Das Projekt "Reduktion zweiwertigen Quecksilbers durch Huminstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Klinikum, Institut für Hygiene und Umweltmedizin durchgeführt. Die reduzierenden Eigenschaften von Huminstoffen sind verantwortlich fuer verschiedene Reaktionen mit natuerlichen und anthropogenen Substanzen. Verschiedene Einflussfatoren wie Temperatur Licht, pH und die Anwesenheit interferierender Substanzen koennen die Reaktivitaet des Systems beeinflussen. Diese Einflussfaktoren sollen fuer die Reduktion von Quecksilber (II) zu elementarem Quecksilber abgeklaert werden um das Verhalten in der Umwelt prognostizieren zu koennen. Hierzu wird ein neu entwickelter Versuchsaufbau verwendet. bei dem ein PC-gesteuertes Titrationssystem mit einer Atomabsorbtion gekoppelt wird. Deutliche Einfluesse des pH-Wertes auf die Reaktivitaet des Systems Hg (II) und Huminstoffe konnten bereits aufgezeigt werden. Die Anwesenheit von Licht erhoeht die Reaktivitaet, dagegen wird durch Chloridionen die Bildung von Hg(0) vermindert. Insbesondere die Kinetik der Reaktion wird von den genannten Faktoren beeinflusst.
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.
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.
Das Projekt "Populationsdynamische Modellierung und experimentelle Valiedierung für Biomassenkonversionsprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Magdeburg, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Die Modellierung von Biomasse-Konversionsprozessen stellt eine Möglichkeit dar die Energieproduktion zur Verwendung in einem neuartigen virtuellen Kraftwerk besser und dynamischer den Anforderungen anzupassen. Die Modellierung bedient sich hier des populationsdynamischen Ansatzes, wofür Einzelpartikelkinetiken hergeleitet bzw. experimentell bestimmt werden müssen. Die Validierung des Gesamtmodells wird an einer Technikumsanlage durchgeführt, die 2010 errichtet wurde.
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.
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.
Das Projekt "Kontinuierliche Verfahren zur Herstellung chiraler Amine und Alkohole im Mehrphasensystem aus ionischen Flüssigkeiten und überkritischem Kohlendioxid" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ACT Centre for Technology GmbH durchgeführt. Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines Mehrphasenreaktors für den Einsatz in der Katalyse zur Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen und Pflanzenschutzmitteln. Der Partner ACT GmbH wird zusammen mit anderen Projektpartnern Materialien, Design und Bauweise einer my-Apparatur zur Tauglichkeit für NMR-Messungen prüfen und die Konstruktion festlegen. Ausgehend von einer Evaluierung der NMR-Parameter durch NMR-Messungen am Reaktions-/Katalysatorsystem im Labormaßstab wird ein mobiles NMR-Spektrometer für den Einsatz an my-Apparaturen modifiziert, sowie Sensoren und Software angepasst. Ziel ist das Verständnis des Reaktionsmechanismus, der Kinetik und eine Online Qualitätskontrolle der Reaktion. Zum Bau einer my-Apparatur werden Materialien ausgewählt, die für die Abnahme von NMR Messsignalen in Frage kommen. Die Anforderungen an eine Messapparatur werden auch beim Design berücksichtigt. Es werden Messungen am my-System vorgenommen. Ziel ist eine permanente online Qualitätskontrolle. Das gewonnene Know-how geht in die permanente Produktweiterentwicklung der ACT GmbH ein. Das besondere Interesse liegt an der Entwicklung von online Messverfahren zur Qualitätskontrolle.
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.
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.
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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