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Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - Integrated Ocean Drilling Program/Ocean Drilling Program (IODP/ODP), Teilprojekt: Erforschung von mikrobieller Sulfatreduktion unter hoher Temperatur und Druck

Selbst in tiefen Sedimentschichten unter z.T. mehreren Kilometern mächtiger Sedimentbedeckung finden sich noch aktive Mikroorganismen. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur im Untergrund an und überschreitet irgendwann die Grenze bis zu welcher Leben möglich ist. Die bisher festgestellte Temperaturobergrenze von Leben auf der Erde wurden an Mikroorganismen von hydrothermalen Systemen, sogenannten Schwarzen Rauchern gemessen und liegt bei ca. 120 Grad C. In Sedimenten hingegen liegt die Grenze deutlich niedriger. Messdaten aus Ölfeldern deuten auf eine Grenze von ca. 80 Grad C hin. Diese Diskrepanz zwischen hydrothermalen und sedimentären Systemen wurde dadurch erklärt, dass die Mikroorganismen in Sedimenten nicht genügend Energie gewinnen können um die bei hohen Temperaturen verstärkt notwendigen Reparaturen ihrer Zellbestandteile wie DNA und Proteinen durchzuführen. Interessanterweise lässt sich metabolische Aktivität bei extrem hohen Temperaturen nur dann nachweisen, wenn die Experimente unter hohem Druck stattfinden. IODP Expedition 370 wurde spezifisch zur Klärung der Frage nach dem Temperaturlimit von Leben in sedimentären Systemen durchgeführt. Im Nankai Graben vor der Küste Japans herrscht ein recht hoher geothermischer Gradient von ca. 100 Grad C/km, d.h. das gesamte Temperaturspektrum in dem Leben möglich ist erstreckt sich über ein Tiefeninterval von etwas mehr als einem Kilometer. Durch modernste Bohr- und Labortechniken war es möglich, Proben von höchster Qualität zu gewinnen, welche garantiert frei von Kontamination sind. Die Expedition hat einen stark interdisziplinären Charakter, so dass eine Vielzahl von biologischen und chemischen Parameter gemessen wurde, welche eine detaillierte Charakterisierung des Sediments erlauben. Das beantragte Projekt ist ein wichtiger Teil der Expedition, da Sulfatreduktion der quantitativ wichtigste anaerobe Prozess für den Abbau von organischem Material im Meeresboden ist. Im Rahmen einer MSc Arbeit wurden bereits erste Messungen durchgeführt. Diese konnten zeigen das Sulfatreduktion über die gesamte Kernlänge messbar ist, wenn auch z.T. mit extrem geringen Raten. Im Rahmen des beantragten Projekts sollen weitere Messungen durchgeführt werden, unter anderem auch unter hohem Druck. Dazu soll ein Hochdruck Temperatur-Gradientenblock gebaut und betrieben werden. Neben Sedimenten von IODP Exp. 370 sollen weitere Experimente mit hydrothermal beeinflusstem Sediment aus dem Guaymas Becken durchgeführt werden. Ein Vergleich zwischen diesen beiden Sedimenten soll weitere Einblicke in einen der wichtigsten biologischen Prozesse im Meeresboden liefern und ein besseres Verständnis über die Grenzen von Leben im allgemeinen.

Ehemaliges Reifenwerk Schmöckwitz – Gefahrenabwehrmaßnahmen zur Sicherung des Wasserwerks Eichwalde

Im Jahr 1944 ließ der Unternehmer Georg Müller am südöstlichen Rand Berlins in Schmöckwitz ein Reifenwerk errichten, welches nach Kriegsende für die Runderneuerung und Reparatur von Lkw- und Pkw-Reifen diente. Nach der Enteignung im Jahr 1953 und Gründung des VEB Berliner Reifenwerk entwickelte sich der Standort bis 1985 zu einem bedeutenden Betrieb der DDR-Reifenindustrie. Ab 1990 wurde der zuvor auswärtig produzierte Rohgummi am Standort selbst produziert. Nach der Wende erfolgte die Rückübertragung an die Erben. Im Jahr 2008 wurde der Betrieb am Standort endgültig eingestellt. Nachdem im Jahr 2015 das Gelände des ehemaligen Reifenwerks nach einer Zwangsversteigerung zurück an das Land Berlin ging, erfolgte ebenfalls ab dem Jahr 2015 nach jahrelangem Leerstand der Rückbau der ehemaligen Produktionsgebäude. Zwischen 2005 und 2009 kam es zu mehreren Brandereignissen, wobei der Großbrand im Mai 2005 als Haupteintragsereignis von per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) angesehen wird. Beim Großbrand am 30.04./01.05.2005 waren ~ 20.000 m³ Altreifen in Brand geraten. Die Brandbekämpfung erfolgte auf einer zum großen Teil unversiegelten Fläche von ~ 5.000 m² unter Einsatz von insgesamt 80 m³ bzw. 80 t Löschmittel. Es ist davon auszugehen, dass ca. 50% des Löschmittels versickert sind, was einer Menge von 40 t entspricht. Recherchen ergaben den Einsatz von 6 verschiedenen Löschmitteln, die teilweise PFAS enthalten haben. Zu weiteren Bränden kam es am 21.05.2008 (Halle) und am 14.07.2009 (Verwaltungsgebäude). Beide Brände hatten deutlich geringere Ausmaße als der Großbrand im Jahr 2005. Nach dem Großbrand im Jahr 2005 wurde auf Veranlassung des Umweltamtes Treptow-Köpenick die Brandfläche vom Bauschutt beräumt und nach den umgehend erfolgten Bodenuntersuchungen die oberste, kontaminierte Bodenschicht (0,3 m) abgezogen und entsorgt. Insgesamt wurden in den Jahren 2005 – 2007 dann im Auftrag der Senatsumweltverwaltung Maßnahmen zur Erkundung des eingetretenen Grundwasserschadens durchgeführt, ein Grundwassermessstellennetz aufgebaut und vom Oktober 2007 bis Juli 2008 eine hydraulische Sanierung mittels Sanierungsbrunnen und Grundwasserreinigungsanlage für die nachgewiesenen Schadstoffe der Monoaromaten (BTEX) und anionische Tenside durchgeführt und erfolgreich abgeschlossen. Zum damaligen Zeitpunkt standen PFAS noch nicht im Fokus der durchgeführten Gefahrenabwehrmaßnahmen. Nach Beendigung der hydraulischen Sanierung sowie des nachsorgenden Grundwassermonitorings wurde das gesamte Messstellennetz einschließlich Sanierungsbrunnen zurückgebaut. Die Abkürzung PFAS steht für per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen. Die Stoffgruppe der PFAS umfasst eine Vielzahl verschiedener Einzelsubstanzen. Sie sind vom Menschen gemacht und kommen nicht natürlich in der Umwelt vor. Aufgrund ihrer wasser- und fettabweisenden Eigenschaften werden PFAS vielseitig u.a. in der Textil- und Papierindustrie, bei der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen und auch in Feuerlöschschäumen eingesetzt. In der Umwelt sind PFAS sehr persistent und ubiquitär verbreitet. In Anbetracht ihrer Persistenz und Akkumulationsfähigkeit stellen PFAS eine human- und ökotoxikologische Gefährdung dar. Menschen können PFAS über die Nahrung, über das Wasser und über die Luft aufnehmen. Beim Einsatz von PFAS-haltigen Löschschäumen können PFAS in den Untergrund gelangen und somit ins Grundwasser eingetragen werden, wo sie aufgrund ihrer Langlebigkeit sehr lange verweilen. Mit PFAS kontaminierte Medien wie Boden und Grundwasser zu sanieren, ist aufgrund der Stabilität der PFAS sehr kosten- und ressourcenaufwendig. Am 24. Juni 2023 ist die Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung – TrinkwV) in Kraft getreten, die erstmalig Grenzwerte für PFAS im Trinkwasser enthält. Damit wurde die EU-Trinkwasserrichtlinie vom 16.12.2020 in nationales Recht umgesetzt. In Deutschland wird es neben einem Grenzwert für die Summe PFAS 20 von 100 ng/l, der ab Januar 2026 gilt, aus Vorsorgegründen einen zusätzlichen Grenzwert für die Summe PFAS 4 von 20 ng/l mit einer Übergangsfrist bis Januar 2028 geben. Aufgrund des Einsatzes von PFAS-haltigem Löschschaum ist es zu einer Verunreinigung der Umweltkompartimente Boden und Grundwasser gekommen. Die Belastung im Grundwasser hat sich bis zum den Brunnengalerien des 250 m weit entfernten Wasserwerk Eichwalde ausgebreitet. Im Dezember 2022 teilte der Wasserversorger MAWV der Senatsumweltverwaltung seine perspektivischen Probleme mit der Einhaltung der neuen, stark verschärften Trinkwassergrenzwerte für PFAS ab den Jahren 2026 und 2028 mit und bat um Unterstützung zur Sicherung der Trinkwasserversorgung. Zügig wurden in Abstimmung mit allen behördlich und fachlich Beteiligten Maßnahmen zur Eingrenzung des PFAS-Schadens im Grundwasser eingeleitet. Erkundung Im Auftrag des Bodenschutz- und Altlastenreferates der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt wurden hinsichtlich PFAS zwei Erkundungsetappen, beginnend ab 2023 geplant und im 1. Quartal 2024 sowie im 1. Quartal 2025 durchgeführt. Im Rahmen der 1. Erkundungsetappe 2024 wurden tiefenorientierte Grundwasserprobenahmen zur Erkundung des wasserwerksnahen Bereichs zwischen dem ehemaligen Reifenwerksgeländes und der Berliner Brunnengalerie (Waldseite) des Wasserwerks Eichwalde platziert. Insgesamt wurden 20 Direct-Push Sondierungen bis maximal 29 m unter Geländeoberkante (u. GOK) abgeteuft. Mit den Untersuchungsergebnissen konnte die PFAS-Schadstofffahne in ihrer horizontalen und vertikalen Ausdehnung sowie hinsichtlich der Schadstoffzusammensetzung bis zur Berliner Brunnengalerie beschrieben werden. Die Hauptbelastung im Grundwasserkörper beschränkt sich auf den oberflächennahen Bereich bis ca. 10 m u. GOK. Im Rahmen der 2. Erkundungsetappe 2025 wurden tiefenorientierte Grundwasserprobenahmen im Bereich beider Brunnengalerien (Berliner Brunnengalerie Waldseite und Brandenburger Brunnengalerie Turmseite) durchgeführt. Insgesamt wurden 19 Direct-Push Sondierungen bis ebenfalls maximal 29 m u. GOK abgeteuft. Eine Auswertung der horizontalen und vertikalen Ausbreitung der PFAS der 2. Erkundungsetappe im Bereich des Wasserwerksgeländes erfolgt im 2. Quartal 2025. Zur unmittelbaren Schadenssicherung ist direkt am Wasserwerk Eichwalde der Aufbau und der Betrieb einer hydraulischen Sicherung mittels Sicherungsbrunnen und einer Grundwasserreinigungsanlage bis Ende 2026 geplant. Dabei sind in 2025 zusätzliche planungsvorbereitende Maßnahmen umzusetzen, u.a. Modellierungsarbeiten zur Festlegung der Entnahmemengen der Sicherungsgalerie, Errichtung der Sicherungsbrunnen, Sanierungsvorversuche und Pumpversuche. Auf Grundlage der in 2024 – 2025 durchgeführten Erkundungen wird weiterführend ein stationäres Grundwassermessstellennetz geplant, abgestimmt und beginnend ab dem 3. Quartal 2025 errichtet. Dieses Messnetz dient der regelmäßigen Überwachung der PFAS-Schadstofffahne und der Bewertung der Wirksamkeit und Effektivität sowie der Planung und Kontrolle aller einzuleitenden Gefahrenabwehrmaßnahmen. Zurzeit wird das Betriebsregime des Wasserwerks so angepasst, dass die PFAS-Schadstofffahne auf bestimmte Brunnen ausgerichtet wird, wodurch die umgebenen Brunnen geschützt werden. Bis die hydraulische Sicherung mittels Sicherungsbrunnen und Grundwasserreinigungsanlage vollständig installiert ist, wird durch den Wasserversorger MAWV ab Sommer 2025 das Wasser der Brunnen, die die PFAS-Schadstofffahne aktuell fokussieren, zur Sicherung der Trinkwassergewinnung im Rahmen einer temporären Zwischenlösung im Sinne § 6, Nr. 4 Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) zurück zum Reifenwerk geleitet und dort in die dem Wasserwerk anströmende Schadstofffahne wieder in den Grundwasserleiter injiziert. So wird das PFAS-haltige Wasser in einem Kreislauf gefahren. Diese Zwischenlösung sichert die Trinkwassergewinnung und wird nach dem Grundsatz der Verhältnismäßigkeit im Sinne des Gesetz zum Schutz vor schädlichen Bodenveränderungen und zur Sanierung von Altlasten (Bundes-Bodenschutzgesetz – BBodSchG) und seiner Verordnung unter Beachtung, dass dauerhaft keine Gefahren, erhebliche Nachteile oder Belästigungen für den Einzelnen oder die Allgemeinheit entstehen, durchgeführt. Nach erfolgter unmittelbarer Schadenssicherung des Wasserwerks in 2026/27 ist perspektivisch die vollständige Schadenserkundung, die Bewertung des Schadstoffrestpotentials und bei Bedarf die aktive Schadensbeseitigung mittels Boden- und Grundwassersanierung bzw. -sicherung auf den Eintragsflächen des ehemaligen Reifenwerks und im Transfergebiet bis zum Wasserwerk Eichwalde geplant. Die Kosten für die Umsetzung der Gefahrenabwehrmaßnahmen seitens des Landes Berlin werden für die schon erfolgten Erkundungsmaßnahmen und die noch kommenden planungsvorbereitenden Maßnahmen sowie den Aufbau und Betrieb einer Grundwasserreinigungsanlage für den Zeitraum 2024 – 2027 auf etwa 2 Mio. Euro geschätzt. Weitere Kosten für eine etwaige grundstücksbezogene Boden- und Grundwassersanierung auf dem ehemaligen Reifenwerksgelände sind von den Ergebnissen der perspektivischen Erkundungsmaßnahmen und den technologischen Fortschritten bei den Aufbereitungstechnologien (Bodenreinigungsanlagen, In-Situ-Technologien) abhängig.

LowRad

RoHstoffretter und REcycLer DEr ZukuNft

Zielsetzung: Das Institut für Aufbereitung, Recycling und Kreislaufwirtschaft der TU Clausthal hat sich mit dem Projekt zum Ziel gesetzt, ein Schülerlabor mit dem Themenschwerpunkt Gips (reuse, repair, refit, recycling) zu errichten. Der zukünftige Ausstieg aus der Kohleverstromung in Deutschland führt zu einem Wegfall des Angebotes an Gips aus Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA-Gips). Um folgend den Bedarf decken zu können, muss 70 bis 100 % mehr Naturgips und Anhydritstein gefördert oder Recycling-Gips (RC-Gips) gewonnen werden als bisher. Aktuell liegt der Anteil von in Frage kommenden Bauabfällen, der dem stofflichen Gipsrecycling zugeführt werden kann bei lediglich 5 %, was den künftigen Wegfall der Mengen an REA-Gips nicht allein decken kann. Ausgehend von der Recyclingregion Harz kann und wird sich eine Circular Region mit Schwerpunkt im Segment moderner Recyclingtechnik, vernetzter, unternehmensübergreifender Recyclingstrukturen sowie digital gestützter Kreislaufwirtschaftssysteme entwickeln, hinführend zu einer nachhaltigen zirkulären Produktion und ressourceneffizienter Nutzung von Produkten, Anlagen und Infrastrukturen. Die Basis bildet eine Vielzahl komplementär agierender und seit Langem kooperierender Hochschulen, außeruniversitärer Forschungseinrichtungen, Unternehmen, öffentlich-rechtlicher Körperschaften und Gruppen der Zivilgesellschaft. An der TU Clausthal sollen über einen ergänzenden außerschulischen Lernstandort unter dem Thema Circular Economy bisher gewonnene Erfahrungen und Wissen bezüglich der gesamtgesellschaftlichen Nachhaltigkeit in die Bevölkerung getragen und somit eine nachhaltige Entwicklung gefördert werden.

Innenstadtentwicklung post Corona und neue Chancen für nachhaltigen Konsum: wie Einkaufsstraßen zu Orten neuer zukunftsfähiger Konsumkultur werden können

Konsumhandlungen verlagern sich zunehmend ins Digitale, dieser Trend wird noch bestärkt durch die aktuelle Pandemielage. Aber auch aus anderen Gründen veröden viele Innenstädte, was zu neuen Herausforderungen für die Kommunen führt aber auch Chancen für nachhaltige Konsumstrukturen bieten kann. Eine aktuelle UBA-Studie zeigt, dass Onlinehandel aus Umweltsicht sogar Vorteile gegenüber stationärem Handel bietet. Relevanter ist die Frage welche und wie viele Produkte/ Leistungen konsumiert werden. Hier kommt aus Ressourcensicht besonders einer langen Nutzungsdauer von Produkten eine große Bedeutung zu. Mit der Forderung nach einem 'Recht auf Reparatur' hat auch der EU Green Deal dieses gestärkt. Da die derzeitige Aufenthaltsqualität und Funktion der Innenstädten zum Großteil von den Shoppingmöglichkeiten lebt, müssen für einen Wandel in unserer Konsumkultur und der Innenstädte Zukunftsszenarien entwickelt werden. Es soll der Frage nachgegangen werden, wie unsere Innenstädte in 2030/ 2050 aussehen könnten, wenn wir zunehmend digital und gleichzeitig nachhaltiger konsumieren und sogar prosumieren. Wie könnten wir Leerstand und nachhaltigem Konsum gleichzeitig begegnen? (Urban Farming-Anlagen, Reparaturkaufhäuser, Leihläden, Showrooms für Onlinehandel)Zur Entwicklung verschiedener Narrative sollen aktuelle Konzepte aus der Forschung, aus dem Bundespreis Ecodesign, alternative Konsumpraktiken oder Prosuming auf Möglichkeiten für Alternativen der ganzheitlichen Innenstadtentwicklung ausgewertet werden inkl. Fördermöglichkeiten (z.B. Corona-Hilfen). Gemeinsam mit Kommunen, Planer*innen und Bürger*innen sollen gemeinsam Zukunftsbilder und konkrete Planungskonzepte entwickelt werden, bei denen die Innenstädte nicht primär vom klassischen Einzelhandel geprägt sind. Anhand eines Pilotprojektes soll eine Umsetzung z.B. eines kommunalen Reparaturkaufhauses erprobt werden. Für die Kommunen soll dies zu heute nutzbaren Praxisanregungen verdichtet werden und künftig fortschreibbar sein.

GANZ Recycle - Rückgewinnung von Rohstoffen für den Wiedereinsatz

Petrographische Grundlagen fuer ein Restaurationskonzept der Turmanlage des Muensters u.l.F. in Konstanz

Zusammen mit Denkmalpflegern, Statikern, Ingenieuren und Architekten wird der derzeitige Zustand der aus Molasse-Sandstein bestehenden Turmanlage des Konstanzer Muensters untersucht. Die Untersuchungen sollen als Grundlage fuer ein Restaurationskonzept des Turmes und fuer die Auswahl der zur Reparatur notwendigen Steine dienen. Gleichzeitig sollen Prognosen ueber den weiteren Verlauf der Verwitterung der vorhandenen Steine und der zur Reparatur vorgesehenen Materialien erprobt werden. Der besondere wissenschaftliche Wert des Objektes liegt darin, dass hier die Wechselwirkung zwischen Naturstein und aus frueheren Reparaturen stammenden Kunststeinen untersucht werden kann.

Erstmalige Demonstration einer Mikro- und Nanofiltrationsanlage zur Aufbereitung und Nutzung von Brauch- und Regenwasser in einer Wäscherei mit wissenschaftlicher Begleitung

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die ITEX Gaebler-Industrie-Textilflege GmbH & Co. KG ist ein Unternehmen, das sich auf Berufskleidungs- und Textilleasing spezialisiert hat. Vor Projektbeginn fand keine Wasserbehandlung statt. Die Abwasserteilströme wurden gesammelt, zum Hauptkontrollschacht gepumpt und flossen von dort im Überlauf in den Kanal, wobei keine Angaben über die Wassermengen existierten. Ziel des Projektes lag darin, die bestehenden Verbräuche an Wasser, Waschmittel und Energie im Unternehmen mit Hilfe einer optimalen Nutzung der anfallenden Regenwassermengen und der Wiederaufbereitung des Brauchwassers mit Hilfe von Mikro - und Nanofiltration zu minimieren. Der jährliche Verbrauch von ca. 37.000 m3 Frischwasser sollte dabei um ca. 80 % verringert werden. Zusätzlich sollten ca. 15 % der verwendeten Waschmittel eingespart werden. Fazit: Die Vorreinigung von Schmutzwässern vor dem Passieren von Membrantrennanlagen wird von vielen Anlagenherstellern bei Angebotserstellung vernachlässigt; Nachrüstungen wie im vorliegenden Fall sind die mit zusätzlichem Zeit- und Kostenaufwand verbundenen Folgen. Ebenso wird von Anlagenherstellern häufig der Vorversuchsphase zu wenig Bedeutung zugemessen; es sollte bei neuen Anlagenkonzepten darauf geachtet werden, dass ausführliche Versuche an Versuchsanlagen mit Prozesswässern über mehrere Wochen im Betrieb durchgeführt werden. Nur dann kann die Eignung der einzusetzenden Module in Bezug auf die Prozesswasserinhaltsstoffe sicher festgestellt werden. Die Einsparpotentiale im Bereich des Wasserverbrauchs und der Wärmeenergie müssen vor dem Hintergrund der hohen Betriebskosten einer solchen Anlage (Stromverbrauch, Wartung und Reparatur) kritisch betrachtet werden. Für die weitere Optimierung der Anlage wurde in 2004 ein Klärdekanter in den Prozesskreislauf integriert. Zudem wurde die Nanofiltration in eine Umkehrosmose umgewandelt und damit die Reinigungsleistung des Systems stabilisiert.

FH-Impuls 2016 I: Crashsicherheit von H2-Speichern und Wasserstofffahrzeugen (CRAVE)

Reparatur und Wiederverwendung von Photovoltaikmodulen, Teilvorhaben: Entwicklung einer HV-Isolationsprüfung für PV-Module bei der Qualifizierung von gebrauchten Modulen in einer In-Line Anlage und für den einfachen Einsatz bei der Überprüfung bestehender Solaranlagen im Feld

Im Projekt soll eine ortsauflösende Hochspannungsisolationsprüfmethode für PV Module entwickelt werden. Diese Prüfmethode soll sowohl in In-Line Prüfstraßen verwendet werden, wie auch mit einem Handgerät direkt in der PV Anlage angewandt werden. Dadurch lässt sich viel früher und dadurch kostenreduziert erkennen, ob in einer Anlage Isolationsprobleme vorhanden sind, wo diese gegebenenfalls auftreten und ob eine Reparatur der Module umsetzbar ist.

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