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Umsetzung Sedimentmanagementkonzept Schwermetalleinträge Schlüsselstollen in die Saale

Helmholtz Zentrum für Umweltforschung – UFZ, Department Fließgewässerökologie Umsetzung Sedimentmanagementkonzept Schwermetalleinträge Schlüsselstollen in die Saale Abschlussbericht: Laufzeit Juli 2012 -14.12.2012 DC Martina Baborowski (Projektleiter) PD Dr. habil. Wolf von Tümpling 14.12.2012 Gliederung Abkürzungsverzeichnis........................................................................................................................2 1. Problem- und Zielstellung ...............................................................................................................4 2. Untersuchungsstrategie ..................................................................................................................5 2.1 Untersuchungen zur Beeinflussung der Gewässergüte der Schlenze durch den Schlüsselstollen 5 2.1.1 Probenahme Wasser ..........................................................................................................5 2.1.2 Probenahme Sediment .......................................................................................................6 2.2 Längsbeprobungen der Saale /Elbe mit dem Forschungsschiff ALBIS..........................................7 2.2.1 Probenahme Wasser ..........................................................................................................7 2.2.2 Probenahme Sediment .......................................................................................................9 2.3 Laborversuche zum Verteilungsverhalten gelöst/partikulär ..................................................... 11 2.3.1 Schüttelversuch ................................................................................................................ 11 2.3.2 Sinkversuch ...................................................................................................................... 13 2.3.3 Rücklösungsversuch ......................................................................................................... 14 3. Ergebnisse und Diskussion ............................................................................................................ 15 3.1 Beeinflussung der Gewässergüte der Schlenze durch den Schlüsselstollen .............................. 16 3.1.1 Wasseruntersuchungen .................................................................................................... 16 3.1.1 Sedimentuntersuchungen................................................................................................. 21 3. 2 Längsbeprobungen der Saale /Elbe mit dem Forschungsschiff ALBIS....................................... 22 3.2.1 Wasseruntersuchungen .................................................................................................... 23 3.2.2 Sedimentuntersuchungen................................................................................................. 26 3.3 Laborversuche ......................................................................................................................... 27 3.3.1 Schüttelversuch ................................................................................................................ 27 3.3.2 Sinkversuch ...................................................................................................................... 30 3.3.3 Rücklöseversuch ............................................................................................................... 32 4. Bewertung und Empfehlungen ...................................................................................................... 35 4.1 Im Hinblick auf das Monitoring ................................................................................................ 35 4.2 Im Hinblick auf das Sedimentmanagement .............................................................................. 36 4.3 Im Hinblick auf weiterführende Untersuchungen .................................................................... 37 Referenzen ....................................................................................................................................... 39 Anlagenverzeichnis ........................................................................................................................... 41 1 Abkürzungsverzeichnis AFSAbfiltrierbare Stoffe Chl-aChlorophyll- a Konzentration des Planktons DICDissolved Inorganic Carbon (gelöster anorganischer Kohlenstoff) DOCDissolved Organic Carbon (gelöster organischer Kohlenstoff) GRGlührückstand der abfiltrierbaren Stoffe HQHochwasserabfluss LFLeitfähigkeit MAmit Aufschluss MHQMittlerer Hochwasserabfluss MNQMittlerer Niedrigwasserabfluss MQMittlerer Abfluss NH4-NAmmonium-Stickstoff NO2-NNitrit-Stickstoff NO3-NNitrat-Stickstoff NQNiedrigwasserabfluss O2gelöster Sauerstoff OAohne Aufschluss ohoberhalb PNParticulate Nitrogen (partikulärer Stickstoff) POCParticulate Organic Carbon (partikulärer organischer Kohlenstoff) PONParticulate Organic Nitrogen (partikulärer organischer Stickstoff) PSParticulate Sulfur (partikulärer Schwefel) QAbfluss SiSilizium SPMsuspendiertes partikuläres Material 2

Innovative Schneidtechnologie für hochfeste Werkstoffe

Das Projekt "Innovative Schneidtechnologie für hochfeste Werkstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kalenborn Kalprotect GmbH & Co. KG durchgeführt. Die Kalenborn Kalprotect GmbH & Co. KG ist ein weltweit führender Unternehmensverbund im Bereich des universellen Verschleißschutzes. Das Unternehmen bietet maßgeschneiderte Verschleißschutzlösungen an. Die Basis bildet ein breites Spektrum an mineralischen, keramischen und metallischen Werkstoffen. Bislang erfolgten die Zuschnitte dieser Werkstoffe mit einer Diamant-Handkreissäge, durch einen Formenbau mit nachgelagerter Gießerei oder durch Plasmaschneiden. Die Zuschnitte per Handkreissäge und über den Formenbau sind sehr zeitaufwändig. Das bei metallischen Werkstoffen bevorzugt angewendete Plasmaschneideverfahren ist sehr energieaufwändig und mit problematischen Emissionen durch verdampfendes Metall sowie höheren Schneidabfällen verbunden. Insbesondere beim Schneiden von Edelstahl entstehen hochgiftige Chrom(VI)- und Nickeloxidverbindungen. Das Unternehmen wird eine neuartige Schneidtechnologie einführen, die mit Wasserstrahl in Kombination mit einem neu entwickelten Schneidmittel eine bis zu fünffache Schnittleistung gegenüber herkömmlichen Wasserstrahlschneidanlagen erzielt. Das Schneidmittel besteht aus einer Mischung aus neuwertigem Korund, recyceltem Korund und Granat. Im Vergleich zum Plasmaschneiden kann die Wasserschneidetechnik die schädlichen Luftemissionen vermeiden. Unter der Voraussetzung, dass rund 10 bis 20 Prozent des bislang per Plasmaschneiden bearbeiteten Metalls per Wasserschneidetechnik geschnitten werden, können etwa 1.200 bis 2.400 Kilogramm schwermetallhaltiger Staub pro Jahr vermieden werden. Außerdem fällt 1.400 bis 2.800 Kilogramm weniger Schneidabfall pro Jahr an. Da der Schneidabfall keine toxischen Stoffe enthält, kann er zudem recycelt und muss nicht deponiert werden. Der zum Schneiden verwendete Korund sowie der Materialabrieb werden aus dem im Kreislauf geführten Wasser abgeschieden und selbst als Rohstoff für Verschleißschutzwerkstoffe verwertet. Das Wasser wird nach Filterung in den Produktionsprozess zurückgeführt. Ein weiterer Vorteil der maschinellen Schneidtechnologie sind neben der immer wiederkehrenden Präzision und Qualität der Schnittergebnisse die verbesserten Arbeits- und Sicherheitsbedingungen gegenüber dem Handschneiden.

Development of ceramic oxide fuel cell (SOFC) for power

Das Projekt "Development of ceramic oxide fuel cell (SOFC) for power" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Objective: Design concept and development of a large surfaced sofc consisting of a yttria stabilized zirconia electrolyte with electrodes on both sides and a corrugated structured bipolar plate. Because of using a metallic bipolar plate (which has to ensure besides the cells connection also the transport and distribution of gases) the cell operating temperature should be 900-950 celsius degree. The electrode material will also be suited to this temperature range. General information: within the contract en3e-0180-uk managed by imperial college and entitled 'fabrication and evaluation of small (100w) sofc reactors', sofc stocks will be built up and tested. The main differences (cell construction operating temperature, material of bipolar plate, test conditions) between the Siemens and the IC. Contracts are well defined. This work programme includes the development of a new corrugated structured sofc from the concept up to the test of one single or several cells. Main points are the preparation of thin, solid and mechanic stable electrolyte foils, the optimization of electrodes with respect to conductivity and pore structure (adaptation to the relative low temperature range of 900 - 950 celsius degrees) and the development of a bipolar plate, which ensures the mechanical stability of the electrolyte and the gas distribution. A wide-spread technical knowledge in the field of electro ceramics, bonding technique and electrochemics is available at Siemens. In addition all essential equipment and tools for preparation of defined porous structures etc. And for the analysis and characterization of materials are existing. Achievements: Siemens is proposing a new planar concept with metal separator plate for the ceramic oxide fuel cell (SOFC) reactor. Main goal of the preparation phase was the development of single SOFC cells with internationally comparable power data. The development of the ceramic compounds and the metal separator plate for the planar Siemens SOFC concept can be summarized as follows: manufacture of electrolyte bulk material by the mixed oxide process as well as from chemically prepared YSZ materials (FSZ and PSZ); physicochemical characterization of these electrolyte specimens; sintering studies with various tape casted electrolyte materials; development of a sintering process for a flat plate electrolyte with dimensions 100 x 100 x 0.15 mm(3); manufacture of cathode bulk material in the system La(1-u)Sr(u)Mn(1-x)Co(x)Mn03 by the mixed oxide process; physicochemical characterization of these cathode specimens; manufacture of anode bulk material of 10 to 100 per cent nickel content by the mixed oxide process; physicochemical characterization of these anode specimens; development of a screen printing technique for electrodes; manufacture of ceramic trilayers by tape casting screen printing; design and construction of a bench cell testing facility; bench cell testing of ceramic trilayers with various anode compositions; selection of ...

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Nukleare Entsorgung (INE) durchgeführt. Das wissenschaftliche Ziel des Verbundprojektes ist es, ein Verständnis des Langzeitverhaltens von Radionukliden in keramischen Endlagerungsmatrizes unter endlagerrelevanten Bedingungen abzuleiten. Innerhalb des Teilvorhabens B werden die am FZJ synthetisierten und mit Eu(III), Am(III) oder Cm(III) dotierten Phosphate am KIT-INE mit Hilfe der TRLFS untersucht. Es werden jeweils Excitation- und Emissionsspektren aufgenommen werden. Ferner wird die Detektion der Emissionslebensdauern die Möglichkeit eröffnen, Aussagen zur Hydratisierung des Lanthanid- bzw. Actinidions zu machen. Dadurch kann zwischen Sorption und Einbau unterschieden werden. Dabei soll der Einfluss der Kristallinität auf die Nahordnung des eingebauten Lanthanids oder Actinids betrachtet werden, um aus den Unterschieden Aussagen zur besseren oder schlechteren Auslaugung der Radionuklide treffen zu können. Ferner wird die Veränderung der Punktsymmetrie der inkorporierten dreiwertigen Ionen mit dem Dotierungsgrad spektroskopisch analysiert werden. Dies wird die Möglichkeit eröffnen, Aussagen zur maximalen Beladung der Keramiken mit Fremdionen zu machen. Ferner werden die in Jülich synthetisierten, dotierten Einkristalle an der Beamline in Argonne untersucht. Mit diesen Röntgenreflektometriemessungen wird die Struktur der Oberfläche der Kristalle bestimmt. Dadurch sollte es möglich sein, Strukturinformationen zu den in die ersten Lagen des Kristalls eingebauten Fremdionen zu erhalten.

Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Gesteinshüttenkunde, Lehrstuhl für Keramik und feuerfeste Werkstoffe durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist es, einen Beitrag zur Aufrechterhaltung und Weiterentwicklung des Kenntnisstandes auf dem Gebiet der Entsorgung radioaktiver Abfälle zu leisten. Es sollen neue Möglichkeiten aufgezeigt werden, die die sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle verbessern und ein hohes Sicherheitsniveau auf diesem Gebiet gewährleisten können. Keramische Materialien werden seit Jahrzehnten aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften als erfolgversprechende Alternative zu Borosilicatgläsern als Matrix für die Endlagerung radioaktiver Abfälle diskutiert. Sie besitzen aufgrund ihrer Kristallinität eine um einige Größenordnungen höhere Korrosionsbeständigkeit unter Endlagerbedingungen im Vergleich zu Gläsern. Die Phosphate mit Monazitstruktur und die Zirconate mit Pyrochlorstruktur zeichnen sich durch ihre besonders ausgeprägte Strahlenbeständigkeit aus. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen die technologischen Grundlagen für die Aufbereitung, Formgebung und Sinterung dieser Werkstoffe untersucht werden. Durch eine über die Temperaturführung einstellbare Gefügestruktur können die mechanischen und korrosiven Eigenschaften kontrolliert werden. Auf diese Weise sollen Modelle auf der Grundlage von Struktur-/ Eigenschaftsbeziehungen entwickelt werden, mit denen sich die Vorgänge der Endlagerprozesse auf atomarer Basis beschreiben und sich belastbare Aussagen bezüglich der Langzeitstabilität und des Rückhaltevermögens treffen lassen.

Teilprojekt 2: Ermittlung und Analyse Stoffströme & Vollzug und Umsetzung zur Ausschleusung von Asbest

Das Projekt "Teilprojekt 2: Ermittlung und Analyse Stoffströme & Vollzug und Umsetzung zur Ausschleusung von Asbest" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Bauingenieurwesen, Fachgebiet Bauphysik und Baukonstruktionen durchgeführt. Das Gesamtziel des Projekts ist es, einen sicheren Gesamtprozess im schadstoffbelasteten Baubestand von der Erfassung über die Sanierung und den Abbruch (geordneter Rückbau) bis zum Recycling und zur Restentsorgung zu beschreiben. Insbesondere Asbest in mineralischen Baustoffen soll bearbeitet werden. Das Recycling soll eine hohe Trennung, also möglichst wenig kontaminierte Restmengen und möglichst hochwertiges Recyclingmaterial (RCM) generieren. Die derzeitigen Ansätze für die Erhebung, die Sanierung, den Abbruch und das Recycling sollen weiterentwickelt werden mit dem Schwerpunkt auf Baustoffe mit schwer trennbaren Belastungen. Im Einzelnen sollen: A) Trennverfahren für Asbestprodukte in verschiedenen Zuständen (Verbundarten, Zerstörungsgrad) und von Asbestfasern an sich in Masseströmen wie Böden (Altlasten), Bauschutt (Altlasten), Betonabbruch mit Asbestbeton (z.B. Abstandshalter), Abluft und Abgas (Verbrennung), Pulvern (Gips, Zement) und Schüttgütern (RCM, Bauschutt) etabliert werden; B) die Möglichkeiten des unschädlichen Verbleibes von Asbestfaseranteilen in Recyclingbaustoffen bzw. Bauprodukten mit der jeweiligen geeigneten Verwendung untersucht werden. Im Zuge dessen soll auch ein geeignetes Monitoring zu Asbestanteilen im Gebäudebestandskreislauf insgesamt ermittelt werden; C) existierende Prüfverfahren mit Probenvorbereitung und Analytik und weitere bzw. variierende Analysewege anhand verschiedener Stoffströme für ein Monitoring überprüft, bewertet und fortentwickelt werden; D) ein Monitoringprogramm konzipiert und erprobt werden, das die Recyclingprodukte wirksam absichert. Die TU Berlin begleitet von wissenschaftlicher Seite das Vorhaben und wird die Stoffströme auf der Mesoebene ermitteln, Simulationsmethoden zur Ausschleusung mineralischer von mineralischen Fraktionen fortentwickeln, den Prozess ökonomisch und ökologisch bewerten und Methoden für ein Monitoring entwickeln.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-6: Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist es, einen Beitrag zum grundlegenden Verständnis des Langzeitverhaltens von Radionukliden in keramischen Endlagerungsmatrizes unter endlagerrelevanten Bedingungen zu leisten. Dazu werden Expertisen und Aktivitäten der beteiligten Partner aus nationalen Universitäten und Forschungseinrichtungen auf den Gebieten Synthese, Strukturaufklärung, Materialwissenschaft und Theorie gebündelt, um das mechanistische Prozessverständnis der kinetischen und thermodynamischen Vorgänge unter endlagerrelevanten Bedingungen zu verbessern. In dem Projekt spielen Aus- und Weiterbildung von Nachwuchswissenschaftlern eine zentrale Rolle. Somit sind sowohl die Erweiterung des derzeitigen Wissenstandes, Kompetenzerhalt und Nachwuchsförderung in Forschungsbereichen der nuklearen Entsorgung als auch deren Vernetzung auf europäischer Ebene in das Vorhaben integriert. Dieses Projekt wird maßgeblich zum sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der dafür notwendigen Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie zur sicheren Entsorgung nuklearer Abfälle beitragen. Das Verhalten von Radionukliden während und nach der Immobilisierung in keramischen Materialien wird grundsätzlich und systematisch in folgenden Arbeitspaketen untersucht: 1) Synthese der Immobilisierungsmatrizes, 2) Strukturelle Charakterisierung, 3) Strahlenschäden, 4) Thermodynamik und physikalische Eigenschaften, 5) Korrosionsbeständigkeit unter Endlagerbedingungen.

PIPV2 - Flexible CIGSe Dünnschichtsolarzellen für die Raumfahrt

Das Projekt "PIPV2 - Flexible CIGSe Dünnschichtsolarzellen für die Raumfahrt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl Keramische Werkstoffe durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Erstmals ist eine flexible Cu(In,Ga)Se2 Technologie auf Polyimidfolie als Trägermaterial mit einer Leistungsdichte von knapp 2000 W/kg auf Bauteilniveau national verfügbar. Um das einzigartige Potential dieser Technologie weiter zu entwickeln ist es Ziel der hier beschriebenen Aktivitäten, die im Vorläufer entwickelte Technologie weitreichenden, für Anwendungen im Weltraum relevanten Test zu unterziehen und einzelne Komponenten weiter zu entwickeln, um so deren Effizienz und Zuverlässigkeit weiter zu erhöhen. Die konkreten Ziele sind: größer als 17.5 Prozent im Labor (AM1.5, größer als 0.5 cm2, tot. area) ; größer als 12.5 Prozent für standardisierte, für die industrielle Fertigung relevante (AM1.5, größer als 30 cm2, tot.l area, ohne AR); größer als 10.0 Prozent für ein Modul mit größer als 9 monolith. versch. Zellen (AM1.5, größer als 30 cm2, tot. area) ; größer als 8.0 Prozent für ein Modul mit größer als 5 pseudom. versch. Zellen (AM1.5, größer als 30 cm2, tot. area); ein testfähiger, flexibler Generator/Demonstrator mit einem spezifischen Gewicht kleiner als 1.0kg/m2. 2. Arbeitsplanung: Der Lehrstuhl Keramische Werkstoffe der Universität Bayreuth wird innerhalb des Verbundprojektes mehrschichtige high-epsilon Beschichtungen entwickeln, diese auf unterschiedliche Bauteile applizieren und umfangreich untersuchen. Hierzu ist es notwendig, die Schichteigenschaften und Applikationsverfahren auf die verschiedenen Substrate anzupassen sowie optimierte Schichtsysteme für die unterschiedlichen Bauteiltypen herzustellen und zu evaluieren.

BMBF/WING, Ausschreibung STROM

Das Projekt "BMBF/WING, Ausschreibung STROM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Aalen, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Institut für Materialforschung durchgeführt. Zukünftige Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge muss höchste Anforderungen hinsichtlich Energieeffizienz und Zuverlässigkeit erfüllen. Um eine Marktdurchdringung von Elektromobilität sicherzustellen, sind außerdem sehr ehrgeizige Kostenziele zu erfüllen. Ein geeigneter Ansatz, um gleichzeitig die Kosten zu reduzieren und die Energieeffizienz zu verbessern, ist die Erhöhung der Leistungsdichte bei gleichzeitiger Miniaturisierung und Systemintegration von elektronischen Bauteilen. Wesentliche Schlüsseltechnologien hierfür sind neue Werkstoffsysteme sowie geeignete Hochtemperatur-Aufbau- und Verbindungstechnologien.

Teilprojekt F

Das Projekt "Teilprojekt F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Geowissenschaften, Facheinheit Mineralogie, Abteilung Kristallographie durchgeführt. Das Vorhabensziel des Frankfurter Teilprojekts ist die strukturelle und physikalische Charakterisierung der von Keramiken und Kristallen, die für die Immobilisierung langlebiger Radionuklide eingesetzt werden könnten. Die Proben werden von den Verbundpartnern hergestellt. Zum Erreichen des Vorhabenziels sollen Neutronen- und Synchrotronbeugungsuntersuchungen sowie mikrokalorimetrische und ultraschallspektroskopische Messungen durchgeführt werden. Die experimentellen Untersuchungen sollen durch atomistische Modellrechnungen, die auf der Dichtefunklionaltheorie basieren, ergänzt werden. Die Neutronen- und Synchrotronbeugungsuntersuchungen sollen an Großforschungseinrichtungen (PETRA III, ESRF, APS, LANSCE) durchgeführt werden. Die Hochtemperatur-Ultraschallexperimente werden mit selbstkonstruierten Geräten in Frankfurt durchgeführt. Für die Mikrokalorimetrie steht ein Quantum Design PPMS System zur Verfügung und die Dilatometermessungen werden auf einem Gerät der Fa. Netzsch durchgeführt.

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