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Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und niedrigen Wolken verstehen mit maschinellem Multi-Target-Lernen

Niedrige Wolken der marinen Grenzschicht kühlen das Erdsystem und spielen somit eine entscheidende Rolle für die Energiebilanz der Erde. Die physikalischen Eigenschaften dieser Wolken werden von Aerosolen beeinflusst. Veränderungen in der Zusammensetzung oder Konzentration atmosphärischer Aerosole können daher die Strahlungswirkung und somit das Kühlungspotential dieser Wolken verändern. Die Quantifizierung der Auswirkungen atmosphärischer Aerosole auf marine Grenzschichtwolken mit Beobachtungsdaten ist eine große Herausforderung, da viele Prozesse gleichzeitig wirken, statistisch schwer zu trennen sind und Wolken gegen Aerosoleinflüsse “gepuffert” sein können. Globale Klimamodelle können diese Prozesse nicht auflösen, sodass sie über Parametrisierungen festgeschrieben werden müssen, welche wiederum mit Unsicherheiten belastet sind. Durch diese Probleme in der Auswertung von Beobachtungen sowie in Modellen ist die Quantifizierung von Aerosol-Wolken-Interaktionen weiterhin eine der größten Unsicherheiten der Klimawissenschaften, was die Abschätzung der Klimasensitivität erschwert.Das beantragte Forschungsprojekt adressiert diese Herausforderungen und wird die Wirkung von Aerosolen auf marine Grenzschichtbewökung mit globalen Beobachtungsdaten quantifizieren und die Parameterisierungen dieser Prozesse in globalen Klimamodellen evaluieren. In aktuellen Studien haben statistische Modelle aus dem Bereich des maschinellen Lernens geholfen, das Aerosol-Wolken-Meteorologie-System besser zu verstehen und zu quantifizieren, da sie in der Lage sind, Effekte von Aerosolen von anderen atmosphärischen Größen zu isolieren. Das beantragte Forschungsprojekt wird sich auf maschinelle Lernmethoden stützen, welche zusätzlich in der Lage sind, alle relevanten Wolkeneigenschaften gleichzeitig vorherzusagen, und damit mögliche Puffer explizit berücksichtigen und quantifizieren können. Die statistischen Modelle werden verwendet, um Zusammenhänge und Prozesse in globalen Beobachtungsdaten und dem Output globaler Klimamodelle zu analysieren. Auf diese Weise kann eine prozessorientierte Evaluierung von Modellparameterisierungen erreicht werden, die sich deutlich von dem üblichen Vergleich klimatologisch gemittelter Wolkenmuster abhebt. So können Modellparametrisierungen beobachtungsgestützt eingegrenzt, und der Strahlungsantrieb durch Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und marinen Grenzschichtwolken quantifiziert werden.

Die gepackte Saeule in der aeroben Abwasserreinigung

Zur Reinigung von Abwaessern mit hohen organischen Schadstoffkonzentrationen werden aerobe Hochlastreaktoren eingesetzt. Dabei wird die Leistungssteigerung mit unterschiedlichen Verfahrens- und Reaktortechniken erzielt. Alle Systeme haben gemeinsam, dass bei intensiver Durchmischung mit hoher Turbulenz durch Scherkraefte grosse Phasengrenzflaechen zwischen Substrat/Sauerstoff und Bakterien/Sauerstoff erzeugt werden. Dies verbessert sowohl den Sauerstofftransport als auch den Stoffuebergang. Nach diesen Prinzipien arbeitet auch der Umlaufreaktor mit gepackter Saeule, die aus speziell geformten Keramikteilen besteht. Modelluntersuchungen mit synthetischem Abwasser zeigen, dass dieser Reaktor die Abbauleistung bekannter Hochlastreaktoren erreicht, aber weniger Energie und keine beweglichen Teile benoetigt.

LGRB-BW BK50: Standort für naturnahe Vegetation

Der Darstellungsdienst zeigt die Bewertung der Bodenfunktion "Sonderstandort für naturnahe Vegetation" gemäß Bundes- bzw. Landesbodenschutzgesetz. Die Ableitung erfolgt auf Grundlage der GeoLa BK50 nach dem Leitfaden "Bewertung von Böden nach ihrer Leistungsfähigkeit" (LUBW, 2010). Es werden nur die vorherrschenden Böden mit einem Flächenanteil über 25 Prozent berücksichtigt. Da das Verfahren vor allem auf bodenkundlichen Parametern beruht und Standortsfaktoren wie Klima und Relief nur wenig berücksichtigt werden, sollten die Bewertungen nicht für überregionale oder landesweite Vergleiche herangezogen werden. Die Nutzung und Interpretation der Daten ist für den Maßstabsbereich von 1 : 25 000 bis 1 : 50 000 geeignet. Für eine flächengenaue, großmaßstäbige Bewertung der Bodenfunktionen unter landwirtschaftlicher Nutzung sind die Daten auf Grundlage der Bodenschätzung heranzuziehen.

Biochemische Rückgewinnung von Kupfer (Kreislaufwirtschaft) aus Abwasseremissionen (z.B. Leiterplattenfertigung)

Die gekoppelte Eliminierung und Rückgewinnung von Kupfer aus Abwassergemischen stellt ein zukünftig nur noch durch produktionsintegrierte Maßnahmen lösbares verfahrenstechnisches Problem dar, da zunehmend neben der Reinigung des Wassers auch die Wertstoffrückgewinnung und damit die ressourcenminimierte Produktion in den Vordergrund der Zielsetzung steht (Kreislaufwirtschaft). Hierbei gilt es, auf die schwierigen Reaktionsbedingungen bei kupferbelasteten Abwässern (extrem niedrige pH-Werte) und die notwendige Produktreinheit des Kupfers zu achten. Den biologischen Prozessen wurde daher bisher nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt, obwohl gerade hier ein großes Potential zur Problemlösung bei Vermeidung der Nachteile andrer Verfahren gegeben ist. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass eine solche Kupferrückgewinnung möglich wird, wenn eine gekoppelte chemische/ biochemische Redoxreaktion zur Anwendung kommt. Dem im Wasser sulfidisch gelösten Kupfer wird Eisen aus z.B. Eisenschrott zur Substitution angeboten, so dass Kupfer in reiner Form ausfällen kann (Bestandteil des hier beantragten Forschungszeitraums). Das entstehende Eisensulfat wird hierzu durch Mikroorganismen (thiobacillus ferrooxidans) oxidiert und der Gleichgewichtsreaktion entzogen. Allerdings liegen bisher keine hinreichenden Grundlagenkenntnisse zur detaillierten Beschreibung und Modellierung der dieses Verfahren bestimmenden Reaktionen und reaktionsbeeinflussenden Parameter vor. Die Erarbeitung von Auslegungskriterien sind Inhalt dieses Antrages.

Auswirkungsuntersuchungen zur Unkrautbekaempfung auf Gleisanlagen durch Infrarotbestrahlung

Die unverzichtbare Entfernung des Pflanzenwuchses auf den Gleisanlagen der Bundesbahn soll zukuenftig umweltvertraeglicher durch physikalische (thermische) Verfahren erreicht werden, statt wie bisher massiv die chemische Keule einzusetzen und damit das Grundwasser zu gefaehrden. Das Ziel dieses Projektes besteht in der Kontrolle und Optimierung von Verfahrensparametern der Infrarotbestrahlung, wie Fahrgeschwindigkeit des Unkrautbekaempfungszuges, Temperatur, Strahlerabstand, Wiederholungshaeufigkeit usw.

Sonderforschungsbereich Transregio 181 (SFB TRR): Energietransfer in der Atmosphäre und im Ozean, Teilprojekt (18) S02: Verbesserte Parametrisierungen und Numerik in Klimamodellen

Das Ziel dieses Projektes ist es, neue Parametrisierungen und numerische Algorithmen zur Verbesserung der Energiekonsistenz in die Ozeankomponenten der neuen Erdsystemmodelle, die momentan in Deutschland entwickelt werden, zu implementieren. Das Projekt wird ebenfalls die Entwicklung und Implementierung von neuen atmosphärischen Parametrisierungen unterstützen. In Zusammenarbeit mit den anderen Projekten im SFB/TRR wird das Projekt einen Rahmen für die Synthese der gemeinsamen Arbeit liefern und dient - zusammen mit S1 - als ein Erfolgskriterium.

EcoForge - Leittechnologie für Morgen: Ressourceneffiziente Prozessketten für Hochleistungsbauteile, Teilprojekt 4: Energie- und ressourcenschonende Fertigung durch Heißzerspanen aus der Schmiedehitze

Forschungsziele: Das Vorhaben ist ein Teilprojekt (TP4) der Leittechnologie-Initiative 'EcoForge - Ressourcen-effiziente Prozessketten für Hochleistungsbauteile' der AiF und hat im Bereich Zerspanung zwei übergeordnete Ziele: - Analyse der in den Teilprojekten TP1-6 betrachteten Werkstoffe auf ihre Eigenschaften bezüglich Zerspanbarkeit durch die Prozesse Tiefbohren und Drehen - Überprüfung der Machbarkeit einer Nutzung der Schmiedehitze zur Heißzerpanung. Gegenstand der Forschung im laufenden Vorhaben ist die Realisierung der Nutzung der Schmiedehitze zur Heißzerspanung (Bild 1). Durch die Verknüpfung von Schmiedeprozess und Zerspanung kann von der besseren Zerspanbarkeit bei hohen Temperaturen profitiert werden und in Zukunft die Verwendung von bainitischen Schmiedestählen mit reduziertem Schwefelgehalt zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen ermöglichen. Angestrebte Forschungsergebnisse: Die Vorteile der Nutzung der Schmiedehitze zur Heißzerspanung für die Prozesskette können wie folgt zusammengefasst werden: - Wegfall einer zusätzlichen Randschichthärtung bzw. -verfestigung - Bainit besitzt ausreichende mechanische Eigenschaften - Bauteile weisen homogene Härte auf - Nutzung der Schmiedehitze zur Heißzerspanung - Abschrecken wird bei ca. 500 C unterbrochen - Verbesserte Zerspanbarkeit bei hohen Temperaturen (Bild 2) - Längere Werkzeugstandzeiten. Zerspankräfte beim Drehen der Proben mit unterschiedlichen Temperaturen. - Reduzierung des Schwefelgehalts in AFP-Stählen - Zerspanbarkeit wird durch hohe Temperaturen gewährleistet - Bessere Funktionseigenschaften der Bauteile.

Sonderforschungsbereich Transregio 181 (SFB TRR): Energietransfer in der Atmosphäre und im Ozean, Teilprojekt (17) S01: Diagnose und Metriken in Klimamodellen

Um den Einfluss von Modelländerungen die von den anderen Forschungsbereichen des SFB/TRR erarbeitet wurden auf die Resultate von zwei modernen deutschen Klimamodellen (ICON-A/ICON-O und ECHAM6/FESOM) zu beurteilen, werden Metriken und Fehlerdiagnosen entwickelt. Mit Hilfe des 'Earth System Model Validation Tool' werden diese für die Partner verfügbar gemacht. Es sollen Protokolle für numerische Experimente entwickelt werden um die Modelle, ihre Reaktion auf geänderten Antrieb und Randbedingungen effektiv zu evaluieren sowie die Sensitivität auf die numerische Formulierung und Parametrisierungen zu beschreiben.

Energetische Nutzung biogener Reststoffe mit AER-Technologie

Ziel des Vorhabens der TBM Technologieplattform Bioenergie und Methan GmbH & Co. KG ist es, die wirtschaftliche und nachhaltige Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme aus Biomasse mit Hilfe der neu entwickelten AER (Absorption Enhanced Reforming)-Vergasungstechnologie in einer Anlagengröße von 10 MW Brennstoffwärmeleistung zu demonstrieren. Das neue Verfahren wurde vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) entwickelt. Im Vergleich zu bereits existierenden Biomasseanlagen kommen ein neuartiges Bettmaterial und eine veränderte Betriebsweise zur Anwendung, bei der ein wasserstoffreiches Gas erzeugt wird. Das als Bettmaterial eingesetzte Kalziumoxid bewirkt, dass das entstehende Produktgas weniger unerwünschtes CO2 und Teer enthält. Geringere Vergasungstemperaturen erlauben außerdem den Einsatz von holzartigen Biomassereststoffen aus der Landschaftspflege. Dies trägt den hohen Anforderungen an den Standort in der Nähe des Biosphärenreservats Schwäbische Alb Rechnung. Das Produktgas soll in einem Gasmotor in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Prozessabwärme soll zum einen in einem ORC-Prozess zur zusätzlichen Erzeugung elektrischer Energie dienen und zum anderen als Fernwärme abgegeben werden. Bei optimalem Betrieb und gleichzeitiger Wärmenutzung können insgesamt rund 26.000 Tonnen CO2 pro Jahr und Anlage eingespart werden.

Biologischer Abbau aromatischer Kohlenwasserstoffe im Abgas

Ein Biofilter mit Kompost, Rindenmulch und Heidekraut als Traegermaterial ist als halbtechnische Anlage mit einer variierbaren Schichthoehe von 0,5 m bis I m und einer Grundflaeche von 0,35 m ausgestattet. Dieser Filter wird zur Untersuchung des Abbauverhaltens einzelner KWH, dann komplexer Gasmischungen unter weitgehend praxisnahen Bedingungen eingesetzt. Ueber die Ermittlung des optimalen Betriebspunktes des Biofilters hinaus soll durch Einsatz einer Fuellkoerperkolonne der Stoffuebergang am feuchten Biofilm und Rieselwasser bei unterschiedlicher Beeinflussung der Mikrobiologie untersucht werden. Variierte Parameter sind Fuellkoerpergroesse, -form und -material, Naehrsubstratzugabe im Rieselwasser oder als Festkoerperauflage sowie Gaszusammensetzung und Berieselungsdichte.

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