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Water management method for non-closed crop production

Das Projekt "Water management method for non-closed crop production" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft Braunschweig-Völkenrode, Institut für Technologie und Biosystemtechnik, Abteilung Biosystemtechnik durchgeführt. General Information: Background: In the Southern European countries there is an enormous lack of water. For agricultural purposes one tries to use the available water as efficient as possible. On the other hand, nutrient solved in the irrigation water may leach into ground and surface water. The objectives are: The objective of the project is to develop and to do research on a new water management method for non-closed crop production systems. It is based on the concept of keeping the water available for plants in the top layer of the soil, where the plant roots are located. Beneath this layer, there will be an inactive soil layer which acts as a buffer between the root zone and the ground water. The topsoil and the ground water will so hydrologically be disconnected. The open crop production system will thus behave as a 'Virtual closed system for water and fertilisers' avoiding excessive use of limited water resources and leaching of fertilisers. Short description of the project: The project will focus on three main targets: - the development of a multi-point, multiple dielectric sensor to measure water tension, water content and electric conductivity - the development of an extensive 2-dimensional hydraulic model for water movement in soil and - the development of 2 algorithms for water management, one for water use efficiency or water conservation and one for minimum leaching. The sensor, model, algorithms and irrigation system will be evaluated under experimental and practical conditions. Prime Contractor: Dienst Landbouwkundig Onderzoek, Institut of Agricultural and Environmental Engineering; Wageningen; Netherlands.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Campus Rheinbach, Fachbereich 05 Angewandte Naturwissenschaften durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung der elektrolytischen Ozonproduktion mit Polymerelektrolytmembranen (PEM) für den Einsatz in der Wasseraufbereitung bzw. beim Wasser-Recycling. Für Prozesswasser diverser Qualitäten, industrielle Waschwässer, Kühlwasserkreislaufsysteme, das Recycling von mineralischen Nährlösungen in der Pflanzenzucht oder etwa den Abbau von Medikamentenrückständen vor Wiedereinleitung soll eine kostengünstige, robuste, einfach aufzubauende und zu wartende Elektrolysetechnik entwickelt werden. Hierzu wird ein bei der Entwicklung miniaturisierter Membran-Elektrolysezellen für die in situ Produktion von Ozon entdeckter spezifischer Transporteffekt genutzt, der die Zellen schädigende Einflüsse von Erdalkali-Ionen vermeidet. Durch eine geschickte Parallelschaltung von Elektroden in sog. Strukturierten Membrane-Electrode Arrays (SMEA) soll dieser Effekt auf Elektrolysezellen mit wesentlich größeren Ozonleistungen übertragen werden. Im Teilprojekt der Hochschule sollen die Stoffflüsse in SMEA hinsichtlich Langzeitstabilität, Skalierbarkeit und Gastrennung untersucht werden. Das von der Hochschule Bonn Rhein-Sieg bearbeitete Arbeitspaket 2 zur Analyse der Stoffflüsse in SMEA gliedert sich in: Langzeittests von ausgewählten Arrays mit ausgewählten Materialien (Membranen, Anoden, Kathodenbeschichtungen) sowie variierten geometrischen Parametern zur Messung des Verhaltens von Härtebildnern über eine Laufzeit von typischerweise 50 bis maximal 150 h und Bilanzierung der Härtebildner im System mittels chemischer Analyse von gelösten und ausgefällten anorganischen Wasserinhaltsstoffen Ortsaufgelöste Analyse von Ablagerungen auf allen Elektrodenbestandteilen einschließlich Phasenuntersuchung im Mikro m-Bereich Erarbeitung eines Modells der auf molekularer Ebene stattfindenden Diffusionsprozesse, insbesondere des Kationentransports, durch die Membran und die durch Membran und Elektroden gebildeten Strukturen als Basis für die Optimierung der SMEA -Struktur.

Verbleib von Pestiziden und in Effluenten enthaltenen Schadstoffen in landwirtschaftlichen Systemen vor dem Hintergrund der möglichen Nutzung von Brauchwässern

Das Projekt "Verbleib von Pestiziden und in Effluenten enthaltenen Schadstoffen in landwirtschaftlichen Systemen vor dem Hintergrund der möglichen Nutzung von Brauchwässern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Abteilung für Umweltgenomik durchgeführt. Effluenten aus Kläranlagen zur Bewässerung scheinen eine Option zu sein, der Wasserknappheit in der EU entgegenzutreten. AWARE befasst sich mit 2 zentralen Fragestellungen: (1) wie sich Pestizide nach Applikation in landwirtschaftlichen Ökosystemen verhalten, wie sie in Böden abgebaut werden, welchen Einfluss sie auf die Bodenbiota ausüben und wie groß das Risiko einer Kontamination von aquatischen Systemen durch Oberflächenablauf ist. (2) untersucht es das Risiko bei der Verwendung von Brauchwässern zur Bewässerung in der Landwirtschaft, wie im Effluenten enthaltene Arzneimittelrückstände von Pflanzen aufgenommen werden, und ob der Verzehr dieser Pflanzen ein Risiko für den Menschen darstellt. Das Verständnis von Stoffflüssen innerhalb und zwischen Pflanze, Boden, Wasser ist für eine Beurteilung zum Soffverhalten in der Umwelt unabdingbar. Zu Beginn des WP werden vom CSIC die HR-LCMS Methoden etabliert, validiert und am HMGU implementiert. Komplementäre Messkampagnen folgen. Zur Charakterisierung des pflanzlichen Schadstoffmetabolismus werden die Pflanzen im HMGU kultiviert und mit Schadstoffen beaufschlagt. Nach Ernte (M6) werden pflanzliche Extrakte mit CSIC & NIBIO auf ihre Metabolitmuster untersucht und Enzymtests durchgeführt. Im M9 wird ein Methoden-Leitfaden (Vademecum) an die Partner weitergegeben. Feldprobenahmen werden mit CSIC, INRA & UM durchgeführt. Wirkstoffe und deren Abbauprodukte werden aus Pflanzen extrahiert und mittels LC-MS identifiziert und quantifiziert. Die Untersuchung der Pflanzen mit NIBIO, die Determinierung der Stressparameter und bioverfügbaren Endprodukte (mit CSIC) endet im M24 mit Weitergabe der Daten an WP4 (INRA/UM) zur Planung finaler Experimente. Die Entstehung toxischer/ungiftiger Endprodukte wird quantifiziert und für das Riskassessment in WP3 (UM-HSM) bereitgestellt. Berichte über Metabolismus und Endprodukte sowie über die Aufnahme von PPCP werden vom Projektleiter nach dem Ende der experimentellen Arbeiten (M24) abgeliefert.

Direkte und indirekte Effekte der Schwebstoffbelastung in Kreislaufanlagen auf die Gesundheit und die Wachstumsleistung von Salmoniden

Das Projekt "Direkte und indirekte Effekte der Schwebstoffbelastung in Kreislaufanlagen auf die Gesundheit und die Wachstumsleistung von Salmoniden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landwirtschaftliches Zentrum für Rinderhaltung, Grünlandwirtschaft, Milchwirtschaft, Wild und Fischerei Baden-Württemberg (LAZBW), Fischereiforschungsstelle (FFS) des Landes Baden-Württemberg durchgeführt. Die dominierende Produktionsform in der Aquakultur in Deutschland sind offene Durchflusssysteme, deren Ablaufwasser für umliegende Ökosysteme teilweise problematisch sein können, da sie durch Nährstoffe und organische Anreicherungen belastet sind. Daraus resultieren immer strengere Umweltauflagen für die Betreiber solcher Anlagen. Kreislaufanlagen gelten hinsichtlich des Wasserverbrauchs und der Gewässerbelastung als umweltfreundliche Alternative zu offenen Durchflusssystemen. In Kreislaufanlagen wird das Anlagenwasser mechanisch und biologisch gereinigt und wieder in das System eingespeist, wodurch der Wasserverbrauch dieser Anlagen vergleichsweise gering ausfällt. Um jedoch ökonomisch konkurrenzfähig zu werden und die Gesamtökobilanz zu verbessern, bedarf es einer weiteren Optimierung solcher geschlossenen Systeme. Voraussetzung hierfür ist es, die Feststoffbelastung als zentrales Problem besser zu verstehen und steuern zu können. Zwar können größere Schwebstoffe durch mechanische Filtersysteme weitestgehend entfernt werden, gleichzeitig kommt es jedoch zu einer Akkumulation von Feinstpartikeln im aufbereiteten Systemwasser, welche die Fischgesundheit akut beeinträchtigen und/oder durch negative Auswirkungen auf Systemkomponenten auch indirekt zu einer Verschlechterung des Tierwohls führen können. Allerdings gibt es kaum Informationen darüber, wie hoch die Schwebstoffkonzentration sein darf und welche Größenverteilung oder Form der Partikel problematisch sein kann. Durch ein besseres Verständnis des Einflusses dieser zentralen Problemquellen könnte die Fischproduktion in Kreislaufanlagen aufgrund verbesserter Fischgesundheit entscheidend vorangebracht und Systemstörungen minimiert werden. Ziel dieses Projektes ist es daher, den Einfluss sich akkumulierender Kleinstpartikel in Kreislaufanlagen auf die Fischgesundheit und die Systemstabilität zu ergründen. Im Fokus liegt hierbei einerseits der direkte physikalische Einfluss unterschiedlich großer und verschieden zusammengesetzter Partikel auf die Gesundheit und das Wachstum der Fische. Andererseits ist eine umfassende Untersuchung der Auswirkungen des Schwebstoffaufkommens auf die Biofilterleistung und die Wasserparameter ein zentraler Punkt des Versuchsvorhabens. Während des Projektes werden Versuche mit verschiedenen Salmonidenarten (v.a. Oncorhynchus mykiss) durchgeführt, die hierzulande eine wirtschaftliche Relevanz besitzen. Dabei wird die weitgehende Entkoppelung der Schwebstoffbelastung von anderen belastenden Wasserparametern (Ammonium, Nitrit, CO2, pH, etc.) ein entscheidendes Kriterium bei dieser Untersuchung sein. Dies soll es ermöglichen, den Effekt der Schwebstoffe auf die Fischgesundheit unbeeinflusst von überlagernden Wasserparametern zu bestimmen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in Form eines Leitfadens Fischzüchtern zur Verfügung gestellt werden und praxisorientierte Empfehlungen zur Optimierung des Schwebstoffmanagements liefern.

Kraft-Waerme-Kelte-Kopplung mit Biomassecofermentation in einem landwirtschaftlichen Betrieb im Verbund mit einem Industrieunternehmen

Das Projekt "Kraft-Waerme-Kelte-Kopplung mit Biomassecofermentation in einem landwirtschaftlichen Betrieb im Verbund mit einem Industrieunternehmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Loick, Energiegesellschaft nachwachsender Rohstoffe durchgeführt. Im Rahmen dieses Projekts ist die Errichtung einer Demonstrationsanlage zur Biomassenutzung mit Kraft-Waerme-Kaelte-Kopplung beim landwirtschaftlichen Betrieb Loick in Dorsten-Lembeck vorgesehen. Der Bau und der spaetere Betrieb dieser Anlage sollen von der Energie aus nachwachsenden Rohstoffen GmbH (ENR) durchgefuehrt werden. Neben dem Hof Loick soll der nahegelegene mittelstaendische Produktionsbetrieb fuer Verpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen (VNR GmbH) mit Energie (Strom, Waerme und Kaelte) versorgt werden. Das angestrebte Konzept soll beiden Betrieben (Hof Loick, VNR) eine kostenguenstige, CO2-neutrale integrierte Energieversorgung zur Verfuegung stellen, wodurch deren Wettbewerbsbedingungen verbessert werden und im Zuge von Produktionserweiterungen zusaetzliche Arbeitsplaetze geschaffen werden koennen. Durch innovative Loesungen zur integrierten Energienutzung werden Zukunftstechnologien demonstriert, die im Anschluss an die Demonstrationsphase des Projekts, auf den gewonnenen Erfahrungen aufbauend von der ENR fuer andere geeignete Standorte in Nordrhein-Westfalen und darueber hinaus vermarktet werden sollen. Wesentliche Bestandteile des Projekts sind neben der Biomassenutzung mit KWK (Cofermentation, BHKW) die Einbindung einer thermischen Kaeltemaschine mit Abwaermenutzung und die Energienutzung zur Verbesserung der Tiermast (Futtermittelvorwaermung, Klimatisierung der Stallungen) im landwirtschaftlichen Betrieb Loick. Als Rohstoffe zur Energiegewinnung sollen der im landwirtschaftlichen Betrieb anfallende Fluessigmist (Guelle) und Biomasse (im wesentlichen organische Reststoffe, darunter auch die Produktionsrueckstaende der VNR) eingesetzt werden. In einer Cofermentationsanlage wird daraus Biogas gewonnen. Das Biogas dient als Brennstoff fuer ein Blockheizkraftwerk (BHKW), das so ausgelegt wird, dass die in der Vergaerung erzeugte Biogasmenge, die je nach Cosubstrat bei etwa 600000-700000 m3/a liegt, bei 6000-7000 h/a in Nutzenergie umgesetzt wird. Fuer die Waermenutzung sind mehrere Pfade vorgesehen, die selbst die Nutzung der Abwaerme der abwaermegetriebenen Kaeltemaschine ermoeglichen: Beheizung der Stallungen des landwirtschaftlichen Betriebs Loick, Raumwaerme-/Brauchwasserversorgung des Betriebs Loick und der VNR GmbH, Antriebswaerme fuer eine thermische Kaeltemaschine (Kaelteleistung etwa 100 kW), die Klimakaelte fuer den Hof Loick und die VNR sowie die Grundlast der Maschinenkuehlung der VNR liefert und deren Abwaerme zur Vorwaermung des Brauchwassers fuer die Futtermittelversorgung dient, Herstellung von Futtermitteln durch Aufbereitung von Lebensmittelreststoffen (Hygienisierung) Waermeversorgung einer Trocknungsanlage fuer CCM, die der landwirtschaftliche Betrieb Loick errichten moechte und Waermeversorgung der Biogasanlage: Hygienisierung der Cosubstrate, Temperierung der Fermenter. Durch diese integrierte Konzeption wird die ganzjaehrig optimale Energienutzung gewaehrleistet.

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