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Bebauungspläne Riegelsberg/Walpershofen - Erweiterung we cycle

Bebauungspläne und Umringe der Gemeinde Riegelsberg (Saarland), Ortsteil Walpershofen:Bebauungsplan "Erweiterung we cycle" der Gemeinde Riegelsberg, Ortsteil Walpershofen

Einfluss des Eisenkreislauf in Kontinentalrandsedimenten auf den Nährstoff- und Sauerstoffhaushalt des Ozeans

Das Projekt "Einfluss des Eisenkreislauf in Kontinentalrandsedimenten auf den Nährstoff- und Sauerstoffhaushalt des Ozeans" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. Die ICONOX-Nachwuchsforschergruppe wird ein neuartiges Konzept untersuchen wonach der Eisenkreislauf in Kontinentalrandsedimenten den Nähstoff- und Sauerstoffhaushalt des Ozeans maßgeblich beeinflusst. Eisen ist ein essentieller Mikronährstoff, der als limitierender Faktor für die Primärproduktion, den Kohlenstoffexport und den respiratorischen Sauerstoffkonsum im Ozean angesehen wird. Der gegenwärtige Trend abnehmender Sauerstoffkonzentrationen im Ozean und der Ozeanversauerung verstärkt die Auflösung eisenreicher Minerale am Meeresboden. Die daraus resultierende Zunahme in der Eisenzufuhr zum Ozean könnte zu einer Intensivierung der Stickstofffixierung und Primärproduktion und damit zu einem selbstverstärkenden Effekt abnehmender Sauerstoffkonzentrationen führen. Im Gegensatz dazu bezeugen die allgemein bekannten Eisenanreicherungen in anoxischen und sulfidischen Milieus der geologischen Vergangenheit, dass marine Sedimente unter extrem reduzierenden Bedingungen zu einer effektiven Senke für bioverfügbares Eisen werden. Der Wechsel von Eisenfreisetzung zu Eisenrückhaltung und -Begrabung stellt mit großer Wahrscheinlichkeit einen wichtigen Dreh- und Angelpunkt im Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf des Ozeans auf langen Zeitskalen dar. Unter Zuhilfenahme empirischer, experimenteller und numerischer Methoden soll im Rahmen des ICONOX-Projekts die Rolle des sedimentären Eisenkreislaufs im biogeochemischen Gesamtzusammenhang des Ozeans sowohl heute als auch in der geologischen Vergangenheit untersucht werden.

Teilvorhaben: Entwicklung eines Prozessleit- und Betriebsführungssystems für die Versuchs- und Forschungsplattform

Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines Prozessleit- und Betriebsführungssystems für die Versuchs- und Forschungsplattform" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung durchgeführt. Die beteiligten Institute der Universität Stuttgart entwickeln gemeinsam mit den weiteren Partnern im AP 4 'Prozessleit- und Betriebsführungssystem' des Verbundprojekts 2: PtX Wind ein übergreifendes Prozessleitsystem (AP 4.1) mit Teleoperation (AP 4.3), ein Betriebsführungssystem (AP 4.2) und einem digitalen Zwilling (AP 4.4). Dies umfasst die Konzeption, Beauftragung, Umsetzung und Realisierung dieser Komponenten für die Versuchsplattform und die Konzeption einschließlich Simulation für die Forschungsplattform. Da es sich bei dem Vorhaben um eine autarke Offshore PtX-Anlage mit direkt verbundenem Offshore-Windpark handelt, ergeben sich neuartige Herausforderungen für einen wirtschaftlichen, stabilen und sicheren Betrieb einer solchen Gesamtanlage. Diese liegen insbesondere in der Verbindung des durch hohe Dynamik und Stochastik geprägten Winderzeugungsprozesses mit den üblicherweise eher in hoher Auslastung wirtschaftlich betriebenen verfahrenstechnischen Prozessen der H2-Elektrolyse und PtX-Anlage. Hierfür sollen ausgehend von bestehenden Ansätzen der Leittechnik, Prozessautomatisierung und Teleoperation, wie auch der prädiktiven Steuerung, Diagnose und Wartung auf Basis von Simulationsansätzen in Kombination mit techno-ökonomischen Modellen zur optimalen Betriebsführung auf Basis von Prognosen und stochastischen Optimierungsansätzen aus der Energiewirtschaft für solche Offshore-Anwendungen geeignete Konzepte entwickelt und im Rahmen der Versuchsplattform im Sinne eines Hardware-in-the-Loop bzw. für die zukünftige Forschungsplattform in einer Simulationsumgebung umgesetzt werden.

Teilprojekt: Wechselbeziehungen zwischen Pflanzenartenvielfalt und Ökosystemproduktivität (BEF-Loops)

Das Projekt "Teilprojekt: Wechselbeziehungen zwischen Pflanzenartenvielfalt und Ökosystemproduktivität (BEF-Loops)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Biologie I, Arbeitsgruppe Spezielle Botanik und Funktionelle Biodiversität durchgeführt. Eine zentrale Frage in der Ökologie ist die nach dem Zusammenhang zwischen der Artenvielfalt der Pflanzen und der Produktivität eines Bestandes. In Grasländern gibt es einen historischen Fokus auf die Frage wie pflanzliche Produktivität und die stehende Biomasse die Artenvielfalt beeinflussen. Studien hierzu haben sowohl positive also auch negative Beziehungen gezeigt, sowie solche die einer Optimumkurve folgen. In jüngerer Zeit haben experimentelle Studien nachgewiesen, dass die Diversität der Pflanzen nicht nur auf Produktivität reagiert, sondern diese auch selbst fördern kann. Es wird jedoch intensiv diskutiert, ob diese positive Wirkung von Diversität auf Produktivität auch in natürlichen Grasländern existiert und ob sie stärker sein kann als die umgekehrte Auswirkung der Biomasseproduktion auf die Artenvielfalt. Diese Kontroverse wird durch mehrere Faktoren bestimmt, wie z.B. der Unterscheidung zwischen Biomasseproduktion und stehender Biomasse und der fehlenden zeitlichen Auflösung von Beobachtungsdaten.Ziel des BEFLOOPS-Projekts ist es, im Grünland experimentell zu untersuchen, (i) wie der Aufbau von Biomasse und die Produktivität den Artenreichtum beeinflussen ('Biomasse-Effekt'), (ii) welche Rückkopplungseffekte von Änderungen des Artenreichtums auf die Biomasseproduktion existieren ('Diversitätseffekt') und (iii) welcher der beiden Effekte im Grünland dominiert. Hierfür wird ein experimenteller Ansatz mit detaillierten Feldbeobachtung in Grünländern unterschiedlicher Nutzungsintensität kombiniert. Im Freilandexperiment werden zwei Faktoren, die die Entwicklung der stehenden Biomasse beeinflussen, manipuliert: einerseits eine Biomassereduktion durch Beweidung oder Mahd, andererseits eine Biomasseerhöhung durch Düngung. Darüber hinaus wird die Diversität durch direkte Einsaat erhöht. Die relativen Effekte dieser Manipulationen werden verglichen, wobei für Unterschiede in der Bodengüte korrigiert wird. Zusätzlich werden auf Kontrollflächen erhobene Daten mittels Strukturgleichungsmodellen ausgewertet. Dies ermöglicht einen Einblick in die direkten und indirekten Interaktionen zwischen stehender Biomasse, Produktivität und Artenreichtum und wichtiger Kovariaten (z.B. Bodengüte, Lichtinterzeption und Bewirtschaftung). In beiden Ansätzen werden Daten zu unterschiedlichen Zeiten während der Vegetationsperiode und in unterschiedlichen Jahren erhoben, um aus der relativen Abfolge der Ereignisse auf kausale Zusammenhänge zu schließen. Mit dieser innovativen Kombination von Freiland-Experiment und Feldbeobachtungen werden die komplexen Wechselbeziehungen zwischen Biomasseproduktion und Artenreichtum mechanistisch und auf der Skala der realen Landnutzung analysiert, um Handlungsoptionen zur gleichzeitigen Optimierung von Futterproduktion und Artenreichtum aufzuzeigen.

Der unterirdische Microbial Loop für Nährstoffrecycling in kohlenwasserstoffkontaminierten Grundwasserleitern

Das Projekt "Der unterirdische Microbial Loop für Nährstoffrecycling in kohlenwasserstoffkontaminierten Grundwasserleitern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Umweltmikrobiologie und Biotechnologie (UMB) durchgeführt. Der mikrobielle Abbau Kohlenwasserstoffen findet hauptsächlich am Rand von Schadstofffahnen im Grundwasser statt. Dementsprechend kommt es in diesen Hot-Spots auch zu einem erhöhten Biomassewachstum und erhöhtem Nähstoffverbrauch (P, N). In diesem Projekt wollen wir untersuchen inwiefern mikrobielle Gemeinschaften eine potentielle Limitierung von P und N durch ein Nährstoffrecycling von toter Biomasse (Nekromasse) kompensieren können. Wir werden quantifizieren, inwiefern der Subsurface Microbial Loop zu einem höheren Abbau von Kohlenwasserstoffen führt. Da durch den Abbau von Nekromasse viele verschiedene Stoffe freigesetzt werden, untersuchen wir auch, ob es dadurch zu einer Erhöhung der Biodiversität von Mikroorganismen kommt. Um den Subsurface Microbial Loop und den Anteil der involvierten Mikroorganismen an der Gesamtbiomasse quantifizieren zu können, entwickeln wir eine neue Hochdurchsatzmethode um aktivitäts- und funktionsbasiert Zellen sortieren zu können. Durch die Kopplung von Raman-Mikroskopie mit Microfluidic wird die Funktion von Zellen aufgrund ihrer Inkorporation von stabilen Isotopen identifiziert und quantifiziert. Die Zellen werden dann mit der Microfluidic sortiert und einer molekularen Analyse zur phylogenetischen Identifizierung zugeführt.

Quantification of functional hydro-biogeochemical indicators in Ecuadorian ecosystems and their reaction on global change

Das Projekt "Quantification of functional hydro-biogeochemical indicators in Ecuadorian ecosystems and their reaction on global change" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Landschaftsökologie und Ressourcenmanagement, Professur für Landschafts-, Wasser- und Stoffhaushalt durchgeführt. Water is an intrinsic component of ecosystems acting as a key agent of lateral transport for particulate and dissolved nutrients, forcing energy transfers, triggering erosion, and driving biodiversity patterns. Given the drastic impact of land use and climate change on any of these components and the vulnerability of Ecuadorian ecosystems with regard to this global change, indicators are required that not merely describe the structural condition of ecosystems, but rather capture the functional relations and processes. This project aims at investigating a set of such functional indicators from the fields of hydrology and biogeochemistry. In particular we will investigate (1) flow regime and timing, (2) nutrient cycling and flux rates, and (3) sediment fluxes as likely indicators. For assessing flow regime and timing we will concentrate on studying stable water isotopes to estimate mean transit time distributions that are likely to be impacted by changes in rainfall patterns and land use. Hysteresis loops of nitrate concentrations and calculated flux rates will be used as functional indicators for nutrient fluxes, most likely to be altered by changes in temperature as well as by land use and management. Finally, sediment fluxes will be measured to indicate surface runoff contribution to total discharge, mainly influenced by intensity of rainfall as well as land use. Monitoring of (1) will be based on intensive sampling campaigns of stable water isotopes in stream water and precipitation, while for (2) and (3) we plan to install automatic, high temporal-resolution field analytical instruments. Based on the data obtained by this intensive, bust cost effective monitoring, we will develop the functional indicators. This also provides a solid database for process-based model development. Models that are able to simulate these indicators are needed to enable projections into the future and to investigate the resilience of Ecuadorian landscape to global change. For the intended model set up we will couple the Catchment Modeling Framework, the biogeochemical LandscapeDNDC model and semi-empirical models for aquatic diversity. Global change scenarios will then be analyzed to capture the likely reaction of functional indicators. Finally, we will contribute to the written guidelines for developing a comprehensive monitoring program for biodiversity and ecosystem functions. Right from the beginning we will cooperate with four SENESCYT companion projects and three local non-university partners to ensure that the developed monitoring program will be appreciated by locals and stakeholders. Monitoring and modelling will focus on all three research areas in the Páramo (Cajas National Park), the dry forest (Reserva Laipuna) and the tropical montane cloud forest (Reserva Biologica San Francisco).

Bedeutung von Chytridien-Parasitismus in Kohlenstofffüsse in pelagischen Nahrungsnetzen

Das Projekt "Bedeutung von Chytridien-Parasitismus in Kohlenstofffüsse in pelagischen Nahrungsnetzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Parasitismus bleibt in unserem Verständnis von Nahrungsnetzen praktisch vernachlässigt. Parasiten herstellen alternative trophische Verbindungen und können sich auf die Kohlenstoffübertragung im Nahrungsnetz auswirken. In aquatischen Ökosystemen führt die Dominanz von schlecht konsumierbarem Phytoplankton zu trophischen Engpässen, die als störend für Kohlenstoffflüsse angesehen werden. Die Infektion von Phytoplankton durch Pilzparasiten wurde vorgeschlagen, um solche Engpässe zu umgehen, indem unzugänglicher Kohlenstoff aus Algen den Zooplanktonkonsumenten als essbare Zoosporen zur Verfügung gestellt wird (Mycoloop). Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Chytrid-Infektion indirekt andere biotische Komponenten beeinflusst, was wiederum trophische Wechselwirkungen verändern kann. Die Verringerung der Phytoplanktongröße, die unter einer Chytrid-Infektion beobachtet wird, kann das Phytoplankton für Zooplankton genießbarer machen und dadurch den Kohlenstofftransfer zu den Konsumenten über die Herbivoren-Nahrungskette verbessern. Darüber hinaus führt ein erheblicher Anstieg der unter Infektionsbedingungen beobachteten Biomasse heterotropher Bakterien, die von den Verbrauchern genutzt werden können, zu der Hypothese, dass die Chytrid-Infektion den Kohlenstofftransfer durch den mikrobiellen Loop weiter fördert. Mit Hilfe eines künstlich zusammengesetzten Nahrungsnetzes, bestehend aus einem Chytrid-Cyanobakterium Wirtsparasiten-System, einem Zooplankton-Konsumenten und einer heterotrophen Bakteriengemeinschaft, sollen solche indirekten Effekte des Chytrid-Parasitismus auf Kohlenstoffflüsse empirisch untersucht werden. Das experimentelle Nahrungsnetz wird manipuliert, um einzelne Komponenten des Nahrungsnetzes auszuschließen, zu modulieren oder zu kombinieren und Szenarien der Anwesenheit und Abwesenheit von Infektionen zu vergleichen. Experimente werden durchgeführt, um die durch Parasiten vermittelten Effekte auf: i) die pflanzenfressende Nahrungskette zu ermitteln, indem auf Unterschiede in der Fähigkeit von Zooplankton, auf infiziertem und nicht infiziertem Phytoplankton zu verwerten, getestet wird, ii) den Mycoloop, indem sein Beitrag zum trophischen Transfer quantifiziert wird und sein Zusammenhang mit dem sich ändernden Infektionsgrad beschrieben wird, und iii) den mikrobiellen Loop, indem seine vermeintliche Verstärkung durch Chytrid-Infektion und seine möglichen synergistischen Effekte in Kombination mit kleinen Mycoloop-Beiträgen untersucht werden. Schließlich werden die experimentellen Daten genutzt, um ein Modell zu generieren, das erstmals sowohl direkte als auch indirekte Effekte der Chytrid-Infektion auf Nahrungsketten integriert. Dies wird unsere Vorhersagen über den trophischen Transfer in der Basis pelagischer Nahrungsnetze und die Auswirkungen von Parasitismus in großen Kohlenstoffkreisläufen in aquatischen Ökosystemen verbessern.

Entwicklung und Validierung innovativer Steuerungsstrategien zur großmaßstäblichen Integration von erneuerbaren Energiequellen in das Verteilungsnetz unter Verwendung von AC-DC- und DC-Netzstrukturen

Das Projekt "Entwicklung und Validierung innovativer Steuerungsstrategien zur großmaßstäblichen Integration von erneuerbaren Energiequellen in das Verteilungsnetz unter Verwendung von AC-DC- und DC-Netzstrukturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OPAL-RT Germany GmbH durchgeführt. Erneuerbare Energiequellen werden über leistungselektronische Wandler an das Netz angeschlossen. Diese Geräte erfordern optimierte Regelstrategien, um die von der erneuerbaren Energiequelle an das Netz übertragene Energie zu maximieren. Da jede Quelle einen eigenen Umrichter hat, müssen viele von ihnen, wenn sie an das Netz angeschlossen sind, von Steuerungen auf Systemebene koordiniert werden, um die Erzeugung und den Bedarf dynamisch auszugleichen. Die Systemsteuerung erfordert die Kommunikation zwischen den Umrichtern und auch mit den Betriebszentren über schnelle und sichere Datenverbindungen. OPAL-RT entwickelt Echtzeit-Simulationsplattformen zum Entwickeln, Testen und Validieren der Steuerung und Automatisierung sowohl für leistungselektronische Wandler als auch für Steuerungen auf Systemebene. Mit diesen Tools können die Partner, die die Steuerungsalgorithmen entwickeln, ihre Entwürfe in einer kostengünstigen, risikofreien Umgebung unter realitätsnahen Bedingungen testen und validieren. Da es sich bei diesen Steuerungen um innovative Designs und fortschrittliche Leistungselektronik handelt, muss OPAL-RT neue Simulationsmodelle und Berechnungsmuster entwickeln, damit die im Projekt vorgesehenen Komponenten und Systeme in Echtzeit realistisch simuliert werden können. Darüber hinaus möchte OPAL-RT die Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT), die für einen Teil dieser Systeme vorgesehen sind, mithilfe von Simulationen entwerfen und modellieren. Hohe Anforderung and Cybersicherheit werden hierbei berücksichtigt. In der Endphase des Projekts wird OPAL-RT mit den anderen Projektpartnern zusammenarbeiten, um Hardware-in-the-Loop- (HIL) und Power-Hardware-in-the-Loop- (PHIL) Teststände zur Validierung einzurichten und zu konfigurieren die von den Partnern entwickelten Automatisierungs- und Steuerungssysteme, die die Wirksamkeit dieses Systems unter den unterschiedlichsten Betriebsbedingungen demonstrieren.

Teilprojekt: Regelung der teilhomogenisierten Verbrennung im Dieselmotor durch vollvariable Einspritzung

Das Projekt "Teilprojekt: Regelung der teilhomogenisierten Verbrennung im Dieselmotor durch vollvariable Einspritzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Institut für Technische Verbrennung durchgeführt. Um zukünftige Emissionsziele hinsichtlich der Reduzierung von CO2- und Schadstoffemissionen zu erreichen, sind Niedertemperatur-Brennverfahren für den dieselmotorischen Betrieb äußerst vielversprechend, da sie thermodynamische Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades besitzen und Emissionsvorteile bei Stickoxiden und Ruß realisieren können. Gleichzeitig sind diese Brennverfahren aber deutlich schwieriger zu kontrollieren, da kein unmittelbarer Einfluss auf den Beginn der Verbrennung möglich ist. Zur Nutzung des hohen Potentials bedingen daher die fehlende direkte Kontrolle, eine höhere Neigung zu Instabilität und eine bisher noch nicht erfolgreiche Ausweitung zu höheren Lasten eine intensive Forschung in diesem Bereich. Im Fokus dieses Teilprojekts steht die konsequente Weiterentwicklung des Premixed Charge Compression Ignition (PCCI)-Dieselbrennverfahrens unter Verwendung optimierungsbasierter Regelung. Herkömmliche zyklusintegrale Regelgrößen, wie Mitteldruck und Verbrennungsschwerpunkt, erscheinen für die hier verfolgten Ziele nicht ausreichend und es wird die Hypothese verfolgt, dass die Regelung des vollständigen Brennverlaufs einen stabilen, effizienten und emissionsarmen Betrieb gewährleisten kann. Hierzu werden die Einspritzung und der Brennverlauf als (quasi-)kontinuierliche Stell- und Regelgrößen eingeführt. Ein gewünschter Brennverlauf wird dann mittels optimierungsbasierter Regelung der vollvariablen Einspritzung gestaltet. Die Regelung erfolgt dabei zunächst von Zyklus zu Zyklus, längerfristig wird aber auch eine Multiskalenregelung durch eine zusätzliche innerzyklische Regelkomponente betrachtet. Hieraus ergeben sich zunächst drei Herausforderungen: Eine quantitative Beschreibung der Wirkkette Einspritzung - Brennverlauf - Performance, eine geeignete Parametrisierung der Brennfunktion sowie die Identifikation konkreter zeitvariabler Stellgrößen und darauf basierend die Entwicklung einer variablen Einspritzstrategie. Letztere wird notwendig, um eine dynamische und effektive Aktuierung auch mit einem für die Regelung verkleinerten Parameterraum zu erreichen. Zunächst werden die Einflüsse der Einspritzparameter auf charakteristische Punkte des Brennverlaufs mittels Design of Experiments systematisch quantifiziert. Gleichzeitig werden der Zusammenhang zwischen Brennfunktion und den wichtigen Parametern der Performance, wie zum Beispiel Wirkungsgrad und Emissionen, quantitativ charakterisiert. Zur Erstellung reduzierter physikalisch basierter Modelle werden CFD-Simulationen und Mehrzonenmodelle eingesetzt, mit deren Hilfe Zusammenhänge identifiziert und erklärt sowie Korrelationen oder physikalische Beziehungen abgeleitet werden können. Arbeiten zur detaillierten Kinetik und der Rußbildung werden in Zusammenarbeit mit TP5 durchgeführt. Die Validierung der Regelkonzepte erfolgt einerseits in Kooperation mit TP3 und TP1 durch Model-in-the-Loop-Simulationen und schließlich am Motorprüfstand in Zusammenarbeit mit TP1.

Teilvorhaben: Elektrolyse-Stromrichter mit innovativen Halbleitern und Systemintegration

Das Projekt "Teilvorhaben: Elektrolyse-Stromrichter mit innovativen Halbleitern und Systemintegration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik durchgeführt. Das Ziel im Teilvorhaben des Fraunhofer IEE ist es, Lösungen für die Elektrolyse-Stromrichter und deren Systemintegration zu erarbeiten. Dabei werden die Schnittstellen des Stromrichters zum Stromversorgungsnetz und den Elektrolyse-Stacks im Systemkontext betrachtet. Im Rahmen des Teilvorhabens werden Stromrichterlösungen mit anwendungsspezifisch optimierten Halbleitern erforscht und Labormuster realisiert, echtzeitfähige Modelle des Stromversorgungsnetzes entwickelt sowie Elektrolyse-Stacks zur Erstellung von ebenfalls echtzeitfähigen Simulationsmodellen charakterisiert und modelliert Diese Modelle fließen in eine Entwicklungs- und Testplattform auf Basis von Power-Hardware-in-the-Loop bzw. Model-in-the-Loop Umgebungen ein. Damit können neue Stromrichterkonzepte an allen gängigen Elektrolysetechnologien simulatorisch sowie experimentell getestet und demonstriert werden, wobei aus Sicht des Stromrichters Wechselwirkungen mit dem Elektrolyseur sowie mit dem Stromnetz berücksichtigt werden. Mit diesen Ansätzen sollen Lösungen erarbeitet werden, die den zukünftigen Anforderungen der Elektrolyse-Anlagen an Netzdienlichkeit, Zuverlässigkeit und Funktionalität gerecht werden.

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