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Schwerpunktprogramm (SPP) 2115: Synergie von Polarimetrischen Radarbeobachtungen und Atmosphärenmodellierung (PROM) - Verschmelzung von Radarpolarimetrie und numerischer Atmosphärenmodellierung für ein verbessertes Verständnis von Wolken- und Niederschlagsprozessen; Polarimetric Radar Observations meet Atmospheric Modelling (PROM) - Fusion of Radar Polarimetry and Numerical Atmospheric ..., Bestimmung der polarimetrischen Signaturen von Eisbildungsprozessen unter kontrollierten Aerosolbedingungen (PolarCAP)

Zahlreiche Prozesse sind an der Entwicklung von Wolkensystemen unter leicht unterkühlten Bedingungen bis zu -10°C beteiligt. Das Zusammenspiel von Thermodynamik, Wasserdampf und Aerosolpartikeln steuert die Verteilung von Flüssigwasser und Eis, die Niederschlagsbildung und die Strahlungseigenschaften. Das Projekt PolarCAP zielt darauf ab, die komplexen Zusammenhänge aufzulösen, indem die Entwicklung der Eisphase unter leicht unterkühlten Bedingungen in einer thermodynamisch und aerosol-kontrollierten natürlichen Umgebung mittels Radarpolarimetrie und Spectral-Bin Modellierung untersucht wird. Zielobjekt der Studie sind flüssigwasserdominierte, unterkühlte stratiforme Wolken, die sich im Winter häufig im Temperaturbereich von -10 bis 0°C über dem Schweizer Plateau bilden. Im Rahmen des externen ERC-Forschungsprojekts CLOUDLAB werden Drohnen eingesetzt, um diese Wolken mit definierten Mengen verschiedener Arten von eisnukleierenden Partikeln, wie Silberjodid oder Snowmax, zu impfen. Die anschließend gebildete Eisphase und die Auflösung der Flüssigphase werden im Rahmen von CLOUDLAB mit Hilfe von In-situ-Messungen und einem Standardsatz von Fernerkundungsinstrumenten wie Lidar und LDR-Wolkenradar charakterisiert. Konkretes Ziel von CLOUDLAB ist, die 1- und 2-Momenten-Parametrisierungen der Eisphase des Wettervorhersagemodells ICON zu verbessern. PolarCAP wird mit dem CLOUDLAB-Projekt zusammenarbeiten, um diesen einzigartigen Datensatz durch die Anwendung modernster polarimetrischer Radar- und Lidar-basierter Fernerkundungstechniken zur Bestimmung der mikrophysikalischen Eigenschaften von Wolken sowie durch die Anwendung wolkenauflösender Spektral-Bin Modellierung zu verbessern und zu nutzen. Synergistische, mehrwellenlängen- und polarimetrische bodengebundene Fernerkundung mit scannendem Radar und Lidar wird eingesetzt, um den Übergang von unterkühlten flüssigen stratiformen Wolken in Mischphasenwolken zu beobachten. Begleitet von wolkenauflösenden Modellsimulationen und Radar-Forward-Operatoren wird PolarCAP die Entwicklung und die beteiligten mikrophysikalischen Prozesse zwischen -10 und 0°C erfassen. Die kombinierten Beobachtungen werden neue Erkenntnisse über das Zusammenspiel von Kontakt- und Immersionsgefrieren, sekundärer Eisbildung und Eisvervielfachung liefern, indem Wolken in verschiedenen Temperaturregimen untersucht werden, von denen angenommen wird, dass sie entweder von spezifischen Eisphasenprozessen beeinflusst bzw. unbeeinflusst sind. PolarCAP wird das derzeitige Verständnis wolkenmikrophysikalischer Prozesse und deren Darstellung in atmosphärischen Modellen herausfordern und die wolkenauflösende Modellierung und deren Kopplung an Radarvorwärtsoperatoren vorantreiben. Insgesamt wird PolarCAP Fortschritte in unseren Fähigkeiten erzielen, die Effizienz verschiedener eisbildender Substanzen besser einschätzen zu können und die Zeitskalen von mikrophysikalischen Prozessen und dem Lebenszyklus von Stratusbewölkung zu verknüpfen.

Nanofiltration zur Grundwasseraufbereitung und Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung am Beispiel von kippenbelastetem Grundwasser in einem Braunkohlentagebaurevier

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.

Datierung ausgewählter Bestandteile der aufgespülten Mudde aus der Baggerung zur Warnowquerung für die Beurteilung der Entstehung der Mudde

Datierung ausgewählter Bestandteile der aufgespülten Mudde aus der Baggerung zur Warnowquerung, für die Beurteilung der Entstehung der Mudde (Art und Zeitraum) und der sich daraus ableitenden Abbauprognose für die Organische Substanz im aufgespülten Substrat, als wichtigen Parameter zur Ermittlung der Nachhaltigkeit der bodenverbessernden Wirkungen bei der beabsichtigten Verwertung der aufbereiteten Bodenmaterialien - Grundlage zur Festlegung von Einsatzmöglichkeiten und Einsatzzielen. - Auswahl und Vorbereitung der Einzelobjekte für die Untersuchung - Auswahl geeigneter Einzelobjekte auf den drei Klassierpoldern des SF Schnatermann - Zuordnung der umgebenden aufgespülten Muddechargen anhand der Unterlagen zur Baggerung und Aufspülung zu den jeweiligen Schichten im ehemaligen Sedimentkörper - Kennzeichnung wichtiger stofflicher Eigenschaften dieser Muddechargen anhand vorliegender Analyseergebnisse Analytik der Proben - Durchführung der Analytik als NAN-Leistung - Abholung der Proben vom Labor zur Folgeanalytik und Besprechung zum Laborergebnis - Bewertung der Untersuchungsergebnisse und Anfertigung des Berichtes - Vergleich der Analysenergebnisse mit Untersuchungsergebnissen aus vergleichbaren Untersuchungen - Ableitung des zu erwartenden Abbauverhaltens der Organischen Substanz in der Mudde auf der Grundlage der Altersdatierung der ausgewählten Objekte in Abhängigkeit des Aufbereitungsprozesses für die Mudde und möglicher Einsatzzwecke sowie im Vergleich zum bisherigen Abbauverhalten von aufgespülten brackigen und limnischen Sedimenten - Abschätzung der Nachhaltigkeit der bodenverbessernden Wirkungen beim Einsatz der aufbereiteten Bodenmaterialien in verschiedenen Einsatzbereichen mit unterschiedlichen Einsatzzielen - Ableitung vorrangiger Einsatzgebiete und -ziele.

Gewinnung, Aufbereitung und Einsatz von Pflanzenoel zu Biodiesel, Gewinnung, Aufbereitung und Einsatz von Pflanzenoel

In Fortsetzung des diesbezueglichen Vorhabens wurden ein Motoren- und ein Heizungspruefstand installiert, eine umfangreiche Messtechnik zur Erfassung saemtlicher limitierter Schadstoffe im Abgas sowie einige Pruefmotoren fuer verschiedene Kraftstoffe beschafft. Die Automatisierung von Pruefprogrammen nach internationalen Standards ist in Arbeit. Inzwischen wurden auch Altoele/Altfette in die Untersuchungen einbezogen. Ziel ist eine kleintechnische Aufbereitungstechnik fuer dezentrale Anwendung. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde auch das Potential der technischen Nutzung pflanzlicher Oele in Indonesien eingehend untersucht. Seit Mai 97 wird eine Kleinflotte von Fahrzeugen der Telekom mit im Fachgebiet hergestellten Altfettmethylester betrieben.

BS2, Bioflotation von Sulfiden in Meerwasser

Bergbau und Verarbeitung von Erzen aus der Lagerstätte Cínovec (Těžba a zpracování rud z ložiska Cínovec)

Gegenstand des Vorhabens ist die Errichtung und der Betrieb eines Bergwerkes zur Gewinnung von Erz aus der Lagerstätte Cínovec und dessen weitere Verarbeitung. Das Vorhaben ist auf einen Zeitraum von 30 Jahren angelegt. Das Vorhaben wurde am 25. März 2025 durch die Europäische Kommission als strategisches Projekt gemäß der Verordnung des Europäischen Parlaments und des Rates (EU) 2024/1252 eingestuft. Im Rahmen der Prüfung der UVP-Pflicht des Vorhabens wurden zwei Teilvorhaben bei den zuständigen tschechischen Behörden beantragt und bewertet. Diese Aufteilung beruhte auf unterschiedlichen Inhalten der Teilvorhaben und dem unterschiedlichen Stand der Projektbearbeitung zum Zeitpunkt Antragstellung. Die Teilvorhaben beinhalten zum einen das Bergwerk incl. der Bestimmung des Abbaugebietes und zum anderen die Verarbeitung des abgebauten Erzes und das damit verbundene Transportsystem. Beide Teilvorhaben wurden als UVP-pflichtig eingestuft. Der UVP-Bericht wurde deshalb für das Gesamtvorhaben erstellt. Der UVP-Bericht betrachtet somit das Vorhaben mit folgenden Randbedingungen: Bergbaukapazität Jährliche Bergbaukapazität: 3,2 Mio. T/Jahr Erwartete Gesamtmenge am abbaubaren Rohmaterial: 73,4 Mio. T Kapazität des Verarbeitungswerks Jährliche Erzverarbeitungskapazität: 3,2 Mio. T/Jahr Jährliche Produktion von Lithiumcarbonat: ca. 37 500 T Flächenumfang des Vorhabens: • Oberes Werk (Bergwerk): - Fläche des vorgeschlagenen ABG Cínovec – 294,6 ha - Tagebaubetrieb des Oberen Werks im Gebiet Sedmihůrky – 23,7 ha • System zum Transport vom abgebauten Erz und Versatzmaterial: - Die Grundvariante von RopeCon – die Länge des Hängebandförderers (RopeCon) für den bidirektionalen Materialtransport zwischen dem Oberen Werk und dem Umladeplatz im Industriegebiet Dukla beträgt ca. 7,3 km. - Alternative Variante Langer Stollen – Der Lange Stollen wird ungefähr 7,3 km lang sein. Am Ort des Langen Stollens Portals unter der Straße Nr. I/27 (Portal Süd) wird anschließend das RopeCon-Transportsystem angeschlossen, das zum Umladeplatz in Dukla führen wird. Dieser Abschnitt wird ungefähr 2,4 km lang sein. • Umladeplatz: - Die als Umladeplatz vorgesehene Fläche beträgt ca. 10 ha. Die Fläche liegt im Industriegebiet Dukla westlich der Eisenbahnstation Teplice Lesní brána (Waldtor). • Verarbeitungswerk: - Die Gesamtfläche für die Verarbeitung des abgebauten Erzes im ehemaligen Wärmekraftwerk Prunéřov I beträgt etwa 35,8 ha. Auf dieser Fläche wird das eigene Gelände des Verarbeitungswerks untergebracht (bestehend aus Teilen FECAB und LCP). • Deponie: - Das Lagergelände für Restmaterialien aus dem Aufbereitungsprozess in der Doly (Bergwerke) Nástup Tušimice (DNT) hat eine Gesamtfläche von ca. 167,5 ha. Das Vorhaben befindet sich in den Bezirken Teplice und Chomutov, etwa 100 km nordwestlich von Prag. Betroffene Gemeinden sind Dubi, Košťany, Novosedlice, Teplice, Újezdeček, Málkov und Kadaň.

Strategien für die Probenahme von Feststoffen aus überwachungsbedürftigen Rückständen zur Bestimmung der spezifischen Aktivität natürlicher Radionuklide mittels gammaspektrometrischer Analyse : Vorhaben 3622S12291

Bei industriellen oder bergbaulichen Prozessen wie z. B. bei der Gewinnung, Verarbeitung und Aufbereitung von Erdöl und Erdgas und aus der Tiefengeothermie, aus der Grundwasseraufbereitung, aus der Gewinnung und Aufbereitung von Erzen und Mineralien oder der Roheisenherstellung können Rückstände entstehen, die natürlich vorkommende Radionuklide enthalten. Diese Rückstände können strahlenschutzrechtlich überwachungsbedürftig sein, und ihre weitere Handhabung ist im Strahlenschutzgesetz geregelt.Die Rückstände sind für eine geplante Entsorgung (d.h., Verwertung oder Beseitigung) strahlenschutz-fachlich zu beurteilen, und unter anderem sind dafür die spezifischen Aktivitäten natürlich vorkommender Radionuklide zu bestimmen. Nach derzeitigem Stand von Wissenschaft und Technik ist die Gammaspektrometrie das in vielen praktischen Anwendungen am besten geeignete Messverfahren für die Aktivitätsbestimmung. Für die Aussagekraft der Aktivitätsbestimmung ist jedoch vorrangig die Probenahme entscheidend, denn die Zusammensetzung der Rückstände ist meist inhomogen, und die spezifischeAktivität kann je nach Art und Herkunft des Materials oder seiner Entstehung (z.B. des Aufbereitungsverfahrens) schwanken.

Untersuchungen zum Einfluß des Weltraumwetters auf die Chemie und Dynamik der Erdatmosphäre (SPEACH)

Energetische Elektronen aus der Aurora und den Strahlungsgürteln sind bekannte Quellen von Stickoxiden in der Auroraregion der oberen Mesosphäre und unteren Thermosphäre (MLT, 60-140 km). Im polaren Winter können diese Stickoxide bis in die mittlere Stratosphäre (30—45 km) herunter transportiert werden; sie variieren dabei mit der geomagnetischen Aktivität und dem dynamischen Zustand der Atmosphäre. Hier tragen Stickoxide maßgeblich zum katalytischen Ozonabbau bei; da Ozon eine wesentliche Rolle in der Strahlungsheizung der Stratosphäre spielt, ändern sich durch den Abwärtstransport von auroralen Stickoxiden auch Temperaturen und Windfelder. Diese Änderungen der Atmosphärendynamik können die ganze Atmosphäre bis hinunter zu troposphärischen Wettersystemen betreffen. Aus diesem Grund wurde kürzlich zum ersten Mal empfohlen, geomagnetische Aktivität als Teil des solaren Forcings des Klimasystems in Klima-Chemiemodellstudien wie CMIP-6 zu berücksichtigen. Die atmosphärischen Ionisationsraten, welche verwendet werden, um solche Modellexperimente anzutreiben, basieren empirisch auf Flüssen von präzipitierenden Elektronen, welche jedoch mit großen Unsicherheiten behaftet sind; neue Studien legen nahe, daß es ernsthafte Probleme mit der Genauigkeit dieser Daten gibt. In diesem Projekt werden wir untersuchen, wie vom Sonnenwind getriebene Prozesse in der Magnetosphäre präzipitierende Elektronen verschiedener Energien beeinflussen, und welchen Einfluß diese präzipitierenden Elektronen auf die Zusammensetzung, Temperatur, und Windfelder in der mittleren Atmosphäre haben.Insbesondere werden wir untersuchen:• Wie beeinflussen vom Sonnenwind getriebene Prozesse in der Magnetosphäre das Präzipitieren von Strahlungsgürtelelektronen in die Atmosphäre?• Zu welchen Energien werden präzipitierende Elektronen in den unterschiedlichen geomagnetischen Stürmen in der Magnetosphäre beschleunigt? • Welcher Energiebereich der Präzipitierenden Elektronen hat den größten Einfluss auf die Zusammensetzung und Dynamik der mittleren Atmosphäre?Dazu werden Modellsimulationen mit dem neuentwickelten VERB-4D Modell durchgeführt, welches Elektronenbeschleunigung in die Atmosphäre durch Welle-Teilchen-Wechselwirkungen mit Chorus, Plasmaspheric hiss, hiss in plumes, und EMIC-Wellen berücksichtigt. Ergebnisse werden mit NOAA POES Daten validiert. Modellierte Elektronenflüsse am Oberrand des Modells werden als Input verwendet für das neuentwickelte Klima-Chemiemodells EMAC/EDITh (Boden bis 220km). Modellierte Temperaturen und der Stickoxid-Gehalt werden anhand von Beobachtungen validiert. Fallstudien werden durchgeführt werden für geomagnetische Stürme, die durch Korotating Interaction Regions (CIR) und solare koronale Massenauswürfe (CMEs) ausgelöst wurden, um zu untersuchen, wie die verschiedenen Prozesse unterschiedliche Bereiche der Atmosphäre beeinflussen.

Ressortforschungsplan 2023, Nachhaltigkeitspotentialanalyse für die Zweckmäßigkeit und den Aufwand von Datenannotationen für Machine Learning (ML) Modelle

In vielerlei Hinsicht besitzt Maschinelles Lernen (ML) großes Potential für die Erreichung der Pariser Nachhaltigkeitsziele. Insbesondere Supervised Machine Learning erfordert jedoch die Aufbereitung von Rohdaten in Form von Annotationen und die damit verbundene Zusammenstellung von nutzbaren Datensätzen. Dieser Prozess ist, vor allem mit Blick auf manuelle Annotationen großer und komplexer Datenmengen, besonders zeit- und arbeitsintensiv und kreiert häufig eine Lücke zwischen verfügbaren Rohdaten und der tatsächlichen Anwendung. Das Projekt LabelledGreenData4All untersucht die strategische Bedeutung annotierter Umweltdaten für den Einsatz von ML und Künstlicher Intelligenz (KI) zur Bewältigung gesellschafts- und umweltpolitischer Herausforderungen. Ziel ist es, Anwendungsbereiche mit hohem Potenzial für ML-Modelle zu identifizieren, den ML-Einsatz hinsichtlich seiner Wirkungen zu bewerten, daraus strategische und politische Empfehlungen für die sektorübergreifende Bereitstellung von (annotierten) Umweltdaten als Grundlage für künftige Fördermaßnahmen abzuleiten sowie ein Vorgehensmodell zur effizienten Datenannotation insbesondere bei wenigen verfügbaren annotierten Daten zu entwickeln und anhand von zwei Use Cases zu prototypisieren. Dabei leistet das Vorhaben einen wichtigen Beitrag zur Zurverfügungstellung von qualitativ hochwertigen Umweltdaten bzw. umweltrelevanten Daten nach den 'FAIR'- Prinzipien, um moderne Verfahren des maschinellen Lernens besser sowohl für Belange des Umweltressorts als auch für Akteure aus Forschung, Wirtschaft/Industrie sowie der Zivilgesellschaft nutzbar zu machen. Der datenzentrierte Ansatz ergänzt hierbei die bereits laufenden Bereitstellungsmaßnahmen von Umweltdaten (z. B. zentrales Portal für Umwelt- und Naturschutzinformationen umwelt.info, Green Deal Dataspace und ChatClimate / ClimateBert). Mit dem Anwendungslabor für Künstliche Intelligenz und Big Data im Umweltbundesamt (KI-Lab) besitzt das Umweltressort zudem ein Eigeninteresse an der Aufbereitung von Umweltdaten für Verfahren des maschinellen Lernens, um zukunftsorientierte, digitale Technologien wirksam und wertschöpfend sowie mit direktem Nachhaltigkeitsbezug und im Sinne einer sozial-ökologischen Transformation für die Aufgabenwahrnehmung einsetzen zu können. Damit soll das Vorhaben insgesamt helfen, die besonderen Potenziale von KI im Umweltbereich zu entfalten und Lücken zwischen technisch notwendigen Grundlagen und Anwendungsbereichen für den Umwelt- und Ressourcenschutz zu schließen.

Entwicklung einer Methode zur Aufarbeitung gebrauchter und minderwertiger nativer Fette und Öle zu Treibstoff für Dieselmaschinen

Gebrauchte oder minderwertige native Fette und Öle sind eine interessante Energiequelle für Dieselmaschinen, die sich durch eine ausgezeichnete Ökobilanz auszeichnen und nicht in Konkurrenz zu Nahrungs- oder Futtermitteln stehen. Dem Einsatz in Dieselmschinen stehen der i.d.R. hohe Gehalt an Schlackebildnern (Ca, Mg, Na, K, P) und an freien Fettsäuren entgegen. Ziel des Vorhabens ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die o.g. Rohstoffe so aufzuarbeiten sind, dass sie ohne weiteres in Dieselmaschinen eingesetzt werden können. Dazu wurde der Rohstoff einer sauer katalysierten Veresterung mit biogenem Ethanol unterworfen, mit dem die Gehalte sowohl an freien Fettsäuren, als auch an den genannten Schlackebildnern soweit gesenkt werden konnten, dass die Maßgaben der DIN-VN 51 605 erfüllt werden. Abgesehen davon, dass die so gewonnen Treibstoffe aus rein biogenen Rohstoffen bestehen, weisen sie Stockpunkte von teilweise unter -20 Grad Celsius auf.

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