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Satellitengestützte Echtzeitüberwachung und Risikoabschätzung des Waldzustandes, Teilvorhaben 2: Satellitengestütztes Monitoring

Neue Ansätze in digitalem Wald-Monitoring, Aufbereitung und der digitalen Bereitstellung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Daten zu Wuchsleistung, Stress, und Waldschäden sind dringend erforderlich, um die Auswirkungen mehrerer und kombinierter Stressfaktoren auf das Funktionieren von Waldökosystemen und den damit verbundenen Ökosystemleistungen besser und auch schneller beurteilen zu können. Das Verbundvorhaben WALD-Puls setzt sich aus zwei integrierten Teilvorhaben zusammen. Ziel des ersten Teilvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines Wald-Monitoring Systems, das in Nahe-Echtzeit und räumlich verteilt boden- als auch satellitengestützte Daten sammelt und verknüpft, um dadurch die Risikoabschätzung zu verbessern und langfristige Projektionen zu unterstützen - von der Wurzel bis zur Krone - vom Einzelbaum zum Bestand - vom Bestand zum Waldökosystem. Ziel des zweiten Teilvorhabens ist den bereits bestehenden Waldzustandsmonitor (WZM) bzgl. der räumlichen Auflösung und der zeitlichen Latenz zu verbessern, zusätzliche Produkte einschließlich Frühwarnindikatoren bereitzustellen um darauf basierend ein deutschlandweites, digitales Waldzustandsmonitoring aufzubauen. Beide TVs sollen durch ein integratives Arbeitspaket schließlich miteinander verknüpft werden, um durch iterative Optimierung maximale Synergien zu erzielen. Den traditionellen Blick von unten in die Baumkronen wird in WALD-Puls um den informierten Blick von oben erweitert. Echtzeitdaten des Baumwachstums werden mit Satellitendaten verschnitten, ermöglichen eine flächenhafte, hochaufgelöste Risikobewertung und werden direkt über eine Web-Plattform und ein gekoppeltes, automatisiertes Frühwarnsystem (z.B. SMS) Waldbewirtschafter*innen und anderen Interessent*innen zur Verfügung gestellt.

Generationenübergreifende Anpassungstrategien an Ozeanversauerung und -erwärmung in Fischen

Anthropogene CO2 Emissionen werden zum Teil von den Ozeanen absorbiert und führen zu erniedrigten marinen pH und Karbonatwerten, dieser Prozess wird Ozeanversauerung genannt. Ozeanversauerung geht mit Ozeanerwärmung einher, zusammen bedrohen beide Umweltveränderungen das Leben im Meer. Fische wurden bisher als recht unempfindlich gegenüber diesen Veränderungen im Meerwasser eingeschätzt, da sie über hoch entwickelte Säure-Base- und Ionenregulation verfügen. Daher haben nur wenige physiologische Studien den Einfluss von Hyperkapnie auf die Physiologie und das Verhalten von Fischen untersucht, und häufig wurden dabei auch CO2 Partialdrücke eingesetzt, die weit jenseits der vom IPCC prognostizierten Werte für die nahe Zukunft liegen. Weiterhin wurden bisher nur wenige Lebensstadien untersucht, obwohl es immer mehr Anhaltspunkte dafür gibt, dass besonders die frühen Lebensstadien, die noch nicht über voll ausgeprägte homeostatische Kapazitäten und Verhaltenrepertoire verfügen, besonders empfindliche gegenüber OAW reagieren. Weiterhin lassen viele aktuelle Studien eine integrative Analyse von physiologischen Antworten auf zellulärer, Gewebe- und Ganztierebene vermissen, außerdem fehlt uns ein generelles Verständnis des evolutionären (generationenübergreifenden) Anpassungspotentials von Fischen an den Klimawandel. FITNESS versucht kritische Wissenslücken zu schließen, indem die synergistischen Auswirkungen von OAW auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene an verschiedenen Lebensstadien (Embryonen, Larven, Jungfische und Adulte) an warm-temperaten Wolfsbarschen (Dicentrarchus labrax) untersucht werden. Dabei untersucht FITNESS die physiologischen Reaktionen zwischen F0 und F1 Generationen von Fischen, von denen bereits die Elterntiere verschiedenen OAW-Szenarien ausgesetzt waren; weiterhin werden auch Wildpopulationen untersucht. Damit bereitet FITNESS den Weg für eine ganzheitlichere Analyse der Populationsakklimatisation und -adaptation, indem phänotypische Veränderungen mit Darwin'schen Fitnessfaktoren verknüpft und die Vererbbarkeit physiologischer Schlüsselparameter untersucht werden. Um weiterhin unser Ursache-Wirkungs-Verständnis von OAW voran zu treiben, werden konzeptionelle Modelle eingesetzt, die die Antworten auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene parametrisieren und in physiologisch-bioenergetische Modelle einfließen lassen, um mögliche Anpassungskapazitäten und Abstriche in Wachstum, Reproduktion und Mortalitätsrisiko abzuschätzen. FITNESS profitiert dabei von den großzügigen Aquakulturkapazitäten in Frankreich, in denen eine große Anzahl von Fischen (größer als 1000) über zwei Generationen hinweg sowohl unter Labor- als auch unter Feldbedingungen verfolgt werden kann. Weiterhin kommen FITNESS die enge Zusammenarbeit mit aktuellen Ozeanversauerungsprojekten in Deutschland (BIOACID) und Portugal zugute, die sich mit Kalt- bzw. Warmwasserfischen beschäftigen und somit Vergleiche über einen weiten Bereich von Temperaturfenstern erlauben.

Forschergruppe (FOR) 2332: Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions (TERSANE), Teilprojekt: Biologische Konsequenzen von temperaturbedingten Stressfaktoren über mehrere Zeitskalen

Die Kenntnis der physiologischen Toleranzgrenzen rezenter Arten ist eine Grundvoraussetzung für die Interpretation der Reaktion fossiler Organismen auf temperaturbedingte Stressfaktoren. Umgekehrt kann die Vorhersage der biologischen Konsequenzen des aktuellen Klimawandels von der Kenntnis fossiler Muster der Erdgeschichte profitieren. Eingebettet in die Forschergruppe TERSANE schlagen wir ein Projekt vor, das explizit neontologische und paläontologische Ansätze kombiniert und die Konsequenzen von Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffarmut auf marines Leben zu beurteilen. Unser Projekt fokussiert auf die Kompilation und Analyse von großen Datensätzen und hat drei wesentliche Komponenten: (1) Eine Meta-Analyse von (a) heutigen Organismen wird experimentelle und Beobachtungsdaten zur Reaktionen und Toleranzgrenzen von marinen Organismen auswerten und die Empfindlichkeit höherer, fossil überlieferter Taxa in Bezug auf Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffknappheit in ihrer Synergie zu quantifizieren, während (b) eine Meta-Analyse fossiler Daten auf die Beurteilung des Liliput-Effekts abzielt, der plakativ die Verkleinerung von Körpergrößen im Gefolge von Massenaussterben umschreibt und manchmal auf temperaturbedingte Stressfaktoren zurückgeführt wird. (2) Die Analyse von Primärdaten aus dem Fossilbericht dient der Evaluation der physiologischen und biogeographischen Selektivität der end-Permischen und unterjurassischen Aussterbeereignisse um zu testen, ob die physiologischen Prinzipien, die aus heutigen Beobachtungen abgeleitet wurden, skalenunabhängig auch auf Aussterberisiken bei extremem Klimawandel angewandt werden können. (3) Die Beurteilung fossiler Raten von Umweltveränderungen ist wichtig, um zu testen, ob die damaligen Raten tatsächlich viel geringer waren als zum Beispiel in den letzten 50 Jahren gemessen wurde. Alternativ sind die geringeren Raten aus der geologischen Überlieferung nur eine statistisches Artefakt aus den verschiedenen Beobachtungszeitskalen. Eine skalenbereinigte Ratenanalyse wird helfen, die Daten aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit besser für die heutige Ökologie des globalen Wandels verwertbar zu machen. Diese drei Komponenten werden schließlich integriert um die Gemeinsamkeit der Muster und öko-physiologischen Selektivität von Artensterben zu beurteilen, wie sie sich heute und im Fossilbericht abzeichnen.

C-COOK-MALI

Entwurf eines Gesetzes zur Änderung des Landesnaturschutzgesetzes und sonstiger Rechtsvorschriften

Das Landesnaturschutzgesetz (LNatSchG) ist am 16. Oktober 2015 in Kraft getreten. Es wurde seitdem lediglich zweimal geändert, nämlich zum einen § 36 durch Artikel 3 des Gesetzes vom 21. Dezember 2016 (GVBl. S. 583), zum anderen §§ 30 und 31 durch Artikel 8 des Gesetzes vom 26. Juni 2020 (GVBl. S. 287). Mit den beabsichtigten Änderungen soll das Gesetz punktuell an die zwischenzeitlich erkennbaren Erfordernisse angepasst werden. Das betrifft insbesondere die Etablierung von Naturschutzstationen, die essenzieller Bestandteil der neuen Regelungen sind, mittels derer die Aufgabe des Naturschutzmanagements verstetigt und außerdem Synergien mit anderen Maßnahmen des Naturschutzes in den Regionen erzeugt werden sollen. Mit der Zeit haben sich außerdem, etwa im Zuge des Dritten Gesetzes zur Änderung des Bundesnaturschutzgesetzes wie auch im Hinblick auf den Aufbau und den Schutz des Netzes „Natura 2000“, einige Änderungsbedarfe ergeben. Neben der Arrondierung des FFH-Gebiet „Hochwald“ ist der Begriff der „Nebenvorkommen“ aus Anhang 2 zu streichen. Aufgrund der seit dem Inkrafttreten des LNatSchG gesammelten Erfahrungen im Umgang mit Ersatzzahlungen sollen ferner die landesrechtlichen Regelungen zur Verwendung der Ersatzzahlungen im Sinne einer Flexibilisierung reformiert werden. Die Neuregelungen dienen insbesondere der Entbürokratisierung, indem Doppelprüfungen, einerseits durch die Stiftung Natur- und Umwelt Rheinland-Pfalz (SNU), andererseits durch das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität (MKUEM), vermieden werden. Schließlich gilt es, auch mit Blick auf inzwischen aufgefallene redaktionelle Fehler oder fehlende Zuständigkeitsregelungen, verschiedene Rechtsverordnungen aus dem Bereich des Naturschutzes anzupassen. Das gilt für die Landesverordnung für Zuständigkeiten auf dem Gebiet des Naturschutzes und der Landschaftspflege (NatSchZuVO), die Landesverordnung über Erhaltungsziele in den Natura 2000-Gebieten sowie für die Landesverordnung über die Kompensation von Eingriffen in Natur und Landschaft (Landeskompensationsverordnung - LKompVO).

Oekonomische Analyse von Schadstoffinteraktionen

Liegen Schadstoffinteraktionen vor, so haengt die Umweltwirkung jedes einzelnen Schadstoffes von der Emissionsmenge anderer Schadstoffe ab. Umweltpolitische Ziele der Emissionsvermeidung koennen daher nicht fuer einzelne Schadstoffe unabhaengig voneinander verfolgt werden. Das Forschungsprojekt untersucht die Konsequenzen, die sich aus diesen Zusammenhaengen fuer eine effiziente Umweltpolitik ergeben.

Kommunikations- und Datenaustauschkonzept zwischen Fernwärmeversorger - Gebäudeeigentümer - Mieter, Teilvorhaben: Netzansicht

Energiepark Herzogenrath Forschung und Entwicklung, Teilvorhaben: Gesamtenergiesystemoptimierung inklusive Mobilität

Um dem Klimawandel zu begegnen, ist das Ziel, die Technologie für eine stabile, sichere und CO2-neutrale Energieversorgung einer mittelgroßen Stadt am Beispiel von Herzogenrath, inklusive der Industriebetriebe sowie neuen Prosumern in der Stadt, durch eine zentrale Hybrid-Kraftwerksanlage sowie dezentrale PV-Anlagen, dezentrale Wärmepumpen und Elektromobilität zu entwickeln. Im Teilprojekt 'Energiemanagementsystem' soll mit Hilfe digitaler Systeme eine neue Methodik zur ökonomischen und effizienten Vernetzung und Einsatzsteuerung dezentraler Ressourcen über alle Sektoren entwickelt und erforscht werden. Zur Identifizierung und Hebung von Synergien soll in einem zentralen Energiemanagementknoten eine übergreifende Koordination der angeschlossenen Energieknoten (bspw. dem Sandbergwerk) erfolgen können. Für das zentrale Energiemanagement werden KI-basierte Vorhersageverfahren für Last & Erzeugung entwickelt. Ferner soll das Verfahren zudem zur Prädiktion von Verkaufserlösen auf unterschiedlichen Vermarktungskanälen Anwendung finden. Diese erlauben es, durch intelligente Kopplung der heute autonomen Teilsysteme, die Energieflüsse zu steuern, ohne die Versorgungssicherheit zu beeinträchtigen bzw. diese sogar zu erhöhen. Im Teilprojekt 'CO2 neutrale Mobilität' soll der Mobilitätssektor der Stadt in die Betrachtung mit aufgenommen und vernetzt werden. Dazu soll in einer Bestandsaufnahme die aktuelle Mobilität der Stadt erfasst werden, sowie die Technologieoptionen zur zukünftigen Darstellung einer CO2-neutralen Mobilität aufgezeigt werden. Es werden Szenarien der Mobilität von Herzogenrath definiert, anhand derer ein digitaler Zwilling erstellt wird, mit dem Prognosen für das Energiesystem getätigt werden können.

Prozesswasserrecycling - innovative Prozesswasseraufbereitungsanlage

Das mittelständische Logistikunternehmen Neumann Transporte und Sandgruben GmbH & Co. KG gehört zur Neumann Gruppe GmbH mit Sitz in Burg und ist als Dienstleister in der Entsorgungs- und Recyclingwirtschaft tätig. In Reesen (Sachsen-Anhalt) gibt es eine Schlackenassaufbereitungsanlage, in der die Asche aus Müllverbrennungsanlagen einen Nassaufbereitungsprozess durchläuft. Die Schlackenassaufbereitung ist ein sehr wasserintensiver Prozess, bei dem Abwässer mit hohen Salzfrachten entstehen. Bisher werden die prozessbedingten Abwässer aufwändig aufbereitet, per Straßentransport in eine Industriekläranlage befördert und entsorgt. Für den Aufbereitungsprozess der Schlacke werden Prozessfrischwassermengen benötigt, die aktuell dem Grundwasserreservoir entnommen werden. Um den Transportaufwand für die Abwässer zu vermeiden und die Grundwasserentnahme zu minimieren, plant das Unternehmen mittels innovativer Abwasseraufbereitung (Umkehrosmose) einen nahezu geschlossenen Stoffkreislauf zu schaffen. Gleichzeitig verbessert sich damit auch die Qualität des mineralischen Rückstandes, so dass von einer besseren Verwertbarkeit auszugehen ist. Das in der Umkehrosmose entstehende Konzentrat (Permeat) soll in einer Vakuumverdampfungsanlage am Standort des Müllheizkraftwerks Rothensee behandelt werden. Gleichzeitig können Synergien am Standort der Abfallverbrennungsanlage genutzt werden, wie bspw. die Abwärme aus der Kraft-Wärme-Kopplung, das nahezu ammoniakfreien Destillats der Verdampferanlage für technische Zwecke und das Permeat der Umkehrosmose als Kühlwassernachspeisung für den Kühlturm. Die Innovation des neuen Verfahrens besteht darin, dass mittels Kombination und Weiterentwicklung bereits bestehender Recyclingverfahren erstmalig Prozesswasser aus der Schlackeaufbereitung behandelt und der Stoffkreislauf nahezu geschlossen werden kann. Insgesamt kann der Einsatz von Frischwasser nahezu vollständig ersetzt und weitgehend auf Grundwasserentnahmen verzichtet werden. Zusätzlich können Lärmemissionen, Energieverbrauch und Deponievolumen reduziert werden. Im Übrigen können mit der Umsetzung des Projekts jährlich 1.728 Tonnen CO2-Äquivalente, also etwa 86 Prozent, eingespart werden.

Unterstützung afrikanischer Nachwuchswissenschaftler*innen bei der Planung und Durchführung von Forschungsprojekten und bei der Veröffentlichung von Forschungsergebnissen zu nachhaltiger Entwicklung am Beispiel von UNESCO-Biosphärenreservaten

Hintergrund Das UNESCO-Programm „Der Mensch und die Biosphäre“ (MAB) etabliert weltweit Biosphärenreservate als Modellregionen für nachhaltige Entwicklung. Diese verbinden Schutz-, Entwicklungs- und logistische Funktionen, indem sie Forschung, Umweltbeobachtung, Bildung und Wissenstransfer fördern. Dadurch können nachhaltige Wirtschaftsweisen erprobt, gesellschaftliche und ökologische Fragestellungen untersucht und naturbasierte Lösungen für den Erhalt von Ökosystemfunktionen entwickelt werden. Zur Unterstützung von Wissenschaft und angewandter Forschung für nachhaltige Entwicklung in afrikanischen Partnerländern schließt das Vorhaben an das internationale transdisziplinäre Projekt ‚TRANSECTS‘ (Transdisciplinary Education Collaboration for Transformations in Sustainability) der HNEE an, einem Partnernetzwerk aus Südafrika, Ghana, Kanada und Deutschland. Projekt Das Projekt fördert afrikanische Nachwuchswissenschaftler*innen (Master- und PhD-Kandidat*innen) sowie Akteur*innen aus UNESCO-Biosphärenreservaten in drei Ländern Subsahara-Afrikas, um ihre Forschungskapazitäten im Bereich transdisziplinärer, praxisorientierter Forschung zu stärken. Im Zentrum stehen Arbeiten in Biosphärenreservaten, die sich mit dem Erhalt und der nachhaltigen Nutzung von Ökosystemleistungen im Kontext des Klimawandels und dessen Folgen befassen. Durch Wissensaustausch, Vernetzung und Weiterbildung werden junge Forschende unterstützt, Lösungsansätze für gesellschaftliche und ökologische Herausforderungen zu entwickeln und so das Konzept der Biosphärenreservate weiterzuentwickeln und in der Anwendung zu stärken. Im Rahmen des Projektes erfolgt zunächst ein Scoping und eine Bedarfsanalyse mit dem Ziel, konkrete Netzwerkpartner*innen zu identifizieren und deren Forschungsaktivitäten in und mit Biosphärenreservaten zu analysieren. Die dabei identifizierten Forschungsthemen sollen durch afrikanische Nachwuchswissenschaftler*innen in Zusammenarbeit mit Praktiker*innen aus ausgewählten Biosphärenreservaten bearbeitet werden, wofür sie eine Förderung erhalten. Begleitet wird die Forschungsarbeit der Studierenden durch Peer-Mentor*innen, die sie bei der Optimierung von Arbeitsprozessen und bei möglichen Herausforderungen in der wissenschaftlichen Praxis unterstützen. Zur Auswahl der Studierenden wird eine Rekrutierungs- und Förderstrategie entwickelt. Wesentlicher Bestandteil des Projektes ist die Vernetzungsarbeit zwischen den Studierenden und ihre Betreuer*innen, mit dem Ziel, eine Praxisgemeinschaft Transdisziplinäres Arbeiten zu schaffen. Im Rahmen von vier online-Workshops werden Grundlagen transdisziplinärer Forschung vermittelt und der Austausch und die Vernetzung der Nachwuchswissenschaftler*innen begleitet, um praxisrelevante Forschungsergebnisse in Biosphärenreservaten zu fördern. Um die Schnittstelle Wissenschaft-Praxis zu stärken, präsentieren die Studierenden ihre Forschung auf einer internationalen Konferenz, vernetzen sich mit Praktiker*innen der Biosphärenreservate und diskutieren gemeinsam praxisrelevante Nachhaltigkeitsherausforderungen und Synergien, die sich aus den Themen für die Managementpraxis ergeben. Zudem werden Möglichkeiten für zukünftige Kooperationen, gemeinsame Publikationen und die Pflege internationaler Netzwerke identifiziert.

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