Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Trinkwasser können negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Konsumenten haben und führen zu einem erhöhten Risiko für Korrosionen im Leitungsnetz. Aufgrund dessen schreibt die Trinkwasserverordnung einen Grenzwert von 240 mg/l vor. Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Grundwasser, die eine spezielle Aufbereitungstechnik erfordern, kommen vor allem durch den Einfluss von Tagebauaktivitäten zustande. Im ausgehobenen Kippenmaterial kommt es zur Oxidation des Pyrits, was nach der Verfüllung der Gruben zu einem Anstieg der Sulfat-, Calcium- und Schwermetallkonzentration im Grundwasser führt. In betroffenen Grundwasservorkommen in Deutschland wurden Konzentrationen von bis zu 2500 mg/l Sulfat gemessen. Die Nanofiltration ist eine mögliche Aufbereitungstechnologie, die die Grundwassernutzung in derart beeinträchtigten Standorten auch nach der Verfüllung der Gruben erlaubt. Es wird erwartet, dass die Nanofiltration im Vergleich zu den anderen in Frage kommenden Technologien Ionenaustauscher, Destillation, Elektrodialyse und Umkehrosmose vor allem bei höheren Sulfatkonzentration in der Größenordnung >1000 mg/l das wirtschaftlichste Verfahren darstellt. In dem Projekt Nanofiltration zur Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung wird die Aufbereitung mittels Nanofiltration experimentell im Labor- und Pilotmaßstab untersucht. Es wird dabei schwerpunktmäßig ein Standort betrachtet, der im Einflussgebiet des Braunkohletagebaureviers Inden I liegt und derzeit Sulfatkonzentrationen von 1000-1500 mg/l in einem Trinkwasserbrunnen aufweist. Neben der Untersuchung der Nanofiltration an sich wird eine Konzentrataufbereitung mittels CaSO4-Kristallisation auf ihre Effektivität geprüft.
Niederschlag ist eine wichtige Komponente des hydrologischen Kreislaufs. Um zu verstehen, wie sich der Wasserhaushalt in einem sich erwärmenden Klima verändert, ist ein umfassendes Verständnis der Niederschlagsbildungsprozesse erforderlich. In den mittleren Breiten wird der meiste Niederschlag unter Beteiligung der Eisphase in Mischphasenwolken erzeugt, aber die genauen Interaktionen zwischen Eis, flüssigem Wasser, Wolkendynamik, orografischem Antrieb und Aerosolpartikeln während der Eis-, Schnee- und Regenbildung sind nicht gut verstanden. Dies gilt insbesondere für Bereifungs- und Sekundäre Eisproduktion (SIP) Prozesse, die mit den größten quantitative Unsicherheiten in Bezug auf die Schneefallbildung verbunden sind. Die Lücken in unserem Verständnis von SIP- und Bereifungsprozesse zu schließen, ist vor allem für Gebirgsregionen entscheidend, die besonders anfällig für Änderungen des Niederschlags und des Wasserhaushalts, wie z.B. des Verhältnisses zwischen Regen und Schneefall, sind. In diesem Antrag wird ein Forschungsprojekt vorgeschlagen, das sich dem Verständnis von Bereifungs- und SIP-Prozessen in komplexem Terrain widmet. Dazu werden wir ein innovatives, simultan sendendes und simultan empfangendes (STSR), scannendes W-Band-Wolkenradar zusammen mit einer neuartigen In-situ-Schneefallkamera eine ganze Wintersaison lang in den Rocky Mountains von Colorado, USA betreiben. Die Instrumente werden Teil der Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Surface Atmosphere Integrated Field Laboratory (SAIL) Kampagne sein, bei der ein Ka-Band und ein X-Band Radar eingesetzt werden. Durch die Kombination von spektralen polarimetrischen und Multifrequenz-Doppler-Radarbeobachtungen mit empirischen und Bayes'schen Machine Learning Verfahren werden wir Bereifungs- und SIP-Ereignisse identifizieren und deren Einfluss auf die Schneefallrate quantifizieren. Dies erfordert die Erweiterung des Passive and Active Microwave radiative TRAnsfer Modells (PAMTRA) mit zusätzlichen polarimetrischen Variablen und modernsten Berechnungen von Streueigenschaften. Durch die Nutzung der umfangreichen kollokierten Messungen während SAIL wird es ermöglicht, die beobachteten Prozessraten mit Umweltbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Flüssigwasserpfad sowie mit der Wolkendynamik in Beziehung zu setzen. Darüber hinaus werden wir einen besonderen Fokus auf den Einfluss von vertikalen Luftbewegungen legen, die unter orographischen Bedingungen häufig auftreten. Zusammengenommen wird das vorgeschlagene Projekt unser Verständnis von Bereifungs- und SIP-Prozessen in komplexem Gelände verbessern.
Ein Projektkonsortium bestehend aus u.e.c. Berlin Umwelt- und Energie-Consult GmbH UEC und dem Institut für Energie- und Umweltforschung (IFEU) Heidelberg bestimmte im Zeitraum März 2023 bis April 2024 das Biomasseaufkommen in Berlin. Ziel des Projekts war es, Abschätzungen für eine zukünftige Nutzung der Biomasse in Berlin zu treffen, sowie Optimierungspotenziale und Instrumente zur Steuerung der Biomassenutzung (mit Schwerpunkt auf energetische Verwertung) zu entwickeln. Im Fokus standen biogene Abfall- und Reststoffe, die im Bezugsjahr 2020 in Berlin z.B. in privaten Haushalten, in öffentlichen Grünanlagen, Restaurants oder bei Gewerbebetrieben anfielen. Dabei handelte es sich im Wesentlichen um Organik aus dem Haus- und Geschäftsmüll (HGM), getrennt gesammelte Küchen- und Gartenabfälle, Altholz sowie Baum- und Strauchschnitt (holzige Biomasse), Mähgut und Laub (Weichorganik), Rückstände aus den Klärwerken, Speisereste und Fette sowie Tiermist. In Berlin sind im Jahr 2020 ca. 1,16 Mio. Tonnen biogene Abfall- und Reststoffe angefallen; über die Hälfte davon in privaten Haushalten, die separat über die Biotonne, auf dem eigenen Kompost oder zusammen mit dem Hausmüll entsorgt wurden. Für das Jahr 2045 wird das Biomasseaufkommen auf ca. 1,18 Mio. t/a prognostiziert. Vor allem die steigenden Bevölkerungszahlen sowie abfallplanerische Maßnahmen wie z.B. zur Abfallvermeidung beeinflussen das künftige Biomasseaufkommen. Vor dem Hintergrund der Bestrebungen des Landes Berlin, das HGM-Aufkommen insbesondere durch Reduzierung des Organikanteils deutlich zu senken, wird im Prognosezeitraum eine Verschiebung organischer Abfälle in die Biotonne erwartet. Etwa 62 % der Biomasse wurden im Jahr 2020 energetisch verwertet (Verbrennung), während 13 % einer Vergärung mit energetischer Nutzung des erzeugten Biogases zugeführt wurden. Kompostiert wurde ein Anteil von 16 ; weitere 7 % wurden stofflich in Form von Futtermittel oder Mulchmaterial verwertet. Die Verwertung der Berliner Biomasse erfolgte zu rund 54 in Berlin; der Rest wurde jeweils zur Hälfte in Brandenburg und weiter entfernten Bundesländern verwertet. Im Land Berlin stehen unter Berücksichtigung künftig geplanter Anlagen oder Anlagenerweiterungen für die Verwertung von Biomasse bis 2045 insgesamt rund 1,1 Mio. t/a zur Verfügung, das entspricht in etwa einer Verdopplung im Vergleich zum Jahr 2020. Resultierend aus der Tatsache, dass im Jahr 2020 bereits 75 % der Berliner Biomasse zur Energiegewinnung verwertet werden, erfolgte im Rahmen der Studie eine Einstufung dieses ermittelten Teilpotenzials als das bereits erschlossene Potenzial (BEP – ca. 863.400 t/a). Zukünftig erschließbar und für die Wärmewende potenziell zusätzlich nutzbar wären die Biomassearten, die aufgrund ihrer Beschaffenheit grundsätzlich für eine Vergärung oder den Einsatz als Brennstoff geeignet sind und derzeit kompostiert oder als Mulchmaterial genutzt werden (ZEP – ca. 281.000 t/a). Außerdem besteht ein nicht erschließbares Potenzial (NEP – ca. 17.000 t/a), welches jene Biomassearten umfasst, die derzeit entweder stofflich z.B. zur Herstellung von Futtermittel oder Produkten verwertet werden oder aus Sicherheitsgründen nicht mobilisierbar sind. Anhand von stoffspezifischen Heiz- und Biogasertragswerten wurde zudem das Energiepotenzial bestimmt. Dabei handelt es sich um die in der jeweiligen Biomasse insgesamt gebundene Energie, welche zwingend von der in Wärmenetze einzuspeisenden Endenergie zu unterscheiden ist: Die zukünftig zusätzlich erschließbare Biomasse enthält ein Energiepotenzial von ca. 221 GWh/a. Gemeinsam mit dem Energiepotenzial der bereits erschlossenen Biomasse stehen rund 2.000 GWh/a gebundene Energie zur Verfügung. Wahrscheinlicher sind jedoch Biomasse- und Energiepotenziale, die sich aus der Szenario-Betrachtung ergeben: ca. 618.000 t/a bis 754.000 t/a bzw. 1.520 GWh/a bis 1.600 GWh/a (jeweils BEP + ZEP). Zur Erschließung der Biomasse- und Energiepotenziale für die Berliner Wärmeversorgung werden verschiedene Maßnahmen empfohlen. Als zentral werden Maßnahmen zur gesteigerten Getrenntsammlung einerseits von in Haushalten anfallenden Küchen- und Gartenabfällen, andererseits von Mähgut, Laub und Baum- und Strauchschnitt aus öffentlichen Grünanlagen angesehen. Gleichzeitig wird der Ausbau von geeigneten Aufbereitungsverfahren für Laub und Verwertungskapazitäten zur Vergärung und Mitverbrennung von Laub dringend empfohlen. Zudem sollten Instrumente zur Stoffstromlenkung zu Gunsten einer anfallortsnahen Verwertung genutzt und im Rahmen eines zentralen Verwertungskonzeptes für Berlin gebündelt werden. Alternative Verwertungstechniken (z.B. Herstellung von Pflanzenkohle) sowie Ansätze, die dezentral auf Bezirks- oder Quartiersebene wirken, sollten Berücksichtigung finden und die zentralen Maßnahmen flankieren.
Abfaelle aus polyolefinischen Materialien fallen einerseits in grossen Mengen in Form von Verpackungsmaterial oder Ein-Weg-Gebrauchsgegenstaenden beim Endverbraucher an. Andererseits werden auch bei der Herstellung von Polyolefinen, je nach Herstellungsverfahren und -bedingungen niedermolekulare und wachsartige Nebenprodukte erhalten, die nur zum geringen Teil Verwendung finden. Diese Abfaelle - sowohl die Nebenprodukte aus der Produktion als auch die Abfaelle aus dem Endverbrauch - werden zum groessten Teil verworfen und finden nur zum geringen Teil Anwendung, z.B. bei der Dampferzeugung in Kraftwerken oder Muellverbrennungsanlagen. Mit dem Forschungsprojekt soll daher geprueft werden, wie weit aus diesen Polyolefinabfaellen die Rohstoffe - Aethylen oder Propylen - oder andere Komponenten der chemischen Grundstoffproduktion - z.B. Acetylen - gewonnen werden koennen.Bei den entwickelten Verfahren wurden, im Gegensatz zu den mechanisch-thermischen Aufbereitungsverfahren, die Polyolefine einer partiellen Oxidation unterworfen. Bei dem Forschungsprojekt wurde zunaechst von ataktischem Polypropylen ausgegangen. Dies wurde aufgeschmolzen und in einem Injektionsbrenner zerstaeubt und anschliessend in einer Brennkammer mit Sauerstoff partiell oxidiert. Der Oxidationsvorgang wird dabei durch die Eigenschaften des Brennstoffnebels - Troepfchengroesse, Relativgeschwindigkeit Troepfchen/Gas- und durch die Menge des im Unterschuss eingesetzten Sauerstoffs beeinflusst. Hierdurch laesst sich die Produktverteilung bei der partiellen Oxidation, insbesondere die Konzentration an Olefinen und Acetylen, in relativ weiten Grenzen steuern.
Im Rahmen der Sanierung des Wasserwerkes Tettau (Lausitz) ist eine Optimierung der einzelnen Verfahrensstufen zur Trinkwasseraufbereitung erforderlich. Unsere Aufgabe ist im Wesentlichen die Erarbeitung von Grundlagen für eine technologische Planung bezüglich der Eisen- und Manganreduktion sowie die Prüfung einer Notwendigkeit der Behandlung der im Rohwasser enthaltenen organischen Inhaltsstoffe bzw. die Untersuchung ihrer Auswirkungen bei einer Desinfektion (Bildung von Desinfektionsnebenprodukten). Im Anschluss an das Projekt 'Optimierung des Verfahrenskomplexes Flockung/Sedimentation + Filtration' im letzten Jahr wurden nun entsprechend der Zielstellung 'Organische Wasserinhaltsstoffe im Rohwasser des Wasserwerkes Tettau' kleintechnische Versuche zur Entfernung von organischen Stoffen durchgeführt. Grundlage dafür waren Desinfektionsversuche mit Chlor und Chlordioxid im Labormaßstab zu Beginn des Projektes, um eine mögliche Bildung von Desinfektionsnebenprodukten (DNP) zu überprüfen. Die Vermeidung der Entstehung von DNP durch die Entfernung organischer Wasserinhaltsstoffe nach der Aufbereitungsstufe Filtration wurde in anschließenden kleintechnischen Versuchen mittels Membranverfahren (Nanofiltration und Umkehrosmose) und Aktivkohlefiltration untersucht.