Das Projekt "Umweltbedingte Steuerung eisenreduzierender Mikroorganismen in antarktischen marinen Sedimenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich 02 - Biologie und Chemie, Arbeitsgruppe Mikrobielle Ökophysiologie durchgeführt. Die klimabedingte Erwärmung hat die westliche Antarktische Halbinsel (WAP) in den letzten 50 Jahren stark beeinflusst, was zu massiven Verlusten des westantarktischen Schelfeises führte. Als Folge der schmelzenden Gletscher hat sich die Akkumulation von Schelfsedimenten, einschließlich großer Mengen an reduzierbaren Eisen (III) -oxiden, in diesem Gebiet verstärkt. Die mikrobielle Eisen (III) -Reduktion scheint für die Freisetzung von gelöstem Eisen aus Schelfsediment relevant zu sein. Sie trägt somit zum Export von Eisenverbindungen in den Südlichen Ozean bei, die als limitierend für die Primärproduktivität bekannt sind. Die Mikroorganismen, die an der Eisenreduktion in antarktischen Schelfsedimenten beteiligt sind, wurden bisher nicht untersucht.Das Ziel unseres Projekts ist die Aufklärung der Ökologie der eisenreduzierenden mikrobiellen Populationen und ihrer umweltbedingten Steuerung in antarktischen marinen Sedimenten. Wir werden uns darauf konzentrieren, (1) mikrobielle Populationen zu identifizieren, die an der Eisenreduktion beteiligt sind, sowie (2) deren Verteilung, (3) Häufigkeit und (4) Aktivität in anoxischen Küstensedimentschichten im Vergleich zu ihren anaerob-atmenden Konkurrenten, den sulfatreduzierenden Mikroorganismen, zu bestimmen. In unserem Projekt werden wir uns auf die Hot Spots der Umweltveränderungen konzentrieren, also Standorte, die aufgrund von zurückweichenden Gletschern neu exponiert wurden, mit hohen Gehalten an Eisenoxiden und gelöstem Eisen im Vergleich zu typischen sulfidogenen Standorten der Sulfatreduktion als Referenz. Dies wird es ermöglichen, geochemische Variationen und Hotspots der Eisenreduktion mit Unterschieden in der mikrobiellen Gemeinschaft zu verknüpfen; letztere sollen mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung von 16S rRNA-Genen und der 16S rRNA physiologisch aktiver Mikroorganismen (600 Proben) bestimmt werden. Diese Analysen werden ergänzt durch die Quantifizierung der mikrobiellen Gemeinschaft in Sedimentschichten durch qPCR sowie des Most-Probable-Number-Verfahrens für eisen- und sulfatreduzierende Mikroorganismen. Funktionelle Potentiale von eisen- und sulfatreduzierenden Mikroorganismen werden mittels Inkubationen bestimmt. Das cutting-edge Verfahren, zeitlich-aufgelöstes 13C-Stable Isotope Probing von RNA, soll eingesetzt werden, um spezifische Funktionen einzelner eisenreduzierender Mikroorganismen in Mikrokosmos-Inkubationen zu bestimmen. Letztlich soll die Steuerung von antarktischen eisenreduzierenden Mikroorganismen durch Umweltfaktoren in Mikrokosmen untersucht werden, indem die Verfügbarkeit und Qualität des Elektronendonors und -akzeptors sowie die Temperatur variiert werden. Dies wird es ermöglichen, zukünftige Szenarien von Umweltveränderungen bei der Eisenfreisetzung aus antarktischen Schelfsedimenten zu bewerten.
Das Projekt "ECat-PEMFC - Aktive und stabile Platin-arme Elektrodenkatalysatoren für die Niedertemperatur-Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie durchgeführt. In diesem Projekt werden kostengünstige Pt-arme Legierungsnanopartikel-Kohlenstoff (Pt M NP/C) Katalysatoren mit signifikant verbesserten katalytischen Eigenschaften und Lebensdauern für die beiden Halbzellenreaktionen der Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) entwickelt. Die PEMFC gehört zu den vielversprechendsten Technologien zur umweltschonenden Energieumwandlung. Daher haben die PEMFCs das große Potential, die Zielvorgaben des Energiekonzepts 2050 der Bundesregierung vollständig zu erfüllen. Die heutigen, teuren Edelmetall-Elektrodenmaterialien zeigen jedoch unzureichende Leistungskennzahlen in Bezug auf die Effizienz und auf die Langzeitstabilität auf. Der Fokus in diesem Projekt ist die Verbesserung der Wechselwirkung zwischen den katalytisch-aktiven Pt-M Nanopartikel und dem Substrat. Durch die Funktionalisierung des Trägermaterials wird seine Oxidationsresistenz und die Haftung der NP extrem verbessert. Die Pt-M NP mit kontrollierter Partikelgröße, Zusammensetzung und Kristallinität werden durch die nasschemische Imprägnierungsmethode hergestellt, weil diese Art der Synthese für die Industrie eine hohe Relevanz hat. Die Herstellung von Pt M NP erfolgt mittels moderner nasschemischer Imprägnierungsmethode, da diese Art der Synthese großtechnisch für die Industrie kostengünstig durchführbar ist und somit von großer wirtschaftlicher Relevanz ist. Weiterhin werden Strategien zur Verbesserung der Katalysatorlebensdauer durch die Modifizierung des Kohlenstoff-Trägermaterials entwickelt um deren Oxidationsresistenz zu erhöhen und somit insgesamt den Partikelabtrag zu minimieren. Die hier entwickelten Katalysatoren werden nicht nur für die ORR und HOR mittels rotierender Ring-Scheibenelektroden (RRDE)-Technik im Labormaßstab optimiert, sondern auch in einer realen Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle untersucht. Es wird in diesem Projekt angestrebt, die in der RRDE erzielten Aktivitäts- und Stabilitätsverbesserungen in die MEA zu transferieren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Alkalibehandlung der CIGS Absorberoberfläche und monolithisch integrierte Tandem Zelle (p-TCM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. Untersuchung des Einflusses einer Behandlung des Chalkopyritabsorbers (CIGS) mit Alkalimetallen bzw. deren Verbindungen auf die Solarzelleneffizienz bei schnellen Depositionsschritten. Entwicklung eines transparenten, p-Halbleiters als Voraussetzung für die Herstellung einer Tandemsolarzelle mit einer CIGS Bottom-Zelle und einer Top-Zelle aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke, z.B. Methylammoniumbleiiodid. Unterstützung der vorgenannten Ziele und aller Projektpartner durch spezielle Analytik, z.B. am Elektronenspeicherring BESSY II.
Das Projekt "Metal oxide Aided Subsurface Remediation: From Invention to Injection (METAL-AID)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitet Köbenhavn durchgeführt. Thousands of sites across Europe are polluted with toxic metals and organic solvents; many more exist worldwide. As EU population grows, clean water will determine the quality of life and economic stability. Most sites remain contaminated because existing technology is costly and disruptive. Society needs an innovative way to decontaminate soil and groundwater directly underground. In METAL-AID, we will develop new technologies through fundamental knowledge. We are a consortium of experts in natural materials, contaminant reactivity, groundwater treatment and environment policy, spread over 4 consulting firms, 6 universities and a government agency. We will train 14 early stage researchers (ESRs) through integrated, intersectoral research, using advanced technology, ranging from nanometre to field scale. ESRs will gain technical, business and personal skills, as they push a promising soil and groundwater remediation technology toward commercialisation. To meet the METAL-AID goals, the ESRs will: 1) Test known layered double hydroxide (LDH) and redox active green rust (GR) reactants that show promise for remediating toxic metals and chlorinated compounds and invent new ones; 2) Derive thermodynamic and kinetic data, essential for safety assessment modelling; 3) Quantify reactant effectiveness and reacted phase stability and compare these with natural analogues; 4) Inject the new reactants at field sites operated by our beneficiaries. METAL-AID begins at technology readiness level, TRL 1 and runs to TRL 6, implementation. The government agency will provide guidance so our new technology complies with regulations and has promised R&D funding after the ETN ends, to carry it into full commercialisation. The ESRs will be trained to tackle challenges of concern to society, to communicate across sector boundaries and with the public, in a network that will last long after the project ends. We will provide a pool of scientists for roles in EU's knowledge based economy.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Im Rahmen des Vorhabens sollen Struktur-Wirkungsbeziehungen zwischen f-Elementen und calixarenartigen Ligandensystemen mit Naturstoffbasierten Bindungsfunktionen in Hinblick auf eine mögliche Mobilisierung in der Umwelt untersucht werden. Zur Aufklärung solcher Wechselwirkungsmuster werden verschiedene Teilaspekte bearbeitet werden, die von der Synthese makrozyklischer, calixarenartiger Liganden mit Chitosan-analogenindungsfunktionen, über experimentelle und theoretische Studien zum Komplexbildungsverhalten in Lösung bis hin zu einer exakten Aufklärung von Speziesverteilungen sowie Verteilungs- und Transportmechanismen in umweltrelevanten Systemen reichen und eine Ableitung der geltenden Struktur-Wirkungsbeziehungen erlauben Für die Verwirklichung dieser Ziele müssen sowohl synthetische Arbeiten zur Darstellung der Liganden und entsprechender Metallkomplexe als auch verschiedene Charakterisierungsmethoden für die Identifizierung der in Lösung oder festen Zustand vorliegenden Spezies durchgeführt werden: a) Synthese und Charakterisierung von naturstoffbasierten Liganden in Form von funktionalisierten, calixaren-artigen Makrozyklen mit Chitosan-analogen Bindungsfunktionen (z.B. Ethanol-Amin, Hydroxamat, oder Catecholat-Donorfunktionen). b) Darstellung und Charakterisierung ausgewählter Lanthanid- und Actinoid-Komplexe (z.B. Actinid: (U(VI,IV), Th(IV), Lanthanoide: Pr, Tb, Dy, Lu)). Charakterisierung der neu synthetisierten Komplexe im festen Zustand (Kristallstrukturanalyse, IR-Spektroskopie), und in Lösung (Massenspektrometrie, IR- und Raman-Spektroskopie, UV/Vis- und NMR-spektroskopische Titrationen. c) Um ein möglichst vollständiges Bild von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der neu synthetisierten Komplexe zu erhalten, sind insbesondere auch die Mikrokalorimetrie (isothermale Kalorimetrie) und dazu komplementäre spektrophotometrische Titrationen erforderlich (Bestimmung thermodynamischer Parameter der Komplexbildung).
Das Projekt "Vorhaben: Hydrothermale Fluide am Kermadec-Inselbogen und ihre Rolle für den Stoffeintrag in den Ozean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobs University Bremen gGmbH, Focus Area Health - Physics & Earth Sciences durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, zusammen mit den Kooperationspartnern die bisher wenig untersuchten Stoffeinträge von hydrothermalen Systemen des Kermadec-Vulkanbogens in den Ozean zu charakterisieren und deren Bedeutung für den globalen Stoffhaushalt der Meere sowie die lokalen chemischen und biologischen Prozesse in der Wassersäule und am Meeresboden zu verstehen. Ein besonderer Fokus wird auf die Bedeutung chemischer Speziierung und Komplexierung von Metallen und Spurenelementen (unter besonderer Berücksichtigung von Interaktionen mit gelöstem organischem Material) für den Export in den Ozean und die Bioverfügbarkeit gelegt. Um diese Ziele zu erreichen, sollen hydrothermale Fluide, Festphasen, und Plumes und biologische Gemeinschaften von verschiedenartigen Hydrothermalquellen im südlichen und mittleren Kermadec-Bogen mit Hilfe des ROVs Quest, CTD/Wasserschöpfern und Multicorern interdisziplinär untersucht werden. Neben der Probenaufbereitung und Konservierung werden an Bord Analysen von kurzlebigen chemischen Spezies durchgeführt, Weiterhin werden hydrothermale Schlüsselparameter wie pH, Eh, O2 und Mg direkt an Bord bestimmt. Für Fe-Isotopen Analysen im konzentrierten hydrothermalen Fluid, aufsteigender Plume, lateral verdriftender Plume werden Probenaliquote genommen. Eine Fraktionierung in gelöste, kolloidale und partikuläre Größenfraktionen wird mithilfe von gestaffelten Membranfiltern entsprechender Porengröße durchgeführt. Die Membranfilter werden direkt bei -20°C eingefroren. Sedimentproben werden unter Luftausschluss direkt eingefroren. Außerdem werden Proben für die organische und anorganische Speziierung von gelösten Schwermetallen (Fe, Cu, Zn und Ni) sowie die Bestimmung von den Gesamtgehalten in unterschiedlichen Größenfraktionen genommen. Die Beprobung für die Schwermetallspezifizierung wird flächendeckend an allen Arbeitsgebieten vom konzentrierten hydrothermalen Fluid bis zur Vermischungszone in der Plume und dem umliegenden Meerwasser erfolgen.
Das Projekt "Vorhaben: Biogeochemische Untersuchungen von Fluidflüssen in hydrothermalen Systemen (Ra-Isotope, DOM-Gehalt, Mn-Spezies)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres, Arbeitsgruppe Mikrobiogeochemie durchgeführt. AG Brumsack: Flussratenbestimmung gelöster Nährstoffen, Metallen und Metallspezies, insbesondere auch das reaktive, gelöste Mn(III), an ausgewählten hydrothermalen Fluiden und der Plume zur Quantifizierung und Bedeutung des Materialexports in den Ozean; Bestimmung der Aufenthaltszeit von gelösten Komponenten in der Plume; Ausbreitung der exportierten Stoffe am Meeresboden, Phasenänderung gelöst-partikulär in der Plume; Fraktionierung der Partikel von der Quelle bis zur Sedimentation, Quantifizierung des Porenwasserflusses aus dem Sediment ins Bodenwasser. AG Dittmar: Bestimmung von DOC und DON mittels Elementaranalyse; Aminosäurebestimmung mittels chromatographischen UPLC-Verfahrens; Analyse von thermogenen molekularen Komponenten in DOM-Konzentraten (UPLC); Bestimmung von Summenformeln von größer als 10.000 Einzelkomponenten und Identifizierung von metall-organische Verbindungen auf molekularer Ebene mittels ultrahoch-auflösender Massenspektrometrie; Auswertung des detaillierten Geo-Metaboloms in Zusammenhang mit den mikrobiologischen Informationen. AG Brumsack: Beprobung, Konservierung und quantitativen Analyse von gelösten Metallen und Nährstoffen; Präparation und Analyse der reaktiven Manganspezies, Messung der Aktivität von kurz- und langlebigen Radiumisotopen in den hydrothermalen Fluiden und der Plume; Beprobung und quantitative Elementanalyse von metallhaltigen Sedimenten und dem Porenwasserinventar im Umfeld der hydrothermalen Felder. AG Dittmar: Wassersäulen- und Porenwasserproben werden an Bord für Elementar- und Molekularanalysen vorbereitet. Sie werden gefiltert (0.2Mikro m) und Aliquote (3x10mL) für Analysen von DOC und DON, sowie für die molekulare Aminosäurebestimmung in geglühten Glasampullen bei -20 Grad Celsius konserviert. Für detaillierte geo-metabolomische Untersuchungen werden die Proben (größer als 100mL) an Bord durch etablierte Festphasenextraktion (Dittmar et al., 2008) entsalzt und das DOM angereichert (-20 Grad Celsius Lagerung in MeOH).
Das Projekt "Feasibility study on nature based more efficient 2-step bioleaching technology producing methane gas and metal compounds from 'low grade' multimetallic European ores/wastes containing organometallics (MetLeach)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Biotatec Ou durchgeführt.
Das Projekt "Definierte Metalloxidreduktion aus Elektroofenschlacken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hermann Rauen GmbH Co. durchgeführt.
Das Projekt "Synthese und Charakterisierung von Halogenoperowskiten AMX3 (M=Sn, Pb; X = Cl, Br, I) als Farbstoffe für die Solarzelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburger Materialforschungszentrum durchgeführt. Im Mittelpunkt der chemisch-präparativen Arbeiten steht die Optimierung der chemischen und stöchiometrischen Zusammensetzung der Perowskite und ihrer Kristallinität. Die Anpassung der physikalischen Eigenschaften soll durch Variation der Kationen und des zentralen Metalls erfolgen. Die entstehenden neuen Phasen werden strukturell charakterisiert. Ein weiteres Thema ist die Suche nach einem Ersatz von PbI3 durch ungiftige Alternativen. In Kooperation mit den anderen Projektpartnern erfolgt die Kontrolle der Absorption für Single Junction und Tandem Solarzellen. Außerdem soll die Optimierung von organischen und anorganischen löchersensitiven bzw. elektronen-selektiven Elektrodenmaterialien für die PIN Struktur erfolgen. Als wichtigstes Referenzmaterial soll aus CH3NH3I und PbI2 in hoher Reinheit CH3NH3PbI3 hergestellt werden. Ein wichtiger Punkt ist dabei die Kristallinität, da die photoelektrischen Eigenschaften vermutlich stark davon abhängen. Entsprechend der sich schnell ändernden Literaturlage sollen auch weitere vielversprechende Verbindungen als Referenzmaterialien charakterisiert werden, z.B. CsSnI3. Die Stabilität der Perowskit-Striktur, d.h. Lage von Phasenübergängen und Art und Umfang der damit verbundenen Symmetriereduktion hängen von den Radienverhältnissen ab. Eine systematische Aufarbeitung der an der Uni Freiburg vorhandenen Daten zu den Systemen AMX3 (A = Rb, Cs, R4-nNHn, n=0-3; M = Sn, Pb, X = Cl, Br, I) hinsichtlich ihrer Eignung in Perowskitsolarzellen wird durchgeführt. Weiterhin werden eine Synthese und Tests anderer organischer Ammonium-Kationen (R4-nNHn, n = 0-3, R = Me, Et, ...) auch als Mischkristalle mit Alkali-Kationen durchgeführt.
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