Das Projekt "Ecosystem loss of soil inorganic carbon with agricultural conversion: fate, rate, mechanisms, and path ways (ELSIC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Biogeochemie durchgeführt. The goal of this proposed research is to understand effects of agricultural conversions on soil inorganic carbon (SIC) cycle. Mitigating rising atmospheric CO2 is a top priority for human and environmental health. Despite their prevalence and increasing pressure from land-use changes, effect of SIC on climate regulation is thought to be insignificant in the short-term, leading to focused efforts and research on other means of carbon sequestration. The proposed research builds on the fellows previous NSF-funded project, in which large losses of SIC were observed with the land-use changes, and has potential to transform the current understanding of these issues. In this proposal, soil incubations in a factorial design will simulate land use-induced ecosystem changes (soil water flux, acidification, freeze-thaw cycle) to identify mechanisms of SIC transformations. Incubators customized for the field-observed conditions such as drainage, are used to approximate water-carbonate reactions closely, and periodic measurements of inorganic carbon in gas and water fluxes using stable isotopes will determine the potential rates and pathways of fluxes from SIC. Lab and field conditions will be simulated with coupled geochemistry and hydrology codes and the results compared to those from the lab and field to help improve our understanding of SIC processes. The proposal integrates geochemistry and hydrology with original methodologies involving field, lab, and modeled data for predictive understanding of rate, fate, and mechanisms of SIC transformations with land-use changes. The mentor (Dr. S. Trumbore) and the host institute (Max Planck Institute of Biogeochemistry in Jena, Germany) collectively bring expertise in isotopes and biogeochemical modeling, demonstrate excellent research and training track records, and comprise a research setting uniquely adapted to the project and the fellow.
Das Projekt "Vorhaben: Entwicklung und Anwendung der Gleichstromversorgung für Schiffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MEYER WERFT GmbH & Co. KG durchgeführt. Im Verbundprojekt SuSy wird die Technik für die Gleichstromenergieverteilung auf Schiffen entwickelt. Für die MEYER WERFT hat die Energieverteilung auf großen Passagierschiffen große Bedeutung. Ziel ist es, ein Versorgungssystem zu entwickeln, in dem Umwandlungsverluste gering, die Flexibilität hoch und Integration alternativer Energiequellen einfach sind. Dabei wird gemeinsam mit den Partnern ein modular aufgebautes System entwickelt. Durch Anwendbarkeit für viele Schiffstypen werden die Stückzahlen erhöht, was günstigere Komponenten ermöglicht. Der MEYER WERFT kommt eine zentrale Rolle im Projekt SuSy zu. Die MEYER WERFT wird das Netz konzeptionieren. Gemeinsam mit den Partnern wird das Netz entwickelt, wobei die Integration ins Schiff durch die MEYER WERFT durchgeführt wird, was auch die Interaktion mit anderen Energienetzen beinhaltet. Die MEYER WERFT wird zudem sicherstellen, dass die zu entwickelnde Lösung keine Einzellösung ist, sondern auf möglichst vielen verschiedenen Schiffstypen anwendbar ist.
Das Projekt "Meß-, Auswerte- und Visualisierungsgeräte für das BHKW-Ausbildungszentrum Travemünde" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Handwerkskammer (HWK) Lübeck durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Der weltweit wachsende Energiebedarf und steigende Energiepreise und die Erkenntnis der Endlichkeit der fossilen Energieträger (Kohle, Öl, Gas) verstärkt das Interesse, die vorhandenen Energieträger sinnvoll und sparsam zu nutzen. Große Einsparpotentiale ergeben sich durch die Minimierung der Umwandlungsverluste der Primärenergie in Sekundär- bzw. Nutzungsenergie. Ein vorbildlicher Weg zur Reduzierung von Verlusten ist die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Die wirtschaftlichste und wirkungsvollste Variante der KWK sind die Heiz- und Stromerzeugungssysteme mit Verbrennungsmotoren, die in Blockheizkraftwerken (BHKW) eingesetzt werden. Um die erkennbaren positiven Entwicklungstendenzen der BHKW-Technik weiter zu entwickeln, ist es erforderlich, die personelle und technische Infrastruktur zu schaffen. Besonders prädestiniert für den Aufbau solcher Infrastruktur sind die qualifizierten Fachhandwerker vor Ort. Den Handwerkern mit den notwendigen Grundqualifikationen sind die Kenntnisse der BHKW-Technik in Fortbildungslehrgängen zu vermitteln. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die Fortbildung muß an Schulungs-BHKW in Verbindung mit geeigneten Meß-, Auswerte- und Visualisierungsgeräten sowie geeigneten Schulungsunterlagen geschehen. Um die Konzeption für eine Aus-/Fortbildung in BHKW-Technik zu erarbeiten, wurde eine Arbeitsgruppe gebildet. Die Projektleitung übernahm die Handwerkskammer Lübeck. In der Berufsbildungsstätte Travemünde der Handwerkskammer Lübeck ist eine BHKW-Anlage mit 2 MAN-BHKW-Modulen mit Viertakt-Gas-Otto-Motoren zur Versorgung der Berufsbildungsstätte und zu Schulungszwecken installiert worden. Ergänzend wurde ein Kleinst- BHKW für die Schulungen beschafft. Für BHKW-Lehrgänge kann teilweise auf vorhandene Ausbildungsmittel, Geräte und Einrichtungen in der Berufsbildungsstätte zurückgegriffen werden. Für die speziellen Themen der BHKW-Technik sind ergänzend noch Meß-, Auswerte- und Visualisierungsgeräte erforderlich. Fazit: Das Projekt Beschaffung von Meß-, Auswerte- und Visualisierungsgeräten für das BHKW-Ausbildungszentrum Travemünde muß in Zusammenhang mit der Beschaffung einer großen BHKW-(Schulungs)-Anlage sowie einer Kleinst-BHKW-Anlage gesehen werden. Ergänzend zu den Beschaffungen wurden die erforderlichen Lehrgangsunterlagen erstellt. Das Gesamtprojekt Lehrgänge in BHKW-Technik ist erfolgreich angelaufen. Die Akzeptanz der BHKW-Technik muß noch in allen dafür potentiell zuständigen Kreisen erhöht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Basis für die Elektromobilität der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AUDI AG durchgeführt. Das Forschungsprojekt HELENE wird die Machbarkeit von GaN-auf-Si als robuste Hochspannungs-Technologie entlang der Wertschöpfungskette bis zu Demonstratoren mit hoher industrieller, gesellschaftlicher und ökologischer Relevanz überprüfen. Diese Technologie bietet einige Vorteile gegenüber dem zurzeit verwendeten SiC-Halbleiter: gesteigerte Effizienz, höhere Schaltfrequenzen, minimierter Flächenverbrauch und ein geringeres Gewicht. Auch die Kosten der GaN-Technologie sind gering genug um eine Konkurrenz darzustellen. HELENE zielt auf die Erforschung der Grundlagen hochdynamischer, kompakter Bordnetzwandler zur Reduzierung bis hin zum Entfall der 48 V-Batterie und Ladegeräten mit 60 % höherer Leistungsdichte und 40 % geringeren Verlusten gegenüber dem Stand der Technik, bei Erfüllung international geltender Zuverlässigkeitsanforderungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Automotivegerechte Umsetzung von Wandlersystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HELLA KGaA Hueck & Co. durchgeführt. Im Projekt wird der Einsatz von GaN-Bauteilen in Leistungswandlern für den Einsatz in EVs und PHEVs untersucht. Immer mehr Sicherheits- und Komfortkomponenten benötigen Leistungen im Bereich größer als 1kW, die im 12V-Bordnetz unzureichend oder gar nicht bedient werden können. Dafür wurden für Pkw weitere Spannungsebenen im Bereich von 48V bzw. über 400V etabliert. Zur Leistungsübertragung zwischen diesen Spannungsebenen sind kompakte, effiziente und zuverlässige Wandler erforderlich. Zunächst wird ein hochdynamischer, bidirektionaler Bordnetzwandler mit einer Nennleistung von ca. 6kW entwickelt, der eine Verkleinerung bzw. Entfall der 48V-Batterie ermöglicht. Zu diesem Zweck werden die Eigenschaften neuer GaN-Schalter und innovative AVT-Ansätze zur Kühlung eingesetzt, um trotz erhöhter Anforderungen eine kompakte, zuverlässige und effiziente Lösung zu ermöglichen. Zur Ladung der Traktionsbatterie soll ein Ladegerät mit etwa 3,7kW mit Skalierungsoption auf 11kW bei dreiphasiger Versorgung entwickelt werden, das gegenüber dem Stand der Technik eine Erhöhung der Leistungsdichte um 60% mit gleichzeitiger Senkung der Umwandlungsverluste um 40% aufweist. Im Teilvorhaben werden die Systemanforderungen analysiert und darauf aufbauend Funktionsmuster und Demonstratoren entwickelt, aufgebaut und validiert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Niederspannungsschaltgeräte für intelligente Netze - Modulares Gleichstromschalterkonzept für den zuverlässigen und sicheren Betrieb zukünftiger intelligenter Verteil- und Übertragsnetze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH durchgeführt. Die Netzintegration dezentraler Erzeugeranlagen wie Photovoltaiksystemen, Batteriespeichern oder Offshore-Windparks ist notwendig für den Ausbau erneuerbare Energien. Diesen modularen Erzeugersystemen ist die Verwendung von Gleichstromkreisen gemeinsam. Für eine hocheffiziente Nutzung gilt es hierbei eine möglichst hohe Systemspannung für den jeweiligen Spannungsbereich zu beherrschen und Umwandlungsverluste zu minimieren. In derzeitigen Konzepten sind Hochleistungsschalter für eine Reihenschaltung von Submodulen der dezentralen Stromversorgungssysteme vorgesehen. Aufgrund der Verschaltung der Module müssen unter hohen Kosten und techn. Aufwand Sicherheitsschalter mit hoher Schaltleistung entwickelt werden. Die Modulbauweise der dezentralen Stromversorgungssysteme bietet hierbei die Möglichkeit für einen Paradigmenwechsel und für eine intelligente Lösung der Schaltaufgabe. Das Konzept von 'Smart Modular Switchgear' basiert auf vielen Gleichstromschaltern, die einzelne Module miteinander verbinden. Für die Ausschaltung eines Fehlerstroms aller Submodule müssen sich mehrere Schalter die Schaltaufgabe teilen. Durch die Abschaltmöglichkeit der einzelnen Submodule erweitert sich die Sicherheitsfunktion vorteilhaft auch auf Fehler zwischen den Submodulen. Das Forschungsprojekt 'Smart Modular Switchgear' beschäftigt sich mit der Erforschung und Entwicklung von Schalt- und Schutzkonzepten für den Einsatz in Gleichspannungsnetzkonfigurationen unterschiedlicher Spannungsebenen. Das Projekt beinhaltet die Erstellung von Lastenheften mit Hilfe von Messungen und Simulationen sowie den Entwurf von Prototypenschaltern. Diese werden mit innovativer, entwickelter Mess- und Detektionstechnik ausgerüstet und in Prüffeldern und Messständen untersucht. Die Verifikation zugrunde gelegter Simulationen erfolgt in experimentellen Aufbauten. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Entwicklung und Optimierung von Schalt- und Schutzkonzepten für den Einsatz in Netztopolgien höherer Systemspannungen.
Das Projekt "InfraVolt: Infrarot-Optische Nanostrukturen für die Photovoltaik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-5: Photovoltaik durchgeführt. Das Ziel des Verbundprojektes ist die Verbesserung des Wirkungsgrades von Solarzellen durch den Einsatz von optischen Nanomaterialen, um den infraroten Spektralbereich des Sonnenlichts zwischen 850-1600 nm nutzbar zu machen. In diesem Spektralbereich kann durch ein gezieltes Photonenmanagement der Wirkungsgrad von Solarzellen signifikant verbessert werden. Die Entwicklung einer photonischen Solarzelle, die aus einem Schichtstapel aus photovoltaisch aktiven Schichten und winkelselektiven Filterschichten besteht, soll für eine signifikante Reduzierung von Strahlungsverlusten und damit für eine verbesserte Ausnutzung des infraroten Spektralbereiches sorgen. Um den Lichtweg von infrarotem Licht in Dünnschichtsolarzellen zu verlängern, sollen 3D photonische Kristalle als Rückseitenreflektor in die Solarzellen integriert werden. Das Design der photonischen Kristalle kann derart eingestellt werden, dass ein hoher Reflexionsgrad in der Nähe der optischen Bandlücke vorliegt. In Verbindung mit einer optimierten Vorderseitentextur ist eine breitbandige Absorptionserhöhung im infraroten Spektralbereich zu erreichen. Eine Integration dieser Konzepte in bestehende Solarzellenstrukturen soll stets gewährleistet sein. Die Ziele einer signifikanten Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Solarzellen durch die Ausnutzung eines größeren Spektralbereiches werden damit erreicht, und die nachhaltige Entwicklung bei der umweltfreundlichen Energieumwandlung durch Photovoltaik wird gesichert.
Das Projekt "Stabilität und Effizienz neuartiger Polymere in invertierten organischen Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BELECTRIC OPV GmbH durchgeführt. Das Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung konkurrenzfähiger OPV-Systeme, v.a. für die Gebäudeintegration. Dies gelingt nur mit OPV-Modulen, die innerhalb des magischen Dreiecks aus Effizienz, Stabilität und Preis liegen. Voraussetzung für das Erreichen der Ziele ist die Verfügbarkeit geeigneter Materialien. BEL wird gemeinsam mit dem Projektpartner Merck neue 'low bandgap'-Polymere entwickeln, die Solarzellen mit größer als 9 Prozent Wirkungsgrad und langer Lebensdauer ermöglichen. Das Vorhaben soll nicht nur einzelne hocheffiziente Materialien, sondern auch Designregeln hervorbringen, die es Merck erlauben, Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für die organische Elektronik herzustellen. BEL wird aus den von Merck erhaltenen Materialien Solarzellen und Minimodule herstellen und diese durch Variation der Zellkomponenten sowie der Prozessparameter optimieren. Die für die beobachtete Differenz zur theoretisch möglichen Effizienz verantwortlichen Verlustmechanismen werden durch Analyse der Ladungsträgerdynamik aufgeklärt. Um relevante Degradationspfade zu ermitteln, werden Zellen unter verschiedenen kontrollierten Bedingungen degradiert. Die Analyse des elektrischen und optischen Verhaltens erlaubt die Identifizierung der Alterungsmechanismen. Die stofflichen Ursachen der Degradation werden anhand spektroskopischer und strukturaufklärender Methoden ermittelt. Anhand der gewonnenen Daten werden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen hinsichtlich Effizienz und Stabilität abgeleitet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Schaltungen und Regelungen für GaN-basierte Bordnetzwandler" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Paderborn, Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik, Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik (LEA) durchgeführt. Beim Fachgebiet LEA werden für On-Board-Wandler neuartige Topologien und geeignete Regelungsansätze entwickelt, die besonders die Vorteile von schnellen Wide-Bandgap-Schaltern (WBG) ausnutzen, ergänzt um eine Reduzierung der Wandlungsstufen. Im Zuge der Optimierung wird eine funktionsübergreifende, niederinduktive Schaltzelleinheit zur Reduzierung der Filtergrößen, verbesserten Kühlung und Skalierbarkeit der Leistungsklasse entwickelt, die für modularisierbare Interleavingtechnik geeignet ist. Durch Resonanzbetrieb und integrierte Elektro-Magnetische-Verträglichkeit-(EMV)-Filter werden elektromagnetische Störungen verringert. Zur Entwicklung höchstkompakter magnetischer Komponenten werden die Einflussgrößen Kerngeometrie, Ferritmaterial und Wicklungskonzept bezüglich Verluste und Entwärmung im angestrebten Frequenz- und Leistungsbereich untersucht. Im Ergebnis steht ein kompakter, verlustarmer und modularisierbarer Aufbau des Ladewandlers. Weil EMV-Filter erheblichen Bauraum in Ladewandlern beanspruchen, wird mit einer rechnergestützten Mehrzieloptimierung deren Bauvolumen reduziert, indem das Störspektrum für ausgewählte Schaltungen abgeschätzt und optimale Geometrieparameter des EMV-Filters ermittelt werden. Zudem ist LEA bei der Schaltungsauswahl, -auslegung und Regelungsentwurf für den DC-DC-Wandler beratend beteiligt. Der Nachweis der Ergebnisse erfolgt durch Aufbau von 2 Ergebnisdemonstratoren und 3 Funktionsmustern.
Das Projekt "Untersuchungen zur nachhaltigen Flaechennutzung durch Holzplantagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Bodenkunde und Waldernährung durchgeführt. Das Vorhaben richtet sich auf die Erfassung von Naehrstoffverlusten, die bei der Bewirtschaftung von Forstplantagen auftreten und zur Degradation der Standorte fuehren. Dabei ist zu unterscheiden zwischen Exportverlusten, die durch den Entzug von Biomasse bei der Holznutzung entstehen und Umwandlungsverlusten, die bei der Erst-Anlage und Erneuerung der Plantagen durch Unterbrechung der Naehrstoffkreislaeufe entstehen. Beide Verlustarten erfordern unterschiedliche methodische Ansaetze: Die Exportverluste werden mit Hilfe von Biomasse- und Naehrstoffinventuren auf 140 Teilparzellen ermittelt, die 7 unterschiedliche Baumarten, verschiedene Standortsbedingungen und verschiendene Bestandesgeschichte erfassen. Die Umwandlungsverluste werden mit Hilfe von Dauerbeobachtungen und kontinuierlicher Probenahme auf 4 Teilflaechen ueber einen Zeitraum von 3,5 Jahren ermittelt. Dieser Zeitraum umfasst die Phasen des Zustandes vor der Umwandlung, Holzeinschlag, Abbrennen der verbleibenden Biomasse) und der ersten drei Jahre nach der Neuanpflanzung.
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