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Die Küstenökosysteme am Arabischen Golf 10 Jahre nach der Ölkatastrophe des Golfkrieges von 1991

Durch die, im Golfkrieg von 1991, vom irakischen Aggressor mutwillig freigesetzten 1-6 Mio. t. Rohöl, wurden zahlreiche Küstenabschnitte an der saudiarabischen Küste verschmutzt. Die Lebewelt vieler Strand- und Intertidalbereiche wurde weitgehend vernichtet. Wissenschaftler aus Europa und Saudi Arabien untersuchten im Rahmen eines von der EU geförderten Projekts von 1992-1995 die Folgen der Katastrophe auf die Ökosysteme. Seit 1995 wurden keine weiteren Untersuchungen durchgeführt. Bei einer Reise im März 1999 konnte der Antragsteller an verschiedenen Strandabschnitten unter frischen Sedimenten (welche die Küste optisch voll regeneriert erscheinen lassen) noch beachtliche Teer- und Ölrückstände feststellen. In einigen Salzmarschbereichen findet erst jetzt eine zaghafte Kolonisierung von Krabben und Halophyten statt. Aufgrund der ausgezeichneten Dokumentation durch das EU-Projekt (der Antragsteller war daran beteiligt und hat daher zu allen Berichten Zugang) könnte durch erneute Untersuchungen 10 Jahre nach der Katastrophe die Regeneration, welche offensichtlich bei weitem noch nicht abgeschlossen ist, langfristig dokumentiert werden. Eine solche Studie würde erheblich zum besseren Verständnis von Regenerationsmechanismen in Abhängigkeit von verschiedenen Küstenökosystemen am Arabischen Golf beitragen.

Waldlücken- und Wuchsdynamik der Baumarten tropischer Bergregenwälder in Süd-Ecuador und Costa Rica

Der hochdiverse tropische Regenwald weist eine Fülle verschiedener struktureller Parameter auf, die sich je nach Exposition und Meereshöhe graduell oder abrupt ändern. Schichtung, Bestandesarchitektur, Lebensformenanteile (Palmen, Baumfarne, Hochstauden, Epiphyten etc.), Diversitätsgrößen, Durchwurzelung, Nähr- und Spurenelementverteilung ändern sich entlang von Höhengradienten oder auch entsprechend unterschiedlicher Störungsregime. Beispiele dieser Kenngrößen und ihrer Funktion sollen erfasst werden und insbesondere mit dem Auftreten der Baumlücken verknüpft werden. Baumlücken ('gaps') spielen für die Regeneration und damit Erhaltung der hohen Biodiversität und heterogenen Bestandesstruktur in Primärwäldern eine entscheidende Rolle. Wahrscheinlich lässt sich in Primärwäldern ein großer Teil der für jede Art wesentlichen Kennfaktoren, wie Regenerationsdynamik, Keimung, Jungwuchs, Alterspyramide, Zuwachsraten, etc. aus der Baumlückendynamik ableiten. Für Bergregenwälder muß dies allerdings erst noch aufgezeigt werden. Die Einbeziehung verschiedener Störungsursachen rezenter Baumfallücken gibt Hinweise auf mögliche Entwicklungsrichtungen der Waldlücken, also auch auf ihre mögliche weitere Sukzession. Je nach Artenzahl an vorkommenden Baumarten sind vergleichende Untersuchungstransekte notwendig, die in Ecuador einerseits, in Costa Rica andererseits zur Verfügung stehen und damit ideale Vergleichsmöglichkeiten bieten.

Natur-inspirierte Nachhaltigkeitsstrategien in der Quartiersentwicklung

Das Promotionsprojekt 'Cradle to cradle, Symbiosis in development und die Circular Economy - Beschleunigung der 'großen Transformation' durch die Anwendung von natur-inspirierten Nachhaltigkeitsstrategien in der Quartiersentwicklung?' befasst sich mit einer Unterkategorie der natur-inspirierten Nachhaltigkeitsstrategien. Diese Strategien nutzen die Etablierung von Kreisläufen und die Regeneration von Ökosystemen (als Basis), um soziale und wirtschaftliche Mehrwerte zu generieren. Dabei wird der Frage nachgegangen, welchen Beitrag die Anwendung dieser Ansätze in der Quartiersentwicklung zur Beschleunigung einer 'großen Transformation' zu leisten vermag. Die Arbeit interessiert sich insbesondere für die Umsetzung, weshalb neben einer theoretischen Auseinandersetzung mit den Konzepten und einer Überprüfung ihrer Bandbreite eine empirische Untersuchung von drei Beispielprojekten in den Niederlanden (Park 2020, Schriebroek Zuid und De Ceuvel) geplant ist. Das Projekt wird vom Climate-KIC gefördert und ist der Plattform 'Making Transitions Happen' zugeordnet.

Regeneration in an Ethiopian montane forest with special emphasis on tree biology and nurse-tree functions

Untersuchung zu Belastbarkeit, Regenerationsverhalten und Artendynamik von Schotterrasen

Die Bodenversiegelung als Folge anthropogener Flaechennutzung nimmt staendig zu. Innenstaedte und Gewerbegebiete erreichen nicht selten Versiegelungsgrade von mehr als 85 Prozent. Dabei wird die tiefbautechnisch uebliche, an hohen Anforderungen orientierte Befestigung von Parkplaetzen zunehmend kritisch gesehen. Bei nur periodisch oder gering belasteten Parkplaetzen wuerden sich vielfach auch Schotterrasen anbieten, die visuell, kleinklimatisch, oekologisch und kostenmaessig einen guenstige Alternative zu den altbekannten Rasengittersteinen und den in neuerer Zeit vielfach entwickelten Rasenfugenpflaster und Steinsystemen aus haufwerksporigem Beton (Einkornbeton) darstellen koennen. Obwohl Schotterrasen eigentlich eine alte Bauweise sind, entsprechen sie zumeist nicht den heutigen Anforderungen, da in der Vergangenheit keine Weiterentwicklung erfolgt ist. Ein definierter, in Normen oder Richtlinien niedergelegter Stand von Wissenschaft und Technik liegt nicht vor. Alternative Belagsarten wie Schotterdecken und wasserdurchlaessige Pflastersteinsysteme sind zumeist langfristig nicht ausreichend wasserdurchlaessig (wie in einer Dissertation der Universitaet Hannover nachgewiesen wurde) und, zumindest im Fall der Steinsysteme, auch mit erheblich hoeheren Baukosten verbunden. Literatur zu Schotterrasen gibt es generell wenig. In den einschlaegigen Fachbuechern findet sich nur jeweils ein kurzer, zum Teil nicht einmal einseitiger Abschnitt. Zu den Grenzen der Belastbarkeit aus Sicht der Vegetation sind ueberhaupt keine Untersuchungen bekannt. Auf eine aufwendige Kanalisation kann bei Schotterrasenparkplaetzen zumeist verzichtet werden. Sie koennen deshalb zur Entlastung des Kanalnetzes durch Versickerung von Oberflaechenwasser und zur Grundwasserneubildung beitragen. Die Eignung von Schotterrasen als Belag fuer gering belastete Verkehrs- und Stellflaechen fuer den KFZ-Verkehr, z.B. Parkplaetze, Feuerwehrzufahrten, Festplaetze, ist durch die Belastbarkeit und das Regenerationsverhalten der Rasennarbe begrenzt. Waehrend die infrage kommenden Graeser und die fuer eine ausreichende Tragfaehigkeit notwendigen Oberbauten bekannt sind, fehlen Kenntnisse ueber Eignung und Verhalten der Rasennarbe in Abhaengigkeit von unterschiedlichen Bauweisen, Baustoffen, Pflegeintensitaet und -frequenz, die in einem Freilandversuch untersucht werden. Aus den Ergebnissen des Vorhabens sollen Empfehlungen fuer Eignung und Anlage von Schotterrasenflaechen in Abhaengigkeit von der jeweiligen Belastung ableitbar sein. Wo Schotterrasen dann anstelle 'harter' Flaechenbefestigungen geeignet sind, koennen Bau- und Entwaesserungskosten (Abwasserabgabe, Kanalgebuehren) gespart werden. Deshalb sind auch Messungen zu Wasserdurchlaessigkeit und Versickerung, sowie die Erfassung des in das Kanalnetz zu leitenden restlichen Sickerwassers geplant. Der Versuchsplan wurde mit dem Foerdererkreis Landschafts- und Sportplatzbauliche Forschung Giessen e.V. abgestimmt und von diesem befuerwortet.

Entwicklung und Validierung von geothermischen Modellen und Anlagenkonzepten mit innovativen oberflächennahen Elementen für dynamisch geregelte Wärmepumpensysteme, Teilvorhaben: Messprogramm, Simulation und Systemoptimierung

Im Projekt InnoFlaG sollen neuartige oberflächennahe Wärmetauscherelemente in Kombination mit Latentwärmespeichern, Energiespeichern und Hydraulikmodulen als funktionsfähige Einheit vom Firmenkonsortium entwickelt, getestet und in Wechselwirkung mit dem oberflächennahen Erdreich (inkl. Feuchtetransport und Gefrierprozessen) sowie multimodaler Regenerierung modelliert werden. Hierbei geht es um erhöhte Planungssicherheit bezüglich der Erträge, aber auch um Schadensvermeidung, denn gerade bei flachen Geo-Kollektoren sind in der Vergangenheit durch Gefrieren des Bodens Schäden entstanden. Das Gesamtvorhaben wird vom Solar-Institut Jülich der Fachhochschule Aachen koordiniert. Modelle für den Wärme- und Feuchtetransport werden entwickelt und auf der Basis von Messdaten am Testfeld Campus Jülich validiert. Experimentelle Untersuchungen zur Bewertung der thermischen Leistungsfähigkeit von Erdabsorberelementen werden an verschiedenen für Deutschland repräsentativen Erden in künstlich hergestellten adiabaten Messkästen durchgeführt. Ein weiterer Fokus liegt auf der experimentellen Studie von Vereisungs- und Enteisungsvorgängen im Erdreich, um hier für die weitergehende numerische Analyse geeignete und validierte Parameter und Datensätze zur Verfügung stellen zu können. Durch die Entwicklung eines einfachen, aber validierten Systemauslegungstools mit detaillierten Wärmeübertragungsprozessen können für den jeweiligen Anwendungsfall für bestimmte komplexe Anforderungen optimierte Systemtypologien und -konfigurationen zusammengestellt und umwelttechnisch über den gesamten Lebenszyklus hinweg bewertet werden (CO2-Bilanz, Effizienz, Nachhaltigkeit). So können Systeme bedarfsgerechter und um bis zu 30 % kleiner im Flächenbedarf ausgelegt und das Marktpotential energieeffizienter Erdwärmekollektoren besser genutzt werden.

Entwicklung und Validierung von geothermischen Modellen und Anlagenkonzepten mit innovativen oberflächennahen Elementen für dynamisch geregelte Wärmepumpensysteme

Im Projekt InnoFlaG sollen neuartige oberflächennahe Wärmetauscherelemente in Kombination mit Latentwärmespeichern, Energiespeichern und Hydraulikmodulen als funktionsfähige Einheit vom Firmenkonsortium entwickelt, getestet und in Wechselwirkung mit dem oberflächennahen Erdreich (inkl. Feuchtetransport und Gefrierprozessen) sowie multimodaler Regenerierung modelliert werden. Hierbei geht es um erhöhte Planungssicherheit bezüglich der Erträge, aber auch um Schadensvermeidung, denn gerade bei flachen Geo-Kollektoren sind in der Vergangenheit durch Gefrieren des Bodens Schäden entstanden. Das Gesamtvorhaben wird vom Solar-Institut Jülich der Fachhochschule Aachen koordiniert. Modelle für den Wärme- und Feuchtetransport werden entwickelt und auf der Basis von Messdaten am Testfeld Campus Jülich validiert. Experimentelle Untersuchungen zur Bewertung der thermischen Leistungsfähigkeit von Erdabsorberelementen werden an verschiedenen für Deutschland repräsentativen Erden in künstlich hergestellten adiabaten Messkästen durchgeführt. Ein weiterer Fokus liegt auf der experimentellen Studie von Vereisungs- und Enteisungsvorgängen im Erdreich, um hier für die weitergehende numerische Analyse geeignete und validierte Parameter und Datensätze zur Verfügung stellen zu können. Durch die Entwicklung eines einfachen, aber validierten Systemauslegungstools mit detaillierten Wärmeübertragungsprozessen können für den jeweiligen Anwendungsfall für bestimmte komplexe Anforderungen optimierte Systemtypologien und -konfigurationen zusammengestellt und umwelttechnisch über den gesamten Lebenszyklus hinweg bewertet werden (CO2-Bilanz, Effizienz, Nachhaltigkeit). So können Systeme bedarfsgerechter und um bis zu 30 % kleiner im Flächenbedarf ausgelegt und das Marktpotential energieeffizienter Erdwärmekollektoren besser genutzt werden.

Adsorptive Abwasserreinigung

Die adsorptive Abwasserreinigung gewinnt zunehmend an Bedeutung als Ergaenzung zu biologischen Reinigungsverfahren: Insbesondere bei hochbelasteten Abwaessern muss man damit rechnen, dass die biologische Reinigung allein nicht zum Ziel fuehrt. Die adsorptive Nachreinigung der biologisch vorgereinigten Abwaesser ist vom wirtschaftlichen Standpunkt dann in Betracht zu ziehen, wenn es gelingt, auf eine Regenerierung des Adsorptionsmittels entweder zu verzichten oder mit besonders einfachen Verfahren durchzufuehren. Im Rahmen des Projekts wird als Adsorptionsmittel Braunkohlenkoks verwendet. Dieser Braunkohlenkoks ist im Vergleich zur Aktivkohle ausserordentlich preiswert. In einem neuen verfahrenstechnischen Geraet der mehrstufigen Wirbelschicht mit kontinuierlichem Durchlauf von Wasser und Adsorbern soll die Beladung des Braunkohlenkokses untersucht werden. Auf eine Regenerationsstufe wird verzichtet, da der Koks als Brennstoff fuer die Verbrennung des bei der Abwasserreinigung anfallenden Schlamms verwendet wird. Die mit diesem Verfahren zusammenhaengenden Fragen sollen im Rahmen des Projekts geklaert werden.

Direkte Beobachtung von Elementarprozessen bei der heterogenen Eis- Nukleation durch nichtlineare optische Spektroskopie: Die Rolle von Hydroxyl-Gruppen an den Oberflächen von mineralischen Aerosolpartikeln

Wolken beeinflussen den Energiehaushalt durch Streuung des Sonnenlichts und Absorption der Wärmestrahlung der Erde und gelten daher als wichtiger Faktor im Klimasystem. Die Untersuchung von atmosphärischen Prozessen im Allgemeinen und der Eisnukleation im Besonderen ist von grundlegender Bedeutung für unser Verständnis der mit Wolkenbildung, Niederschlagsentwicklung und Wechselwirkung mit der Strahlung zusammenhängenden Mechanismen. Mineralstaub, der den größten Teil der atmosphärischen Aerosole ausmacht, kann bei geringen Sättigungen und Temperaturen, die über dem homogenen Gefrierpunkt liegen, Eisbildung initiieren und auf diese Weise die Wolkendynamik und auch die Mikrophysik sowie die Eigenschaften der Wolken beeinflussen. Trotz zahlreicher Untersuchungen zum Einfluss von Partikelgröße und Oberflächeneigenschaften von Eiskeimen wissen wir über die heterogene Eisnukleation auf molekularer Ebene immer noch sehr wenig. Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Projektverlängerungsantrags ist die Untersuchung der Bedeutung von OH-Gruppen an den Oberflächen mineralischer Aerosolpartikel in heterogenen Eisnukleationsprozessen mit Hilfe der nichtlinearen optischen (NLO-)Spektroskopie und insbesondere der Summenfrequenzspektroskopie bei tiefen Temperaturen. Im DFG-Projekt AB 604/1-1 wurde bereits der Grundstein für das neue Forschungsfeld (Atmosphärische Oberflächenwissenschaft) am IMK-AAF des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelegt. Das Projekt hat deutlich gezeigt, dass sich die NLO-Spektroskopie für die Untersuchung von heterogenen Eisnukleationsprozessen auf molekularer Ebene eignet. Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Projekts sollen daher im Wesentlichen Wasser und Hydroxylgruppen an den Oberflächen zweier atmosphärisch relevanter Mineraloxide mit unterschiedlichem Eisnukleationsvermögen (Feldspat und Quarz) während des heterogenen Gefrierens untersucht werden. Mit Hilfe der Summenfrequenzspektroskopie bei tiefen Temperaturen sollen die Grenzflächenwasser (flüssig und Eis) auf mineralischen Oberflächen analysiert sowie der Einfluss der OH-Gruppen an der Oberfläche auf den heterogenen Gefrierprozess bestimmt werden. Die hier geplanten Untersuchungen werden als Grundlage für eine deterministische Beschreibung des Prozesses des heterogenen Gefrierens an atmosphärischen Aerosolpartikeln mineralischen Ursprungs dienen. Solche Studien sind für unser Verständnis der atmosphärischen Prozesse und somit auch des Klimasystems von großer Bedeutung und darüber hinaus auch im Hinblick auf die lokale Wettermodifikation (z.B. Wolkenimpfung, Hagelabwehr) und die Klimaschutzpolitik von besonderem Interesse.

Membranelektrolytische Regenerierung von metallabtragenden sauren Loesungen

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