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In soils and sediments there is a strong coupling between local biogeochemical processes and the distribution of water, electron acceptors, acids, nutrients and pollutants. Both sides are closely related and affect each other from small scale to larger scale. Soil structures such as aggregates, roots, layers, macropores and wettability differences occurring in natural soils enhance the patchiness of these distributions. At the same time the spatial distribution and temporal dynamics of these important parameters is difficult to access. By applying non-destructive measurements it is possible to overcome these limitations. Our non-invasive fluorescence imaging technique can directly quantity distribution and changes of oxygen and pH. Similarly, the water content distribution can be visualized in situ also by optical imaging, but more precisely by neutron radiography. By applying a combined approach we will clarify the formation and architecture of interfaces induces by oxygen consumption, pH changes and water distribution. We will map and model the effects of microbial and plant root respiration for restricted oxygen supply due to locally high water saturation, in natural as well as artificial soils. Further aspects will be biologically induced pH changes, influence on fate of chemicals, and oxygen delivery from trapped gas phase.
Neue Materialien ermöglichen neue Bauformen und Konstruktionsarten. Was so einfach klingt, ist in der Realität oft ein langer, mühsamer und nicht selten mit Irrtümern gepflasterter Weg. Im Bauwesen dauern Innovationsprozesse aufgrund hoher Anforderungen an Sicherheit und Dauerhaftigkeit und wegen aufwändiger Normungs- und Zulassungsverfahren besonders lange. Dies gilt auch und insbesondere für leistungsfähige Baustoffkombinationen wie Textil- und Carbonbeton, die einen Paradigmenwechsel oder gar eine Revolution im Bauen mit Beton, dem weltweit mengenmäßig wichtigsten Baustoff, mit sich bringen werden. Mit diesen Baustoffkombinationen können gleichzeitig der enorme Ressourcenverbrauch und der CO2-Ausstoß der Bauindustrie wesentlich verringert, aber auch zusätzliche Funktionen erschlossen werden. Erste Bauprojekte mit den neuen Materialien verdeutlichen aber zugleich, dass zunächst weiterhin nach traditionellen, dem Stahlbeton entlehnten Konstruktionsprinzipien gebaut wird, herkömmliche Materialien also lediglich substituiert werden. Erst in Verbindung mit intelligenten Konstruktionsstrategien wird das volle Potential des innovativen Werkstoffs Carbonbeton ausgenutzt. Baustoffgerechte Methoden für das Entwerfen, Modellieren und Konstruieren mit neuen Werkstoffen bedürfen einer tiefergehenden Grundlagenforschung. Um vorhandene traditionelle Entwurfsprinzipien zu hinterfragen, gegenseitige Abhängigkeiten von Materialien zu begreifen und darauf aufbauend eine neue Entwurfs- und Konstruktionsstrategie zu etablieren, ist ein umfassender und ganzheitlicher Ansatz nötig. Nur so können neue, dem innovativen Hochleistungswerkstoff Carbonbeton gerechte Leichtbauprinzipien erarbeitet werden. Zentrale Ideengeber für Bauelementgeometrien sind dabei sowohl die Biologie, hier vor allem Botanik, als auch weitere Fachbereiche wie etwa Mathematik und Kunst. Angestrebt werden Konstruktionsformen aus mineralischen Kompositen, die Kräfte überwiegend durch Normalspannungen abtragen und mit neuen, industriellen, maschinengestützten Fertigungsmethoden hergestellt werden. Die als zielführend erkannten Konstruktionsstrategien ermöglichen eine vollkommen andere Formensprache. Dabei ist die Entwicklung neuartiger Strukturen eng verknüpft mit Fragen der Herstellbarkeit unter Berücksichtigung einer begleitenden produktbezogenen Nachhaltigkeitsbewertung. Losgelöst von heutigen, etablierten Denkmustern sollen die Grundlagen für eine neue Form des Bauens mit Beton auf Basis tiefgreifender Erkenntnisse zum strukturmechanischen Verhalten neuartiger mineralisch basierter Strukturen geschaffen werden. Die neuen Konstruktionsstrategien und Werkstoffkombinationen reduzieren Ressourcen- und Energieverbrauch durch bisher unbekannte Leichtbauprinzipien bei gleichzeitig hoher Gebrauchstauglichkeit, Tragsicherheit und Dauerhaftigkeit und spiegeln sich auch in einer anspruchsvollen Ästhetik wider, die sich zu einer neuen ' Kunst des Bauens' entwickeln wird.
Das Teilprojekt der OLI Systems fokussiert sich auf die Entwicklung und Implementierung eines blockchainbasierten netzsensitiven Marktmechanismus für Energiecommunities. Die OLI Systems GmbH entwickelt dafür skalierbare und standardisierte Werkzeuge, welche es erlauben, Ladepunkte für Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen, Klimaanlagen, stationäre Batteriespeicher dahingehend zu nutzen, dass sie für die Verteilnetze nicht zum Problem, sondern selbst zur Lösungsoption im Zuge von Redispatchmaßnahmen werden, z.B. Bietagenten, Marktmechanismen und die dazu notwendigen Schnittstellen. Die dezentrale Organisation in Energiecommunities erlaubt es einerseits, Kleinflexibilitäten sinnvoll zu aggregieren, andererseits lässt sich die dafür notwendige Infrastruktur zukünftig auch für den P2PEnergiehandel nutzen, sodass hier wirtschaftliche Synergien entstehen. OLI Systems übernimmt einerseits die Entwicklung und Erprobung geeigneter Bietagenten und -strategien sowie deren Einbindung in einen geeigneten Marktmechanismus. Dort kommen Machine Learning Verfahren, in diesem Fall insbesondere Varianten des Reinforcement Learnings zum Einsatz, um geeignete Bietstrategien zu identifizieren und zu erproben. Die Informationen werden über die Smart Meter Gateway Architektur und den sicheren CLS-Kanal zwischen Haushalt, Koordinationssystem und Marktmechanismus übertragen. Den Nutzern kann die 'OLI Market' App zu Testzwecken als Human Machine Interface zur Verfügung gestellt werden, um eine direkte bidirektionale Interaktion für die Nutzenden zu ermöglichen. Auch die dafür notwendigen Kommunikationsschnittstellen (z.B. IEC 61850) werden gemeinsam mit den Konsortialpartnern erprobt und für den Feldtest ertüchtigt. Im Feldtest wird die Lösung durch die OLI Systems gemeinsam mit den Konsortialpartnern validiert und evaluiert, sodass nach Projektende ein vorkommerzielles Gesamtsystem zur Verfügung steht, welches kurzfristig zur vollständigen Produktreife geführt werden kann.