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.
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'
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.
Das Projekt "Sub project:: Fluxes of redox equivalents in metabolic networks at active zones in aquifers (SP-RIC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Isotopenbiogeochemie durchgeführt. The spatial and temporal distribution of reduced and oxidized carbon (e.g. CH4 and CO2), nitrogen, iron, manganese, and sulphur species is commonly used to analyse microbial mediated electron transfer reactions and to characterise the biogeochemical conditions in contaminated aquifers. However, the linkage of carbon, nitrogen, iron an sulphur cycles in aquifers with respect to electron flow mediated by chemolithoautotrophic communities is not thoroughly investigated yet. Reduced products from electron transfer reactions such as NH4+, Fe2+, S2-, and CH4 have the potential to support chemolithoautotrophic and heterotrophic microbial processes as electron donors, thus linking the nitrogen iron sulphur and carbon cycles in aquifers in various microbial mediated interactions. Once formed during organic carbon degradation, methane, ammonia or reduced sulphur species will be transported in the ground water, will leave the zone of formation and become potent electron donors for microbial processes in other geochemical zones of the aquifer. The microflora using these electron donors may compete for electron acceptors with organisms degrading contaminants. We will investigate the cascades of redox reactions coupling electron donor-acceptor interaction of heterotrophic and chemolithoautotrophic microbial processes at geochemical gradients. In particular, the transport of methane, ammonia and reduced sulphur species linking the metabolism of microbial communities over certain distance will be studied with respect to the regulation of carbon and electron lux in contaminated aquifers.
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 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.
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
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.
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.
Das Projekt "Sub project:Interaction of iron species and colloids with dissolved organic matter (DOM), dissolved organic sulfur compounds (DOSC) and low-molecular weight acids (LMWA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Umweltanalytik durchgeführt. Specific biochemical and co-metabolic pathways of microbial degradation often form unique extracellular intermediates or metabolites, which can be used to indicate in situ electron transfer processes in aquifers. Arylsuccinate derivatives have emerged as potentially universal metabolic biomarkers for the transformation of toluene, xylene, ethylbenzene, and methylnaphthalene under anaerobic conditions. They were identified in laboratory cultures and partly in field samples. Their occurrence and distribution in the field has been neither investigated yet systematically, nor were the geochemical and hydraulic parameters investigated that may influence formation and further turnover of metabolites. Therefore, we will use in this project succinic acid derivatives and other acidic aromatic or aliphatic metabolites to monitor and understand the transformation of organic compounds by electron transfer processes. Data of the occurrence and spatial distribution of metabolites will be further used to elucidate their role as electron donors and to estimate the relevance of the electron donor function. For that purpose we will use column experiments with pure cultures to investigate the formation and turnover of specific metabolites (e.g. arylsuccinates, arylcarboxylic acids, low-molecular weight acids) and influencing parameters. The data obtained from those experiments will be used for reactive transport modeling. The calibrated model will then be used to simulate metabolite occurrence and distribution in different scenarios. Bioreactor experiments will address the question on contaminant degradation and metabolite formation/turnover with an inoculum of non-contaminated peat land under different geochemical conditions (boundary conditions). Metabolite accumulation will be of particular interest in this context. Field measurements will be performed in geochemically reactive zones of the site, where we will investigate metabolite pattern, their spatial distribution and accumulation. Analytical methods mainly with liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS-MS) combined with different derivatization reactions will be developed to guarantee successful metabolite analysis in small sample volumes of column experiments and in groundwater samples of field sites.
Das Projekt "Sub project: Identification of polysulfides and their importance as intermediate sulfur species for electron transfers processes in anoxic aquifers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften - Umweltgeochemie durchgeführt. The central hypothesis of the project is that polysulfides as intermediate sulfur species are important for electron transfer processes in anoxic aquifers. In the first part of the project, we will establish elemental sulfur and polysulfide separation after derivatization with methyl trifluoromethanesulfonate by reverse-phase chromatography coupled to inductively-coupled plasma mass-spectrometry. Identification, quantification, and detection of analytical artefacts during analysis of derivatized polysulfides will be possible by comparison with synthesized reference materials. Electro-spray mass-spectrometry will be used to confirm the identity of the synthesized dimethyl polysulfides. Speciation of sulfide, thiosulfate, polythionates, sulfite, and sulfate will be achieved based on established anion-exchange-chromatographic methods. In the second part of the project, the importance of polysulfides as electron shuttles for the indirect reduction of both biogenic and abiogenically synthesized ferric iron hydroxide (ferrihydrite) by Sulfurospirillum deleyianum will be investigated. We expect that slight changes in pH influence speciation of intermediate sulfur species and thus the electron transfer mechanisms significantly. Different concentrations of initially present dissolved sulfur species (added alternatively in form of polysulfides, elemental sulfur, or thiosulfate) will be tested to determine the minimum sulfur concentration needed to start the S-cycle-mediated Fe(III) reduction. We will investigate whether total sulfur concentration affects intermediate sulfur speciation within the electron shuttle mechanism. Iron sulfides expected to form as major products at higher total sulfur concentrations will be identified and quantified by X-ray diffractometry and Moessbauer spectroscopy. Reduction of iron (hydr)oxides in direct contact with microorganisms will be compared to reduction in setups where microorganisms are separated from the mineral phase. In the third part of the project, experiments setup by other members of the research group will be used to determine the role of polysulfides as electron acceptors and donors during sulfide oxidation by ferrihydrite reduction in the presence of dissolved organic compounds, during sulfur disproportionation, and finally in an anoxic aquifer in the presence of dissolved organic matter to determine the relevance of the individual processes under natural conditions.
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| Deutsch | 23 |
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| Boden | 15 |
| Lebewesen & Lebensräume | 18 |
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| Mensch & Umwelt | 23 |
| Wasser | 13 |
| Weitere | 23 |