Der Verlauf der atmosphärischen CO2-Konzentrationen während der vergangenen Klimazyklen ist durch ein Sägezahnmuster mit Maxima in Warmzeiten und Minima in Kaltzeiten geprägt. Es besteht derzeit Konsens, dass insbesondere der Süd Ozean (SO) eine Schlüsselfunktion bei der Steuerung der CO2-Entwicklung einnimmt. Allerdings sind die dabei wirksamen Mechanismen, die in Zusammenhang mit Änderungen der Windmuster, Ozeanzirkulation, Stratifizierung der Wassersäule, Meereisausdehnung und biologischer Produktion stehen, noch nicht ausreichend bekannt. Daten zur Wirkung dieser Prozesse im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten beziehen sich bislang fast ausschließlich auf den atlantischen SO. Um ein umfassendes Bild der Klimasteuerung durch den SO zu erhalten muss geklärt werden, wie weit sich die aus dem atlantischen SO bekannten Prozesswirkungen auf den pazifischen SO übertragen lassen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da der pazifische SO den größten Teil des SO einnimmt. Darüber hinaus stellt er das hauptsächliche Abflussgebiet des Westantarktischen Eisschildes (WAIS) in den SO dar. Im Rahmen des Projektes sollen mit einer neu entwickelten Proxy-Methode Paläoumwelt-Zeitreihen an ausgewählten Sedimentkernen von latitudinalen Schnitten über den pazifischen SO hinweg gewonnen werden. Dabei handelt es sich um kombinierte Sauerstoff- und Siliziumisotopenmessungen an gereinigten Diatomeen und Radiolarien. Es sollen erstmalig die physikalischen Eigenschaften und Nährstoffbedingungen in verschiedenen Stockwerken des Oberflächenwassers aus verschiedenen Ablagerungsräumen und während unterschiedlicher Klimabedingungen beschrieben werden. Dies umfasst Bedingungen von kälter als heute (z.B. Letztes Glaziales Maximum) bis zu wärmer als heute (z.B. Marines Isotopen Stadium, MIS 5.5). Die Untersuchungen geben Hinweise zur (1) Sensitivität des antarktischen Ökosystems auf den Eintrag von Mikronährstoffen (Eisendüngung), (2) Oberflächenwasserstratifizierung und (3) 'Silicic-Acid leakage'-Hypothese, und tragen damit zur Überprüfung verschiedener Hypothesen zur Klimawirksamkeit von SO-Prozessen bei. Die neuen Proxies bilden überdies Oberflächen-Salzgehaltsanomalien ab, die Hinweise zur Stabilität des WAIS unter verschiedenen Klimabedingungen geben. Darüber hinaus kann die Hypothese getestet werden, nach der der WAIS während MIS 5.5 vollständig abgebaut war. Die Projektergebnisse sollen mit Simulationen mit einem kombinierten biogeochemischen (Si-Isotope beinhaltenden) Atmosphäre-Ozean-Zirkulations-Modell aus einem laufenden SPP1158-DFG Projekt an der CAU Kiel (PI B. Schneider) verglichen werden. Damit sollen die jeweiligen Beiträge der Ozeanzirkulation und der biologischen Produktion zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre getrennt und statistisch analysiert werden. Informationen zu Staubeintrag, biogenen Flussraten, physikalischen Ozeanparametern und zur Erstellung von Altersmodellen stehen durch Zusammenarbeit mit anderen (inter)nationalen Projekten zur Verfügung.
To efficiently mitigate and control soil losses by erosion and reduce their environmental impacts in Alpine grasslands, reliable and validated methods for comprehensive data generation on the magnitude and spatial extent of soil erosion are needed. Classical approaches to quantify erosion rates include artificial radionuclides such as 137Cs and 239-240Pu which originated from thermonuclear weapon tests in the 1950s-1960s and nuclear power plant accidents (i.e. Chernobyl). Because these radionuclides are rapidly and strongly adsorbed to fine soil particles, they accumulate in the top soil with limited migration and bioavailability. Documenting the subsequent redistribution of the radionuclides, which move across the landscape in association with soil/sediment particles primarily through physical processes, requires effective means of tracing rates and patterns of erosion and deposition within landscapes. To this end, the general aim of this project is to develop a radio-isotopic valid approach to assess and quantify sheet erosion in Alpine grasslands.
Im Projekt werden Grundlagenuntersuchungen zur dynamischen Abscheidung von amorphem Silizium für Heterojunction Solarzellen durchgeführt. Dabei kommt ein hochproduktives dynamisches PECVD Verfahren mittels linearer Plasmaquellen zum Einsatz. Einerseits sollen im Projekt sehr hohe dynamische Abscheideraten (5 nm.m/min) bei gleichzeitig hoher Passivierwirkung der a-Si:H Schichten (größer als 1 ms, iVoc größer als 720 mV) erreicht werden. Andererseits wird auch die Industrietauglichkeit der Abscheidung (Gasausnutzung größer als 20%) verbessert. Des Weiteren werden grundlegende Aspekte der dynamischen Abscheidung (Einfluss der Substratgeschwindigkeit, Homogenität der Abscheidung etc.) vor dem Hintergrund einer geforderten effizienten, wartungsarmen Beschichtungstechnologie untersucht. Der Einfluss der Plasmaanregungsfrequenz auf die Produktivität der Abscheidung ist ebenfalls Untersuchungsgegenstand des Teilvorhabens.
Durch eine lokale Bor-Hochdotierung im Bereich der Kontakte lässt sich der Wirkungsgrad der Solarzelle entscheidend verbessern. Die speziellen Eigenschaften des Bor machen es schwer dünne Borschichten in Sputtertechnologie abzuscheiden. Mäßige Sintereigenschaften, eine hohe Sprödigkeit und keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit erfordern sehr hohe Entladespannungen und Gleichstrom-Sputtern ist grenzwertig niedrig. Um das zu verbessern, werden folgende Bereiche untersucht: - Drucklos-Sintern der Bortargets - Entwicklung von Ofeneinbauten für eine sehr gute Temperaturhomogenität - Dotierung von Borpulver mit Silizium - Zusetzen von Additiven, um die notwendige elektrische Leitfähigkeit zu erreichen und gleichzeitig die Reduzierung der Sprödigkeit, um Targetdicken von 10mm zu erreichen. Si1: - Bortargets drucklos sintern, spannungsfreie, rissfreie Targetplatten herstellen. - Untersuchung verschieden hergestellter Kornverteilungen zur Verbesserung der Sinteraktivität und verbesserter Dichte. - Untersuchung von Grafiteinbauten in den Sinterofen, um eine sehr gute Temperaturhomogenität (+/- 3°C) während des Sinterprozesses zu erreichen. - Das Sinterprogramm so gestalten, dass in den Targetplatten keine Spannungen auftreten und rissfreies Gefüge entsteht. Si2: - Borpulver mit Silizium dotieren 1 - 10wt% und ca. 50wt% Wesentliche Fragestellungen sind dabei: - Welcher Einfluss ist auf die Sintereigenschaften feststellbar? - Kann die Sprödigkeit reduziert werden? - Welche Verbesserung wird bei der Abscheiderate in der Sputteranlage erreicht? - Wie stark kann die elektrische Leitfähigkeit beeinflusst werden? Si3: - elektrisch leitfähige Bortargets - gezielte Zugabe von Additiven und Sintern bei hohen Temperaturen (2000°C) um eine merkliche Diffusion der Additive in das Borgitter zu erreichen.
Im Falle einer Leckage im Primärkreislauf eines Druckwasserreaktors (sog. Kühlmittelverlust-Störfall KMV) gelangen große Mengen des borsäurehaltigen Kühlmittels in das Containment des Kernkraftwerks. Hierbei kann es bei den verschiedenen feuerverzinkten Einbauten zur Zinkkorrosion unter Bildung wasserlöslicher Zinkborate kommen. Beim Management eines solchen Störfalles käme es nach der Schnellabschaltung des Reaktors und dem Anlaufen verschiedener Notkühlsysteme nach einigen Stunden zum sogenannten Sumpfumwälzbetrieb, einer Situation, bei der diese wässrigen Lösungen im Containment zur weiteren Aufrechterhaltung der Kernkühlung wieder mit in den Primärkreislauf zurückgepumpt werden. Da die Wasserlöslichkeit der gebildeten Zinkborate bei höheren Temperaturen abnimmt, besteht hierbei nun die Möglichkeit, dass diese dann an Heißstellen der Kernbereiche aus den Kühlmittellösungen ausfallen und sich unter Umständen schichtbildend dort ablagern könnten, was zu Beeinträchtigungen der weiteren Kernkühlung in dieser Spätphase eines KMV führen könnte. Zielstellung: Eine Hauptaufgabe des Vorhabens ist es, die Vorgänge, welche sich im Falle eines KMV (Druckwasserreaktor) hinsichtlich der Zinkkorrosion im Containment sowie der später möglichen Zinkboratabscheidung an Heißstellen im Kernbereich ablaufen, im kleinen Maßstab (Laboranlage) unter störfallnahen Randbedingungen nachzubilden. Dabei sollen besonders die hierbei stattfindenden chemischen und physikalischen Vorgänge im Einzelnen untersucht werden. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sollen dabei helfen, das Risikopotential einer solchen Beeinträchtigung der Kernkühlung in der Spätphase eines KMV besser einschätzen zu können und ggf. auch geeignete Strategien und Konzepte zu entwickeln, wie solche potentiellen Risiken zu vermeiden sind. Analoge Versuche im größeren, halbtechnischen Maßstab mit den zugehörigen Untersuchungen und Auswertungen werden beim Projektpartner Hochschule Zittau-Görlitz durchgeführt.
Die Technologie der Chemical-Looping Verbrennung (CLC) birgt ein einzigartiges Potenzial in Bezug auf die Möglichkeit, CO2 im Zuge des Verbrennungsvorganges in konzentrierter Form zu erhalten und dadurch aufwändige Gastrennverfahren zur CO2-Abscheidung aus Verbrennungsabgas zu vermeiden. Eine Anwendung mit großer Nähe zu Marktreife ist die Erzeugung von Prozessdampf in erdgasbefeuerten Kesseln, wo die heizwertbasierte Wirkungsgradeinbuße zur CO2-Abscheidung mit CLC nur 1 %-Punkt beträgt im Vergleich zu 15 %-Punkten mit Aminwäschern oder 8 %-Punkten mit Reinsauerstoffverbrennung (alles bei 95% Abscheiderate gerechnet). Eine Reduktion der CO2-Vermeidungskosten um 60% im Vergleich zur Aminwäschertechnologie resultiert aus der höheren Energieeffizienz der CLC-Technologie. Eine unbedingte Notwendigkeit für die Maßstabsvergrößerung von Wirbelschichtsystemen für diese Technologie ist die Verfügbarkeit eines adäquaten Sauerstoffträgermaterials. Das Projekt SUCCESS befasst sich daher mit der Maßstabsvergrößerung der Sauerstoffträgerproduktion in den 100-Tonnen-Bereich und der Technologie in den Megawattbereich. Industriell verfügbare Rohstoffe werden zur Produktion von umweltverträglichen Sauerstoffträgerpartikeln, die im vorangegangenen Projekt INNOCUOUS vorgeschlagen wurden, herangezogen. Das Projekt SUCCESS beinhaltet: i) Anwendung der Sauerstoffträgerproduktionsmethoden auf industriell notwendigem Maßstab und Sicherstellung der Leistungsfähigkeit dieser Methoden - ii) Entwicklung eines Teststandards für die mechanische Stabilität der Sauerstoffträgerpartikel - iii) Verifikation der produzierten Sauerstoffträger in vier unterschiedlichen kleineren Pilotanlagen (kleiner als 150 kW) - iv) Betrieb mit gasförmigen Brennstoffen in einer 1 MW Pilotanlage, was einen Scale-Up Faktor von 10 zum Staus Quo bedeutet - v) Detaillierte Analyse der Reaktionsmechanismen und Fluiddynamic - vi) Verwendung der Testergebnisse zur Optimierung eines 10 MW Analagendesigns sowie techno-ökonomische Analyse einer Großanlage - vii) Gesundheitsschädlichkeits-, Sicherheits- und Umweltverträglichkeitsanalyse der Sauerstoffträgerproduktion und der Sauerstoffträgerhandhabung inklusive Wiederverwendungs- und Wiederverwertungsstrategien - viii) Kostenvoranschläge für die Produktion von mehr als 100 Tonnen Sauerstoffträgermaterial. SUCCESS bündelt das CLC-KnowHow europäischer Schlüsselinstitutionen, kann so die Fortsetzung der europäischen Führungsrolle bei der Entwicklung der CLC Technologie sichern und die Technologie einen entscheidenden Schritt weiter bringen
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