Real-time fluid monitoring began in late 2020 in the East Eifel and currently includes 12 sites, such as abandoned CO₂ wells, mofettes, CO₂-rich springs, CO₂-rich soil, and a cold-water geyser in the West Eifel. For the first time, fluid data are being recorded continuously with a high temporal resolution of up to 1 Hz. Depending on the local site conditions, the following parameters are being monitored: instrument temperature and battery voltage; barometric pressure and temperature; meteorological parameters; water level, wellhead pressure, water temperature; radon in free gas phase; CO2 concentration and CO2 flux in soil gas. Data are transmitted hourly via FTP to GFZ. While we generally observe small seasonal variations, short-term transients related to heavy rain or local and distant earthquakes are indicated. Over longer periods, we observe trend changes in helium isotope ratios, radon concentration, and water temperature. For example, two sites exhibited significant helium isotope changes from 2021 to 2025, which appear to correlate with earthquake swarms at depth. These examples demonstrate the necessity of jointly interpreting meteorological, hydrogeological, geophysical, and geodetic data.
In den letzten Jahren wurden auf EU-Ebene neue Berichts- und Untersuchungspflichten zu den Erfassungswegen für die Abfallströme Kunststoffverpackungen, sonstige Verpackungen und Batterien sowie absehbar für Textilien eingeführt. Da Abfallanalysen sehr kosten- und zeitaufwändig sind, sollen in diesem Vorhaben zugunsten einer effizienten Abwicklung die verschiedenen Anforderungen in einer gebündelten Abfalluntersuchung über mehrere Stoffströme durchgeführt werden. Im REFOPLAN-Vorhaben FKZ 3723311031 'Konzeptentwicklung Abfalluntersuchungen' (Kurztitel) wurde ein Konzept für eine gebündelte Abfalluntersuchung der betroffenen und weiterer Abfallströme entwickelt. Letzte eigene Daten aus Abfallanalysen stammen aus dem Jahr 2020. Für die Erfüllung der (neuen) EU-Pflichten sind regelmäßig alle 4 bzw. 5 Jahre aktuelle Daten zu ermitteln und ggf. ggü. der EU-KOM zu berichten. Das o.g. Konzept soll in diesem Vorhaben erstmals in der Praxis angewendet werden. Erhebungsjahre sind die Jahre 2025 und 2026. Mindestens diese Entsorungspfade sind auf o.g. Abfälle zu untersuchen: Restabfall (Hausmüll), gemischte gewerbliche Siedlungsabfälle und Elektroaltgeräte (EAG) (nur auf Batterien). Abhängig von den Untersuchungskosten (vs. dem Forschungsbudget), können ggf. weitere Entsorgungspfade und Abfälle untersucht werden, denn über die EU-Pflichten hinaus bestehen auch Monitoringbedarfe für EAG, Bioabfälle und gem. gewerbl. Siedlungsabfälle. Die repräsentative Probenahme und Abfallsortierung ist gemäß dem entwickelten Konzept vorzubereiten, im Jahr 2025 + 2026 durchzuführen und anschließend für die Berichtspflichten sowie die wissenschaftl. Arbeit des UBA auszuwerten und aufzubereiten. Die angewendete Methode ist auf Praxistauglichkeit und Validität der Ergebnisse zu evaluieren und bei Bedarf für den nächsten Erhebungszyklus weiterzuentwickeln. Spätestens im Frühjahr 2027 sind die Ergebnisse der Abfallanalyse an die KOM zu berichten.
Durch den rasanten Aufbau einer Industrie zur Fertigung von Tranktionsbatterien, auch getrieben durch die begrenzte Neuzulassung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, stellt sich zunehmend die Frage nach Sicherheitskonzepten im gesamten Lebenszyklus von Batterien. In der Regel handelt es sich während der Fertigung und des Recyclings um Anlagen, die nach der Störfallverordnung genehmigt werden. Im Mittelpunkt stehen aktuell Herstellungsanlagen zur Zellenfertigung, um Speichersysteme in denen eine Second-Life Nutzung erfolgt und um Recyclinganlagen, die in Größenordnungen der Zellenfertigung aufgebaut werden. Es ergeben sich Fragen zur Sicherheit der Fertigungsprozesse, zukünftig zur Weiterverwendung genutzter Batterien im Second-Life und während des Recyclings. In dem geplanten Projekt sollen daher diese Fragen identifiziert und mögliche technische Lösungen zur Minimierung des Gefahrenpotentials gefunden werden.
In diesem Projekt wird eine elektrochemisch hergestellte Polymerkathode aus poly(4-(thiophen-3-yl) benzenethiol (PTBT) mit operando Methoden und theoretischen Modellierungen untersucht. Diese Kathode ist frei-stehend, elektrisch leitfähig, mechanisch flexibel und dient als Schwefelreservoir für Lithium/Schwefel Batterien. Im Besonderen, wird PTBT mittels Elektropolymerisation auf einen Nickelschaum aufgetragen. Dies ermöglicht eine Anwendung als hochporöse und binderfreie Kathode in Li-S Batterien. Schwefel kann mit dem Polymer PTBT durch inverse Vulkanisierung ein hochvernetztes Copolymer bilden P(S-PTBT), wobei der Schwefel chemisch an die Thiolgruppen von PTBT gebunden wird. Durch die Anwendung eines neuartigen, eigenentwickelten operando Setups, das mehr als drei verschiedene Messungen gleichzeitig erlaubt, während die Zelle geladen bzw. entladen wird, werden mechanistische Einsichten von wichtigen Reaktionsschritten ermöglicht z.B. der Prozess, der den Schwefel während der elektrochemischen Oxidation chemisch an die Polymerkette bindet. Für diese Untersuchungen werden UV/vis-, Raman- und Impedanzspektroskopie in Kombination mit entweder Röntgenbildgebung oder Kleinwinkelstreuung genutzt. Die Experimente werden in enger Zusammenarbeit mit intensiven Modellierungs- und Simulationsstudien auf elektronischer und molekularer Skala ausgewertet. Es werden sowohl die Stabilität als auch die elektronische/molekulare Struktur des an die Thiolgruppen des neutral und geladenen Polymers kovalent-gebundenen Schwefels untersucht. Hierzu werden moderne Austauschkorellationsfunktionale aus der Dichtefunktionaltheorie (DFT) benutzt. Um die Struktur-Performanz Beziehung der in diesem Projekt vorgeschlagenen Kathoden darzulegen, werden die Ergebnisse der operando Analyse herangezogen. Hierbei werden Resultate der UV/vis Spektroskopie direkt mit DFT-Berechnungen und DFT-optimierten, klassischen molekulardynamischen (MD) Simulationen verglichen. Kurzum, durch die Kombination von Synthese, operando Analyse und Simulation wird ein besseres mechanistisches Verständnis der Energiespeicherprozesse und Struktur-Eigenschafts-Beziehung in diesem System erwartet. Diese so gewonnenen Kenntnisse werden für eine kontinuierliche Verbesserung der Materialparameter verwendet. Somit wird eine Erhöhung der elektrochemischen Leistungsfähigkeit von Li-S Batterien der nächsten Generation erreicht.
Heutige Batterietechnologien basieren hauptsächlich auf Metallen wie Lithium, Blei, Kobalt oder Nickel. Deren begrenztes natürliches Vorkommen sowie Toxizität und die daraus resultierenden Entsorgungsprobleme schränken jedoch die langfristige Verwendung solcher Metalle ein. Als Alternative haben sich im Rahmen jüngster Forschungen polymere Verbindungen, also Kunststoffe, herausgestellt. In diesem Zusammenhang wurden insbesondere Polymere, die stabile organische Radikale enthalten, intensiv untersucht und zeigten vielversprechende Ladungsspeichereigenschaften, insbesondere eine überlegene Redoxkinetik. Solche Materialien leiden jedoch unter unzureichender elektrischer Leitfähigkeit, die die anwendbaren Lade- und Entladeraten begrenzt, wodurch die vorteilhaften Elektronentransfereigenschaften aufgehoben werden. Ein vielversprechender Ansatz zur Überwindung dieses Problems ist der Einbau von leitfähigen, d.h. konjugierten Polymeren. Diese Materialien bieten mehrere vorteilhafte Eigenschaften, die für eine organische Batterie ausgenutzt werden können: (i) Als Halbleiter zeigen sie elektrische Leitfähigkeit; (ii) sie können durch Elektropolymerisation hergestellt werden und bieten so eine effiziente Möglichkeit, direkt auf Elektrodenoberflächen abgeschieden zu werden; (iii) sie bieten intrinsische Ladungsspeicherfähigkeit. Allerdings zeigen Systeme, die auf der eigenen Speicherfähigkeit von konjugierten Polymeren basieren häufig driftende Lade- und Entladespannung, was deren Anwendungspotenzial erheblich einschränkt. In Kombination mit stabilen Redoxeinheiten, die die Ladungsspeicherung übernehmen, wie organische Radikale, können aber die elektrische Leitfähigkeit sowie die elektrochemische Verarbeitbarkeit zu vielversprechenden Batterieaktivmaterialien führen. Trotzdem wurden bisher nur wenige solche Beispiele in der Literatur vorgestellt. Daher soll im Rahmen dieses Projekts die Palette organischer Batteriematerialien durch die Kombination stabiler organischer Radikale mit elektropolymerisierbaren Einheiten erweitert werden, um Systeme herzustellen, die sowohl verbesserte elektrochemische Stabilität als auch elektrische Leitfähigkeit bieten.