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Mikroanalyse mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) und einem VUV-optimierten Echelle-Spektrographen

Ziel des Antrages ist der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) zur quantitativen orts- und tiefenaufgelösten Mikroanalyse mit einem neu zu entwickelnden VUV-Echelle-Spektrographen. LIPS erlaubt eine schnelle elementaranalytische Kartierung von Oberflächen ohne aufwendige Probenvorbereitung mit einer lateralen Auflösung von 3 bis 10 my m. Durch die Analyse der Spektren von einzelnen Pulsen kann eine Ortsauflösung mit einer entsprechenden Tiefenauflösung kombiniert werden. Die Verwendung eines Echelle-Spektrographen gestattet eine umfassende qualitative und quantitative multivariante Analyse von einzelnen Pulsen mit hoher spektraler Auflösung (l/dl größer als 10000) über einen Spektralbereich von 150 nm. Für den zu konzipierenden Echelle-Spektrographen wird ein Arbeitsbereich von 150 bis 300 nm angestrebt, so dass erstmals eine Multielement-VUV-Emissionsspektroskopie mit Laserplasmen für Nichtmetalle (S, P, N, O, C, As) oder metallische Elemente (Hg, Zn) möglich wird. Erste Anwendungen werden sich besonders auf geochemische und werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen konzentrieren.

Biogeochemie von Spurenelementen im Südost-Atlantik; ein deutscher Beitrag zum internationalen GEOTRACES-Programm

Unsere bewilligte Forschungsfahrt M121 mit FS Meteor im Südostatlantik wird im November/Dezember 2015 stattfinden. Mit dem vorliegenden Antrag beantragen wir Mittel für Personal zur Teilnahme an der Fahrt und Kosten für die Auswertephase nach der Fahrt. Der Fokus des Projektes liegt auf der Biogeochemie und chemischen Ozeanographie von Spurenmetallen, wofür aber auch physikalische und biologisch-ozeanographische Informationen gesammelt werden. Die Untersuchungsschwerpunkte sind die detaillierte Erfassung der Verteilung von Spurenelementen in der Wassersäule des Südostatlantiks, die Untersuchung von Eintrags- und Austragsmechanismen, die biogeochemischen Zyklen dieser Spurenelemente, und deren Zusammenhänge mit dem Stickstoffkreislauf im Untersuchungsgebiet. Die Ausfahrt wird als offizieller Bestandteil in das international koordinierte GEOTRACES-Programm eingebettet sein. Der erste Schwerpunkt wird die detaillierte Untersuchung der Verteilung der Spurenelemente in der Wassersäule des Benguela-Auftriebs sein, von denen einige als limitierende Mikronährstoffe der Bioproduktivität und der Diazotrophie fungieren. Wir werden die Beziehung zwischen Makro- und Mikronährstoffkonzentrationen und den Flüssen dieser Nährstoffe untersuchen sowie die Beziehung zur biologischen Produktivität und dem Stickstoffzyklus. Die Spurenmetallverteilung soll auch mit der Verteilung und Mischung der Wassermassen im Benguela-Auftriebsgebiet und deren Eigenschaften in Verbindung gebracht werden, insbesondere den Sauerstoffgehalten und dem Austausch mit dem anoxischen Schelf. Weiterhin werden wir den Eintrag und die Eintragswege der Spurenmetalle über Staub (Wüste Namib), Sediment und große Flüsse (hauptsächlich Orange und Kongo) erfassen. Den Abschluss der Projektarbeiten wird die Verteilung der Spurenmetalle in der gesamten Wassersäule im offenen Ozean des Südostatlantiks als Funktion der großskaligen Ozeanzirkulation und Wassermassenmischung sein; diese Arbeiten werden in enger Kooperation mit J. Scholten und M. Frank (Kiel) stattfinden, die einen komplementären Antrag einreichen. Die Arbeiten dieses Projektes haben eine Bedeutung für das globale Verständnis der Rolle unterschiedlicher Prozesse, die die chemischen Umweltbedingungen im Ozean, mit dem Fokus auf Spurenmetalle, steuern und in denen die Ökosysteme funktionieren.

Entwicklung einer Methode zur ressourceneinsparenden und CO2-reduzierenden Weiterverwendung von Rotorblättern im Infrastrukturbereich, Teilvorhaben: Entwicklung innovativer Zerteilungs- und Weiterverarbeitungsprozesse

Freisetzungspotential, Mobilität und Umwandlungsprozesse von Spurenelementen, PFAS und weiteren organischen Schadstoffen in Spülfeldern

Veranlassung Baggergut das aufgrund erhöhter Nährstoffkonzentrationen für eine Umlagerung in der Ostsee nicht geeignet ist, wird häufig auf Spülfeldern im Küstenbereich abgelagert, um anschließend verwertet zu werden. Gelegentlich kann das Überschreiten von Grenzwerten des Arsens (As) im Eluat dazu führen, dass das Ausleiten des Überstandwassers seitens der zuständigen Landesbehörden nicht genehmigt wird, wodurch das Abtrocknen des Sediments, und somit der wichtigste Prozess der As-Retention, verlangsamt wird. Die Aussagekraft der Eluattests zur Abschätzung der Metall(oid)-Freisetzung aus den Spülfeldsedimenten ist sehr begrenzt, da die an Organik reichen, anaeroben Sedimente der Ostsee nach dem Aufbringen auf ein Spülfeld zeitlichen Änderungen von z.B. Temperatur- und Redoxbedingungen unterliegen. Darüber hinaus ist damit zur rechnen, dass diese Situation klimawandelbedingt durch ein häufigeres Auftreten von Trockenheitsereignissen weiter erschwert wird, da es zu einer Verstärkung vertikaler pH- und Redox-Gradienten und einer beschleunigten Mobilisierung von Cadmium, Nickel oder Zink unter oxischen Bedingungen als Folgewirkung der Sulfid-Oxidation kommt. Es besteht ein hoher Bedarf die Möglichkeiten der Verwertung von Spülfeldsedimenten zu verbessern und die Kapazitäten der Spülfelder für zukünftig anfallendes Baggergut zu erhalten. Kenntnisse über die Zusammenhänge der Metall(oid)mobilität mit zeitlich dynamischen Sedimenteigenschaften können hierzu einen wichtigen Beitrag liefern. Darüber hinaus soll in diesem Projekt untersucht werden inwieweit Unterschiede je nach Alter und Herkunft der Spülfeldsedimente bei der Transformation von PFAS-Vorläufersubstanzen hin zu Perfluorcarbonsäuren bestehen. Dies ist für Spülfeldsedimente der Ostsee bisher nicht bekannt. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass relevante Grenzwerte nicht überschritten werden, da auch andere ubiquitäre Schadstoffe gewöhnlich in unterdurchschnittlichen Mengen auftreten. Vor dem Hintergrund ihrer guten Wasserlöslichkeit sind vertiefte Kenntnisse zur Bildung der Perfluorcarbonsäuren allerdings von hoher Bedeutung. Eine Optimierung der Verwertungsmöglichkeiten des Baggerguts der Ostsee-Spülfelder liefert auch für Wasserstraßen- und Schifffahrtsämter (WSA) der Binnenbereiche eine wichtige theoretische Arbeitsgrundlage. Dies betrifft einerseits die Handhabung des Baggerguts aus WSA-Talsperren, in denen ebenfalls schadstoffarmes, nährstoffreiches und stark organikhaltiges Baggergut anfällt, und welches somit im Beräumungsfall einer Problematik ähnlich den Ostsee-Spülfeldsedimenten unterliegt. Andererseits befinden sich im norddeutschen Raum zahlreiche WSA-Spülfelder deren Betrieb innerhalb der letzten Dekade eingestellt oder stark zurückgefahren wurde. Hier könnten die Projektergebnisse als Orientierung dienen, wenn eine Reaktivierung dieser Spülfelder gewünscht wird. Ziele - Erfassung des Einflusses verschiedener Bearbeitungstechniken auf die Mobilität anorganischer und organischer Schadstoffe in aufgespültem Baggergut - Erarbeitung detaillierter Kenntnisse zur Mobilität verschiedener Arsenspezies und weiterer Metall(oid)e, zu den dabei relevanten mikrobiologischen Prozessen sowie zu Möglichkeiten der Reduzierung der Arsenfreisetzung - Untersuchung des Freisetzungsverhaltens perfluorierter Verbindungen (PFAS) im Kontext des Reifungsprozesses von Baggergut sowie in Abhängigkeit des fluvialen Sedimenttransports - Ableitung und Anwendung geeigneter Remediationstechniken zur Behandlung von anoxischem Überstandwasser.

Diffusion von Tritium

Wasserstoff zeigt im Vergleich zu anderen Elementen eine sehr hohe Beweglichkeit in Metallen. Allerdings werden bei der Bestimmung der Diffusionskoeffizienten oftmals erhebliche systematische Fehler beobachtet. So weichen die von verschiedenen Arbeitsgruppen fuer die Wanderung von Wasserstoff in Zirkon bestimmte Diffusionskoeffizienten im mittleren Temperaturbereich von 200 - 600 Grad C bis zu etwa zwei Groessenordnungen voneinander ab. Es schien moeglich, dass diese Abweichungen auf den Einfluss sauerstoffhaltiger Oberflaechenschichten zurueckzufuehren sind, da der Wasserstoff bei allen bisherigen Untersuchungen durch mindestens eine solche Schicht hindurchdiffundieren musste. Die Diffusionskoeffizienten fuer Tritium in diesen Oberflaechenschichten sind im Vergleich zur Beweglichkeit im Metall um mehr als sieben Groessenordnungen kleiner, so dass bereits duenne Schichten eine erhebliche Verzoegerung in der Diffusion bewirken koennen. Es wurde deshalb eine neue Methode entwickelt, bei der die Diffusion in den Oberflaechenschichten vermieden wird. Ausserdem wurde der Einfluss der Sauerstoff-Konzentration auf die Beweglichkeit von Tritium in Zircaloy bestimmt. Diese Arbeiten, welche auch fuer die Kernbrennstoff-Wiederaufbereitung von erheblicher Bedeutung sind, werden fortgesetzt. Im Vordergrund stehen dabei die Untersuchungen ueber den Einfluss von Fremdstoffen und Strahlenschaeden auf die Tritium-Diffusion in Zirkon und Zirkon-Legierungen.

Ressourceneffizientes Recycling kritischer Technologiemetalle aus der Klärschlammasche

Zielsetzung: Technologiemetalle kommen aufgrund ihrer exponierten Materialeigenschaften in vielen Zukunftstechnologien zum Einsatz. Ein Problem stellen die aktuellen Gewinnungsarten der Metalle dar. Zum einen finden sich die größten Lagerstätten in den ärmsten Ländern der Welt, was zu enormen Preis- und Lieferproblemen führt. Die Preise für die Metalle haben sich teilweise verdoppelt. Zum anderen werden zur Gewinnung Wälder gerodet, Flüsse vergiftet, Menschen ausgebeutet und ganze Ökosysteme zerstört. In Kombination mit dem enormen Energieverbrauch sind die Abbaupraktiken eine der größten Umweltbedrohungen unserer Zeit geworden. Eine bisher noch ungenutzte Quelle für die (Rück-)Gewinnung von Technologiemetallen stellt Klärschlamm bzw. Klärschlammasche dar. Bisher werden diese Aschen fast ausschließlich auf Deponien entsorgt. Ab 2029 wird es aber aufgrund der Klärschlammverordnung eine große Änderung im Bereich des Klärschlammes geben, durch die die Rückgewinnung von Phosphor gesetzlich verpflichtend wird. Bei den zur Rückgewinnung häufig verwendeten, nasschemischen Verfahren werden die Klärschlammaschen in saure Lösung gebracht, um den Phosphor quantitativ zu lösen. Dabei gehen auch verschiedene Metalle in unterschiedlichem Maße in Lösung und liegen so bereits als Ionen vor. Durch den nasschemischen Aufschluss wird die Möglichkeit der Rückgewinnung von weiteren Rohstoffen, insb. von den Technologiemetallen, ressourcentechnisch und wirtschaftlich deutlich verbessert. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines technischen Moduls, mit welchem es möglich ist, im Zuge der P Rückgewinnung auch bestimmte Metalle aus der Klärschlammasche zu recyceln. Das entwickelte Modul soll direkt an den Verfahrensschritt der nasschemischen P-Rückgewinnung gekoppelt werden, ohne diesen zu beeinträchtigen. Durch den modularen Charakter soll das Recyclingverfahren einfach an die vorherrschenden Zusammensetzungen des Klärschlamms/ der Asche (z.B. bei besonders hohem Anteil an Nd) sowie die entstehende Menge angepasst werden. Um eine möglichst übertragbare Integration des Moduls in bestehende Anlagen zu ermöglichen, sollen zudem noch Bemessungsgrundlagen erarbeitet werden. Somit ist der Separationsprozess immer wirtschaftlich optimal ausgelegt und an beliebigen Anlagen(-größen) einsetzbar. Das Modul wird einen erheblichen Beitrag zur Umweltentlastung in den Bereichen des Landschutzes, der CO2-Emissionen und der Ressourcenschonung leisten.

FH-Impuls 2016 I: Smarte Druckguss Strategien durch Machine-Learning und innovative Fügeprozesse und Prüftechnologien für hybride Leichtbaukonstruktionen (Smart-LIGHT)

Entwicklung digitalisierter Recyclingprozesse für die ressourceneffiziente,anwendungsnahe Wiederverwertung hybrider Leichtbau-Strukturen, Teilvorhaben: Entwicklung eines Recyclinprozesskette für hochwertige FVK-Halbzeuge

Diskontinuierliche Luftqualitätsdaten im Land Brandenburg

Die im Land Brandenburg diskontinuierlich über Probenahme und Laboranalytik ermittelten Luftqualitätswerte werden in Exceltabellen erfasst, archiviert und fortgeschrieben. Die Überwachung der Luftqualität entsprechend gesetzlich vorgegebener Grenzwerte wird dadurch ergänzend gewährleistet.

Umweltprobenbank Nr. 7725: Kupfer / Eiinhalt / Heuwiese

Anzahl der Proben: 29 Gemessener Parameter: In der Natur weit verbreitetes und von Menschen vielfach genutztes Metall Probenart: Eiinhalt Vogeleier eignen sich als Akkumulations- und Wirkungsindikator. Sie spiegeln die Kontamination der brütenden Weibchen wider. Durch die Schale sind die Eiinhalte vor einer Kontamination der Probe geschützt. Probenahmegebiet: Heuwiese Vogelschutzinsel im nördlichen Teil des Kubitzer Boddens.

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