fänden erfolgreiche Phosphatrezeptoren unmittelbar Anwendung in ionenselektiven Elektroden z.B. für die Umweltanalytik bei der Überwachung von Gewässern. Im Zuge von Vorprojekten haben wir die Grundlagen der Phosphatbindung in wasserähnlichen Lösungsmitteln erkundet und konnten Wirte mit sehr aussichtsreichen Eigenschaften darstellen. Das vorliegende Projekt soll diese Wirte fortentwickeln und das zugrundeliegende Konzept überprüfen. In Ergänzung des bisherigen Ansatzes soll ein neuer Rezeptorbautyp hergestellt und erprobt werden, der die bekannten Prinzipien der Phosphatbindung berücksichtigt, aber vermutlich wesentlich einfacher zugänglich ist. Die kalorimetrische Vermessung der thermodynamischen Bindungsparameter liefert die Leitlinie für die Auswahl geeigneter Rezeptoren für die geplanten ionenselektiven Anwendungen.
Das Projekt "Teilprojekt HUMUS: Die organische Bodensubstanz und ihre Wasser- und Stoffbindung in anthropogen beeinflußten Böden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz durchgeführt. Das Projekt HUMUS hat zum Ziel, die Wasserbindung der organischen Bodensubstanz urbaner Böden zu charakterisieren. Im Zentrum stehen Geleigenschaften und der Nachweis eines Glasüberganges in der organischen Bodensubstanz. Die meisten Untersuchungen erfolgen mit Hilfe der Differential Scanning Kalorimetrie (DSC). Sie werden durch dielektrische Messungen und 1H-NMR-Relaxation (TP GEO) sowie kinetische Untersuchungen zur DOC-Freisetzung und Quellung ergänzt. Die Feldexperimente und Mikrokosmen der Forschergruppe dienen zur Verknüpfung der Wasserbindung der organischen Bodensubstanz mit Faktoren des Wasserhaushaltes (TP BODEN), Mikroorganismen und ihren Biofilmen (TP MIKRO), der Bodenmesofauna (TP FAUNA) sowie unterschiedlichen Elektrolytbedingungen. In der zweiten Projektphase werden Auswirkungen der urban beeinflußten Humuseigenschaften auf die kleinräumige Variabilität und auf den Wasser- und Stofftransport der urbanen Standorte untersucht werden.
Das Projekt "Die Wirkung der makromolekularen Adsorption auf die Stabilitaet von Suspensionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Technische Chemie, Lehrstuhl für Makromolekulare Stoffe durchgeführt. Aufklaerung des Zusammenhangs zwischen der Struktur adsorbierter Polymerschichten auf suspendierten Partikeln und der Stabilitaet dieser Suspensionen. Untersuchungsmethoden: A) zur Adsorption: Spektroskopie (IR, NMR), Ellipsometrie, Kalorimetrie. B) zur Stabilitaet: Viskositaet, Sedimentation, Elektrophorese, Photokorrelationsspektroskopie.
Das Projekt "Kems4Bats - Untersuchung der Gas-Wärmeentwicklung für zukünftige Batteriematerialien der Elektromobilität mittels KEMS und Kalorimetrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Mannheim, Institut für angewandte Thermo- und Fluiddynamik durchgeführt. Leistungsfähige und sichere Lithium-Ionen-Batterien sind essentiell für den Ausbau der Elektromobilität und weitere Einsatzbereiche. Kems4Bats wird mit innovativen experimentellen Analysemethoden grundlegende Werkstoffeigenschaften von zukünftigen Batteriematerialien der Elektromobilität bestimmen und den Parameter Gasentwicklung als Folge von Degradationsprozessen bzw. Zersetzungsreaktionen untersuchen. Das Verständnis der Gas- und Wärmeentwicklung (z.B. beim Power Charging) ist essentiell, um die Solid Electrolyte Interphase-Bildung und den daraus resultierenden Kapazitätsverlust zu verstehen bzw. neue Alterungsmodelle zu ermitteln. Erstmalig wird die Gasentwicklung mit der Methode der Knudsen-Effusions-Massenspektrometrie (KEMS) untersucht. Deren Alleinstellungsmerkmal ist, dass die Gasentwicklung in situ untersucht werden kann im Temperaturbereich von minus - 80 - 800 Grad Celsius . Die Methode beeinflusst physikalische und chemische Vorgänge in der Batterie nicht. Die KEMS-Methode hat das Potential, um führend für die Charakterisierung von Batterieelektroden und -elektrolyten zu werden. Parallel untersucht Kems4Bats die elektrochemische und thermodynamische Eigenschaften von zukünftigen Elektrodenmaterialien, um Wärmeströme in Batterien unter variierenden Konditionen zu bestimmen. Die Erkenntnisse liefern den Input für Simulationen, um das Thermal-Management effizienter und sicherer zu gestalten. Darauf aufbauend geht es darum, die Wärme-Stofftransporte in Batterien mit einer intelligenten Software zu simulieren und für diese ein zusätzliches innovatives Datenbankformat zu entwickeln. Die Datenbank wird durch Methoden aus Big Data und künstlicher Intelligenz (z.B. maschinelles Lernen) erstellt. Die Industrie erhält so Möglichkeiten, Entwicklungszeiten für das Battery Thermal Management-System, für Werkstoffcharakterisierung und -entwicklung zu verkürzen. Zukünftig können somit schneller neue, leistungsfähigere und sichere Batteriematerialien identifiziert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Stromrichtertopologien und Untersuchung innovativer Bauelemente" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Technikjournalismus (EMT) durchgeführt. Der Fokus der H-BRS liegt in ihrem Teilvorhaben auf der Identifizierung von Stromrichtertopologien für Elektrolyseure, der Charakterisierung von magnetischen Bauteilen und Halbleitermodulen sowie der Untersuchung von Elektrolyse-Zellen. Anhand einer intensiven Topologierecherche und anschließender Auswertung wird die H-BRS eine geeignete Stromrichtertopologie für den Anwendungsfall Elektrolyseur identifizieren, die im Verlauf des Projektes mit Projektpartnern entwickelt wird. Der Schwerpunkt bei der Entwicklung des Stromrichters liegt auf der Verwendung von innovativen SiC-Halbleitern. Für die Charakterisierung der magnetischen Bauteile, wird die H-BRS ein neuartiges Hochstrom-Kalorimeter entwickeln und aufbauen. Im Anschluss folgt eine Vermessung der induktiven Bauteile hinsichtlich Verluste im neuen Kalorimeter. Neuentwickelte Halbleitermodule für das Projekt werden durch die H-BRS in einem Halbleiter-Prüfstand hinsichtlich Schaltverhalten und Verluste charakterisiert. Ein weiteres Ziel der H-BRS ist die Vermessung und Untersuchung von Elektrolyse-Zellen für die Beschreibung von Alterungseffekten hinsichtlich hochfrequenten Stromanteilen. Hierfür wird die H-BRS eine Prüfstromquelle zur Bestromung von Elektrolyse-Zellen entwickeln und aufbauen.
Das Projekt "Deutscher Beitrag zum OECD/NEA 'Project Fire Risk Assessment Through Innovative Research (FAIR)'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Organisation for Economic Co-operation and Development durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Bereitstellung von experimentellen Daten zur Validierung und Weiterentwicklung von Simulationsprogrammen (CFD-Programme, Lumped Parameter Codes) zur Untersuchung sicherheitstechnisch relevanter Phänomene der Brandausbreitung in kerntechnischen Anlagen. Das OECD FAIR Projekt als Nachfolge des OECD PRISME-3 Projekts sieht Brandexperimente in der Mehrraumversuchsanlage DIVA sowie unterstützende Tests in den Kalorimetern SATURNE und PLUTON im Forschungszentrum Cadarache (Frankreich) vor. Untersucht werden sollen die Brandausbreitung entlang von Kabeln unter Berücksichtigung des Einflusses der Kabellänge und -alterung, Brände in geschlossenen Raumgeometrien mit Zwangsbelüftung sowie die Brandausbreitung unter Beteiligung verschiedener Brandgüter in komplexen Mehrraumkonfigurationen.
Das Projekt "Heizwert und Sauerstoffbedarf von Flüchtigen inklusive Teer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Montanuniversität Leoben, Institut für Wärmetechnik, Industrieofenbau und Energiewirtschaft durchgeführt. Der thermischen Nutzung fester biogener Brennstoffe kommt heutzutage eine wesentliche Bedeutung für die Bereitstellung von Energie zu. Weiters werden Abfallstoffe (zB Kunststoffe) zunehmend thermisch entsorgt bzw. genutzt, nicht zuletzt wegen der neuen Deponieverordnung in Österreich. Daher ist es von entscheidender Bedeutung diese Anlagen möglichst effizient und umweltfreundlich zu betreiben. Einerseits wird dadurch ein möglichst hoher Energiegewinn erzielt, andererseits eine möglichst geringe Umweltbelastung durch die entstehenden Abgase angestrebt. Die Kenntnis über den Ort der Energiefreisetzung und den Sauerstoffbedarf abhängig vom Pyrolysefortschritt bzw. vom Ort sind daher von großer Bedeutung. Die Pyrolyse spielt bei jeder thermischen Umwandlung fester Brennstoffe eine entscheidende Rolle, insbesondere bei Biomasse, da Biomasse einen hohen Anteil an Flüchtigen (zum Beispiel Fichte mit ca.85 Prozent Flüchtige, davon ca. 70 Prozent Teere) aufweist, welche bei der Pyrolyse freigesetzt werden und daher den Verbrennungsablauf besonders beeinflussen. Da der Heizwert von Flüchtigen (inklusive Teer) und der Sauerstoffbedarf derselbigen von Bedeutung für die Prozessführung von Vergasungs- und Verbrennungsanlagen sind, sollen diese Parameter eingehender untersucht werden. In Vorprojekten wurde bereits auf den Einfluss von zum Beispiel Partikelgröße und Feuchtegrad von Biomasse auf die Flüchtigenausbeute bei der Pyrolyse eingegangen. In der Praxis bereiten vor allem die Teere immer wieder Probleme und sollen daher in dieser Arbeit eingehender untersucht werden. Die Untersuchung ihrer Zusammensetzung ist auf Grund der komplexen chemischen Struktur sehr aufwendig und teuer. Die in diesem Projekt vorgestellte, neu konzipierte Versuchsanlage, welche eine Kombination einer thermogravimetrischen Apparatur und eines differentiellen Durchfluss-Kalorimeters darstellt, ermöglicht es den Heizwert und den Sauerstoffbedarf der Teere und der Flüchtigen zu untersuchen, ohne deren Zusammensetzung analysieren zu müssen. Dadurch wird eine einfache, rasche und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, den Heizwert der Flüchtigen und des Teers abhängig von der Zeit bzw. des Umwandlungsfortschritts experimentell zu ermitteln und somit auch Rückschlüsse auf die Crackreaktionen ermöglicht. usw.
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