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Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Tiefgehender Serpentinit-Schlammvulkanismus am Mariana Vorbogen

Der Antragsteller formuliert zwei Hauptforschungsziele: Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Veränderungen in aktiven Schlammvulkanen des Marianen Vorbogens sowie Integrierung der durch Laboranalysen produzierten Datensätze mit ähnlichen Daten von Schlammvulkanen aus der Tiefzone in gealterten Ablagerungskomplexen (Mittelmeer, Japan).Dieser Vergleich wird es ermöglichen, die Funktion von Schlammvulkanen in verschiedenen Subduktionszonen zu ermitteln und Aufschluss geben über ihre Rolle als direktes Fenster zu den abtauchenden Sedimenten. Der erste Teil dieses Antrags fokussiert sich auf den Marianen-Konvergenzrand, den nord-westlichen Pazifik, als eine alte, kalte Subduktionszone, die die größten Schlammvulkane der Erde beherbergt. Während IODP 366 werden drei Profile an Gipfeln und Flanken von drei Schlammvulkanen mit unterschiedlichen Größen, Tiefen und in aufsteigenden Entfernungen zum Graben gebohrt. Besonderer Schwerpunkt der Messungen am MARUM (Universität Bremen) wird die Bestimmung der Beziehung zwischen Rheologie und Mineralogie der Schlammmatrix sein. Der Serpentinit-Schlamm wird auf einachsige Verfestigung getestet, und seine mineralogische Zusammensetzung wird mit speziellem Augenmerk auf den Tonanteil bestimmt, der hochwahrscheinlich für die rheologischen Unterschiede verantwortlich ist. Durch Messungen der Viskosität, Permeabilität und Index-Eigenschaften von beiden - Klast und Schlamm - plant der Antragsteller außerdem die Verbindung zwischen der Geometrie der Zuflusskanäle und der Quelle der Schlammvulkane zu untersuchen. Durch eine vorangestellte Charakterisierung des Eruptionsmechanismus werden diese Messungen ermöglichen, die Schlammvulkan-Gebilde mit ihren tiefen Ursprüngen in Zusammenhang zu setzten. Der zweite Teil der Arbeit basiert auf dem Vergleich der Daten vom Marianen Vorbogen mit Schlammvulkanen am Mittelmeerrücken und am Nankaitrog. Dieser Ansatz ist Teil der Erforschung der sogenannten Subduktionsfabrik, denn Schlammvulkane bieten auf natürliche Weise Einblicke in tiefe Subduktionszonenprozesse. Die IODP Expedition 366 zum Marianen Vorbogen ist ein Unternehmen vergleichbar mit der ODP Expedition 160, bei der im Akkretionskeil des Mittelmeerrückens Bohrungen an ebenso vielen Schlammvulkanen erfolgreich durchgeführt wurden. Die Sedimente von ODP Expedition 160 wurden bereits extensiv mit verschiedenen Techniken analysiert und stellen die Grundlage für eine Reihe von Vergleichsanalysen des Antragstellers dar. Zusätzlich werden Sedimentproben aus verschiedenen Expeditionen des MARUM zum Mittelmeerrücken als auch zum Nankaitrog mit den gleichen Methoden analysiert wie im ersten Teil des Antrages beschrieben. Dadurch können die drei Gebiete, die sich in ihrer Geometrie weitgehend unterscheiden, miteinander verglichen werden und es können Rückschlüsse auf das rheologische Verhalten der Produkte der Schlammvulkane gezogen werden und wie diese die Balance zwischen Fluiden und Festkörpern in Subduktionszonen beeinflussen.

Bau einer neuartigen Schmiedepresse

Gustav Grimm Edelstahl-Werk GmbH & Co. KG, eine mittelständische Freiformschmiede, plant die Errichtung einer neuartigen Schmiedepresse in Remscheid / Nordrhein-Westfalen. Durch den Einsatz des innovativen Verfahrens sind deutliche Umweltentlastungen, insbesondere die Einsparung von Energie und Wasser verbunden. Geschmiedete Bauteile für den Maschinenbau, die Automobil-, Luftfahrt-, Energie- und Umweltindustrie werden in Europa von ca. 400 Gesenk- und Freiformschmieden erzeugt. In Freiformschmieden werden Einzelteile und Kleinserien freier Kontur von 50 Kilogramm bis 100 Tonnen hergestellt. Die Verformungsarbeit erfolgt bei Gewichten bis zu 2 Tonnen dem Stand der Technik gemäß überwiegend mit Hilfe von Dampfschmiedehämmern. Diese Hämmer weisen aufgrund des hohen Energie- und Wasserbedarfs bei der Dampferzeugung ein erhebliches Emissionspotenzial auf. Daneben kommen Schmiedepressen in Frage, die jedoch eine deutlich geringere Schmiedeleistung pro Aggregat haben und darüber hinaus deutlich höhere Investitionskosten verursachen. Bei gängigen Freiformschmiedepressen wird das zu schmiedende Material zwischen einem beweglichen Ober- und einem feststehenden Untersattel verformt und fließt in die vier Richtungen, die nicht durch das Schmiedewerkzeug begrenzt werden. Nach erfolgter Überschmiedung einer Seite des Vormaterials wird der Schmiedeknüppel mittels eines Manipulators gedreht und der gleiche Umformvorgang erfolgt wieder- kehrend bis der gewünschte Querschnitt bzw. die gewünschte Länge erreicht ist. Bei dem erstmals geplanten neuartigen Schmiedeverfahren besitzt die Schmiedepresse neben dem von oben pressenden Obersattel ein zusätzliches Schmiedewerkzeug, das eine Breitung des Schmiedematerials unter der Presse verhindert. Diese Maßnahme ermöglicht eine Erhöhung der Schmiedegeschwindigkeit um den Faktor 1,5-2. Damit einher geht auch die mögliche Fertigstellung eines Bauteils in einem Schmiedevorgang, die Handlingprozesszeiten werden reduziert und ein Zwischenwärmen des Materials entfällt. Gleichzeitig soll durch den Einsatz des Schmiedewerkzeugs die Maßhaltigkeit des Schmiedesprozesses deutlich erhöht und damit der Anfall von Abfällen aus der weiteren Bearbeitung reduziert werden. Das Werkzeug soll so multifunktional einsetzbar sein, dass ohne aufwändige Umbauten die verschiedenen Formen und Dimensionen von Stabstählen schmiedbar sind. Daneben sollen die drei vorhandenen Stecköfen durch einen deutlich energieeffizienteren Drehherdofen neuer Bauart und Steuerung sowie die manuellen Manipulatoren durch Schienenmanipulatoren ersetzt werden. Diese Maßnahmen sind notwendig, um den erwarteten Geschwindigkeitsvorteil des neuen Schmiedeverfahrens nutzbar zu machen. Durch den Einsatz der neuartigen Schmiedepresse treten deutliche Umweltentlas- tungen auf: Der Energieeinsatz kann deutlich reduziert werden. Der Wasserverbrauch der Dampfhämmer wird durch das neue Schmiedeverfahren komplett eingespart. Es fällt kein Ölschlamm mehr an, der durch die Vermischung des kondensierten Dampfes mit dem Schmieröl für die Hämmer entstand. Lärm und Erschütterungen des Schmiedeverfahrens können durch den Einsatz der Schmiedepresse deutlich reduziert werden. Durch die verbesserte Maßhaltigkeit des neuen Verfahrens soll der Anfall der Späne halbiert werden. Zudem wird mit der Anwendung des neuen Schmiedepressenverfahrens eine Erhö- hung der Schmiedegeschwindigkeit und damit ein ökonomischer Vorteil erwartet. Durch die erfolgreiche Demonstration dieses Modellvorhabens wird ein Impuls zur Einführung umweltfreundlicher Verfahren in Freiformschmieden ausgehen. Branche: Metallverarbeitung Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: Gustav Grimm Edelstahl-Werk GmbH & Co KG Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: 2003 - 2005 Status: Abgeschlossen

Untersuchung von Recyclingmaterialien fuer die Verwendung im Strassenbau

'- Zur Schonung der Kiessandressourcen sollen, wo moeglich, alternative Materialien fuer Fundationsschichten im Strassenbau verwendet werden. - Neben der Verwendung von oertlichen Materialien, welche durch Stabilisieren mit hydraulischen Bindemitteln nutzbar gemacht werden koennen (Forschungsauftraege am IGB-ETH bearbeitet), sollen vermehrt auch Baurestmassen rezykliert und verwendet werden. - Die Untersuchung der Baurestmassen und rezyklierten Abbruchmaterialien fuer die Eignung zur Verwendung im Strassenbau bildet das Ziel dieser Forschungsarbeit (sofern die Umweltvertraeglichkeit nachgewiesen werden kann).

Sicherheitstechnische Fragen der längerfristigen Zwischenlagerung bestrahlter Brennelemente und verglaster hochradioaktiver Abfälle

Restporosität und -permeabilität von kompaktierendem Salzgrusversatz in einem HAW-Endlager (REPOPERM)

Die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle (HAW) in geologischen Steinsalzformationen sieht die Einbringung verglaster HAW-Kokillen, teils auch die direkte Endlagerung von 5 m langen Brennstabkokillen in tiefen vertikalen Bohrlöchern und die direkte Endlagerung von Brennelementen in selbstabschirmenden Pollux-Behältern in horizontalen Strecken vor. Einlagerungs-Bohrlöcher und -Strecken werden für den völligen Einschluss der Abfälle im Wirtsgestein mit artgleichem Salzgrusversatz verfüllt. Anhand der bisherigen Ergebnisse kann nicht sicher genug abgeschätzt werden, welcher Kompaktionsgrad und welche Restporosität/-permeabilität erreicht werden, und welche Konsequenzen sich für Langzeitsicherheitsanalysen ergeben. Es wird ermittelt, welche Prozessabläufe hinsichtlich des vollständigen Einschlusses eine besondere Signifikanz besitzen, und welche experimentellen Daten für verbesserte Systemanalysen bereit zu stellen sind. Ziel ist die relevanten Prozesse bei der Konsolidierung von Salzversatz zu ermitteln und ein Arbeitsprogramm für die erforderliche Weiterentwicklung von THMC-Modellen für die Langzeitsicherheitsanalyse von HAW-Endlagern bereitzustellen.

Abtrennung von Caesium und Strontium aus dem HAW zur Nutzung als Bestrahlungsquelle

Durch Anwendung eines bereits entwickelten Sol/Gel-Verfahrens eroeffnet sich die Moeglichkeit, den gamma-Strahler Cs-137 und den beta-Strahler Sr-90 aus dem hochradioaktiven Abfall einer Wiederaufarbeitungsanlage abzutrennen und diese beiden Radionuklide als Strahlenquellen zu nutzen. Anwendungsgebiete fuer die Nuklide finden sich in Medizin, Biologie und Technik. Die uebrigen im HAW enthaltenen Spaltprodukte und alpha-Strahler werden im Zuge der Durchfuehrung des Verfahrens in keramischen Partikeln fixiert, die ein endlagertaugliches Produkt sein duerften. Der Waermeeintrag in das Endlager wird durch die Abtrennung des Caesiums und Strontiums um ueber 80 v.H. verringert. Grundlage des Prozesses ist ein Sol/Gel-Verfahren, das fuer die fernbedienliche Herstellung von HTR-Brennstoffen entwickelt worden ist. Fuer die Abfallverfestigung wird zunaechst ein HAW-haltiges Hydrosol (z.B. Al2O3-Sol) hergestellt.

Verfahren zur Reduzierung des Schadstoffaustrages aus ungesicherten Deponien durch nachtraegliche Injektagen

Bei dem zu beurteilenden Sanierungsverfahren von nicht gesicherten Altlasten durch das Injizieren von verschiedenen 'latent-hydraulisch' reagierenden, anorganischen Reststoffen, wie z.B. Zement-Flugaschegemische, werden die Hohlraeume des Deponiematerials groesstenteils ausgefuellt. Neben einer Verfestigung kommt es dabei zu einer Verringerung der Durchlaessigkeit des gesamten injizierten Deponiekoerpers. Dadurch wird die Fracht an grundwassergefaehrdenden Stoffen verringert. Weiter sollte sich die Pufferung des pH-Wertes von Sickerwaessern sowie die Adsorptionsmoeglichkeit von geloesten Schadstoffen an die mineralische Feinmatrix positiv auf die Wirksamkeit der Methode auswirken. Die Beurteilung des Stoffaustrages und somit das zeitabhaengige Gefaehrdungspotential soll unter gesicherten Bedingungen durch Feldversuche erfolgen, die die tatsaechlichen Verhaeltnisse in einer Deponie besser simulieren. Durch die Feldversuche sollen nicht nur verschiedene Ausgangsmaterialien (neuer und verrotteter Hausmuell) getestet werden, sondern grundsaetzlich unterschiedliche Vorgangsweisen (Injektion und Einbau nach vorherigem Mischen) beurteilt werden. Die geplante Sanierungstechnik (Altlastsanierung) stellt eine in situ-Sanierung dar und ergibt aufgrund der Gesamtkonzeption eine wesentliche Verbesserung der Ist-Situation. Theoretische Ueberlegungen lassen erwarten, dass eine Verringerung des Frachtaustrages um 80-90 Prozent auftreten wird

Vorversuche zum Rueckbau der Zentraldeponie Deiderode (Landkreis Goettingen)

Im Rahmen der Deponieerweiterung der Deponie Deiderode wird im Laufe der naechsten Jahre ein Altbereich der Deponie mit ca. 800.000 Kubikmeter umgelagert. Mit Hilfe von Schuerfungen wurde die Zusammensetzung der abgelagerten Materialien untersucht. In dem noch laufenden Versuch werden verschiedene Aufbereitungs- und Behandlungsverfahren zur stofflichen Trennung des Muellgemisches und die Stabilisierung der organischen Substanz untersucht.

Erprobung von innovativen Immobilisierungs- und Verfestigungsverfahren auf dem Altstandort Metallhuette Luebeck

Das Ziel ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Stabilisierung von Teeroelseen. Gleichzeitig wird geprueft, in welchem Umfang sich organische Verunreinigungen mittels in-situ-Verfahren (z.B. HDI) einbinden lassen. Zweites Ziel ist die Entwicklung eines innovativen Verfestigungsverfahrens fuer Schlaemme.

Erarbeitung von Fachgrundlagen für eine Stellungnahme betreffend 'BAT - Chemisch-physikalische Behandlung'

Im Jänner 2004 wurde vom IPPC-Büro in Sevilla der zweite Entwurf des Dokumentes 'Draft Reference Document on Best Available Techniques for the Waste Treatment Industries' an die Europäischen Mitgliedsstaaten ausgesandt. Das IPPC-Dokument welches auch unter dem Kurztitel 'BREF waste industries' bekannt ist, soll den Stand der Technik gemäß Artikel 2 (11) der IPPC-Richtlinie für Abfallbehandlungsanlagen - nicht jedoch für die thermische Behandlung von Abfällen - festlegen. Zum oben genannten Vorschlag der EU wurde Ende März 2004 ein Österreichischer Standpunkt verfaßt, welcher vom Umweltbundesamt in Wien koordiniert wurde. Für die Vorbereitung des Österreichischen Standpunktes im Zusammenhang mit der chemisch-physikalischen Behandlung (CPB) und Verfestigung bzw. Immobilisierung von Abfällen wurde folgendes an unserem Institut erarbeitet: - Ein Vergleich mit dem Stand der Technik in Österreich; - Die Herausarbeitung von Bereichen des BAT-Dokumentes, in denen die Vorschläge betreffend CP-Anlagen nicht dem Stand der Technik entsprechen, unter Beifügung einer Begründung, z.B. konkreten Anlageninformationen; - Formulierungsvorschläge für die österreichische Stellungnahme bei mehreren begründeten Änderungserfordernissen.

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