Das Projekt "Statische Analyse der Bedingungen für Eisnukleation in Mischphasenwolken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Die temperatur- und feuchteabhängige Eisnukleationseffizlenz von verschiedenen Aerosolen kann in Laborexperimenten genau charakterisiert und für die Beschreibung von primärer Eisbildung in numerischen Modellen auf verschiedensten Skalen parametrisiert werden. Wenn diese Effizienten als bekannt vorausgesetzt werden, unter welchen Bedingungen und wie oft tritt heterogene Eisnukleation in den verschiedenen Nukleationsmoden tatsächlich in typischen Mischphasenwolken auf? Dieser Frage wird in diesem Projekt mit dem Modell ICON-LES (der Large Eddy Version des neuen icosahedrischen nichthydrostatischen Modells, welches zurzeit am Deutschen Wetterdienst und dem Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg entwickelt wird) nachgegangen. Dieses Modell enthält ein Zwei-Momenten-Wolkenphysikschema und wird durch aerosolspezifische Eisnukleationsparameterisierungen ergänzt werden. Zusätzlich wird eine einfache Diagnostik von Aerosolen in Wolkentropfen eingeführt, um zwischen potentiellen Immersionseiskeimen und interstitiellen eisnukleierenden Partikeln, die als Kontakt- oder Depositionseiskeime dienen können, zu unterscheiden. In idealisierten Simulationen von verschiedenen Mischphasenwolkentypen, die in Europa häufig auftreten (Winternebel, Altostratus, orographische Wolken, hochreichende Konvektion) und unter Benutzung von klimatologischen Aerosolfeldern wird das Auftreten von Immersions-, Depositions- und Kontaktgefrieren und die Werte der Eiskeimkonzentrationen statistisch ausgewertet und mit den Sensitivitätsbereichen der INUIT Labor- und Feldmessgeräten verglichen. Zusätzlich wird das bevorzugte räumliche Auftreten dieser Prozesse (z. B. Kontaktgefrieren in den Einmischbereichen an den Wolkenrändern) analysiert und quantifiziert werden. Das Modellsetup für die Fallstudie der konvektiven Wolke wird mit RP3 abgestimmt, so dass ein Vergleich zwischen dem spektralen und dem Zwei-Momenten- Mikrophysikschema möglich ist. Außerdem wird in diesem Projekt zusammen mit WP-F und WP-L eine Schließungsstudie für die Messungen in der Mittelmeerkampagne durchgeführt. Dabei wird untersucht, welche Parameter zu den größten Unsicherheiten in der Vorwärtsberechnung von potentiellen Eiskeimen führen.
Das Projekt "ERA-NET - Development of test methods for non wood small-scale combustion plants" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Höhere Landwirtschaftliche Bundeslehranstalt Francisco-Josephinum durchgeführt. Non wood fuels for small-scale furnaces have attracted increasing interest in several European countries. New technological approaches are on the way, but the verification of any such developments is difficult and there is a large uncertainty about testing procedures and equipment. While for wood combustion standardized European measuring regulations are available and broadly applied, the testing of cereal fuel combustion is generally not following a commonly accepted procedure. Consequently the results of such measurements are not fully comparable. This applies particularly for the international level, which is here of particular relevance due to the fact that a combustion technology development for a niche application can only be economically viable if a sufficiently large marketing area can be taken into focus. The overall objective of the proposal is therefore to contribute through research to the development of uniform and comparable European procedures for testing of small-scale boilers up to a power out of 300 kW for solid biomass from agriculture like straw pellets and energy grain. The driving forces and barriers will be worked out; existing legal regulation for the installation (approval by the local authorities) in the participating countries will be collected. The state of the art of the non wood biomass boiler technology will be identified; the need for standardized tests for type approval tests and the measures to establish a European Standard will be shown. Measurement methods with special emphasis on efficiency and emissions will be worked out and the requirements and specifications of test fuels will be proposed. Test runs will be carried out following preliminary test procedures based on existing European standards for wood boilers. Based on the results of these test runs a draft for a Europe-wide uniform test procedure will be proposed. Preparatory work for a European standardization process including a round robin test will be done.
Das Projekt "Populationsdynamik alpiner Pflanzen auf Landschaftsniveau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wien, Department für Naturschutzbiologie, Vegetations- und Landschaftsökologie durchgeführt. Der prognostizierte Klimawandel wird voraussichtlich zu Reduktion und Fragmentierung der Habitate alpiner Pflanzen führen. Inwieweit und wie schnell sich die Pflanzen an die veränderten Habitatmuster anpassen können, ist schwer abzuschätzen, da grundlegende Informationen über die Mobilität alpiner Gefäßpflanzen fehlen. Das Forschungsprojekt 'Populationsdynamik alpiner Pflanzen auf Landschaftsniveau' soll den Kenntnisstand in diesem Forschungsbereich verbessern. Im speziellen werden folgende Fragen untersucht: (1) Existieren für bestimmte Pflanzenarten geeignete, aber nicht besetzte Habitate? Ist die Wahrscheinlichkeit, dass geeignete Habitate besiedelt sind, mit deren Größe und räumlicher Isolation korreliert? Deutet daher das aktuelle Verbreitungsmuster von Gefäßpflanzen in Hochgebirgslandschaften auf eine landschaftsmaßstäbliche Dynamik hin, die dem Metapopulationskonzept entspricht? (2) Ist Genfluss zwischen lokalen Populationen einer Art nachweisbar und ist seine Intensität von der Landschaftstopographie abhängig? Wie unterscheiden sich pollen- und samenvermittelter Genffuß bezüglich Intensität und räumlichem Maßstab? Als Modell-Organismen werden Schneebodenpflanzen der Nordöstlichen Kalkalpen in Österreich untersucht. Schneeböden bilden aufgrund ihrer inselartigen Verteilung in der regionalen Hochgebirgslandschaft einen für solche Forschungsfragen besonders geeigneten Habitattyp. Darüber hinaus bilden die Schneeböden der Nordöstlichen Kalkalpen Lebensraum für einige regionalendemische Pflanzen. Sie sind daher von besonderem Naturschutzwert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Durchführung von Technikums- und Laborversuchen und vergleichende Interpretation der chemischen und brennstofftypischen Untersuchungsergebnisse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Chemie durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Steigerung der Energieeffizienz in Biomassekraftwerken durch die technische Anwendung eines von den Antragstellern entwickelten Biobrennstoffkataloges (BBK). Dieser soll als allgemeingültiges Instrument herangezogen werden, um die Wirkung unterschiedlichster Biobrennstoffe auf die Bildung von Anbackungen im Verbrennungsraum und Belägen im konvektiven Kesselbereich zu prognostizieren. Außerdem stellt er die Grundlage für brennstoffbasierte und verfahrenstechnische Optimierungsmöglichkeiten für BMKW dar, deren Leistungsfähigkeit aufgrund hoher Verschmutzungsraten (Anbackungen und Beläge) sehr stark beeinträchtigt ist. Das Vorhaben trägt auch dazu bei, technisch schwierige biogene Rest- und Abfallstoffe thermisch effizient zu verwerten, und liefert durch die gesteigerte Ressourceneffizienz bei der Energieumwandlung erneuerbarer biogener Energieträger einen Beitrag zum Klimaschutz durch die Schonung fossiler Brennstoffe und eine entsprechende Reduktion von CO2-Emissionen. Um das Vorhaben erfolgreich umsetzen zu können, wird die Vorgehensweise für die Erstellung des BBK validiert, wobei die Anbackungen und Beläge klassifiziert, Brennkammer- und Kesselprofile erstellt, Daten erfasst und dokumentiert werden. Außerdem wird die Übertragbarkeit der technischen Anwendung des BBK auf BMKW, die mit unterschiedlichen Verfahrenstechniken ausgestattet sind, überprüft. Danach werden die prognostizierten chemisch-mineralogischen Reaktionen zur Bildung von Anbackungen und Belägen im Labor- und im Technikumsmaßstab an Altholz und orientierend an technisch schwierigen biogenen Rest- und Abfallstoffen simuliert sowie Empfehlungen für brennstoffbasierte und verfahrenstechnische Optimierungsmöglichkeiten für BMKW ausgearbeitet, deren Leistungsfähigkeit aufgrund hoher Verschmutzungsraten stark beeinträchtigt ist. Anschließend werden Grundlagen für künftige Maßnahmen geschaffen, die den verstärkten Einsatz technisch schwieriger Biobrennstoffe erlauben.
Das Projekt "Teilvorhaben: Vergleichende Betrachtung der Groß-, Technikums- und Laborversuche unter besonderer Berücksichtigung brennstofftypischer Untersuchungsergebnisse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für angewandte Bau- und Reststoff-Forschung durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Steigerung der Energieeffizienz in Biomassekraftwerken durch die technische Anwendung eines von den Antragstellern entwickelten Biobrennstoffkataloges. Dieser soll als allgemeingültiges Instrument herangezogen werden, um die Wirkung unter-schiedlichster Biobrennstoffe auf die Bildung von Anbackungen im Verbrennungsraum und Belägen im konvektiven Kesselbereich zu prognostizieren. Außerdem stellt er die Grundlage für brennstoffbasierte und verfahrenstechnische Optimierungsmöglichkeiten für BMKW dar, deren Leistungsfähigkeit aufgrund hoher Verschmutzungsraten (Anbackungen und Beläge) sehr stark beeinträchtigt ist. Das Vorhaben trägt auch dazu bei, technisch schwierige biogene Rest- und Abfallstoffe thermisch effizient zu verwerten und liefert durch die gesteigerte Ressourceneffizienz bei der Energieumwandlung erneuerbarer biogener Energieträger einen Beitrag zum Klimaschutz durch die Schonung fossiler Brennstoffe und eine entsprechende Reduktion von CO2-Emissionen. Um das Vorhaben erfolgreich umsetzen zu können, wird die Vorgehensweise für die Erstellung des BBK validiert, wobei die Anbackungen und Beläge klassifiziert, Brennkammer- und Kesselprofile erstellt, Daten erfasst und dokumentiert werden. Außerdem wird die Übertragbarkeit der technischen Anwendung des BBK auf BMKW, die mit unterschiedlichen Verfahrenstechniken ausgestattet sind, überprüft. Danach werden die prognostizierten chemisch-mineralogischen Reaktionen zur Bildung von Anbackungen und Belägen im Labor- und im Technikumsmaßstab an Altholz und orientierend an technisch schwierigen biogenen Rest- und Abfallstoffen simuliert sowie Empfehlungen für brennstoffbasierte und verfahrenstechnische Optimierungsmöglichkeiten für BMKW ausgearbeitet, deren Leistungsfähigkeit aufgrund hoher Verschmutzungsraten stark beeinträchtigt ist. Anschließend werden Grundlagen für künftige Maßnahmen geschaffen, die den verstärkten Einsatz technisch schwieriger Biobrennstoffe erlauben.
Das Projekt "Teilvorhaben: Bypassexperimente" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Im diesem Vorhaben soll der Einfluss der Temperatur auf die Biofilmbildung und die damit verbundene Korrosions- und Scaling-Rate erforscht werden. Unter Einsatz eines Bypass-Systems und ergänzenden Laborexperimenten sollen Untersuchungen mit verschiedenen Werkstoffen und unterschiedlichen Injektionstemperaturen an verschiedenen Standorten durchgeführt werden. Es ist zu prüfen, ob es in den verschiedenen Anlagen zu einem signifikanten Wachstum von Biofilmen kommt. Grundlegende Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen dem Fluid und verschiedenen Spurenstoffen sowie den Strömungsprozessen und der Biofilmbildung werden mit dem Ziel durchgeführt, Handlungsempfehlungen für einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb abzuleiten. Die Verbesserung des Prozessverständnisses bildet die Basis für die Vorhersage von Problemen wie Scaling und Korrosion sowie von Verfahren zu ihrer Vermeidung. Die aus den Untersuchungen abzuleitenden Strategien zur Beeinflussung des Biofilmwachstums sollen dazu dienen, Konzept zur Kontrolle der Biofilmbildung und Minderung von Korrosionsprozessen in der obertägigen Anlage, Pumpen und untertägiger Installation zu entwickeln und daraus Empfehlungen für den Schutz der Injektionsbohrung und des Reservoirs abzuleiten. Im Bypass werden in einzelnen Versuchen die Einflüsse verschiedener Parameter, wie Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Sauerstoffzutritt und Biozide auf die Biofilmbildung an Coupons unterschiedlicher Materialien untersucht. Die Biofilme auf den Coupons werden molekularbiologisch charakterisiert. Die organischen Verbindungen im Biofilm und dessen Isotopenparameter sowie die Scalings werden darüber hinaus analysiert, um eine Verfolgung und Quantifizierung der mikrobiellen Prozesse zu erzielen. Als Maßnahme gegen die Prozessstörungen soll ein Konzept zum aktiven kathodischen Korrosionsschutz erarbeitet werden und in der Großtechnik am Bypass getestet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Mikrobiologische Charakterisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Umweltmikrobiologie durchgeführt. Im diesem Vorhaben soll der Einfluss der Temperatur auf die Biofilmbildung und die damit verbundene Korrosions- und Scaling-Rate erforscht werden. Unter Einsatz eines Bypass-Systems und ergänzenden Laborexperimenten sollen Untersuchungen mit verschiedenen Werkstoffen und unterschiedlichen Injektionstemperaturen an verschiedenen Standorten durchgeführt werden. Es ist zu prüfen, ob es in den verschiedenen Anlagen zu einem signifikanten Wachstum von Biofilmen kommt. Grundlegende Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen dem Fluid und verschiedenen Spurenstoffen sowie den Strömungsprozessen und der Biofilmbildung werden mit dem Ziel durchgeführt, Handlungsempfehlungen für einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb abzuleiten. Die Verbesserung des Prozessverständnisses bildet die Basis für die Vorhersage von Problemen wie Scaling und Korrosion sowie von Verfahren zu ihrer Vermeidung. Die aus den Untersuchungen abzuleitenden Strategien zur Beeinflussung des Biofilmwachstums sollen dazu dienen, Konzept zur Kontrolle der Biofilmbildung und Minderung von Korrosionsprozessen in der obertägigen Anlage, Pumpen und untertägiger Installation zu entwickeln und daraus Empfehlungen für den Schutz der Injektionsbohrung und des Reservoirs abzuleiten. Biofilme auf Aufwuchsträgern, die von den Projektpartnern in den geothermischen Anlagen exponiert wurden, sollen mit konfokaler Laserscanning Mikroskopie untersucht werden. Dazu werden diverse histochemische Färbemethoden und fluoreszenzmarkierte Gensonden eingesetzt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Standversuche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Merseburg (FH), Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften, Professur für Umwelttechnik,Wasser- und Recyclingtechnik durchgeführt. Im diesem Vorhaben soll der Einfluss der Temperatur auf die Biofilmbildung und die damit verbundene Korrosions- und Scaling-Rate erforscht werden. Unter Einsatz eines Bypass-Systems und ergänzenden Laborexperimenten sollen Untersuchungen mit verschiedenen Werkstoffen und unterschiedlichen Injektionstemperaturen an verschiedenen Standorten durchgeführt werden. Es ist zu prüfen, ob es in den verschiedenen Anlagen zu einem signifikanten Wachstum von Biofilmen kommt. Grundlegende Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen dem Fluid und verschiedenen Spurenstoffen sowie den Strömungsprozessen und der Biofilmbildung werden mit dem Ziel durchgeführt, Handlungsempfehlungen für einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb abzuleiten. Die Verbesserung des Prozessverständnisses bildet die Basis für die Vorhersage von Problemen wie Scaling und Korrosion sowie von Verfahren zu ihrer Vermeidung. Die aus den Untersuchungen abzuleitenden Strategien zur Beeinflussung des Biofilmwachstums sollen dazu dienen, Konzept zur Kontrolle der Biofilmbildung und Minderung von Korrosionsprozessen in der obertägigen Anlage, Pumpen und untertägiger Installation zu entwickeln und daraus Empfehlungen für den Schutz der Injektionsbohrung und des Reservoirs abzuleiten. In Inkubationsexperimenten wird der Einfluss unterschiedlicher Bedingungen (Temperatur, Nährstoffzufuhr, elektrische Potentiale, etc.) auf die Korrosionsrate sowie auf die Biofilmbildung untersucht. Mittels Rasterelektronenmikroskop und X'Pert Diffraktometer werden der Biofilm und die Scalings charakterisiert sowie die Organismen aus dem Biofilm mittels qPCR quantifiziert. Die Veränderung der Oberflächenrauigkeit der Coupons wird mit dem atomaren Kraftmikroskop analysiert mit dem Ziel, die verschiedenen Materialien auf ihre Beständigkeit gegen Korrosion zu bewerten. In Zusammenarbeit mit der Firma Theisen werden Studenten Probennahmebehälter zur Einstellung und Messung elektrischer Potentiale entwickeln.
Das Projekt "Teilprojekt: Ressourcen schonende Spülstrategien für Trinkwasserleitungen zur Vermeidung von Qualitätsveränderungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V., Technologiezentrum Wasser Karlsruhe (TZW), Außenstelle Dresden durchgeführt. Das Projekt behandelt die Gewinnung und Nutzung mehrdimensionaler Prozessdaten zur Erzeugung von kunden- und betriebsoptimierten Informationen für die Steuerung und Optimierung der Trinkwasserprozesskette. Zentraler Ansatzpunkt ist eine energieeffiziente Produktion von Trinkwasser mit dem Ziel der Sicherung einer einwandfreien Qualität, entsprechend der TrinkwV und Regelwerke und der Vermeidung von Qualitätsauffälligkeiten durch Ablagerungen in den Rohrleitungen durch ein ressourcenschonendes innovatives Netzmanagement. Darauf aufbauend lassen sich folgende Projektziele konkretisieren: -Optimierung des Messgeräteeinsatzes -Anpassung und Einsatz von innovativen CI-Methoden -Entwicklung von innovativen Netzbetriebsstrategien -Entwicklung von Entscheidungshilfen und Tools für eine energieeffiziente und Ressourcen schonende Trinkwasserproduktion und Verteilung Erläutert werden die für das TZW relevanten Arbeitspakete: AP 1: Ist-Zustandsanalyse und Spezifikation des Arbeitsprogramms: Der aktuelle technische und wissenschaftliche Stand zu den für das Forschungsprojekt relevanten Arbeitsfeldern wird aufgearbeitet, der notwendige Entwicklungsbedarf unter Einbindung der Praxisunternehmen spezifiziert sowie das zu realisierende Arbeitsprogramm feinjustiert. AP2: Entwicklung und Implementierung der Softwareumgebung: Die zu entwickelnde Softwareumgebung soll in der Lage sein, Daten aus unterschiedlichen Quellen aufzubereiten und zu analysieren. AP3: Planung und Aufbau der Versuchsanlage: Für die Überprüfung und sukzessive Weiterentwicklung und Optimierung der Softwareumgebung in AP 5 ist ein am TZW vorhandenes Modellnetz anzupassen. AP5: Versuchsreihen an den Versuchsanlagen: Für den Austrag von Ablagerungen ohne Versorgungsunterbrechung ist eine entsprechende Strategie zu entwickeln. AP 7: Umsetzungen von Netzspülungen: In den Netzen der Praxispartner werden mehrmals umfangreiche Spülversuche durchgeführt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Forschungsdepartment Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften, Lehrstuhl für Lebensmittelchemie und Molekulare Sensorik durchgeführt. In der tiefen Geothermie Deutschlands werden Thermalwässer mit Volumenströmen von bis zu 150 l/s und Temperaturen bis zu 150°C gefördert. Die mitgeschwemmten Feststoffe sowie die entstehenden Ausfällungen im Transportsystem führen zu Verblockungen des Wärmetauschers und der Wegsamkeiten im Reservoir. Zum Einsatz kommen vor allem Kerzenfilter (Spaltweite 100 Mikro m), die automatisch rückgespült werden. Durch Kalzit- und Eisensulfidablagerungen wachsen die Filterspalten von innen nach außen zu und verblocken die Kerzen bei hoher Fracht. Eine Rückspülung ist dann nicht mehr möglich. Die Kerzen müssen ausgebaut und aufwändig 12 bis 36 h lang gesäuert werden. Diese Effekte behindern einen geregelten Betrieb von tiefen Geothermie-Anlagen und führen zum Teil sogar zu Abschaltungen des Gesamtsystems, was zu erheblichen wirtschaftlichen Ausfällen für die Betreiber führt. Ziel ist die Konzeptionierung einer virtuellen Plattform, die in Abhängigkeit des Anlagenstandorts und damit regions- und fördertiefenabhängiger Wasserparameter Aussagen über benötigte Filtertechnologien und Prozessführungen (z.B. Reinigungszyklen) treffen kann. Für die Modellierung des Filters ist ein multidisziplinäres Zusammenspiel geeigneter Softwarepakete vorgesehen. Die geochemischen Betrachtungen beginnen mit dem OpenSource Tool PhreeqC und sollen mithilfe von ToughReact auf die dritte Dimension übertragen werden. Im weiteren Verlauf können auch Ergebnisse aus den numerischen Strömungssimulationen als Berechnungsgrundlage für das räumliche geochemische Problem exportiert werden. Um bereits in dieser Phase Akzente in Richtung konkreter Produktentwicklungsmethodik zu setzen ist eine Fluid-Struktur-Kopplung innerhalb der multiphysikalischen Umgebung Ansys geplant. So können die strömungsinduzierten Lasten auf die Konstruktion und damit ein Entwicklungsleitfaden für weitere Vorhaben abgeleitet werden. Als multifunktionelles und flexibles Verbindungsglied dient Matlab von MathWorks.
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