Das Projekt "BenchBatt - Benchmarking und Evaluation der Leistungsfähigkeit und Kosten von Hochenergie- und Hochvolt-Lithium-Ionen Batterien im Vergleich zu Post-Lithium-Ionen Technologien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, MEET Batterieforschungszentrum durchgeführt. 1. Vorhabenziel Die Frage nach der Batterietechnologie mit signifikant höheren Energieinhalten als dem Stand der Technik (sog. 'Next Generation') ist immer noch offen. Das Projekt BenchBATT soll sich mit der Evaluierung der Chancen und Herausforderungen von neuartigen Hochenergie- und Hochvolt-Lithium-Ionen Batterien (HE- und HV-LIBs) im Vergleich zu Post-Lithium-Ionen Batteriesystemen (PLIBs), dabei insbesondere dem Lithium-Luft System (Li/O2) und dem Lithium-Schwefel System (Li/S), beschäftigen. Die zentrale Fragestellung betrifft die zukünftige Konkurrenzfähigkeit (bzgl. spezifischer (Wh/kg) und volumetrischer (Wh/L) Energie sowie Kosten) von energieoptimierten LIBs gegenüber realisierungsfähigen PLIBs in Hinblick auf automobile und stationäre Anwendungen. Gegenüber LIBs stellen PLIBs sehr viel höhere theoretische (also auf der Basis der Aktivmaterialien kalkulierte) Energieinhalte in Aussicht. Allerdings befinden sich die PLIBs technologisch noch immer im Grundlagenforschungsstadium. Bis zur evtl. Marktreife gilt es in beiden betrachteten Systemen (Li/S, Li/O2) noch zahlreiche technische Probleme zu lösen (u.a. Selbstentladung, Elektrolytaustrocknung, Elektrolytzersetzung, Irreversibilität, Lebensdauer, Ratenfähigkeit). 2. Arbeitsplanung Nachdem sich die LIB-Technologie rasant weiterentwickelt, auch hinsichtlich höherer Energieinhalte, ist es fraglich ob und wie die PLIB-Technologie die LIB in Performanz ein- oder überholen wird. Innerhalb von BenchBATT soll systematisch untersucht werden, inwieweit die zurzeit verwendete LIB-Technologie bzgl. ihrer Energiedichte optimiert werden kann, wobei bewusst (verträgliche) Abstriche in Leistung in Kauf genommen werden. Diese energieoptimierte LIB soll bzgl. aller für die Performanz relevanten Parameter mit PLIBs (aus der Literatur), in denen die Leistung und Lebensdauer optimiert wurde, sowohl theoretisch als auch experimentell (im Falle der LIBs) verglichen werden.
Das Projekt "Linking landscape structure and rainfall runoff behaviour in a thermodynamic optimality context" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Hydrologie durchgeführt. Our main objective is to explore an alternative thermodynamic perspective on rainfall runoff generation on the hillslope and headwater scale. From a thermodynamic perspective any water mass flux is equal to a -potential gradient- divided by a -resistance-, and fluxes deplete due to the second law of thermodynamics their driving gradients. Relevant potentials controlling rainfall runoff are soil water potentials, piezometric heads and surface water levels and their gradients are associated with spatial differences in associated forms of free1 energy. Rainfall runoff processes thus are associated with conversions of capillary binding energy, potential energy and kinetic energy. These conversions reflect energy conservation and irreversibility as they imply small amounts of dissipation of free energy into heat and thus production of entropy. Energy conversions during rainfall runoff transformation are, though being small, nevertheless of key importance, because they are related to the partitioning of incoming rainfall mass into runoff components and storage dynamics. This splitting and the subsequent subsurface dynamics is strongly controlled by preferential flow paths as they reduce subsurface flow resistances along their main extent, resulting in accelerated fluxes against the driving gradient. This implies an enlarged power in the subsurface flux and with it either enlarged free energy export or increased depletion of internal driving gradients, and thus a faster relaxation back towards local thermodynamic equilibrium. Thermodynamic optimality principles allow for a priory optimization of the resistance field at a given gradient, not in the sense how they exactly look like but in the sense how they function with respect to export and dissipation of free energy. We will thus explore the possibility of independent predictions of rainfall runoff in this project, in the sense that the a-priory optimum model structures should match independent observations at the hillslope and headwater scale. We also explore whether an apparent disequilibrium in landscape structure (reflected in topography, vegetation pattern, soil catena and apparent preferential pathways) implies temporally persistent patterns of soil moisture states in the sense that they coincide with local thermodynamic equilibria. This might offer the opportunity for useful backward predictions of distributed state dynamics by using observed dynamics of stream and ground water levels as boundary conditions characterizing the levels of relevant minima in geo-potential and zero matric potential in the subsurface. Last not least we test the feasibility to define hydrological similarity with respect to free energy stocks and conversions related to rainfall runoff (instead of focusing directly on the mass balance) with respect to classify catchments and hillslopes with respect to similar behavior.
Das Projekt "Global Earth Observation - Benefit Estimation: Now, Next and Emerging (GEO-BENE): Conceptual Models for the Role and Benefits of EO and Modelling" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. Background: We investigate the role of future learning about the climate system (by global earth observation and modelling) and about climate thresholds in timing abatement policies. Learning plays a crucial role when irreversibilities or rigidities and large uncertainties are present in the system as in the case of climate change. For computational reasons most multi-stage models have simplified the learning process to an autonomous, perfect one-time learning. We focus on the implications of sequential, potentially active resolution of uncertainty in a simple multi-stage model with a climate threshold. Thereby, the concept of 'value of information' and 'future value of information' can be extended to the value of different sequential learning processes. Thereby, it is hoped to gain qualitative insights into questions like: How do first period optimal decisions with anticipated sequential learning compare to decisions for one-time learning? What is the benefit from resolving uncertainties over time in terms of improved abatement policy? What would the value of tipping point early warning systems be? How does this value depend on the flexibility in abatement and on other system properties? When is anticipation of learning essential? Method: (Approximate) stochastic dynamic programming. Results: In a first step, the probably simplest sequential decision model possible representing irreversibility, time-lags and a threshold (modified version of the model presented in Maddison(1995)) was used to gain first insights into the questions above. Learning was represented in a simple parametrized form taken from Kolstad (1996) and modified to represent active learning. Besides the sunk-cost - climate-irreversibility trade-off well known from the literature, additional tradeoffs are observed between learning velocity and threshold location and impacts, and between learning velocity and flexibility in abatement. Whether there is a clear correspondence between one-time learning and sequential learning in terms of first period recommendations is yet to be determined.
Das Projekt "Modeling farm level structural change in a dynamic competitive environment" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Department für Agrarökonomie und Rurale Entwicklung durchgeführt. Agrarian structures are considered to be an important factor for the competitiveness of farming. Therefore, on the one hand, agricultural economists have been concerned for a long time with describing, analyzing and modeling structural change in agriculture. On the other hand, high political attention is devoted to the competitiveness of agricultural production and the income situation of farms; however, to adequately forecast structural change in agriculture in general and to analyze the effects of different political schemes in particular, a fundamental understanding of farm-level structural change, i.e., investment and disinvestment decisions of farmers, is necessary. In this subproject we develop a model in which uncertainty, dynamics and irreversibility inherent in many decision-making situations, together with the bounded rationality of decision-makers, can be taken into account. Another important issue deals with competition, i.e., interactions between different agents. The model will be developed using results from the first project phase. Finally, the results could be an important preliminary work for an improved assessment of the effects of different political schemes. Besides the methodical objective of this subproject, the improved investment and disinvestment model will be applied exemplarily to the dairy sector which shows a high (and further increasing) intensity of competition.
Das Projekt "Irreversibilität des Verlustes an biologischer Vielfalt aus ökonomischer Sicht" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Alfred-Weber-Institut für Wirtschaftswissenschaften, Lehrstuhl für Umweltökonomik durchgeführt. Ziel dieses Forschungsprojekts war die konzeptionelle und theoretische Untersuchung des irreversiblen Verlustes biologischer Vielfalt aus ökonomischer Sicht. Während bisherige ökonomische Studien dieses Problems Biodiversität in stark vereinfachter Form konzeptionalisieren - überwiegend durch eine einzige Variable, wie z.B. die Anzahl an Arten oder die Fläche von Land in natürlichem Zustand - war das besondere Ziel hier, ein detaillierteres Bild von Biodiversität und ihrer Rolle für die Funktionsfähigkeit von Ökosystemen anzuwenden. Der Schwerpunkt lag dabei auf der ökonomischen Nutzung von Ökosystemdienstleistungen, und nicht auf dem direkten ökonomischen Nutzen einzelner Arten. Ein besonderes Merkmal dieses Projekts bestand in der interdisziplinären Kombination grundlegender ökologischer Einsichten in die Rolle von Biodiversität in Ökosystemen mit dem grundlegenden ökonomischen Argument des optimalen Schutzes von Biodiversität. Die Forschung in diesem Projekt konzentrierte sich auf vier Schwerpunktbereiche: (1) Messung von Biodiversität, (2) optimaler Schutz von Biodiversität in natürlichen Ökosystemen, (3) Biodiversität als Versicherung für risikoaverse ökonomische Agenten, (4) Biodiversität als knappes Gut.
Das Projekt "Experimentelle Klärung regulatorisch relevanter Endpunkte in Abhängigkeit vom Wirkmechnismus bei der Entwicklung und Validierung eines Fish Full Life-Cycle (FLC-) Tests im OECD Prüfrichtlinien-Programm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ECT Ökotoxikologie GmbH durchgeführt. Ausgangslage / Zielstellung / Methodik des Vorhabens: Zur Erfassung populatiuonsrelevanter Effekte von Stoffen auf aquatische Vertebraten gibt es noch keine geeigneten international anerkannten Testmethoden. Deutschland beteiligt sich im OECD Prüfrichtlinien-Programm mit den UFOPLAN-Projekten 204 67 454/02 sowie 206 67 470 (Literaturstudie) an der Entwicklung eines Full-Life-Cycle-(FLC-)Tests für Fische. Der FLC-Test erfasst irreversible Wirkungen auf frühe Entwicklungsstadien ebenso wie Störungen der Reproduktion. Die Methode eignet sich besonders für die Bewertung endokriner Wirkungen und wird auf der Basis von Einzelfallentscheidungen bereits beim Vollzug des Arzneimittel- und auch des Pflanzenschutzgesetzes eingesetzt. Ein weiteres, zukünftiges Anwendungsfeld ist die Identifizierung endokrin aktiver Industriechemikalien für das Autorisierungsverfahren der REACH-VO. Zur Sicherung einer erfolgreichen Fortführung der Entwicklung und Validierung des FLC müssen geeignete deutsche Forschungslabors arbeitsteilig an den OECD-Programmen mitwirken. Deutschland ist hier als wirtschaftstarkes Mitgliedsland in der Pflicht. Wie auch auf dem IVA/UBA/VCI- Workshop im Dezember 2007 festgestellt, sind zur Erhöhung der Bewertungssicherheit im Rahmen der Stoffgesetze begleitende konzeptionelle und experimentelle Arbeiten in Hinblick auf gezielte regulatorische Fragestellungen erforderlich. Für die Durchführung und Auswertung dieser komplexen Testmethode werden dringend weitere experimentelle Daten zu den, für die o. g. Wirkungen, relevanten Parametern benötigt. Ziel des Vorhabens ist die Fortsetzung der deutschen Beteiligung mit konzeptionellen und ...
Das Projekt "Untersuchung zur reversibilitätsnahen Verbrennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Umwelttechnik durchgeführt. Die Verbrennung von fossilen und nachwachsenden Energieträgern ist mit erheblichen Irreversibilitäten verbunden, die in den industrieeingeführten Prozessen und Anlagen nicht zu vermeiden sind. In diesem Forschungsprojekt sollen diese Verluste aufgedeckt werden und Strategien betrachtet werden mit denen die bei der Verbrennung auftretenden Irreversibilitäten vermieden bzw. gemindert werden können. Ein möglicher Lösungsansatz besteht in der Realisierung thermisch-chemischer Kreisprozess, die z.B. Vergasungs- und Pyrolysestufen enthalten.
Das Projekt "CLIENT II-Definitionsprojekt - SISper: Sozio-ökologischer Impakt von Schwermetallemissionen im Einzugsbereich eines Erztagebaus in Peru - Charakterisierung und nachhaltiges Management" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sensatec GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Definitionsprojektes sollen bestehende Kontakte ins Partnerland intensiviert und im Rahmen der geplanten Reisen Kontakte zu weiteren Stakeholdern hergestellt werden. Das Problem der Boden- und Grundwasserkontamination soll an einem realen Standort (möglicher Testfeldstandort) erörtert und durch die Realisierung von Machbarkeitsuntersuchungen Möglichkeiten der Behebung gefunden werden. Mittels einer Machbarkeitsuntersuchung soll betrachtet werden, ob austretende Schwermetalle mittels biologischer Verfahren zurückgehalten werden können. Mittels Eluierungsversuchen sollen die Milieubedingungen stufenweise verändert werden, während die Schadstoffkonzentration in dem Eluat analysiert wird. Auf diese Weise lassen sich die Wirkstoffart, die Menge sowie die nötige Kontakt-/Verweilzeit bestimmen, welche für das Unterbinden einer Schwermetallfreisetzung nötig sind. Nach Abschluss der Untersuchungen inkl. Identifizierung der geeignetsten Einsatzstoffe ist vorgesehen, die erfolgversprechendste Variante in einer Säulenuntersuchung auf Nachhaltigkeit und Irreversibilität der Prozesse zu untersuchen. Dabei wird Wasser mit dem wirkungsvollsten Mittel aus den Eluierungsversuchen durch eine Säule geleitet, in welchem das Haldenmaterial eingebaut ist. Nach Immobilisierung der Schwermetalle (Nachweis über Analysen des Eluats auf Schwermetalle), werden verschiedene, möglicherweise in der Realität auftretende Szenarien 'durchgespielt'. Dabei wird z.B. der pH-Wert des zuströmenden Wassers abgesenkt, wobei gleich-zeitig weiterhin die Schwermetallkonzentration im Eluat bestimmt wird. Auf diese Weise wird die Nachhaltigkeit der Maßnahme überprüft. Nach Abschluss der Untersuchungen für die Halde werden die Ergebnisse, auf die in situ Situation extrapoliert.
Das Projekt "Teilprojekt 6 - 'Konzepte der ökonomischen Bewertung von Biodiversität und Naturkapital''" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Umweltsozialwissenschaften und Geographie, Professur für Umweltökonomie und Ressourcenmanagement durchgeführt. Das ValuGaps-Teilprojekt 6 'Konzepte der ökonomischen Bewertung von Biodiversität und Naturkapital' wird die Konzepte der ökonomischen Bewertung von Biodiversität und Naturkapital im Hinblick auf die flächendeckende Anwendung aufarbeiten und weiterentwickeln. Dazu wird herausgearbeitet, wie der ökonomische Werte von Naturkapital abhängt von: (i) Grad der Substituierbarkeit bzw. Komplementarität zwischen Naturkapital und produziertem Kapital; (ii) Unsicherheit über zukünftige ökologische und ökonomische Entwicklungen und Irreversibilitäten; (iii) Heterogenität der Präferenzen der Mitglieder der Gesellschaft, insbesondere Zeit- und Risikopräferenzen; (iv) Normen intra- und intergenerationaler Verteilungsgerechtigkeit und sich dabei methodisch vorwiegend auf die theoretische Analyse konzeptionell fokussierter, generischer Modelle stützen.
Das Projekt "Freilanduntersuchung zur Reaktion von Jungbuchen auf wiederholte extreme sommerliche Trockenheit (KLIP13)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fachgruppe Geowissenschaften, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Bodenökologie durchgeführt. Analyse von trockenstressbedingten Reaktionen und Regenerationsfähigkeit von Jungbuchen. Dabei werden folgende Untersuchungsschwerpunkte angestrebt: Wasserhaushalt von Boden und Jungbuchen Reaktion des Wurzelsystems Oberridische physiologische und strukturelle Stressreaktionen Ernährungszustand und Regenerationsfähigkeit.
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