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Redox Eigenschaften und Reaktivität von Adsorbiertem natürlichem organischem Material

Das Projekt "Redox Eigenschaften und Reaktivität von Adsorbiertem natürlichem organischem Material" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften - Umweltmineralogie und Umweltchemie durchgeführt. Natürliches organisches Material (NOM) ist die Triebfeder für viele biogeochemische Prozesse in Böden und Grundwässern. Diese herausragende Rolle resultiert nicht nur aus dessen Eigenschaft als Elektronendonor sondern insbesondere auch durch die Fähigkeit Elektronen aufzunehmen und zu speichern (Redoxpuffer) sowie Redoxprozesse zwischen anderen redoxsensitiven Spezies zu vermitteln und zu beschleunigen (Mediator). Obwohl NOM in Böden und Grundwässern zu einem erheblichen Teil in sorbierter Form vorliegt, wurde der Einfluss von Redoxzustand und Redoxeigenschaften auf die Sorption von NOM bisher nicht detailliert untersucht und umgekehrt auch nicht der Einfluss von Sorption auf dessen Redoxzustand. Wir postulieren, dass die Redoxeigenschaften von adsorbiertem NOM sich signifikannt unterscheiden von gelöstem NOM aufgrund von Fraktionierungsvorgängen und Konformationsänderungen. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten zielen darauf ab, diese Prozesse im Detail zu untersuchen um somit eine Grundlage zu schaffen für ein mechanistisches Verständnis wie Sorptionsprozesse die biogeochemischen Funktionen in natürlichen wässrigen Systemen steuern. Da Sorption die mobilen und immobilen Fraktionen von NOM in diesen Systemen bestimmt, sind die Resultate auch relevant für die Beurteilung der Rolle von NOM für Transport und Transformation von Schadstoffen und mikrobiellen Atmungsprozessen. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts möchten wir konkret folgende Kernfragen bearbeiten:- Wie verändert Sorption an natürliche Oberflächen per se (d.h. ohne Elektronentransfer mit dem Sorbens) die Redoxeigenschaften von NOM (Elektronenakzeptor/-donor Kapazität, EH-Werte und -Verteilung, Elektronenmediator-Eigenschaften) - Wie beeinflusst der Redoxzustand von NOM dessen Sorptionsverhalten? - Wie beeinflusst Elektronentransfer zwischen Sorbens und NOM dessen Redoxeigenschaften? - Welchen Einfluss haben Materialeigenschaften von NOM (Herkunft, Aromatizität, Säure/Base Eigenschaften etc.) auf Sorptions- und Redoxprozesse? Hierzu werden wir im Labor mit Hilfe von Batchversuchen unter umweltrelevanten Bedingungen systematisch den Einfluss von Sorptionsprozessen an unterschiedliche natürliche Oberflächen auf die Redoxeigenschaften verschiedenartiger NOM-Proben und Chinon-Modellverbindungen untersuchen und dabei neuartige und sensitive elektrochemische Methoden anwenden. Da NOM-Überzüge auf Mineralien praktisch in allen natürlichen Systemen vorhanden sind erwarten wir uns von den Forschungsergebnissen einen wesentlichen Erkenntnisgewinn im Hinblick auf ein quantitatives Verständnis von Redoxprozessen in natürlichen heterogenen Systemen. Die Resultate sollen somit die Grundlage bilden für eine Weiterentwicklung quantitativer Modelle zur Beschreibung biogeochemischer Prozesse an der Mineral-Wasser Grenzfläche unter natürlichen Bedingungen.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Institut für Ressourcenökologie durchgeführt. Das Gesamtziel des beantragten Projektes 'Spektroskopische Charakterisierung von f Element-Komplexen mit soft donor-Liganden (f-Char)' ist es, das Verständnis der Koordinationschemie der Actinid- und Lanthanidionen mit sogenannten soft donor-Liganden zu vertiefen. Dabei sollen insbesondere die subtilen Unterschiede der Wechselwirkung von soft donor-Liganden mit den chemisch ähnlichen Actinid- bzw. Lanthanidionen weitergehend charakterisiert und quantifiziert werden. Ein weiterer wesentlicher Aspekt des Projektes ist die Ausbildung und Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Bereich der Nuklearen Sicherheitsforschung und Nuklearchemie im Allgemeinen und in Themen der Actinidenchemie im Besonderen. Somit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zum Aufbau, der Weiterentwicklung und dem Erhalt wissenschaftlich-technischer Kompetenz in der nuklearen Sicherheitsforschung. Zu diesem Zweck sollen neue soft donor-Liganden synthetisiert und die ablaufenden Komplexierungsreaktionen im Hinblick auf den Unterschied zwischen Actinid- und Lanthanidionen untersucht werden. Zum Einsatz kommt ein umfangreiches und komplementäres Instrumentarium zur thermodynamischen und strukturellen Charakterisierung der entsprechenden Actiniden- und Lanthanidenkomplexe. Experimentelle Daten finden Eingang in grundlagenorientierte quantenchemische Arbeiten. Sowohl die gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse als auch die neu entwickelten bzw. verbesserten Liganden liefern wertvolle Beiträge zur Entwicklung von innovativen Trennprozessen. So werden die neu synthetisierten Komplexbildner hinsichtlich ihrer Eignung für die Abtrennung von Actiniden (Stichwort: Dekontamination z.B. von Salzlaugen) bzw. von Lanthaniden (Stichwort: Seltenerd-Recycling) untersucht. Weiterhin werden sie in Form ihrer Urankomplexe als Katalysatoren für die Aktivierung kleiner Moleküle (z. B. H2O, CO2, SO2) untersucht. Die zu erzielenden Ergebnisse können aber auch in den Bereich der Radiopharmazie Eingang finden.

Teilvorhaben: Blend-Lösemittelsysteme und Morphologie

Das Projekt "Teilvorhaben: Blend-Lösemittelsysteme und Morphologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik und Physik, Physikalisches Institut durchgeführt. Das Verbundvorhaben NFA4R2ROPV hat das ehrgeizige Ziel, die Technologie für die großflächige drucktechnische Herstellung hocheffizienter organischer Photovoltaik (OPV) auf Basis von Nicht-Fulleren-Akzeptoren (NFAs) bereitzustellen. Wenngleich NFA-basierte OPV mit einer Effizienz von bis zu 15% in der Literatur demonstriert wurden, muss diesbezüglich festgehalten werden, dass solch hohe Effizienzen im Labormaßstab auf einer sehr kleinen Zellfläche von wenigen Quadratmillimetern realisiert wurden. Zudem wurden bei der Bauteilherstellung giftige oder schädliche, chlorierte Lösemittel eingesetzt. Stand der Technik bei der industriellen Herstellung gedruckter OPVs ist jedoch die Verwendung ungefährlicher und unbedenklicher Lösungsmittel. Das vorliegende Projekt wird sich die jüngsten Fortschritte im Bereich NFA-basierter OPV zu Nutze machen und kleine Moleküle als Donor- und Akzeptormaterialien zur Herstellung der aktiven Schicht einsetzen, um auf diese Weise deren Effizienz und Stabilität entscheidend zu verbessern. 1) Austausch giftiger / chlorierter Lösungsmittel in Geräten im Labormaßstab durch günstige Lösungsmittel für den Druck in großem Maßstab oder hocheffiziente NFA-OPVs. Im Teilprojekt der Universität Bayreuth werden geeignete NFA-basierte Blendsysteme und zugehörige Lösemittelsysteme aus unbedenklichen Lösemitteln (Green Solvents) identifiziert, die Morphologie und ggf. Kristallinität untersucht und optimiert. 2) Zusammen mit den Projektpartnern (Universität Groningen und Universität Linköping) werden zum einen photophysikalische Charakterisierungen durchgeführt und Solarzellen auf Labormaßstab optimiert, zum anderen Blend-Lösemittelsysteme zur großtechnischen Beschichtung entwickelt. 3) Industriepartner (OPVIUS GmbH und Epishine AB) werden die Umsetzung von Solarmodulen im Labormaßstab bis hin zum Rolle-zu-Rolle verfahren entwickeln und testen.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Katalyse e.V. an der Universität Rostock durchgeführt. Die Abbauprodukte der hydrothermalen Behandlung von kohlenhydratreichen Reststoffen enthalten viel Sauerstoff und sollen mit Hilfe neuer Katalysatoren und von Wasserstoff-Donor-Molekülen wie Ameisen- oder Essigsäure zu höherwertigen Produkten hydriert werden. Letztere Verbindungen sind selbst Nebenprodukte des hydrothermalen Abbaus und sollen externen Wasserstoff als Reduktionsmittel ersetzen. Neben dieser Transferhydrierung soll auch das Aqueous Phase Reforming genutzt werden, über das ebenfalls in situ Wasserstoff generiert wird. Als anwendungsrelevantes Einsatzmaterial dienen Stärkereste, die zunächst beim Projektpartner DBFZ im hydrothermalen Prozess in die monomeren Pentosen und Hexosen und deren Folgeprodukte wie Lävulinsäure bzw. Furfural zerlegt werden müssen. Die im LIKAT in zwei Arbeitspaketen (Katalysatorentwicklung und Optimierung) zu untersuchende nachfolgende Hydrierung soll diese Intermediate zu Chemierohstoffen oder Kraftstoffen veredeln. Zunächst werden im LIKAT verschiedene Katalysatorkonzepte in der Umsetzung von Modellverbindungen überprüft. Schon zu einem recht frühen Zeitpunkt des Projekts ist auch vorgesehen, ein reales Abbauprodukt aus Stärkeabfällen einzusetzen und das Verfahrenskonzept zu evaluieren. Die frischen und gebrauchten Katalysatoren sollen physikalisch-chemisch charakterisiert werden, um Struktur-Wirkungs-Beziehungen abzuleiten und iterativ die Katalysatoren zu verbessern. Die Katalysatoren sollen vorzugsweise in einem kontinuierlichen Rohrreaktor eingesetzt werden. Die damit verbundene Optimierung von Katalysator und Reaktionsbedingungen hat zum Ziel, die Ausgangsmaterialien hydrierend vollständig umzusetzen. Dabei sollen auch ausreichend große Mengen von geformten Katalysatoren für den Partner DBFZ zur Umsetzung des zweiten Prozessschritts präpariert werden. In einem letzten Abschnitt sollen größere Mengen an veredeltem Produkt dem Projektpartner ifn GmbH zur Bemusterung und für Applikationstests zur Verfügung gestellt werden.

BARLEY-NAM - Locating exotic genes that control agronomic traits under stress in a wild barley nested association mapping (NAM) population

Das Projekt "BARLEY-NAM - Locating exotic genes that control agronomic traits under stress in a wild barley nested association mapping (NAM) population" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Professur für Pflanzenzüchtung durchgeführt. Delivering sustainable food production in the face of climate change requires a revolution in breeding crops that deliver high and sustainable yield under fluctuating disadvantageous environmental conditions. The ancestral wild germplasm of modern crops contains allelic variants that can achieve this goal, yet modern crops are becoming increasingly depleted in biodiversity. The two key obstacles to successful exploitation of wild germplasm are finding the wild-derived alleles needed and testing them in the field. The BARLEY-NAM project will use wild barley (Hordeum vulgare ssp. spontaneum) as a model and apply novel genomic and breeding tools to improve agronomic performance of elite barley under abiotic and biotic stresses. For this, we will apply the nested association mapping (NAM) approach using the first cereal NAM population, HEB-25. HEB-25 comprises 1,420 BC1S3 lines, sub-divided into 25 families, originating from crosses of the elite barley cultivar Barke with 25 different wild barley donors. The HEB-25 lines will first be assessed for allele content at 21,643 genes (every known high-confidence barley gene), employing state-of-the-art exome capture and next generation sequencing. Second, all HEB lines will be cultivated in field trials in Germany, Scotland and Israel to assess agronomic performance under nitrogen deficiency, drought and pathogen attack. Yield components and nutrient content will be scored, as well as resistance against the major barley diseases leaf rust, yellow rust and net blotch. In addition, agronomic performance will be modelled by non-invasive remote sensing technology to establish phenotype predictions. Third, the collected data sets will be archived and further processed in a central data warehouse, built around a custom web-accessible relational database. Fourth, genotype and phenotype data of HEB-25 will be combined in a genome-wide association scan (GWAS) to identify wild barley alleles that improve plant performance under stress. Fifth, to validate the identified trait-improving exotic alleles, segregating high-resolution progeny will be developed from the HEB lines. The BARLEY-NAM project will be beneficial in two directions. On the one hand, the genes and gene variants regulating agronomic traits in barley will be defined at a level of detail unprecedented for the crop and this will inform future strategies for parallel improvement in wheat and rye. On the other hand, trait-improving wild barley alleles will be available for application in future barley breeding. This will lead to new barley cultivars with improved performance and extend the biodiversity and sustainability of the elite barley gene pool.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Nukleare Entsorgung (INE) durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist es, ein fundamentales Verständnis hinsichtlich der Abtrennung von langlebigen Radionukliden aus nuklearem Abfall zu erlangen. Das Projekt beinhaltet eine starke Komponente der Aus- und Weiterbildung junger Wissenschaftler in Forschungsthemen zur nuklearen Entsorgung sowie ihre Vernetzung in der europäischen Forschungslandschaft. Dies wird entscheidend zu einem sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der hierzu notwendigen Kompetenz beitragen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die beteiligten Verbundpartner aus Universitäten und nationale Forschungseinrichtungen ihre Expertise und Aktivitäten in Synthese, Spektroskopie, Technologie und Theorie bündeln, um zu einem tieferen Verständnis der auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozesse für Actiniden auf molekularer Größenskala zu gelangen. Durch die starke Beteiligung von Nachwuchswissenschaftlern trägt das Projekt direkt zum Erhalt der Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie der sicheren Nuklearen Entsorgung bei. Die Synthese neuer N- und S-Donor-Extraktionsmittel und deren Charakterisierung mit 'state-of-the-art' experimentellen Methoden werden in vier Arbeitspakete durchgeführt: 1) 'Synthese und Screening-Tests'; 2) 'Synthese und Spektroskopische Untersuchungen'; 3) 'Prozessstudien'; 4) 'Nachwuchsförderung'

Teilprojekt E

Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-6: Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist es, ein fundamentales Verständnis hinsichtlich der Abtrennung von langlebigen Radionukliden aus nuklearem Abfall zu erlangen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die beteiligten Verbundpartner aus Universitäten und nationalen Forschungseinrichtungen ihre Expertise und Aktivitäten in Synthese, Spektroskopie, Technologie und Theorie bündeln, um zu einem tieferen Verständnis der auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozesse für Actiniden auf molekularer Größenskala zu gelangen. Das Projekt beinhaltet eine starke Komponente der Aus- und Weiterbildung junger Wissenschaftler in Forschungsthemen zur nuklearen Entsorgung sowie ihre Vernetzung in der europäischen Forschungslandschaft. Dies wird entscheidend zu einem sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der hierzu notwendigen Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie sicheren nuklearen Entsorgung beitragen. Die Synthese neuer N- und S-Donor-Extraktionsmittel und deren Charakterisierung mit 'state-of-the-art' experimentellen Methoden werden in vier Arbeitspakete durchgeführt: 1) Ligand-Synthese und Screening-Tests; 2) Darstellung von f-Element-Komplexen und spektroskopische Untersuchungen; 3) Prozessstudien in Hinblick auf eine Einbindung im Konditionieren; 4) Nachwuchsförderung und europäische Vernetzung.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist es, ein fundamentales Verständnis hinsichtlich der Abtrennung von langlebigen Radionukliden aus nuklearem Abfall zu erlangen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die beteiligten Verbundpartner aus Universitäten und nationale Forschungseinrichtungen ihre Expertise und Aktivitäten in Synthese, Spektroskopie, Technologie und Theorie bündeln, um zu einem tieferen Verständnis der auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozesse für Actiniden auf molekularer Größenskala zu gelangen. Das Projekt beinhaltet eine starke Komponente der Aus- und Weiterbildung junger Wissenschaftler in Forschungsthemen zur nuklearen Entsorgung sowie ihre Vernetzung in der europäischen Forschungslandschaft. Dies wird entscheidend zu einem sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der hierzu notwendigen Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie sichere nukleare Entsorgung beitragen. Die Synthese neuer N- und S-Donor-Extraktionsmittel und deren Charakterisierung mit 'state-of-the-art' experimentellen Methoden werden in vier Arbeitspakete durchgeführt: 1) Ligand-Synthese und Screening-Tests; 2) Darstellung von f-Elemente-Komplexen und spektroskopische Untersuchungen; 3) Prozessstudien in Hinblick auf eine Einbindung im Konditionieren; 4) Nachwuchsförderung und europäische Vernetzung

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Department Chemie und Pharmazie, Lehrstuhl für Anorganische und Allgemeine Chemie durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist es, ein fundamentales Verständnis hinsichtlich der Abtrennung von langlebigen Radionukliden aus nuklearem Abfall zu erlangen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die beteiligten Verbundpartner aus Universitäten und nationale Forschungseinrichtungen ihre Expertise und Aktivitäten in Synthese, Spektroskopie, Technologie und Theorie bündeln, um zu einem tieferen Verständnis der auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozesse für Actiniden auf molekularer Größenskala zu gelangen. Das Projekt beinhaltet eine starke Komponente der Aus- und Weiterbildung junger Wissenschaftler in Forschungsthemen zur nuklearen Entsorgung sowie ihre Vernetzung in der europäischen Forschungslandschaft. Dies wird entscheidend zu einem sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der hierzu notwendigen Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie sichere nukleare Entsorgung beitragen. Arbeitsplanung: Die Synthese neuer N- und S-Donor-Extraktionsmittel und deren Charakterisierung mit state-of-the-art experimentellen Methoden werden in vier Arbeitspakete durchgeführt: 1) Ligand-Synthese und Screening-Tests; 2) Darstellung von f-Elemente-Komplexen und spektroskopische Untersuchungen; 3) Prozessstudien in Hinblick auf eine Einbindung im Konditionieren; 4) Nachwuchsförderung und europäische Vernetzung.

Contested Rural Development - do non-state actors and social movements have the answers to rural poverty and inequality?

Das Projekt "Contested Rural Development - do non-state actors and social movements have the answers to rural poverty and inequality?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Zürich, Geographisches Institut durchgeführt. CONTEXT: Rural poverty and inequality persist across South Asia, despite the effects of 'the market' and myriad development efforts by state departments, donors, and parts of civil society. At the same time, various heterogeneous 'non-state actors and social movements' have arisen that challenge and even resist state-run - mostly neo-liberal - development agendas in the region (e.g. peasant and farmers movements; workers movements; caste or religion-based movements; etc.).These actors and movements claim to rightfully represent people s desire to improve their lives, and adopt approaches ranging from non-violent protest to militancy. Interestingly, a shift appears to have occurred in the focus of such movements: whereas earlier groups sought to directly address the economic concerns of rural poor (e.g., agricultural labourers, peasants; and issues such as land reform or wages), many new movements mobilise people based on issues of identity and culture (e.g., caste, ethnicity, religion; and on issues such as recognition or autonomy). RESEARCH QUESTIONS: Do these actors and movements truly represent alternative visions of development and the aspirations of the poor, and can thus be understood as forms of progressive social forces? If so, what are the lessons for mainstream development policymakers? These questions are at the heart of our research project on Contested Rural Development . We are investigating the stated visions and the actual practices of such non-state actors and social movements, with regard to overcoming poverty and inequality in rural contexts. - How do these movements portray rural poverty, and how do they propose to overcome it? - How do they interact with the poor in articulating local demands; - Do they legitimately represent local aspirations? - How do they attempt to influence broader policy in view of overcoming inequality, - and how do the poor benefit, if at all? CONCEPTUAL APPROACH: We approach these contestations on meanings and practices of rural development dialectically through two strands of theoretical thoughts, i.e. Political Economy/Agrarian Question, and Postcolonial/Subaltern. METHODOLOGY: Through our comparative approach across different countries, we aim to identify the relative importance of such movements and the validity of their claims. In a first step, Position Papers are being written to provide the project with overviews on related debates in each of the research sites. Then, the activities of four PhD students in three South Asian countries provide the projects core emphasis: - Mr. Awanish Kumar is focusing on Dalit movements in the Indian state of Maharashtra; - Ms. Silva Lieberherr is looking at social mobilisation regarding an extreme expression of rural inequality, namely, farmers suicides in the Vidharba region of Maharashtra; - Mr. M. Luqman is researching non-state organisations in Pakistan that draw their inspiration from local culture; - Mr. Mahendra Sapkota usw.

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