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Komplexierung und Migration von Al, Ga, In, Sc, Y, La und Schwermetallen mit Huminsäure

Das Projekt "Komplexierung und Migration von Al, Ga, In, Sc, Y, La und Schwermetallen mit Huminsäure" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Interdisziplinäre Isotopenforschung e.V. durchgeführt. Das Ziel ist die Vermessung der Konkurrenzreaktionen der Elemente der dritten Haupt- und Nebengruppe im Zusammenhang mit der Komplexierung und Sorption von Actiniden unter geogenen Bedingungen. Diese Elemente liegen unter reduzierenden Bedingungen in Anwesenheit 4-wertiger Actiniden als starke Elektrolyte vor. Der Einfluss der Konkurrenzelektrolyte auf die Komplexierung der Actiniden mit den organischen und anorganischen Liganden sowie auf die Hydroxidbildung in der wässrigen Phase wird bestimmt. In Verbindung mit den Speziationsuntersuchungen der wässrigen Phase werden die geochemischen Konkurrenzreaktionen an diesen Oberflächendepositen erfasst und kinetische Abhängigkeiten mit radioanalytischen Methoden bestimmt. Dazu werden Radionuklide des y, La bzw. Eu als Analogtracer für die Actiniden eingesetzt und natürliche, radiochemisch markierte Huminstoffe verwendet.

Teilprojekt B07 (ehem. A01): Bodenstrukturen und Massetransport mit NMR: Von Mustern auf der Porenskala zur Hydraulik auf der Meterskala

Das Projekt "Teilprojekt B07 (ehem. A01): Bodenstrukturen und Massetransport mit NMR: Von Mustern auf der Porenskala zur Hydraulik auf der Meterskala" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Technische Chemie und Makromolekulare Chemie durchgeführt. Bodenfeuchte, Bodenwassertransport und hydraulische Bodenparameter werden mit magnetischer Kernresonanz (NMR) auf der Poren- bis Zentimeterskala charakterisiert um die Verteilung lokaler physikalischer Bodenparameter, hydraulischer Bodenpermeabilität und dualer Permeabilität zu erstellen. Diese Parameter bilden die Brücke zum Hochskalieren lokaler Bodeneigenschaften und -prozesse auf der Porenskala zur Modellierung der Bodenhydrologie auf der Meter- bis Feldskala mit verbesserter Simulation des Wasser- und Energietransfers zwischen Landoberfläche und Atmosphäre.

Analyse der Kinetik einer DMFC-Elektrode

Das Projekt "Analyse der Kinetik einer DMFC-Elektrode" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Magdeburg, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik durchgeführt. Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) gehört zum Typus der Direkt-Brennstoffzellen, bei der organischer Brennstoff (Methanol) direkt 'verbrannt' wird, ohne dass das Methanol vorher in Wasserstoff umgewandelt wird. Diese Verfahrensweise besitzt viele Vorteile gegenüber der Nutzung von Wasserstoffgas als Brennstoff. Allerdings ergeben sich auch große kinetische Limitierungen für den DMFC-Betrieb, aufgrund der höheren Komplexität der Methanolmoleküle und der sich daraus ergebenden komplexeren Kinetik der Oxidation. Das Hauptziel dieses Projektes ist die Bestimmung der Kinetik für die Methanoloxidation in einer DMFC durch die kombinierte Anwendung experimenteller und modellbasierter Ansätze. In einem ersten Schritt wurden verschiedene Modellbeschreibungen für die elektrochemische Oxidation von Methanol formuliert. Für die experimentellen Untersuchungen wird eine speziell entworfene elektrochemische Brennstoffzelle benutzt, die es erlaubt, kinetische Studien unter technisch relevanten Bedingungen durchzuführen. Welches der konkurrierenden Modelle am geeignetsten ist, wird mit Hilfe von nichtlinearer Systemanalyse entschieden, da elektrochemische Standardmethoden sich als zu unempfindlich bei der Auswahl erwiesen haben. Als eine der nichtlinearen Analysemethode kommt die Nichtlineare-Frequenzganganalyse (NFRA) zum Einsatz. Diese basiert auf der Anregung des Systems durch ein harmonisches Eingangssignal großer Amplitude. Diese Methode wurde ursprünglich für die Untersuchung von nichtlinearen Schaltkreisen entwickelt und wird neuerdings auch erfolgreich in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzt. Ein großer Vorteil dieser Methode liegt darin, dass man einen Satz von Frequenzgangfunktionen (FRF) erhält, die jeweils verschiedene Informationen über die Eigenschaften des Systems enthalten. Deshalb können die FRF zweiter oder höherer Ordnung dazu benutzt werden, die Modelle besser zu beurteilen und Systemparameter abzuschätzen. Es wird erwartet, dass diese Methode, im Vergleich zu den etablierten Methoden der Elektrochemie, zusätzliche Informationen über das Systemverhalten liefert.

Kinetische Modelle fuer den thermischen und pyrolytischen Abbau von Kunststoffen

Das Projekt "Kinetische Modelle fuer den thermischen und pyrolytischen Abbau von Kunststoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Chemische Technik durchgeführt. In diesem Forschungsvorhaben soll - ausgehend auf eigenen Vorarbeiten - durch den Einsatz unterschiedlicher experimenteller Methoden die Kenntnis der Kinetik des thermischen Abbaus und der Pyrolyse von Kunststoffen erweitert werden. Weiterhin werden durch numerische Methoden zur Simulation der Dynamik der Molmassenverteilung beim thermischen und pyrolytischen Abbau von Polymeren Hilfsmittel zur Vorausberechnung des Verhaltens von Kunststoffen beim thermischen und pyrolytischen Abbau bereitgestellt. Untersucht werden genau spezifizierte Kunststoffe, die im Alltag breite Anwendung finden, wie Polystyrol, Polyethylen, Polyamid 6, und PVC. Fuer die Pyrolyse und den thermischen Abbau werden Bedingungen gewaehlt, wie sie auch unter technischen Bedingungen (thermische Beanspruchung, Braende, technische Pyrolyse) vorliegen. Die experimentellen Untersuchungen sollen die Thermogravimetrische Analyse mit on-line Massenspektrometrie (TGA-MS), reversed-phase-Hochleistungsfluessigkeitschromatographie (RP-HPLC), GC und GC-MS, Ausschlusschromatographie (SEC) sowie DSC umfassen. Bestimmt werden die beim thermischen Abbau und der Pyrolyse entstehenden Zwischen- und Endprodukte sowohl qualitativ als auch quantitativ, die Aenderungen der Molmassenverteilung in der fluessigen und festen Phase und die formale Kinetik des thermischen Abbaus. Parallel zu den experimentellen Arbeiten werden numerische Methoden - diskrete h-p-Galerkin Methoden - zur Simulation der Dynamik der Molmassenverteilung beim thermischen und pyrolytischen Abbau entwickelt und durch die Experimente validiert.

Methodenentwicklung zur Analyse von Störfallszenarien mit Frischdampflecks und Borverdünnung mit Hilfe des Codesystems ATHLET-DYN3D

Das Projekt "Methodenentwicklung zur Analyse von Störfallszenarien mit Frischdampflecks und Borverdünnung mit Hilfe des Codesystems ATHLET-DYN3D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Roßendorf e.V., Institut für Sicherheitsforschung durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung einer Methodik für die Durchführung von Analysen zu Frischdampfleck- und Borverdünnungsstörfällen für Druckwasserreaktoren mit Hilfe von gekoppelten thermohydraulisch-neutronenkinetischen Systemcodes unter besonderer Berücksichtigung der Kühlmittelvermischung im Ringraum und unteren Plenum des Reaktors. Dabei sind Ergebnisse von 3D Fluiddynamiksimulationen einzubinden. Unter Anwendung der Methodik werden vergleichende Analysen für UO2- und MOX-Beladungen für einen Referenzreaktor durchgeführt. Das Vorhaben beinhaltet die Generierung einer unabhängigen Bibliothek makroskopischer Wirkungsquerschnitte für die neutronenkinetischen Rechnungen mit Hilfe des 2D Transportcodes HELIOS.

Untersuchung von Adsorption/Transport/Distribution von organischen Luftschadstoffen durch/in Blattorgane

Das Projekt "Untersuchung von Adsorption/Transport/Distribution von organischen Luftschadstoffen durch/in Blattorgane" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NATEC Institut für naturwissenschaftlich-technische Dienste durchgeführt. Das Forschungsvorhaben soll darueber Auskunft geben, mit welcher Geschwindigkeit und in welcher Menge luftgetragene Organika unter natuerlichen Bedingungen durch Blattorgane der Waldbaeume (Fichte) aufgenommen, in diesen angereichert und in die inter- bzw. intrazellulaeren Kompartimente transportiert werden. D.h. Ermittlung der Ad-/Absorptionskinetiken fuer bestimmte, gasfoermig auf die Blattorgane treffenden Organika in Abhaengigkeit von Konzentration, Einwirkzeit und meteorologischen Faktoren sowie der Lokalisierung der Senken der absorbierten Organika im Innern der Blattorgane. Dazu sind zunaechst die folgenden, fuer die Realisierung des Vorhabens wichtigen Arbeiten durchzufuehren: Synthese der ausgewaehlten Testsubstanzen tetrachlorethen (TCE), Furfurol und 4-Nitrophenol in 14C-markierter Form; Aufbau und Erprobung einer Laborvorrichtung zur Kurzzeitbegasung vitaler Zweige mit radioaktiven Testorganika und zur anschliessenden Desorption; Ausstattung der sog. 'Pflanzenstoffwechselbox' (GIT Fachz. Lab. 12 (1982)) mit Zusatzvorrichtungen zur Herstellung und Aufrechterhaltung einer definierten, mit radioaktiver Substanz kontaminierten Atmosphaere fuer die Dauerbegasung junger Baeume. Danach soll das Ad-/Absorptions- und Desorptionsverhalten der 3 Testsubstanzen an lebenden Fichtenzweigen quantitativ untersucht werden.

Galvanische Herstellung von halbleitenden duennen Filmen fuer die Photovoltaik

Das Projekt "Galvanische Herstellung von halbleitenden duennen Filmen fuer die Photovoltaik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Untersucht wird die galvanische Herstellung duenner Halbleiterschichten fuer photovoltaische Anwendungen als potentiell kostenguenstiges Verfahren im Vergleich zu den gaengigen Aufdampfverfahren. Schwerpunkte: - Untersuchung der Kinetik der Schichtbildung und der Keimbildung, - Herstellen von p-n-Uebergaengen, - Uebertragung der entwickelten Methoden auf verschiedene Verbindungshalbleiter. Ergebnisse: Photovoltaisch aktive Cu2S-Schichten geeigneter Qualitaet koennen reproduzierbar hergestellt werden (eta der Zellen: 3,3 Prozent). Die Methode ist auf CuInS2 anwendbar.

Beurteilung des Einflusses hoher Temperaturen und hoher Prozessdrücke auf die Werkstoffalterung in CO2-armen Kraftwerken mit sauerstoffangereicherter Verbrennung

Das Projekt "Beurteilung des Einflusses hoher Temperaturen und hoher Prozessdrücke auf die Werkstoffalterung in CO2-armen Kraftwerken mit sauerstoffangereicherter Verbrennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Abteilung 5 Werkstofftechnik, Fachgruppe 5.1 Materialographie, Fraktographie und Alterung technischer Werkstoffe durchgeführt. Bei Abschluss des Projektes sollen auf Regeln basierende Einschätzungen über die Oxidationsbeständigkeit von Hochtemperaturwerkstoffen in Oxyfuel-Kreisläufen aufgestellt sein, die eine fundierte Werkstoffauswahl oder eine gezielte Planung von Werkstoff bzw. Korrosionsschutzschichtentwicklungen ermöglichen. Dazu wird das Korrosionsverhalten in Oxyfuelkreisläufen und dessen Druckabhängigkeit an heute relevanten Kraftwerkswerkstoffen beobachtet und modellmäßig erfasst. A) Schaffung der experimentellen Voraussetzungen für Oxidationsexperimentein CO2-O2-H2O Medien bei hohem Druck und hoher Temperatur .B)Test von ferritisch-martensitischen Werkstoffen, Nickelbasislegierungen und einer Modellegierung. C) Erstellen thermodynamischer und kinetischer Modelle, bgzw. die Kopplung dieser Modelle, und Integration in eine Lebensdauermodellierung. Beide Partner verfügen gemeinsam über eine ergänzende personelle und technische Ausstattung, mit welcher Werkstoffänderungen, Diffusionsmechanismen beobachtbar sind und Modellrechnungen erstellt werden können. Die Modelle sollen allen Partnern in COORETEC zur Verfügung stehen und in Kooperationsprojekten an unterschiedliche Produkte angepasst werden.

First-principles kinetic modeling for solar hydrogen production

Das Projekt "First-principles kinetic modeling for solar hydrogen production" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Theoretische Chemie durchgeführt. The development of sustainable and efficient energy conversion processes at interfaces is at the center of the rapidly growing field of basic energy science. How successful this challenge can be addressed will ultimately depend on the acquired degree of molecular-level understanding. In this respect, the severe knowledge gap in electro- or photocatalytic conversions compared to corresponding thermal processes in heterogeneous catalysis is staggering. This discrepancy is most blatant in the present status of predictive-quality, viz. first-principles based modelling in the two fields, which largely owes to multifactorial methodological issues connected with the treatment of the electrochemical environment and the description of the surface redox chemistry driven by the photo-excited charges or external potentials.Successfully tackling these complexities will advance modelling methodology in (photo)electrocatalysis to a similar level as already established in heterogeneous catalysis, with an impact that likely even supersedes the one seen there in the last decade. A corresponding method development is the core objective of the present proposal, with particular emphasis on numerically efficient approaches that will ultimately allow to reach comprehensive microkinetic formulations. Synergistically combining the methodological expertise of the two participating groups we specifically aim to implement and advance implicit and mixed implicit/explicit solvation models, as well as QM/MM approaches to describe energy-related processes at solid-liquid interfaces. With the clear objective to develop general-purpose methodology we will illustrate their use with applications to hydrogen generation through water splitting. Disentangling the electro- resp. photocatalytic effect with respect to the corresponding dark reaction, this concerns both the hydrogen evolution reaction at metal electrodes like Pt and direct water splitting at oxide photocatalysts like TiO2. Through this we expect to arrive at a detailed mechanistic understanding that will culminate in the formulation of comprehensive microkinetic models of the light- or potential-driven redox process. Evaluating these models with kinetic Monte Carlo simulations will unambiguously identify the rate-determining and overpotential-creating steps and therewith provide the basis for a rational optimization of the overall process. As such our study will provide a key example of how systematic method development in computational approaches to basic energy sciences leads to breakthrough progress and serves both fundamental understanding and cutting-edge application.

Herstellung von Pulverlacken durch Polymerisation und Formulierung in ueberkritischen Fluiden

Das Projekt "Herstellung von Pulverlacken durch Polymerisation und Formulierung in ueberkritischen Fluiden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Herberts durchgeführt. Ziel des Forschungsprojekts ist ein integrierter Prozess aus Synthese, Lack- und Pulverherstellung in ueberkritischem Kohlendioxid. Angestrebt werden sowohl oekonomische, als auch oekologische und technologische Vorteile gegenueber dem konventionellen Fertigungsprozess durch Vermeidung von: Loesemitteln bei der Pulverharzsynthese, thermischer Belastung bei der Extrusion und aufwendigen Mahlverfahren zur Pulvererzeugung. Fuer die gezielte Herstellung geeigneter Polymerisate ist die Kenntnis der Polymerisationskinetik, das Phasenverhalten im Polymer-CO2-System und die Reaktionsfuehrung von Bedeutung. Fuer die Optimierung des Polymerisationsverfahrens und die Einstellung der gewuenschten Produkteigenschaften ist die Modellierung unerlaesslich. Im integrierten Prozess erfolgen nach der Polymerisation die Prozessschritte: Formulierung im gleichen Prozessmedium und Partikelbildung durch Expansion aus ueberkritischer Loesung/Suspension. Untersucht werden soll die Zudosierung von Haertern sowie Lackadditiven und die Steuerung der Partikelbildung.

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