Die globale Erwärmung führt zu neuen Bedrohungen in den Ozeanen, da die steigende Temperatur Kaskadeneffekte in biogeochemischen Kreisläufen und Nahrungsnetzen auslösen kann. Das Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR) hat ein besseres Verständnis von potentiellen Effekten des Klimawandels auf die physikalische und biologische CO2-Aufnahme des Südozeans als dringende Fragestellung der Antarktisforschung identifiziert. Bakterien sind die Hauptproduzenten von CO2 und wirken so der biologischen Zehrung von CO2 durch die Primärproduktion entgegen. In Antarktischen marinen Systemen sind die niedrige Temperatur und die geringe Verfügbarkeit von labilem organischem Material Hauptfaktoren, die Wachstum und Aktivität von Bakterien begrenzen. Temperatur und Ressourcen-Verfügbarkeit für Bakterien werden sich durch den Klimawandel in Verbindung mit Eisschmelze und Folgen für die Primärproduktion jedoch erheblich verändern. Laborexperimente mit Batch-Kulturen haben gezeigt, dass Temperatureffekte auf bakterielles Wachstum nahe der minimalen Wachstumstemperatur ein hohes Potential haben mit der Konzentration von organischen Substraten zu interagieren. Durch diese Interaktionen waren Temperatureffekte auf bakterielles Wachstum überproportional stark, wenn Substrate verfügbar wurden. Die Relevanz dieses synergistischen Effektes für die bakterielle Produktion und die damit verbundene Freisetzung von CO2 in natürlichen Gemeinschaften ist jedoch unklar. Dieses Projekt beabsichtigt einzelne und kombinierte Effekte von Temperatur und Verfügbarkeit organischen Materials auf Antarktisches Bakterioplankton zu testen. Zu diesem Zweck werden Aktivierungsenergien von extrazellulären Enzymen, Substrataufnahme und Produktion in bakteriellen Gemeinschaften des Weddell Meeres bestimmt. Die Ratenmessungen im Weddell Meer werden mit der Analyse von organischem Material kombiniert, um Temperatureffekte auf Flüsse von labilem und semilabilem organischen Kohlenstoff abzuschätzen. Mit Hilfe der Ergebnisse werden der natürliche Bereich der Temperatursensitivität und die Modulation durch abiotische und biotische Faktoren bestimmt. In Experimenten an Bord werden kombinierte Effekte von Erwärmung und Substratzugabe auf die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft, auf Muster der Genexpression und auf den Umsatz des organischen Materials getestet, um Veränderungen in der Gemeinschaft in Bezug zu Veränderungen ihrer Funktionen zu setzen. Es werden zudem Chemostat-Experimente mit Isolaten aus dem Südozean durchgeführt, um Temperatureffekte auf Wachstumseffizienzen und die chemische Zusammensetzung bakterieller Biomasse zu quantifizieren. Eine bessere Bestimmung von bakterieller Remineralisierung und ihrer Abhängigkeit von Temperatur und Substratkonzentration ist notwendig um biogeochemische Modelle besser zu parametrisieren, die den zukünftigen marinen Kohlenstoffkreislauf und den Austausch von CO2 zwischen Ozean und Atmosphäre in einem sich veränderndem Klima projizieren.
Ein wesentliches Kriterium für die Nachhaltigkeit der thermischen Abfallbehandlung stellt die Verwertung der entstehenden Prozessrückstände dar. Die durch den Feuerungsprozess gebildeten Schlacken sind dabei von besonderem Interesse, da sie vergleichsweise nur gering mit Schadstoffen belastet sind und zugleich die größte Rückstandsfraktion aus dem Prozess darstellen. Ziel des F&E-Vorhabens ist, die Temperaturen des Brennbetts einer Rostfeuerung sowohl an der Bettoberfläche als auch im Inneren des Müllkörpers zu bestimmen und deren Einfluss auf die Schlackequalität zu untersuchen. Durch den vergleichenden Einsatz verschiedener Messmethoden soll dabei die beste Bestimmungsmöglichkeit ermittelt werden. Chemische und mineralogische Schlackenuntersuchungen und Berechnungen zur Modellierung der Schmelz- und Sinterungsprozesse dienen zur Verifizierung. Angestrebt wird die Entwicklung einer Methode, mit deren Hilfe die thermischen Brennbettverhältnisse hinreichend genau und zeitnah bestimmt werden können, um den jeweiligen, schwankenden Bedingungen entsprechend durch ständige Regelung der Prozessführung durch geeignete Primärmaßnahmen gezielt die Verwertbarkeit der Schlacke zu optimieren. Letztlich wird die Herstellung hoher Schlackenqualitäten in Bezug auf Ausbrand und Eluierbarkeit bei der Abfallverbrennung angestrebt ohne kosten- und energieintensive Sekundärmaßnahmen ergreifen zu müssen. Das Vorhaben wird im Rahmen des Ziel-2-Programms Bayern 2000-2006 (Maßnahme Nr. 3.2.: Bodennutzung, Altlasten, Abfallwirtschaft) von der EU kofinanziert (http://www.stmwivt.bayern.de/EFRE/).
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch Auswertung vom Meteorologischen Observatorium Hohenpeißenberg erarbeiteter lanjähriger Meßreihen (u.a. für Ozon und dessen Vertikalverteilung, Tropopausenhöhe und -temperatur, Cirrusbedeckung und UV-Strahlung) festzustellen, in welcher Weise sich UV-relevante Parameter (wie stratosphärische Ozonkonzentration und Cirrusbedeckung) hinsichtlich Häufigkeit und Dauer ihres Auftretens wechselwirksam und unabhängig voneinander geändert haben. Geplant sind insbesondere - Untersuchungen der Zusammenhänge zwischen Tropopausenhöhe, Tropopausentemperatur und Cirrushäufigkeit, zwischen Ozonkonzentration und Tropopausentemperatur sowie zwischen Cirrusbewölkung und Ozonkonzentration, -Trendanalysen für irrusbewölkung, Ozonkonzentration und UV-Strahlung (abhängig von Jahres- und Tageszeit) sowie -Untersuchungen zur Häufigkeit und Dauer des gleichzeitigen Auftretens von Cirrusbewölkung und Ozon einschließlich der sich daraus ergebenden Konsequenzen (UV-Belastung).
Biologische Verfahren zur Bodensanierung haben in den letzten Jahren eine immer groessere Bedeutung erlangt. In der Bundesrepublik Deutschland wenden eine Reihe von Firmen diese Verfahren erfolgreich an. Trotzdem gibt es auf dem Gebiet der Bodensanierung noch eine Fuelle offener Fragen. Angewandte Mietenverfahren benoetigen einen langen Behandlungszeitraum von mehreren Monaten bis zu 2 Jahren, Mechanismen im Boden sind kaum bekannt (Wechselwirkungen zwischen Kontamination, Boden, Humus, Mikrobiologie), differenzierte analytische Beschreibung der Kontamination wird kaum praktiziert, Stripeffekte und somit Schadstoffverlagerungen in die Luft sind erst vereinzelt untersucht. In der ersten Phase des Projektes wurde ein 'Modellboden' kuenstlich kontaminiert und in Bioreaktoren behandelt. Die Zugabe von Kompost aus getrennt gesammelten organischen Haushaltsabfaellen fuehrte neben der Optimierung der Milieubedingungen im Reaktor (ph-Wert, Wassergehalt, O2-Versorgung, Temperatur) zu einer erheblichen Beschleunigung des biologischen Abbaus. Dieser wurde ueber die Parameter CO2-Produktion, TOC der Abluft, Kohlenwasserstoffgehalt im Boden und Biomasse beschrieben. Hiermit wurde eine erste Bilanz der Umsetzung des Oel-Kohlenstoffs erstellt. Es wurden Optimierungsuntersuchungen bezueglich der Kompostaddition durchgefuehrt. Fuer Sauerstoffverbrauchsmessungen stand ein Respirometer zur Verfuegung. Die Verwendung von dynamischen Reaktoren sollen zeigen, ob deren Einsatz Vorteile bieten kann, wobei dies von der Boden- und der Kontaminationsart abhaengig sein wird. Schwerpunkte in der Zukunft: Weiterentwicklung der Mischreaktoren, Optimierung der Schaufelmischer...
Die Betriebstemperatur einer bestehenden landwirtschaftlichen 150 kW-Biogasanlage für Biomasse mit Gülle und Mais soll von 51 C auf etwa 60 C im Großmaßstab gesteigert werden, um über einen stabilen Gleichgewichtszustand das Optimum des Abbaus in punkto spezifischer Elektrizitätsproduktion und Hygienisierung pro Tonne Substrat zu finden. Die Prozessstabilität bei Hochdurchsatz (größer als 10 kg oTR/m3/d), kurzen Aufenthaltszeiten (kleiner als 20 d) und hohen Biogasausbeuten bzw. Abbauraten (größer als 80 Prozent) stehen im Vordergrund der geplanten Verfahrensentwicklung. Durch die besondere Bauhöhe des Zylinder-Biogasreaktors und die hohen Temperaturen wird automatisch der H2-Partialdruck für die Methanbildung gesteigert. Zur Absicherung der aus eigenen Versuchen resultierenden Annahme einer dominierenden Präsenz hydrogenotropher Euryarchaeota (stäbchenförmig) bei +/- 60 C soll die Verfahrensoptimierung nebst der üblichen Betriebsbilanz von Input (Substrat) und Output (TS/oTS, Biogas, Fettsäuren, Pufferkapazität, Leitfähigkeit, pH, Ammonium/Ammoniak, Spurenelemente) zusätzlich durch einen mikroskopisch bestimmten Qualitätsindex (QMF Quantitatives Mikrobielles Fingerprinting) validiert werden (FNR, HAW-FKZ 22001607), um parallel einen direkten Einblick in den Zustand der Gärbiologie zu ermöglichen. Die mikrobiellen Ergebnisse sollen durch molekularbiologische Analysen ergänzt werden. Konventionelle Plattenkultivierungen von hygienerelevanten Bakterien zur Ermittlung des Pasteurisierungsgrades sind ebenfalls geplant. Die Ergebnisse kommen der Fachwelt zugute.
Die Prognose des Verbleibs und Verhaltens (Fate) von organischem Kohlenstoff im Boden ist zurzeit die größte Unsicherheit in der Klimamodellierung. Das Ziel ist es daher, Mechanismen der mikrobiellen Stoffwechselregulation in ein bestehendes C-Modell (z.B. RothC, DAISY) einzufügen. Wir planen, Bodenproben aus den zwei Modellregionen (Schwäbische Alb, Kraichgau) zu verwenden. Der Vergleich unterschiedlich alter Bracheflächen (4, 3, 1 Jahr(e)) mit bepflanzten Flächen wird es ermöglichen, Böden mit unterschiedlicher Menge und Qualität organischer Substanz zu untersuchen. Wir werden den jahreszeitlichen Verlauf von drei Enzymaktivitäten (ß-Glukosidase, Xylanase, Phenoloxidase) untersuchen, die sich in der Nutzung unterschiedlich stabiler C-Quellen unterscheiden. Diese Daten werden mit zeitlich hoch aufgelösten Werten von Bodenfeuchte und -temperatur zur Modellierung von in situ Aktivitäten von Bodenenzymen verwendet. Zusätzlich werden wir PLFA-, Ergosterol- und molekularbiologische Daten verwenden, um die Temperatursensitivität spezifischer Gruppen von Bodenmikroorganismen zu ermitteln. Die Frage der regionalen Temperatursensitivität unterschiedlicher bodenmikrobiologischer Prozesse (Respiration, Enzyme des C-Kreislaufs) wird in einem weiteren Teil geklärt. Die Daten werden genutzt, um das Wachstumsverhalten spezifischer Gruppen von Bodenmikroorganismen und komponenten-spezifische Temperatursensitivitäten in ein bestehendes C-Modell (z.B. RothC, DAISY) einzufügen.
Ausgangssituation: In vielen Teilen der Welt und auch in Indonesien, wo keine flächendeckende Kanalisation vorhanden ist, erfolgt die Entsorgung des häuslichen Abwassers größtenteils in einfachen, abflusslosen Sammelgruben, so genannten Septic Tanks. Eine ordnungsgemäße Entsorgung der darin angesammelten Fäkalschlämme ist in solchen Ländern nur selten sichergestellt. Zum größten Teil gelangen diese Schlämme unkontrolliert und in der Regel unbehandelt in Gewässer, auf unbenutzte Landflächen oder in die Landwirtschaft. Dies führt sowohl zu einer deutlichen Belastung der Umwelt mit Schmutzstoffen als auch zu einem erhöhten Risiko der Verbreitung von Krankheiten. Eine weitere Herausforderung für diese Länder stellt die umweltgerechte Entsorgung von Siedlungsabfällen dar. Ein Großteil des Siedlungsabfalls landet auf illegalen Deponien oder wird verbrannt, während die lokale Müllabfuhr nur einen geringen Teil des Abfalls erfasst. Diese unkontrollierten Entsorgungsmethoden führen meist zu einer starken Umweltbelastung und gesundheitlichen Schäden für die Anwohner. Huber Research: Eine viel versprechende Lösung der Abfall- und Fäkalschlammproblematik in Indonesien ist die gemeinsame Behandlung von Fäkalschlamm und Bioabfällen in semizentralen Anlagen. Für die Behandlung in den semizentralen Anlagen kommen grundsätzlich zwei Methoden in Frage, die Co-Kompostierung und die Co-Vergärung von Fäkalschlamm und Bioabfällen. Das Ziel beider Behandlungsmethoden ist die Bereitstellung von Behandlungsprodukten, welche als Kompost bzw. als Flüssigdünger in der Landwirtschaft verwendet werden können. Im Rahmen des Projekts beabsichtigt die Hans Huber AG, die Maschinentechnik für die mechanische Vorbehandlung des Fäkalschlamms weiter zu entwickeln und an die spezifischen Anforderungen von tropischen Ländern anzupassen. Darüber hinaus wird sie die Behandlungsstufen für die statische Eindickung des Fäkalschlamms sowie die thermophile Co-Vergärung mit Bioabfällen weiterentwickeln. Ziel ist, vergleichbare Untersuchungen unter unterschiedlichen Randbedingungen und Klimazonen durchzuführen und dabei die Prozessführung an die spezifischen Gegebenheiten anzupassen, um stets eine hohe Leistung des Systems zu gewährleisten.
Förderphase 1: Bei Cellulosefasern tritt bei erhöhten Temperaturen eine thermisch induzierte Reduktion der mechanischen Eigenschaften verbunden mit Farbänderungen ein. Ziel des Vorhabens war die Inhibierung der thermischen Alterung cellulosischer Fasern, um für diese Materialien neue Anwendungsbereiche z.B. als Verstärkungsfasern in Elastomeren oder Thermoplasten mit erhöhten Verarbeitungs- und Dauergebrauchstemperaturen zu erschließen. Da technische Cellulosefasern in vielen bewährten Anwendungen in eingebetteter Form vorliegen, lag der Forschungsschwerpunkt auf der Konservierung der mechanischen Eigenschaften. Potentiell wirksame Stabilisatoren sollten vorzugsweise in Form wässriger Lösungen oder Dispersionen vom Faden aufgenommen werden. Erfolgversprechende Ansätze sollten näher betrachtet und in den Pilotmaßstab übertragen werden. Die anwendungstechnische Evaluierung im Kontext der Thermoplastverstärkung erfolgte beim Kooperationspartner Fraunhofer IAP. Förderphase 2: Die in Förderphase 1 erreichte Verbesserung der thermischen Stabilität cellulosischer Spinnfasern (Rayon) führte zur Erweiterung deren Anwendungen um Einsatzgebiete mit erhöhten Dauergebrauchstemperaturen. So wurde im Bereich der Thermoplastverstärkung in ersten Compoundierversuchen mit besagten Thermofasern und Polypropylen eine Farbstabilisierung beobachtet. Das generelle Problem der Verfärbung, v.a. bei höherschmelzenden Thermoplasten wie Polyamid, blieb jedoch ungelöst. Das Hauptziel der zweiten Förderperiode stellte also die Konservierung oder sogar die Verbesserung der mechanischen Kennwerte sowie die Verringerung der Verfärbung solcher Polyamid/Rayon-Komposite dar.
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