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Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH - Fachbereich Endlagersicherheitsforschung durchgeführt. In diesem Vorhaben wird eine neue Methodik zur Berücksichtigung der Sorption in den langzeitsicherheitsanalytischen Transportcode r3t implementiert und exemplarisch für den Radionuklidtransport im Deckgebirge eines Endlagers im Salz erprobt. Die bisher in Transportcodes als Konstante oder Funktion von Agenzien gehandhabten Kd-Werte werden durch so genannte smart Kd -Werte ersetzt, die auf Basis mechanistischer Modelle in geochemischen Speziationscodes berechnet werden. Die Verwendung dieser smart Kd -Werte hat den Vorteil, dass der Einfluss veränderter geochemischer Bedingungen auf die Verteilungskoeffizienten direkt ermittelt wird. Mit der geplanten Weiterentwicklung von r3t wird ein Instrumentarium zur Verfügung stehen, mit dem der Radionuklidtransport realitätsnäher beschrieben werden kann.

Teilvorhaben: Herstellung und Charakterisierung metallischer Trägerstrukturen für Adsorptionsmaterialien in chemischen Wärmepumpen und Wärmespeichern

Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung und Charakterisierung metallischer Trägerstrukturen für Adsorptionsmaterialien in chemischen Wärmepumpen und Wärmespeichern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Die Nutzung von chemischen oder Sorptionswärmepumpen ist bislang eine kaum verwendete Möglichkeit, fossile Energieträger durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme zu substituieren. Kernprobleme in der Anwendung sind momentan die Gewährleistung eines ausreichenden Wärme- und Stofftransportes sowie die Vermeidung von Agglomerationen der Arbeitsmedien. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung neuer Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen, die mit Metallsalzen als reaktives Arbeitsmedium beladen werden. Das Teilprojekt am Fraunhofer IFAM Dresden beschäftigt sich vor allem mit der Auslegung, Auswahl und Herstellung der porösen metallischen Trägerstrukturen sowie der wärme- und strömungstechnischen Charakterisierung der Metall-Metallsalz-Verbünde. Die Metallstrukturen werden dabei pulver- bzw. schmelzmetallurgisch hergestellt. Die Trägerstrukturen werden charakterisiert und optimiert, sodass eine gezielte Nutzung der Metall-Metallsalz-Verbünde in Wärmepumpensystemen ermöglicht wird. Einen wesentlichen Bestandteil bilden dabei Simulationen zum Verständnis der auftretenden physikalischen Effekte. Nach Festlegung der Spezifikationen für die untersuchten Materialien (AP 1) durch alle Projektpartner werden Vorversuche an flachen Material- und Strukturproben durchgeführt, die das IFAM-DD herstellt und geometrisch sowie thermisch und strömungstechnisch charakterisiert (AP 2). Die Bestimmung der Sorptionsisothermen der einzelnen Hydratstufen der Salze (AP 3) dient als Basis für spätere Auslegungsrechnungen. Hauptarbeitspunkt des Projektes ist die Synthese und Charakterisierung der Trägerstrukturen (AP 4) sowie die Analyse der Verbünde (AP 6) von verschiedenen Metallen und Salzen. Diese Ergebnisse werden zur iterativen Optimierung der Metallsalzsynthese und der Trägerstrukturen verwendet. Abschließend wird das Zusammenspiel der Komponenten an einem Versuchsmuster demonstriert.

Aufnahmepotential der Standorte fuer organische Abfaelle als Bestandteil von Landnutzungsoptionen

Das Projekt "Aufnahmepotential der Standorte fuer organische Abfaelle als Bestandteil von Landnutzungsoptionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 09 Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement, Institut für Landeskultur durchgeführt. Die Arbeitshypothese fuer das Vorhaben im Sonderforschungsbereich 'Landnutzungskonzepte fuer periphere Regionen' lautet, dass Landschaften, die nicht mehr landwirtschaftlich genutzt werden, auch keine organischen Abfaelle aufnehmen koennen. Im Projektgebiet Lahn-Dill-Bergland soll daher untersucht werden, wie gross das Aufnahmepotential fuer organische Abfaelle in landwirtschaftlich extensiv genutzten Raeumen ist. Im Vordergrund steht dabei anfangs die modellhafte Bearbeitung in Zusammenarbeit mit verschiedenen Teilprojekten des Sonderforschungsbereichs mit dem Ziel der Uebertragbarkeit auf andere Regionen. Fuer die Bewertung des Aufnahmepotentials muessen Naehrstoffe (vor allem Stickstoff, Phosphor, Kalium und Kalk) und Schwermetalle als persistente Schadstoffe beruecksichtigt werden. Von den Schwermetallen sollen im einzelnen Blei, Cadmium, Zink und Quecksilber naeher untersucht werden. Als Bewertungsinstrumente dienen, neben der Bilanzierung, die Bestimmung von Sorptionsisothermen als Funktion der Bodenart, des Humusgehaltes, der Sesquioxidkonzentration und des pH-Wertes. Anhand der Sorptionsisothermen und der Beruecksichtigung tolerierbarer, humantoxikologischer Grenzwerte von Schwermetallen in der Bodenloesung soll der tolerierbare Festphasengehalt des Bodens quantifiziert werden. Der Vergleich mit den aktuellen Schwermetallgehalten liefert darauf aufbauend das Schwermetallaufnahmepotential bzw. ueber die Schwermetallkonzentration im Kompost/Klaerschlamm das Aufnahmepotential fuer organische Siedlungsabfaelle. Die Uebertragung der Untersuchungen auf andere Landschaftsraeume soll mittels Pedotransferfunktionen in einem Geographischen Informationssystem durchgefuehrt werden, die gleichermassen eine Prognose der Schwermetallmobilitaet bei geaenderter Landbewirtschaftung (z.B. Bodenversauerung) erlauben (Szenarien). Das Verlagerungspotential von Schwermetallen ins Grundwasser (und Oberflaechenwasser) soll dabei mit dem sog. Retardationsfaktor abgeschaetzt werden.

Methodenbausteine Bodenschutz - Regionalisierung des Schwermetallverlagerungspotentials fuer die Boeden Sachsen: hier Kartenblatt Freiberg

Das Projekt "Methodenbausteine Bodenschutz - Regionalisierung des Schwermetallverlagerungspotentials fuer die Boeden Sachsen: hier Kartenblatt Freiberg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 09 Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement, Institut für Landeskultur durchgeführt. Ermittlung des Schwermetallrueckhaltevermoegens der Leitbodenformen des Kartenblattes L 5146 Blatt Freiberg (BK50) und Ableitung diesbezueglicher Karten des gleichen Massstabes unter Beruecksichtigung der klimatischen Gegebenheiten. Fuer die Schwermetalle Blei und Cadmium sowie fuer das Halbmetall Arsen sollen die Retardation in den Boeden des Kartenblattes L5146 sowie die Verlagerungsgeschwindigkeit experimentell ermittelt, digital und regionalisiert verarbeitet und kartographisch dargestellt werden. Die Regionalisierung dieser Bodeneigenschaften (Bodenfunktion 'Ausgleichskoerper im Stoffkreislauf') bildet im Sinne des vorsorgenden Boden- und Gewaesserschutzes eine Grundlage u.a. fuer die Gefahrenabschaetzung bei der Verwertung organischer Siedlungsabfaelle (z.B. Kompost und Klaerschlamm) auf und in Boeden. In diesem Zusammenhang sollten aus den Ergebnissen Empfehlungen hinsichtlich der Ausweisung von Bodenbelastungsgebieten und Bewirtschaftung abgeleitet werden koennen. Kurzdarstellung der Ergebnisse: 40 Profile (bzw. 159 Horizont- und Schichtproben) der Boeden des Kartenblattes Freiberg wurden auf die Kennwerte Ton-, Schluff-, Sand-, Skelettgehalt, pH-Wert, Organische Substanz, Trockenrohdichte laborativ untersucht. Anschliessend wurde der Schwermetallstatus der Boeden ueber Koenigswasseraufschluss, EDTA-Extrakt sowie Calcium-Nitrat-Extrakt festgestellt. Die Sorptionseigenschaften wurden ueber Batch-Versuche und Sorptionsisothermie mit unterschiedlichen Konzentrationsstufen ermittelt. In die gemessenen Sorptionsgleichgewichtskonzentrationen der Bodenloesung und der Festphase wurde die FREUNDLICH-Isotherme gelegt, daraus wurden die FREUNDLICH-Gleichung, die Pedotransferfunktionen sowie die Retardationsfaktoren und die Verlagerungsgeschwindigkeit fuer Schwermetalle berechnet.

Entwicklung eines Verfahrens zur Quantifizierung von Stoffkonzentrationen im Sickerwasser auf der Grundlage chemischer und physikalischer Pedotransferfunktionen

Das Projekt "Entwicklung eines Verfahrens zur Quantifizierung von Stoffkonzentrationen im Sickerwasser auf der Grundlage chemischer und physikalischer Pedotransferfunktionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, ein Verfahren zur Verfuegung zu stellen, mit welchem der Transport von anorganischen Schadstoffen durch die unbelastete ungesaettigte Bodenzone bis zur gesaettigten Zone mittels eines Verlagerungsmodells prognostiziert werden kann. Fuer die Bundesrepublik Deutschland sollen, unter Beruecksichtigung der pedoregionalen Repraesentanz der Boeden, typische Unterboeden im Hinblick auf ihre Horizontabfolgen beprobt werden. Die an den Proben bestimmten erweiterten Freundlichisothermen sollen fuer die Entwicklung von substratuebergreifenden Sorptionsisothermen und Pedotransferfunktionen genutzt werden, mit dem Ziel, die fuer das Verlagerungsmodell notwendigen standortspezifischen Sorptionsisothermen, aus leicht zu ermittelnden Substratparametern, ableiten zu koennen. Zur Beschreibung der Verlagerung der Schadstoffe soll ein einfaches numerisches Stofftransportmodell mit stochastischen Eingangsgroessen verwendet werden. Standortspezifische Bodenwassergehalte und Sickerwassermengen fuer die Modellrechnungen sollen aus Bodenart bzw. leicht zugaenglichen Klimaparametern gewonnen werden.

Skalierung von Sorptionsisothermen und physikochemischen Bodeneigenschaften zur Quantifizierung der feldskaligen Variabilität der Retardation reaktiver Stoffe in Böden

Das Projekt "Skalierung von Sorptionsisothermen und physikochemischen Bodeneigenschaften zur Quantifizierung der feldskaligen Variabilität der Retardation reaktiver Stoffe in Böden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Bodenkunde durchgeführt. Die adsorptive Bindung reaktiver Stoffe steuert deren Mobilität und Auswaschungsgefährdung in Böden und wird meist durch Sorptionsisothermen quantifiziert. Diese werden an punktuell entnommenen Bodenproben gemessen und weisen meist eine große Variabilität auf. Aufgrund dieser Variabilität können viele Fragestellungen auf der Feldskala nur unzuverlässig beantwortet werden. Ziel des Projekts ist es, eine wesentlich verbesserte Methodik für das upscaling der adsorptiven Bindung reaktiver Stoffe am Beispiel ausgewählter Schwermetalle zu entwickeln. Die Methodik beruht auf der Berechnung von Skalierungsfaktoren, die den linearen Variabilitätsanteil der Sorption erfassen. Kernhypothesen des Antrags sind, dass diese Skalierungsfaktoren für Sorptionsisothermen verschiedener Schwermetalle eng korreliert sind und dass sie weiterhin eng mit physikochemischen Bodeneigenschaften (Kationenoder Anionenaustauschkapazität) korrelieren. Daraus resultiert als wesentliche Innovation, dass nur wenige Messungen zur lokalen Stoffadsorption und zu physikochemischen Bodeneigenschaften erforderlich sind, um feldskalige Aussagen zur Schwermetallbindung und -mobilität machen zu können. Die Entwicklung der Methodik sowie die Prüfung ihrer Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen sollen für eine Auswahl verbreiteter Böden durchgeführt werden.

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