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Physiologische Reaktionen von Bäumen auf den Klimawandel - Wallis

Pflanzen im Allgemeinen und Bäume im Speziellen reagieren sehr sensibel auf klimatische Veränderungen. Der Kohlenstoff- und Wasserhaushalt wird unter Feldbedingungen gemessen und gibt so Aufschluss über physiologische Regelmechanismen (z.B. zwischen Wasserhaushalt und dem Öffnungsgrad der Stomata) oder das Baumwachstum. Mit Hilfe von systemischen Modellen interpretieren wir die ökophysiologischen Messungen und folgern daraus, wie weit sich einzelne Baumarten an veränderte klimatische Bedingungen anpassen können und ab wann artspezifische physiologische Grenzen erreicht werden. Im Wallis wachsen Waldföhren und Flaumeichen zumindest zeitweise am Rande ihrer physiologischen Möglichkeiten. Erste Resultate zeigen, warum die Flaumeiche (Quercus pubescens) unter den herrschenden klimatischen Bedingungen physiologische Vorteile gegenüber der Waldföhre (Pinus sylvestris) hat.

Bundesweite Bodenabtragsmodellierung (Allgemeine Bodenabtragsgleichung) – C-Faktor (Datensatz)

Der Datensatz enthält Informationen zum abgeleiteten C-Faktor (Maß für die Bodenbedeckung und die Bodenbearbeitung) für die Allgemeine Bodenantragsgleichung (ABAG). Der Datensatz enthält C-Faktoren für die wichtigsten Landnutzungskategorien (landwirtschaftliche Nutzung nach Ackerland und Grünland), Wald, natürlich bedeckte Flächen, etc.). Datengrundlage für die Ausweisung des C-Faktors für die Ackerflächen waren Fruchtartenanteile (2016 bis 2018) sowie Informationen zum Umfang konservierender Bodenbearbeitung auf Basis von DESTATIS (2017) und Angaben Statistischer Landesämter). Die Daten für nicht berücksichtigte nicht ackerbauliche Landnutzungsklassen wurden aus Literaturdaten abgeleitet. Die Ermittlung der C-Faktoren für Ackerflächen erfolgte auf Kreisebene im Rahmen eines UBA-Projektes (Häußermann, U.; Bach, M.; Klement, L.; Knoll, L.; Breuer, L.; Strassemeyer, J.; Pöllinger, F.; Golla, B. (2023): Auswirkungen des Anbaus nachwachsender Rohstoffe und der Verwendung von Gärresten auf die Oberflächen- und Grundwasserbeschaffenheit in Deutschland | Umweltbundesamt. UBA-Texte 163/2023 (Link siehe INFO-LINKS)). Eine grundsätzliche Beschreibung des methodischen Vorgehens zur Bodenabtragsmodellierung findet sich in (Fuchs, S.; Brecht, K.; Gebel, M.; Bürger, S.; Uhlig, M.; Halbfaß, S. (2022): Phosphoreinträge in die Gewässer bundesweit modellieren – Neue Ansätze und aktualisierte Ergebnisse von MoRE-DE. UBA-Texte 142/2022 (Link siehe INFO-LINKS)). Die Daten sind keine absolut gültigen Ergebnisse, sondern stehen im Kontext der methodischen Annahmen bei der Erstellung und Verarbeitung der Ausgangsdaten. Die Kenngröße (C-Faktor) wird aktuell für die bundesweite Bodenabtragsmodellierung mit der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung (ABAG) verwendet.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2322: Systemökologie von Böden - das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung, Teilprojekt: Aufklärung struktureller und physikalisch-chemischer Einflussfaktoren auf die Stabilisierung von organischem Material in Böden mittels neuer Ansätze der ultrahochauflösenden Massenspektrometrie

Das Vorhandensein von stabilem Boden-organischen Material (SOM) ist eine system-immanente Eigenschaft, aber auch eine Voraussetzung für das Funktionieren von Bodenökosystemen. Mikrobielle Aktivität ist dabei ein wesentlicher Treiber des Kohlenstoffumsatzes und der SOM-Bildung, aber das Ausmaß, in dem stabiles SOM gebildet wird, wird durch Randbedingungen wie Redoxzustand und Mineralzusammensetzung verändert. Derzeit sind weitere Fortschritte zum Verständnis der SOM-Stabilisierungsmechanismen durch die Möglichkeiten begrenzt, mit der die molekulare Zusammensetzung der mineralassoziierten Fraktion und die molekularen Strukturen von SOM bestimmt werden können. Neue analytische Konzepte und Methoden für chemisch hochauflösende Analysen sind daher dringend erforderlich, um die Einflussfaktoren der Kohlenstoffspeicherung in Böden besser zu verstehen. Strukturspezifische und oberflächensensitive FT-ICR MS-Methoden eröffnen eine völlig neue Perspektive, um die mikrobielle Nutzung von Substraten zur Energiegewinnung und Biomasseerzeugung zu untersuchen, molekulare Änderungen zu erfassen, Struktur-Energie-Beziehungen in komplexem SOM zu entschlüsseln, die Bildung und Stabilität von mineralassoziiertem organischem Material zu erforschen und schließlich die Stabilisierung von SOM ganzheitlich zu verstehen. Zu diesem Zweck werden wir 1) online-LC-FT-ICR-MS sowie LC-Tandem-MS-Methoden einsetzen, um physikalisch-chemische und aussagekräftige Strukturinformationen selbst für das komplexe SOM zu erhalten, 2) funktionelle Gruppen in einzelnen Molekülen mittels Isotopen-Tagging zu bestimmen, um die Prävalenz von Struktureinheiten zu untersuchen, und 3) direkte LDI-FT-ICR-MS für die Oberflächenanalyse der organischen Substanz nach der Sorption an Mineralien anwenden. Diese neuartigen Methoden werden wir auf mikrobielle Mikrokosmen mit verschiedenen Substraten und Redox-Bedingungen anwenden, um die Energie- und Materie-Zerstreuung auf molekularer Ebene aufzuschlüsseln. Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens ist es, das Verständnis des komplexen Umsatzes von organischer Bodensubstanz von einer Summen- und Mittelwert- auf eine strukturelle Ebene zu heben. Diese neue Ebene des SOM-Verständnisses wird zusammen mit den Projektpartnern im SPP SoilSystems eine integrative und umfassende Bewertung und Modellierung der Energienutzungskanäle und Randbedingungen des OM-Umsatzes in Böden ermöglichen. Dieses Vorhaben wird zu den zentralen Hypothesen des SPP SoilSystems beitragen, indem die Energienutzungskanäle und die Verteilung der Gibbs-Energie von Substraten während mikrobiellem Umsatz, die Konsequenz von Molekülstruktur auf die Stabilisierung von SOM durch fortwährende mikrobielle Aktivität und der Einfluss von Redoxzustand und Mineralzusammensetzung auf die Stoffnutzung und Stabilisierung von Kohlenstoff aufgeklärt wird.

Optionen und Potenziale für die Nutzung von biogenem CO₂ für die Herstellung von strombasierten erneuerbaren Energieträgern

Der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger ist Grundlage für eine treibhausgasneutrale (netto) Zukunft, auch die Nutzung von fossilem CO₂ ist immer mit zusätzlichen Emissionen verbunden. Es stellt sich die Frage, woher kommt der Kohlenstoff, den wir auch in Zukunft noch benötigen werden, wenn auch in deutlich geringerem Umfang? Die Nutzung von Anbaubiomasse ist aufgrund des Flächenbedarfes und der Landnutzungsänderung keine nachhaltige Alternative. Können Rest- und Abfallstoffe aus Biomasse diese Kohlenstoffquelle sein und wie sind diese einzuordnen?Der vorliegende Zwischenbericht aus dem Forschungsvorhaben: Kriterien für eine nachhaltige Bereitstellung und klimagerechte Integration von strombasierten Energieträgern widmet sich dieser Frage. Zuerst werden Daten zu globalen Reststoffpotentialen aus Literaturquellen zusammengefasst. Nachfolgend werden CO₂-Bedarfe von technischen Prozessen für die Herstellung von Wasserstoffderivaten beleuchtet. Abschließend findet eine qualitative Nachhaltigkeitsbewertung der betrachteten CO₂-Punktquellen und ein Abgleich von globalem Potential und globaler Nachfrage statt.

Optionen und Potenziale für die Nutzung von biogenem CO₂ für die Herstellung von strombasierten erneuerbaren Energieträgern

Der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger ist Grundlage für eine treibhausgasneutrale (netto) Zukunft, auch die Nutzung von fossilem CO₂ ist immer mit zusätzlichen Emissionen verbunden. Es stellt sich die Frage, woher kommt der Kohlenstoff, den wir auch in Zukunft noch benötigen werden, wenn auch in deutlich geringerem Umfang? Die Nutzung von Anbaubiomasse ist aufgrund des Flächenbedarfes und der Landnutzungsänderung keine nachhaltige Alternative. Können Rest- und Abfallstoffe aus Biomasse diese Kohlenstoffquelle sein und wie sind diese einzuordnen? Der vorliegende Zwischenbericht aus dem Forschungsvorhaben: Kriterien für eine nachhaltige Bereitstellung und klimagerechte Integration von strombasierten Energieträgern widmet sich dieser Frage. Zuerst werden Daten zu globalen Reststoffpotentialen aus Literaturquellen zusammengefasst. Nachfolgend werden CO₂-Bedarfe von technischen Prozessen für die Herstellung von Wasserstoffderivaten beleuchtet. Abschließend findet eine qualitative Nachhaltigkeitsbewertung der betrachteten CO₂-Punktquellen und ein Abgleich von globalem Potential und globaler Nachfrage statt. Veröffentlicht in Texte | 95/2025.

FACCE SURPLUS 1: MISCOMAR - Miscanthus Biomasse Optionen für kontaminiertes und marginales Land: Qualität, Quantität und Boden-Interaktionen; Teilprojekt Uni Hohenheim

Im Verbundvorhaben MISCOMAR mit den europäischen Partner Institute for Ecology of Industrial Areas in Katowice, Polen (Koordinator) und Aberystwyth University, UK ist geplant die Biomasse-Nutzung von marginalen und belasteten Ackerflächen weiterzuentwickeln. Insbesondere Miscanthus stellt hierfür eine interessante Alternative dar, auf Grund seiner guten Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Gegebenheiten und seines guten ökologischen Profils. Im Projekt soll daher die Eignung neu gezüchteter Miscanthus Genotypen für marginales und kontaminiertes Ackerland geprüft und mit der aktuellen Standardsorte Miscanthus x giganteus verglichen werden. Einer von insgesamt drei Versuchsstandorten befindet sich an der Universität Hohenheim (Versuchsstation Agrarwissenschaften, Standort Unterer Lindenhof), welcher als marginal charakterisiert werden kann, auf Grund des hohen Anteils an Steinen im Boden, der Neigung zur Staunässe im Frühjahr, des hohen Tonanteils und der Hangneigung. Im Rahmen des Projektes sollen zudem mögliche Nutzungsrichtungen für die Miscanthus-Biomasse geprüft werden. Hierfür werden an der Universität Hohenheim insbesondere relevante Qualitätsparameter für die Verbrennung und die Biogasnutzung von allen drei Versuchsstandorten analysiert. Für die Verbrennung wird eine Ernte nach Winter angestrebt, da hier ein geringer Wassergehalt erreicht werden kann und für die Biogasnutzung eine Ernte vor Winter (Oktober), da hier der Trockenmasseertrag und der substrat-spezifische Biogas- und Methanertrag höher ausfallen. Die Ergebnisse aus den Feldversuchen, Qualitätsanalysen und der ökologischen Auswirkungen des Miscanthusanbaus auf den Boden (letzteres durchgeführt vom Partner IBERS, Aberystwyth University), sowie weiterführende Literaturstudien sollen in die Entwicklung von Anbaustrategien zur Optimierung des Miscanthusanbaus einfließen. Diese Anbaustrategien sollen die Grundlage für die weitere Erschließung des Miscanthusanbaus darstellen und die heimische Biomasseproduktion für eine wachsende Bioökonomie in Europa verstärkt auf marginales und kontaminiertes Ackerland lenken. Übergeordnetes Ziel ist es so die Biomasseversorgung zu sichern und gleichzeitig der Flächenknappheit entgegenzuwirken, indirekte Landnutzungsänderungen zu vermeiden und die globale Ernährungssicherheit zu sichern.

H2020-EU.3.3. - Societal Challenges - Secure, clean and efficient energy - (H2020-EU.3.3. - Gesellschaftliche Herausforderungen - Sichere, saubere und effiziente Energieversorgung), Facilitating market roll-out of RESfuels in the transport sector to 2030 and beyond (ADVANCEFUEL)

ADVANCEFUEL aims at enabling the commercialization of advanced and liquid renewable alternative fuels (RESfuels) to meet the renewable energy targets set at European level for 2020 and 2030. Under the coordination of FNR, 8 authoritative (yet neutral) players (ATB, ECN, Imperial College, Aalto University, Utrecht University, Chalmers University and Greenovate!Europe), with the assistance of an Advisory Board, propose a systemic approach to address RESfuel market roll-out in road, marine and aviation applications. The project objectives cover all the call challenges, viz.: 1. Monitoring, within and beyond Europe, activities slowing or accelerating RESfuels commercial uses. - 2. Detailing innovative approaches to improve biomass availability and suitability for its conversion into advanced biofuels, with a special focus on new cropping schemes. - 3. Assessing innovative biomass conversion technologies and their efficient integration in existing infrastructures. - 4. Delivering a tool to assess current and future lifecycle environmental (GHG) performances of RESfuels based upon harmonized sustainability schemes. - 5. Recommending measures to increase market acceptance and end use of RESfuels based on detailed market segmentations accounting for the role of fuel and fuel blend properties; - 6. Providing stakeholders with merit analyses of critical innovations (cropping, conversion, system integration, sustainability and market development), using practical decision-making tools for a systemic assessment of RESfuels production costs based on scenarios for biomass development, fuel blending issues, etc. - 7. Providing value-chain stakeholders with recommendations enhancing RESfuels market roll-out thereby emphasizing the plausibility and usefulness of RESfuels by 2030. - 8. Maximizing the project visibility through communication and dissemination activities which promote knowledge sharing and dialogue between relevant national and EU platforms and the SET Plan activities on RES.

Weltweiter Ausbau von Energie aus Biomasse erfordert schwierige Abwägungen

Energie aus Pflanzen kann bis zu 20 Prozent des weltweiten Bedarfs an Strom und Wärme im Jahr 2050 decken, davon rund die Hälfte aus Biomasseplantagen – dies aber nur um den Preis einer deutlichen Ausweitung der Anbauflächen zu Lasten der Natur. Das ist Ergebnis einer Studie des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK), „die erstmals das Potenzial und die Risiken der Energiegewinnung aus Biomasseplantagen in einer aufwändigen biogeochemischen Computersimulation ermittelt“, wie der Leitautor Tim Beringer erklärt. Die vom Menschen genutzte Landfläche würde sich je nach Szenario um zehn bis dreißig Prozent gegenüber dem heutigen Wert vergrößern, die nötige Bewässerung könnte sich im Extremfall verdoppeln.

Ermittlung der Bodenqualität zur Bewertung der Ertragspotentiale von Rohstoffpflanzen auf marginalen Standorten

Auswirkungen des Anbaus nachwachsender Rohstoffe und der Verwendung von Gärresten auf die Oberflächen- und Grundwasserbeschaffenheit in Deutschland

Der Anbau von nachwachsenden Rohstoffen (NawaRo’s) für die Erzeugung von Biogas und zur Herstellung von Biokraftstoffen wurde in Deutschland seit Anfang der 2000er Jahre erheblich ausgeweitet. Im Rahmen des Vorhabens wurde untersucht, ob bzw. in welchem Umfang durch die Zunahme des NawaRo-Anbaus die Gewässer in Deutschland durch Einträge von Nitrat und Pflanzenschutzmitteln sowie infolge verstärkter Bodenerosion möglicherweise belastet werden. Veröffentlicht in Texte | 163/2023.

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