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Eine neue Bedrohung der stratosphärischen Ozonschicht durch anthropogene kurzlebige Halogenverbindungen

Die stratosphärische Ozonschicht bietet der Erde einen wirkungsvollen Schutzschild gegen den ultravioletten, schädigenden Anteil der solaren Strahlung. Der anthropogene Ozonabbau, verursacht durch Emissionen von langlebigen Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKWs), war eines der größten Umweltprobleme der letzten Jahrzehnte. Emissionen von FCKWs wurden infolge des Montrealer Abkommens von 1987 stark reduziert und eine langsame Erholung der Ozonschicht wird im Laufe der nächsten Jahrzehnte erwartet. Im Gegensatz dazu werden die Emissionen von sehr kurzlebigen Halogenverbindungen (Very Short-Lived Halocarbons, VSLH), welche auch stratosphärisches Ozon zerstören, aufgrund von neuen Technologien ansteigen. Chemische Oxidationsprozesse in der marinen Umwelt, insbesondere die neuartigen Behandlungsverfahren von Ballastwasser, und anwachsende tropische Makroalgenkulturen beeinflussen biogeochemische Kreisläufe und können zu einem starken Anstieg der VSLH Produktion und Emission führen. Zusätzlich zu ihrem schädlichen Effekt auf die Ozonschicht, beeinflussen VSLH den atmosphärischen Strahlungsantrieb und das Vermögen der Atmosphäre viele natürliche und anthropogene Spurenstoffe zu entfernen (atmosphärische Oxidationspotential). Momentan ist nur sehr wenig über die zukünftig zu erwartenden anthropogenen VSLH Emissionen aus dem Ozean sowie ihre bedrohliche Wirkung auf die atmosphärische Chemie bekannt und fundierte wissenschaftliche Untersuchungen sind dringend erforderlich. Das Ziel dieses Antrages ist es, momentane und zukünftige Emissionen anthropogener VSLH und ihren Einfluss auf atmosphärische Zusammensetzung und Chemie zu quantifizieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der Untersuchung einer möglichen neuen Bedrohung der stratosphärischen Ozonschicht. In einem ersten Schritt werden globale Karten der ozeanischen Emissionen von anthropogenen VSLH erstellt. Im zweiten Schritt wird, basierend auf atmosphärischer Chemie-Transport Modellierung, die Entwicklung der anthropogenen VSLH in der Atmosphäre quantifiziert. Zu diesem Zweck werden Küsten-auflösende Modellsysteme entwickelt, welche später dazu beitragen Parametrisierungen anthropogener VSLH Prozesse für globale Klima-Chemie Modelle zu erstellen. In einem dritten Schritt wird der globale Einfluss der anthropogenen VSLH auf Ozonabbau, Strahlungsantrieb und atmosphärisches Oxidationspotential bestimmt und mögliche Rückkopplungsmechanismen werden identifiziert. Der interdisziplinäre Forschungsplan umfasst die Synthese existierender Daten, Messungen, sowie Ozean-Zirkulation-, Biogeochemie- und atmosphärische Klima-Chemie Modellierung. Das Forschungsvorhaben wird die Frage beantworten, ob anthropogene Aktivitäten in der marinen Umwelt eine Bedrohung für die stratosphärische Ozonschicht darstellen. Solch eine Risikoabschätzung ist von großer gesellschaftlicher Bedeutung und liefert entscheidende Information für politische Entscheidungsträger bezüglich der Planung zukünftiger menschlicher Aktivitäten.

Tripelelement-Stabilisotopensignaturen zur Untersuchung des atmosphärischen Chlormethanbudgets

Die stratosphärische Ozonschicht absorbiert die UV-C und UV-B Sonnenstrahlung und schützt damit Pflanzen, Tiere und Menschen vor Strahlenschäden. Durch anthropogen emittierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) wird die Ozonschicht abgebaut. Da FCKWs seit dem Montrealer Protokoll stark zurückgegangen sind, werden halogenierte Verbindungen wie Chlormethan (CH3Cl), die aus natürlichen Quellen freigesetzt werden, für den Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre zunehmend relevant. CH3Cl ist das am häufigsten vorkommende chlorhaltige Spurengas in der Erdatmosphäre, das für etwa 17% der durch Chlor katalysierten Ozonzerstörung in der Stratosphäre verantwortlich ist. Daher wird CH3Cl vornehmlich die zukünftigen Gehalte an stratosphärischem Chlor bestimmen. Die aktuellen Schätzungen des globalen CH3Cl-Budgets und die Verteilung der Quellen und Senken sind sehr unsicher. Ein besseres Verständnis des atmosphärischen CH3Cl-Budgets ist daher das Hauptziel dieses Projektes.Die Analyse stabiler Isotopenverhältnisse von Wasserstoff (H), Kohlenstoff (C) und Chlor (Cl) hat sich zu einem wichtigen Werkzeug zur Untersuchung des atmosphärischen CH3Cl-Budgets entwickelt. Das zugrundeliegende Konzept besteht darin, dass das atmosphärische Isotopenverhältnis einer Verbindung wie CH3Cl gleich der Summe der Isotopenflüsse aus allen Quellen angesehen werden kann, korrigiert um den gewichteten durchschnittlichen kinetischen Isotopeneffekt aller Abbauprozesse. Dadurch ist es möglich, die Bedeutung wichtiger Quellen und Senken mit bekannten Isotopensignaturen zu entschlüsseln. Eine Grundvoraussetzung für detaillierte Hochrechnungen des globalen Budgets ist die Bestimmung der durchschnittlichen Isotopenverhältnisse von H, C und Cl des troposphärischen CH3Cl. Aufgrund der relativ geringen Konzentration von atmosphärischem CH3Cl von ~550 ppbv stellt dies eine große messtechnische Herausforderung dar. Daher liegt der Schwerpunkt dieses Antrags auf der erfolgreichen Entwicklung von Dreifachelement-Isotopenmethoden zur genauen Messung von atmosphärischem CH3Cl.Im ersten Schritt wird ein Probenahmesystem für große Luftmengen konstruiert und für die Messungen der stabilen Isotopenverhältnisse von CH3Cl optimiert. Das Probenahmegerät wird zunächst im Labor getestet und dann zum Sammeln von Luftproben an drei verschiedenen Orten eingesetzt: an der Universität Heidelberg, am Hohenpeißenberg und im Schneefernerhaus. Die Probenahmen werden über einen Zeitraum von einem Jahr durchgeführt, um möglichst auch saisonale Schwankungen zu erfassen. Die Isotopenverhältnisse der Proben werden mit modernsten massenspektrometrischen Methoden im Labor gemessen. Die Ergebnisse aller Standorte und Zeitpunkte werden in der Gesamtheit evaluiert, um die durchschnittlichen stabilen H-, C und Cl-Isotopenwerte einschließlich ihrer saisonalen Schwankungen darzustellen. Abschließend werden die Daten hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für komplexe numerische Modelle kritisch diskutiert.

Fluorinated greenhouse gases

Data reported by companies on the production, import, export, destruction and feedstock use of fluorinated greenhouse gases in the European Union during the years 2007-2019. The primary data is synthesised and aggregated at EU level and used to assess the progress on HFC phase-down made under both EU legislation and the UN framework as part of the Kigali Amendment to the Montreal Protocol. The data also details the amount of F-gases supplied to various industrial applications.

Umweltfreundliche mobile Klimatisierung mit natürlichen Kältemitteln: Klimatisierung von Schienenfahrzeugen mit R290

Durch die EU-Verordnungen über fluorierte Treibhausgase wurde bereits seit dem Jahr 2006 begonnen, die Verwendung von bestimmten fluorierten Kältemitteln einzuschränken. Seit dem Jahr 2016 wird zusätzlich schrittweise die marktverfügbare Menge reduziert. Mit dem internationalen Kigali-Abkommen im Montrealer Protokoll wurde auch die weltweite Reduktion des Einsatzes bestimmter fluorierter Treibhausgase eingeleitet. Nun muss die Technik auf klimafreundlichere Alternativen umgestellt werden. Obwohl auf Seiten der Betreiber mobiler Klima- und Kälteanlagen mittlerweile grundsätzlich die Bereitschaft besteht, auf halogenfreie, sog. natürliche Kältemittel umzusteigen, fehlen ausreichende Angebote an ausgereiften und erprobten Anlagen. In diesem Vorhaben soll der Ersteinsatzes einer neuen Anlage mit dem halogenfreiem Kohlenwasserstoff Propan (R290) in einem Bahnfahrzeug durch ein einjähriges Messprogramm begleitet und mit einer parallel betriebenen Anlage der üblichen Technik mit fluorierten Kohlenwasserstoffen (R134a) direkt verglichen werden. Auf dieser Basis sollen Auswertungen des Betriebes und modellierte Vergleiche mit weiteren Anlagenkonfigurationen und Kältemitteln erfolgen.

Ozonschicht zerstörende Substanzen

Stratosphärisches Ozon (Ozonschicht) ist ein lebenswichtiger Bestandteil der Atmosphäre, wobei es nicht mehr als einen fein verteilten zarten Schleier darstellt, der zusammengepresst auf Normaldruck lediglich eine Dicke von etwa 3 mm hätte. Es reicht aber aus, um die kurzwellige ultraviolette (UV) Strahlung der Sonne zu absorbieren und so wie ein Sonnenschutz alles Leben auf der Erde vor den zellschädigenden Wirkungen zu schützen. Die stratosphärische Ozonschicht kann durch langlebige chlor- und bromhaltige Verbindungen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und Halon geschädigt werden. Ausgehend von Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Halonen, die als Treibgase, Kühl- und Schäummittel beziehungsweise als Feuerlöschmittel in der Vergangenheit eingesetzt wurden, entstehenden Chlor-Radikale, die nach komplizierten Zwischenschritten vor allem im Bereich der sehr kalten polaren Stratosphäre in der Lage sind, viele Ozonmoleküle zu spalten. In den Bereichen der Pole ist die Ozonschicht teilweise so gering, dass man vor allem während der Wintermonate von einem "Ozonloch" spricht. Zum Schutz der Ozonschicht wurde deshalb im Jahr 1987 das Montrealer Protokoll unterzeichnet. Dies wurde in Europa und Deutschland durch verschiedene Verordnungen umgesetzt. In Europa und in Deutschland sind die Herstellung und die Vermarktung von FCKW und Halonen sowie von Produkten, die diese enthalten (Spraydosen, Kühlgeräte, Feuerlöscher) weitestgehend verboten. Auch die Ersatzstoffe (H-FCKW), die ebenfalls ein Ozonschädigungspotential besitzen, wenn auch in geringerem Umfang, werden nach und nach beschränkt.

Kigali-Vereinbarung zum Montrealer Protokoll kann 2019 in Kraft treten

Am 25. November 2017 endete in Montreal, Kanada, das 29. Treffen der Vertragsparteien des Montrealer Protokolls über ozonschichtschädigende Stoffe. Die Vertragsstaaten feierten in Montreal die Ratifikation der 2016 verabschiedeten "Kigali Amendment", der Erweiterung des Montrealer Protokolls auf Regelungen zur Reduktion klimaschädlicher fluorierter Treibhausgase. Der Gebrauch klimaschädlicher Kältemittel wird zukünftig weltweit eingeschränkt. Die entsprechende Vereinbarung hat bereits ein Jahr nach ihrer Verabschiedung in der ruandischen Hauptstadt Kigali die nötige Zahl von Ratifikationen erreicht und kann nun 2019 in Kraft treten. Die Bundesregierung hatte am 16. November 2017 in New York als eine der ersten Vertragsparteien die völkerrechtliche Ratifikationsurkunde für die Kigali- Vereinbarung hinterlegt. Während der Vertragsstaatenkonferenz des Montrealer Protokolls kam es zu weiteren Ratifikationen der Kigali-Vereinbarung. Mittlerweile haben diese mehr als 20 Staaten vorgenommen (Mindestanzahl für die Gültigkeit). Damit können deren Regelungen, die wichtig sind, um die Pariser Klimaziele zu erreichen, nun definitiv am 1. Januar 2019 in Kraft treten.

Deutschland ratifiziert neue Regeln des Montrealer Protokolls

Am 8. März 2017 beschloss das Bundeskabinett auf Vorschlag des Bundesumweltministeriums, das erweiterte Montrealer Protokoll zum Schutz der Ozonschicht zu ratifizieren. Die 197 Vertragsparteien des Montrealer Protokolls hatten sich im Oktober 2016 in der ruandischen Hauptstadt Kigali darauf verständigt, die Herstellung und Verwendung von 17 klimaschädlichen teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) zu begrenzen und schrittweise um bis zu 85 Prozent zu mindern. Wegen der weltweit steigenden Nachfrage nach Kälte- und Klimaanlagen erleben sie derzeit einen starken Zuwachs. Der Verpflichtungszeitraum für Industrieländer läuft von 2019 bis 2036, für die Länder des Südens von 2024 bis 2045 beziehungsweise von 2028 bis 2047. Die neue Reduktionsregelung für HFKW tritt bereits am 1. Januar 2019 in Kraft, sofern sie von 20 Vertragsparteien ratifiziert wird.

Klimaabkommen von Kigali

Am 15. Oktober 2016 einigte sich die Staatengemeinschaft auf eine schrittweise drastische Reduzierung der besonders klimaschädlichen Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW). HFKW werden in Kühlschränken und Klimaanlagen verwendet und ersetzen bislang das die Ozonschicht schädigende FCKW, auf dessen Verbot sich die Staatengemeinschaft 1987 mit dem Montrealer Protokoll geeinigt hatte. Mit den neuen Regeln, die die Vertragsstaaten in Kigali/Ruanda beschlossen haben, wird das Montrealer Protokoll wesentlich erweitert und wird von einem Abkommen zum Schutz der Ozonschicht zu einem wirksamen Klimaschutzinstrument.

Ozonloch über der Antarktis schließt sich langsam

Das Ozonloch über dem Südpol, das sich jedes Jahr im September bildet, ist seit dem Jahr 2000 um vier Millionen Quadratkilometer geschrumpft, haben US-amerikanische Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) herausgefunden. Die Ergebnisse wurden am 30. Juni 2016 in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Kontinuierliche Messung aller Nicht-CO2 Treibhausgase auf dem Jungfraujoch (HALCLIM-6)

In HALCLIM-6 werden die Auswertungen der langjährigen Nicht-CO2 Treibhausgasmessungen auf dem Jungfraujoch bezüglich europäischen Quellregionen und Emissionen fortgeführt, was die Fortsetzung der unabhängigen Validierung der Emissionen ermöglicht. Von der Industrie neu eingesetzte halogenierte Treibhausgase wie z.B. ungesättigte Fluorkohlenwasserstoffe werden laufend in das Messprogramm aufgenommen. Der Schwerpunkt von HALCLIM-6 liegt auf einer Verbesserung der räumlichen Aufteilung der regionalen Abschätzungen in Europa und deren Qualitätssicherung. Zusätzlich wird die Abschätzung der Schweizer Methan Emissionen durch die Kombination der Messungen auf dem Jungfraujoch mit neuen Messungen im Schweizer Mittelland optimiert. Projektziele: Die langjährige Datenreihe der ozonschichtabbauenden und nicht-CO2 Treibhausgase auf dem Jungfraujoch und deren Auswertung bezüglich regionaler und europäischer Quellen wird 2015-2018 weitergeführt. Dabei werden folgende Ziele verfolgt: 1. Messung und statistische Analyse von Luft Konzentrationen aller halogenierten Treibhausgase inkl ozonschichtabbauender; 2. Methan und N2O Messungen mit einem Laser-basierten Gerät 3. Jährliche Abschätzung der Schweizerischen und Europäischen Emissionen; 4. Internationale Forschungsprogramme im Bereich Klimaerwärmung/stratosphärischer Ozonabbau.

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