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European Regional Seas Ecosystem Model, ERSEM

Das Projekt "European Regional Seas Ecosystem Model, ERSEM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Meereskunde (IfM) durchgeführt. In the ERSEM project three different setups of the ecosystem model ERSEM for the whole North Sea were defined, the setup ND15, the setup ND130 and the setup COCOA, the continental coastal application. In the setup ND130 the North Sea is divided into 130 spatial boxes; the boxes are mostly regular 1Grad C x 1Grad C squares. During summer many areas of the North Sea are stratified, and during this period primary production is mostly confined to the upper layer. The boxes were divided in the vertical at the depth of 30 m wherever stratification prevails during summer. This depth was shown to be a reasonable approximation of the thermocline depth in the North Sea (Lenhart et al., 1995, Lenhart & Pohlmann, 1996). In this way 45 boxes are separated into an upper and a lower box for the setup ND130. In Fig. 1b two box numbers are given for the stratified 1Grad C by 1Grad C areas. The box setup ND130 was chosen as the standard setup during the second phase of the ERSEM project (1993 - 1996), when we started to apply ERSEM to the coastal areas where the 15-box setup ND15 did not satisfy the needs of spatial resolution to properly describe the pathway of river inputs from the estuaries along the continental coast into the central North Sea. The setup is related to the HAMSOM grid, i.e. the numerical grid used for the hydrodynamical simulations which are utilized in ERSEM as forcing (Backhaus, 1989; Lenhart et al., 1995). The regular box size is 3 (east-west) by 5 (north-south) grid points, which corresponds approximately to rectangles of 60 km times 100 km side lengths. In addition to the interior boxes 1 to 130, boundary boxes 131 to 155 were defined, because they shall serve for defining boundary conditions for the model (see e.g. Radach & Lenhart, 1995). The northern North Sea is closed towards the Atlantic ocean by the boxes 131 to 141 (east to west) in the surface and by the boxes 144 to 154 in the deeper layers. The Skagerrak partly belongs to the interior of the model domain in ND130, and the eastern Skagerrak and northern Kattegat serve as boundary box 143 (surface) and box 155 (deep). In the Channel box 142 was added. Data were and are needed in the ERSEM project for several purposes. For initializing and forcing in the setup ND130 of the ecosystem model ERSEM data are needed in amounts that allow to prescribe the initial situation within the North Sea and the temporally continuous forcing at the open boundaries of the simulation area (i.e. boundary conditions) by statistically meaningful data products. For testing and validating the model we need annual cycles of the main state variables to enable a comparison of model outcome with observed system behaviour.

Development of an automatic system for controlling the process of metal recovery from slags

Das Projekt "Development of an automatic system for controlling the process of metal recovery from slags" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Cytec Datensysteme GmbH durchgeführt. Objective: The objective is better recovery of nickel from slags through better process control in order to raise productivity and save energy in ferronickel production. General Information: An automatic process control system will be developed for the recovery of mechanical nickel losses in slag arising from the production of ferronickel in the electric reduction furnace of LARCO at the Larymna plant. Methodological development will help applicability to other comparable processes. The project will be in the following stages. Construction and setup of a dedicated induction furnace with a graphite susceptor and a refractory crucible and with the possibilities of temperature control and gas injection from the top or from the side of the crucible. The development of a laser based system for assessing and monitoring the metal content of the slag is proposed. The proposed system, laser induced breakdown spectroscopy (LIBS), will speed up the analysis of the recovery of metal, provide more efficient process control and enable further optimization. The basic steps in LIBS are: atomization of the sample; excitation of the resulting atoms; and detection of the emitted radiation from the atoms. Both atomization and excitation can be achieved by focusing a neodymium, yttrium aluminium garnet(YAG) laser on the molten slag free surface, resulting in the creation of a microplasma. The emitted radiation will be spectrally resolved by means of a monochromator coupled with an optical multichannel analyzer (OMA III). The work parts to be done are: preliminary measurements on solid slag containing nickel and ferronickel in order to be used as reference standards; online monitoring with data acquisition and sensor system integration for the actual molten systems; testing and validation; and metallurgical support during the experiments. The control system stage will involve: metal concentration values given by the LIBS system modelled to obtain the actual metal content in the slag; thermal control linked with the process computer; control of the gas (or gas mixtures) flow rates to be injected into the slag melt linked with the process computer. The information processing stage will involve: observed values continuously stored in an appropriate database in order to be compared to the simulated values; special, easy to solve, mathematical model of ordinary differential equations developed to simulate the recovery process; and a simulation programme developed in advanced continuous simulation language (ACSL) to allow online simulation. The final stage is system integration. Achievements: Research was carried out in order to develop an automatic process control system for the recovery of metal from slags and therefore contribute with better process control to better recovery of the mechanical metal losses from the ERF slags in the ferronickel production. The combination of metallurgical experiments with the high technology of laser based analysis was the first ...

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hamburger Stadtentwässerung AöR durchgeführt. In dem geplanten Projekt sollen die für 2 Bundesländer und drei ausgewählte Städte gewonnenen Ergebnisse aus SYNOPSE 1 auf ganz Deutschland übertragen werden. Konkretes Ziel des Projektes SYNOPSE 2 ist die Regionalisierung von zwei Niederschlagsmodellen für ganz Deutschland. Dies ermöglicht die flächendeckende Bereitstellung beliebig langer kontinuierlicher Regenreihen in einer zeitlichen Auflösung von 5 Minuten auf einem Raster (z.B. 5x5 km) für die Bemessungspraxis in der Stadtentwässerung. Dazu werden die beiden Niederschlagsmodelle der Uni Stuttgart und der Uni Hannover verwendet. Die Überprüfung der Ergebnisse erfolgt anhand von Vergleichen zwischen beobachteten und simulierten Niederschlägen sowie damit simulierten Kanalnetzabflüssen für ein Set von ausgewählten Standorten verteilt über ganz Deutschland. 1.) Aufbau eines synthetischen Kanalnetzmodells 2.) Auswahl von Teststandorten 3.) Analyse zur Festlegung der Mindestlänge 4.) Hydrodynamische Simulation Referenz- und Nachbarstationen 5.) Hydrologische Simulation Referenz- und Nachbarstationen 6.) Hydrodynamische Simulation synthetischer Zeitreihen 7.) Hydrologische Simulation synthetischer Zeitreihen 8.) Entwicklung von Handlungsempfehlungen 9.) Organisation eines Abschlussworkshops 10.) Abstimmungen, Meetings, Berichte, Publikationen

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für technisch-wissenschaftliche Hydrologie GmbH durchgeführt. In SYNOPSE II werden die für zwei Bundesländer und drei ausgewählte Städte gewonnenen Ergebnisse aus SYNOPSE I auf ganz Deutschland übertragen. Ziel ist die Regionalisierung von zwei Niederschlagsmodellen und der abflussseitige Nachweis der Eignung der erzeugten synthetischen Niederschlagszeitreihen für die hydrodynamische Kanalnetz- und die hydrologische Schmutzfrachtberechnung. Mit Hilfe der Niederschlagsgeneratoren werden kontinuierliche Niederschlagszeitreihen beliebiger Länge in einer zeitlichen Auflösung von 5 Minuten auf einem Raster (5 km x 5 km) für Deutschland erzeugt. Es werden die zwei Niederschlagsmodelle der Uni Stuttgart (LHG) und der Uni Hannover (WAWI) verwendet und weiterentwickelt (Teilprojekt I.6). Der Eignungsnachweis (für die Bemessungspraxis in der Stadtentwässerung) erfolgt durch den Vergleich zwischen beobachteten und simulierten Niederschlägen sowie damit simulierten Kanalnetzabflüssen für eine Stichprobe von 45 ausgewählten Standorten unterschiedlicher Niederschlagscharakteristik verteilt über ganz Deutschland. Im Ergebnis wird ein Softwareprodukt (ähnlich wie KOSTRA) zur Verfügung gestellt, mit welchem für beliebige Standorte in Deutschland synthetische Niederschläge erzeugt werden können. Folgende Punkte zählen zum Bearbeitungsumfang des itwh in Bezug auf die hydrodynamische Abfluss- und Überstauberechnungen (Hystem-Extran) und Schmutzfrachtberechnungen (KOSIM) an 25 Teststandorten: 1.) Bereitstellung von komplexen Testkanalnetzen für die Validierung der stochastischen Niederschläge und Anpassung für ausgewählte Teststandorte, 2.) Auswahl von Teststandorten, 3.) Analysen zur Festlegung erforderlicher Mindestlängen, optimaler Realisationen und der Sensitivität synthetischer Zeitreihen, 4.) Hydrodynamische Kanalnetzsimulationen für den Überstaunachweis für alle Teststandorte, jeweils Referenz- und Nachbarstationen (Zeitreihenlänge à 20 Jahre), 5.) Hydrologische Kontinuumssimulationen für die Schmutzfrachtermittlung für alle Teststandorte, jeweils Referenz- und Nachbarstationen (Zeitreihenlänge à 20 Jahre), 6.) Hydrodynamische Kanalnetzsimulationen für den Überstaunachweis für alle Teststandorte, synthetische Zeitreihen (2 Läufe à 2 x 300 Jahre Zeitreihenlänge), 7.) Hydrologische Kontinuumssimulationen für die Schmutzfrachtermittlung für alle Teststandorte, synthetische Zeitreihen (2 Läufe à 2 x 300 Jahre Zeitreihenlänge) 8.) Entwicklung von Handlungsempfehlungen für die Anwendung synthetischer Niederschläge in der Praxis, 9.) Entwicklung, Bereitstellung und Dokumentation einer Software für die Generierung von N-Reihen für beliebige Orte in Deutschland, 10.) Workshop zur Bekanntmachung und Verbreitung synthetischer Zeitreihen in der Praxis, 11.) Abstimmungen, Meetings, Berichte, Publikationen.

A Multi-Run Simulation Environment for Quality Assurance and Scenario Analyses of Models (SimEnv)

Das Projekt "A Multi-Run Simulation Environment for Quality Assurance and Scenario Analyses of Models (SimEnv)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. The complexity of the Earth system, the intrinsic variability of its processes and the limited knowledge about the considered sub-systems demand a careful quality assurance of the findings that are drawn from modeling studies. In particular, quantification of uncertainty and identification of sensitive processes, parameters or initial values are of continuous importance when climate (impact) phenomena are studied by experimenting with simulation models. The multi-run simulation environment SimEnv has been developed to support modelers and analysts who are confronted with such issues. The focal point of SimEnv is set on the usage and evaluation of simulation models mainly for quality assurance matters and scenario analyses. SimEnv supports sensitivity and uncertainty analyses of models with large and multi-dimensional output in high-dimensional model factor (parameter / initial values) spaces. Interfacing models to the simulation environment is based on minimal source code modification by calling SimEnv functions. Actually, 10 model programming languages and shell scripts are supported. Generic experiment types are the backbone of SimEnv, applying probabilistic, deterministic or Bayesian numerical sampling schemes in factor spaces. The resulting multi-run experiment can be distributed on a compute cluster or on a multi-core machine. Interactive experiment post-processing makes use of built-in operators, optionally supplemented by user-defined and composed operators. Operator chains can be applied to experiment output, external reference data or output from other SimEnv experiments to navigate and post-process in the combined sample and model output space. Derived multi-dimensional post-processor model quality measures can be evaluated by the visualization framework SimEnvVis using advanced visualization techniques.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau (IWW) durchgeführt. Endziel dieses Anschlussvorhabens an SYNOPSE-I ist es, flächendeckend für Deutschland für beliebige Orte stochastische Niederschlagszeitreihen in einer zeitlichen Auflösung von 5 Minuten bereit zu stellen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, die Parameter des Niederschlagsmodells Deutschland weit zu regionalisieren. Es wird angestrebt, die endgültige Parameterbereitstellung auf einem Raster mit einer Auflösung von 5 km x 5 km zu realisieren. Wissenschaftliche Ziele dieses Teilprojektes sind 1) die weitere Verbesserung des stochastischen Niederschlagsmodells, 2) die Weiterentwicklung von Regionalisierungsverfahren zur optimalen Parameterschätzung des Niederschlagsmodells für unbeobachtete Orte und 3) die ortsspezifische Quantifizierung der Unsicherheit der synthetischen Niederschlagsdaten bezogen auf ausgewählte Zielkriterien der Stadtentwässerung. Das anwendungsorientiertes Ziel des Projektes ist die Umsetzung des Niederschlagsmodells in einer Softwarelösung zur bedarfsweise flexiblen, nutzerfreundlichen und schnellen Generierung der gewünschten Zeitreihen für beliebige Orte in Deutschland.

Starkregen- und Überflutungsgefahren 2024

Die zwei Kartenthemen bestehen jeweils aus mehreren thematisch und räumlich unterschiedlichen Ebenen. Die Ebenen sind teilweise voneinander unabhängig aussagekräftig. Im Einzelnen bestehen die Karten aus folgenden Fachlayern: Der Starkregenhinweiskarte basiert maßgeblich auf folgenden Produkten: topografischen Senkenanalyse der BWB und die Feuerwehreinsätze der Berliner Feuerwehr für das Land Berlin. Die topographische Senkenanalyse ist das Ergebnis einer topographischen Analyse des Digitalen Geländemodells (ATKIS® DGM – Digitales Geländemodell, 2021) unter Berücksichtigung der Gebäudeflächen und Durchfahrten sowie Geschossinformationen (ALKIS®- Amtliches Liegenschaftskatasterinformationssystem, 2021), welche durch die BWB im Jahr 2022 durchgeführt wurde. Es erfolgte eine GIS-Analyse zur Ermittlung der Senken, Fließwege und Abflussakkumulation basierend auf dem vorgeglätteten DGM. Die Gebäude wurden als nicht überströmbare Abflusshindernisse in das DGM integriert und Senken in umschlossenen Innenhöfen ausgeschlossen. Folgende Senkenattribute wurden basierend auf einer zonalen Statistik abgeleitet und werden in den Sachdaten dargestellt: Fläche Einzugsgebiet (DrainArea [m²]) Fläche Senke (FillArea [m²]) Maximale Tiefe der Senke (FillDepth [cm]) Geländehöhe Senkenbasis (BottomElev [m]) Geländehöhe maximaler Füllstand (FillElev [m]) Füllvolumen (FillVolume [m³]) Basierend auf folgenden Parametern wurden die relevanten Senken ermittelt: Senkentiefe mindestens 20 cm, Senkenfläche mindestens 4 m², Senkenvolumen mindestens 2 m³, Senkeneinzugsgebiet mindestens 200 m². Der Datensatz der Feuerwehreinsätze zeigt Meldungen der Berliner Feuerwehr in Bezug auf “Wasser”, welche anhand des Meldungstextes mit Starkregen in Verbindung zu bringen sind und an Starkregentagen aufgenommen wurden. Der Datensatz wurde durch die Berliner Feuerwehr erfasst und durch die BWB prozessiert (sogenannter Überflutungsatlas). Die BWB haben die Feuerwehreinsätze mit den Niederschlagsdaten der BWB an diesem Tag und Ort abgeglichen und eine anzunehmendes Wiederkehrintervall (T)des aufgetretenen Niederschlagsereignisses zugeordnet. Dopplungen wurden entfernt. Folgende Attribute wurden abgeleitet und werden in den Sachdaten dargestellt: Datum (angelegt) Wiederkehrintervall (T) Ortsteil Die Daten wurden räumlich über die Berliner Adressdatei geocodiert. Der Zeitraum der Meldungen umfasst einerseits den Zeitraum 2005 bis 2017 anderseits 2018 bis 2021. Diese Datensätze wurden zu einem Datensatz von Mai 2005 bis September 2021 zusammengefasst. Zwecks Aggregierung und Darstellung wurden die Daten auf Blockteilflächen und Straßenflächen des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU5 2021) zusammengefasst und klassifiziert. In Berlin wird die Analyse zu Starkregengefahren auf Basis eines gekoppelten 1D-Kanalnetz und eines 2D-Oberflächenabflussmodells (1D/2D gekoppeltes Modell) durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird die Berechnung der Abflussvorgänge im Kanalnetz (1D) mit der zweidimensionalen hydrodynamischen Modellierung der Oberflächenabflüsse (2D) kombiniert, um einen bidirektionalen Austausch von Wasservolumen, d.h. einen Austausch in beide Richtungen, zwischen Oberfläche und Kanalnetz an den Schächten und Straßenabläufen zu berücksichtigen. Die Erarbeitung der Starkregengefahren erfolgt basierend auf der von den BWB und der für Wasserwirtschaft zuständigen Senatsverwaltung gemeinsam entwickelten Leistungsbeschreibung „Erstellung von Starkregengefahrenkarten für Berliner Misch- bzw. Regenwassereinzugsgebiete“. Voraussetzung sind Daten zu Topographie, Gebäuden, Straßen, Versiegelung und bodenkundlichen Kennwerten sowie Kanalnetzdaten . Für die 1D-Modellierung des Kanalnetzes wird das aktuelle Kanalnetz (Misch- oder Trennkanalisation) der BWB verwendet. Die Entwässerungsinfrastruktur wird durch ein Kanalnetzmodell abgebildet, wobei dieses u.a. Schächte, Straßenabläufe, Haltungen und Haltungsflächen berücksichtigt. Auf Grundlage des digitalen Geländemodells wird ein detailliertes, lückenloses und überlappungsfreies 2D-Oberflächenmodell erstellt und um standardisierte Dachformen der Gebäudedaten ergänzt. Mauern oder Bordsteine werden durch Bruchkanten berücksichtigt. Die Oberflächenbeschaffenheit des Untersuchungsgebietes beeinflusst die Abflussbildung und -konzentration, daher wird basierend auf den entsprechenden Datengrundlagen (siehe Kapitel Datengrundlage) zwischen Gebäudeflächen, Straßen und Wege, Gewässer und Grünflächen unterschieden. Mauern, Bordsteine oder ähnliche linienhafte Elemente können Abflusshindernisse darstellen, werden aufgrund der Auflösung jedoch nicht durch das DGM abgebildet und werden – falls sie abflussrelevant sind – nachträglich über Bruchkanten berücksichtigt. Maßgebliche Datensätze für Gebäudeflächen sind die ALKIS-Gebäude und der Datensatz der Gründächer (im Bereich der Kleingärten). Bei der Abflussbildung von Dachflächen wird zwischen einleitenden und nicht einleitenden Dächern basierend auf den Daten der Erfassung des Niederschlagsentgelts unterschieden. Einleitende Dächer werden in der Modellierung als direkt an den Kanal angeschlossen betrachtet (1D-Abflussbildung). Bei nicht einleitenden Dächern erfolgt die Abflussbildung über das Oberflächenabflussmodell. In diesem Fall wird der effektive Niederschlag auf die umliegende Oberfläche verteilt, indem das Prinzip der Randverteilung angewendet wird. Straßen und Wege umfasst alle befestigten Flächen, wie Straßen, Wege, Plätze und private versiegelte Flächen. Die Abflussbildung dieser Flächen erfolgt über das 2D-Oberflächenabflussmodell und es wird nicht zwischen einleitend und nicht einleitend unterschieden. Als Gewässerflächen werden alle stehenden Gewässer und Fließgewässer aus dem ALKIS-Datensatz angenommen. Alle restlichen Flächen werden als Grünflächen angesetzt. Für diese Flächen werden im Modell entsprechende Abflussparameter, wie Benetzungs- und Muldenverluste sowie Anfangs- und Endabflussbeiwert, basierend auf Literaturwerten, angesetzt. Das Modell bildet den Rückhalt der Vegetation (Interzeption), die Versickerungsfähigkeit des Bodens und die Oberflächenrauheiten ab. Für Hochwasserrisikogebiete (SenUVK, 2018) wurden in Berlin im Rahmen der Hochwasserrisikomanagementrichtlinie bereits Hochwassergefahrenkarten erarbeitet und Überschwemmungsgebiete ausgewiesen. Um keine Überschneidungen mit den Starkregengefahrenkarten zu erzielen, werden diese Gewässer als hydraulisch voll leistungsfähig angenommen. Außerdem wird für bestimmte Gewässer (z.B. Gewässer 1. Ordnung, Nordgraben) angenommen, dass diese bei kurzen Starkregenereignissen ausreichend hydraulisch leistungsfähig sind. Ein „Anspringen“ ist erst bei länger anhaltenden, räumlich ausgeprägteren Niederschlagsereignissen zu erwarten. Das Modell geht davon aus, dass ein Austritt von Wasser und somit eine Überflutung von diesen Gewässern methodisch nicht möglich ist. Außerdem werden diese Gewässer mit einem einheitlichen Vorflutwasserstand für ein mittleres Hochwasser (für das seltene und außergewöhnliche Ereignis) sowie für ein 100-jährliches Hochwasser (für das extreme Ereignis) angenommen. Im Modell werden für das seltene und außergewöhnliche Ereignis die tatsächlichen Gewässerverrohrungen bzw. -durchlässe angesetzt. Für das Szenario Extremereignis gilt, dass Durchlässe teilverklaust (Durchmesser > 0,5 m (> DN 500)) oder vollständig verklaust (Durchmesser ≤ 0,5 m (≤ DN 500)) sind, es sei denn, ein Raumrechen verhindert eine Verklausung. Mit dem aufgestellten Modell werden die Überflutungen von Niederschlagsszenarien mit unterschiedlicher Jährlichkeit berechnet, wobei für die Niederschlagshöhen die koordinierte Starkniederschlagsregionalisierung und -auswertung (KOSTRA) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zugrunde gelegt werden. Es kommt die Revision des Datensatzes KOSTRA-DWD-2020 zum Einsatz. Folgende Szenarien werden im Rahmen des Starkregenrisikomanagements in Berlin betrachtet: seltenes Ereignis : 30 bzw. 50-jährliches Niederschlagsereignis (T = 30a bzw. T = 50a) mit einem Euler-Typ II Niederschlagsverlauf außergewöhnliches Ereignis : 100-jährliches Niederschlagsereignis (T = 100a) mit einem Euler-Typ II Niederschlagsverlauf extremes Ereignis : 100 mm Niederschlagsereignis (T extrem) mit einem Blockregen. Basierend auf einer Sensitivitätsanalyse wurde die maßgebliche Dauerstufe mit 180 min für Berlin ermittelt, wobei hier der höchste Wasserstand als maßgeblich betrachtet wird. Für die Intensität und für den zeitlichen Niederschlagsverlauf wird die Euler-Typ II Verteilung (seltenes und außergewöhnliches Ereignis) oder ein Blockregen mit einer Regendauer von 60 min (extremes Ereignis) angenommen. Neben der Beregnungszeit, die der Dauerstufe der betrachteten Szenarien entspricht, wird in der Modellierung jeweils eine einstündige Nachlaufzeit berücksichtigt. Die Plausibilitätsprüfung erfolgt aufgrund der Ergebnisse des außergewöhnlichen Ereignisses. Es werden unplausible Abflusspfade und Wasseransammlungen ggf. durch Ortsbegehungen geprüft, und nicht berücksichtigte, hydraulisch relevante Strukturen nachgepflegt. Die Methode ist sehr daten- und rechenintensiv, so dass sie nicht berlinweit, sondern nur für ausgewählte Bereiche sukzessive angewandt werden kann. Dafür bietet sie relativ genaue und belastbare Ergebnisse und mit der Methode lassen sich die Abflussbildung und Abflusskonzentration nachvollziehen. Es werden kontinuierlich weitere Gebiete mit der gekoppelten 1D/2D Simulation gerechnet und anschließend online verfügbar gemacht. Die nachfolgende Tabelle zeigt, für welche Gebiete bisher Starkregengefahrenkarten erarbeitet wurden.

Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik, Bereich II: Technische Biologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Evaluierung der mikrobiellen Verwertbarkeit von Prozesswässern, die als Nebenprodukt bei der thermochemischen Umwandlung von Biomasse entstehen. Diese Fraktionen können wegen ihres geringen Heizwertes energetisch nicht effizient genutzt werden, sind aber aufgrund ihres hohen organischen Anteils als Kohlenstoffquelle eine interessante Alternative und Ergänzung zu etablierten industriellen Komplexmedien wie Maisquellwasser oder Melasse für mikrobielle Fermentationsprozesse. Zur Herstellung dieses Schwelwassers sollen unterschiedliche Biomassen eingesetzt, verschiedene Betriebsvarianten der Schnellpyrolyse erprobt sowie verschiedene Möglichkeiten zur Konditionierung der wässrigen Kondensate erprobt werden (KIT-IKFT). Für die mikrobielle Umsetzung von zunächst einer Referenz-Modellmischung und dann der neuen, realen Medien in die Plattformchemikalien Itaconsäure und L-Äpfelsäure wird sowohl das pilzliche System Aspergillus oryzae (KIT-TEBI) als auch das bakterielle System Corynebacterium glutamicum (TUMCS-MB) eingesetzt. Der Stoffwechsel beider Organismen wird durch metabolic engineering zur Steigerung der Substratflexibilität, Produktbildung und Toleranz der Organismen gegen wachstumshemmende Komponenten der Medien gesteigert. Aussichtsreiche Produktionsstämme werden unter industriell relevanten Prozessbedingungen im Technikums-Maßstab evaluiert. Anhand von Prozessmodellen und Simulationen werden kontinuierliche Perfusionsbioreaktoren zur Reduzierung der negativen Effekte inhibierender Komponenten entwickelt und charakterisiert (UHOH-BVT). Zusammenfassend zielen die verzahnten Aktivitäten der beteiligten Projektpartner auf eine ganzheitliche Evaluierung der Eignung von Prozesswässern für die mikrobielle Stoffproduktion und der Etablierung einer neuen Wertschöpfungskette ab, die im Rahmen einer vereinfachten techno-ökonomischen Bewertung durchgeführt wird und in Empfehlungen zum weiteren Vorgehen mündet.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie (150), Fachgebiet Bioverfahrenstechnik (150k) durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Evaluierung der mikrobiellen Verwertbarkeit von Prozesswässern, die als Nebenprodukt bei der thermochemischen Umwandlung von Biomasse entstehen. Diese Fraktionen können wegen ihres geringen Heizwertes energetisch nicht effizient genutzt werden, sind aber aufgrund ihres hohen organischen Anteils als Kohlenstoffquelle eine interessante Alternative und Ergänzung zu etablierten industriellen Komplexmedien wie Maisquellwasser oder Melasse für mikrobielle Fermentationsprozesse. Zur Herstellung dieses Schwelwassers sollen unterschiedliche Biomassen eingesetzt, verschiedene Betriebsvarianten der Schnellpyrolyse erprobt sowie verschiedene Möglichkeiten zur Konditionierung der wässrigen Kondensate erprobt werden (KIT-IKFT). Für die mikrobielle Umsetzung von zunächst einer Referenz-Modellmischung und dann der neuen, realen Medien in die Plattformchemikalien Itaconsäure und L-Äpfelsäure wird sowohl das pilzliche System Aspergillus oryzae (KIT-TEBI) als auch das bakterielle System Corynebacterium glutamicum (TUMCS-MB) eingesetzt. Der Stoffwechsel beider Organismen wird durch metabolic engineering zur Steigerung der Substratflexibilität, Produktbildung und Toleranz der Organismen gegen wachstumshemmende Komponenten der Medien gesteigert. Aussichtsreiche Produktionsstämme werden unter industriell relevanten Prozessbedingungen im Technikums-Maßstab evaluiert. Anhand von Prozessmodellen und Simulationen werden kontinuierliche Perfusionsbioreaktoren zur Reduzierung der negativen Effekte inhibierender Komponenten entwickelt und charakterisiert (UHOH-BVT). Zusammenfassend zielen die verzahnten Aktivitäten der beteiligten Projektpartner auf eine ganzheitliche Evaluierung der Eignung von Prozesswässern für die mikrobielle Stoffproduktion und der Etablierung einer neuen Wertschöpfungskette ab, die im Rahmen einer vereinfachten techno-ökonomischen Bewertung durchgeführt wird und in Empfehlungen zum weiteren Vorgehen mündet.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit, Lehrstuhl für Mikrobielle Biotechnologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Evaluierung der mikrobiellen Verwertbarkeit von Prozesswässern, die als Nebenprodukt bei der thermochemischen Umwandlung von Biomasse entstehen. Diese Fraktionen können wegen ihres geringen Heizwertes energetisch nicht effizient genutzt werden, sind aber aufgrund ihres hohen organischen Anteils als Kohlenstoffquelle eine interessante Alternative und Ergänzung zu etablierten industriellen Komplexmedien wie Maisquellwasser oder Melasse für mikrobielle Fermentationsprozesse. Zur Herstellung dieses Schwelwassers sollen unterschiedliche Biomassen eingesetzt, verschiedene Betriebsvarianten der Schnellpyrolyse erprobt sowie verschiedene Möglichkeiten zur Konditionierung der wässrigen Kondensate erprobt werden (KIT-IKFT). Für die mikrobielle Umsetzung von zunächst einer Referenz-Modellmischung und dann der neuen, realen Medien in die Plattformchemikalien Itaconsäure und L-Äpfelsäure wird sowohl das pilzliche System Aspergillus oryzae (KIT-TEBI) als auch das bakterielle System Corynebacterium glutamicum (TUMCS-MB) eingesetzt. Der Stoffwechsel beider Organismen wird durch metabolic engineering zur Steigerung der Substratflexibilität, Produktbildung und Toleranz der Organismen gegen wachstumshemmende Komponenten der Medien gesteigert. Aussichtsreiche Produktionsstämme werden unter industriell relevanten Prozessbedingungen im Technikums-Maßstab evaluiert. Anhand von Prozessmodellen und Simulationen werden kontinuierliche Perfusionsbioreaktoren zur Reduzierung der negativen Effekte inhibierender Komponenten entwickelt und charakterisiert (UHOH-BVT). Zusammenfassend zielen die verzahnten Aktivitäten der beteiligten Projektpartner auf eine ganzheitliche Evaluierung der Eignung von Prozesswässern für die mikrobielle Stoffproduktion und der Etablierung einer neuen Wertschöpfungskette ab, die im Rahmen einer vereinfachten techno-ökonomischen Bewertung durchgeführt wird und in Empfehlungen zum weiteren Vorgehen mündet.

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