Vorhabensziel des Projekts ist die Überführung des im Vorgängervorhaben 'ErdEis II' umgesetzten Erdeisspeichers in den Vollbetrieb, das wissenschaftliche Monitoring und Benchmarking sowie die Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS). Hierzu sollen verschiedene Betriebsmodi getestet, die Betriebsweise aufbauend auf den Ergebnissen optimiert, der Einfluss verschiedener Parameter modellgestützt nachvollzogen und das Kalte Nahwärmesystem mit Erdeisspeicher bestmöglich für die Gesamtsystemoptimierung mittels DEMS genutzt werden. Im zukünftigen Energiesystem wird nicht mehr allein auf Energieeffizienz respektive End- und Primärenergiebedarf optimiert werden können. Vielmehr spielt Flexibilität eine zunehmende Rolle, die schließlich gekoppelt an die Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie den tatsächlichen CO2-Ausstoß bestimmen wird. Inzwischen sind Schnittstellen verfügbar, die über Vorhersagen zur CO2-Intensität des Stromnetzes eine entsprechende Optimierung ermöglichen. Diese Optimierung hat im Gesamtkonzept nicht nur wärme- bzw. kälteseitig zu erfolgen, sondern ganzheitlich die Bedarfe und Flexibilitäten des Kalten Nahwärmenetzes, der Haushaltsstromverbräuche, Mobilitätsbedarfe und Eigenenergieerzeugung miteinzuschließen. So kann ein Gesamtoptimum erreicht und Optimierungen von Teilsystemen, die zu Lasten der Gesamtemissionen gehen, vermieden werden. Entsprechend müssen auch Bewertungs- und Benchmarkingmethoden passend weiterentwickelt werden.
Auf der Grundlage einer Bestandsaufnahme von best-practice-Beispielen, einem Vergleich der Situation im Rahmen eines benchmarkings sowie einer Stärken-Schwächen-Analyse von Angebot, Marketing und angebotsbildenden Prozessen werden konzeptionelle Vorschläge für ein Mobilitätsmanagement erarbeitet. Bei der Analyse ebenso wie bei der Entwicklung von Maßnahmen werden alle betroffenen Akteure in einer Dialogplattform eingebunden und damit eine dauerhafte Entwicklung angestoßen. Aus dem Dialogprozess werden Empfehlungen herausgearbeitet und in einem Handlungsleitfaden zusammengefasst.
Schwerewellen (GWs) sind zu kleinskalig, um in den heutigen Wetter- und Klimamodellen aufgelöst zu werden. Sie müssen daher parametrisiert werden, da sie einen starken Einfluss auf die Dynamik der großen Skalen haben. Parametrisierungen existieren für orographisch und konvektiv erzeugte GWs, während für die GW-Quellen entlang großskaliger Jets noch keine etablierte Parametrisierung vorliegt. Die Quellen resultieren aus einer spontanen Imbalance (SI) der großskaligen quasi-geostrophischen Strömung. Die Untersuchung von Schwerewellenabstrahlung durch SI ist schwierig, da die GWs in ein sehr komplexes zeitabhängiges Strömungsfeld eingebettet sind, mit einer großen Zahl von interagierenden Prozessen. Auch die Validierung von Parametrisierungen wird dadurch erschwert. Daher kombinieren wir Theorie und numerische Modellierung mit ergänzenden Laborexperimenten. Laborexperimente garantieren eine Reproduzierbarkeit der betrachteten großskaligen Strömungssituation. Die direkte Korrespondenz zwischen den experimentellen Daten und den Modelldaten und die erwähnte Reproduzierbarkeit machen das Laborexperiment zu einem idealen Prüfstand für Parametrisierungen und für die Untersuchung klimarelevante Prozesse. Das differenziell beheizte rotierende Zylinderspalt-Experiment, welches an der BTU (Brandenburg Technische Universität Cottbus-Senftenberg) aufgebaut und betrieben wird, stellt die Referenzdaten für Benchmark-Simulationen an der GU-F (Goethe Universität Frankfurt) und dem IAP (Leibniz Institut für Atmosphärische Physik, Kühlungsborn) bereit. Dabei stehen Experimente im Vordergrund, die zeigen sollen, welche baroklinen Strömungen eine besonders ausgeprägte GW-Abstrahlung aufweisen. Ergänzend dazu werden idealisierte numerische Simulationen an der GU-F und dem IAP durchgeführt, um die Variabilität der GWs und den Abstrahlungsprozess zu untersuchen. Wichtig ist dabei, einen Zusammenhang zwischen verschiedenen großskaligen Strömungen und der mesoskaligen GW-Quelle herzustellen und diesen Zusammenhang mittels grob aufgelöster Wellenstrahlenmodelle zu validieren. Ziel ist es, eine skalenabhängige SI-Parametrisierung zu konstruieren. Diese Parametrisierung soll mit Hilfe der Labor-Referenzdaten validiert werden. Begleitet wird dies von einer Analyse grob- und feinaufgelöster Daten aus UA-ICON Simulationen. Schließlich soll die Parametrisierung an das Wellenstrahlenmodell MS-GWaM angekoppelt werden, welches in UA-ICON implementiert ist.
Im Teilvorhaben 'Aufbau eines Demonstrators zur Co-Verdampfung von Perowskit-Absorbern' des öffentlich geförderten Forschungsvorhabens 'TANTRUM' liegt der Fokus auf der Industrialisierung der Perowskit-Silizium-Tandem-Technologie. Das vorliegende Projekt hat den Ausbau der Heterojunction-Forschungslinie von Meyer Burger zu einer Perowskit-Silizium-Tandem-Linie mit einem vakuumbruchfreien Verdampfer Prozess zum Ziel. Aufbauend auf der im Projekt erarbeitet Aufstellung der bisher bekannten Schichtsysteme, der verwendeten Materialien und der Verfahren zur Herstellung wird anhand eines Bewertungsschemas eine bevorzugte Prozessroute ermittelt. Neben den Funktionalitäten der Materialien und Verfahrenstechniken, der IP/Rechtslage, wird hierbei auch das ökologische Gefährdungspotenzial mit betrachtet. Entsprechend der erarbeiteten Entscheidungsmatrix wird ein industrialisierbarer Prozessfluss definiert und ein entsprechendes Verdampfer-Equipment inkl. Facility-Anpassungen, sowie Messtechnik und Handhabungstechnik für den Transport aufgebaut, welches auch dem besonderen Recovery-Verhalten von Perowskiten gerecht wird. Während des Ramp-up des Basis-Tandem-Prozesses bei Meyer Burger (Germany) GmbH werden die Einzelprozesse der Top-Zelle entwickelt und anschließend im Gesamt-Tandem-Prozess integriert. Als Maßstab dient hier der Referenzprozess des HZB als Benchmark.
Die Biologische Kohlenstoffpumpe (BCP) steuert die Zufuhr, Verwertung und Speicherung von Kohlenstoff in den Weltmeeren. Ein mechanistisches Verständnis der BCP erfordert kontinuierliche Beobachtungen, welche Biologie, Ozeanographie und Geochemie über Zeit, Wasserschichten und Umweltbedingungen verknüpfen. Solche Beobachtungen der BCP im Südlichen Ozean fehlen, und erfordern autonome Technologien. Basierend auf autonomen Probennehmern und Sensoren, gibt YIPPEE ganzjährige Einblicke in die taxonomischen und funktionellen Merkmale der BCP im Weddellmeer. Dieses "letzte Eisgebiet" mit zentraler Bedeutung für das globale Klima ist ein natürliches Labor für das Verständnis polarer Prozesse und ihrer Reaktion auf den Klimawandel. Die Verankerung wurde zwischen März 2021 und März 2022 erfolgreich ausgebracht. Vorläufige Analysen von eDNA und Umweltparametern bestätigen die Konsistenz des Datensatzes. Drei Arbeitspakete beleuchten die biologische Vielfalt und funktionelle Genomik über ein komplettes Jahr im Kontext von Wassermassen, Eisbedeckung und Nährstoffkonzentrationen. Essenziell ist die hochauflösende biologische und ökologische Probenahme, welche Dynamiken in der photischen Zone mit geochemischen Flüssen in die Tiefsee verbindet. eDNA-Sequenzierung wird Populationen - von Bakterien bis Metazoen - während spezifischer Ökosystemzustände darstellen, sowie deren zeitliche und ökologische Konnektivität. Dies wird Übergangsperioden und zentrale Wendepunkte im Jahreszyklus aufdecken: die Schwelle des Tageslichts, welches Phytoplanktonwachstum auslöst, bakterielle Aktivitäten nach dem ersten photosynthetischen Impuls, sowie die Sukzession von Protisten und Zooplankton. Die Sequenzierung von Long-Read-Metagenomen wird funktionelle Signaturen saisonaler Ökosystemzustände aufzeigen und den Beitrag biogeochemischer Pfade über Umweltgradienten quantifizieren, was eine Klassifizierung des Jahreszyklus in Perioden der Autotrophie und (Chemo-)Heterotrophie sowie der zugrundeliegenden Stoffwechselwege ermöglicht. Genetische Funktionen, welche während hoher Eisbedeckung vorherrschen, schaffen einen Bezugswert für das "wahre" Weddellmeer vor den Auswirkungen des Klimawandels. Drittens eröffnet der Vergleich antarktischer und arktischer Dynamiken eine bipolare Perspektive auf die funktionale Saisonalität und den Aufbau biologischer Gemeinschaften. Dieses hochauflösende Bild der wichtigsten Taxa, genetischen Vielfalt, ökologischen Netzwerke und Nährstoffflüsse erstellt ein einzigartiges Bild der antarktischen BCP, und polarer Ökosysteme im Allgemeinen. YIPPEE steht im Einklang mit ~10 anderen SPP-Projekten und zentralen SPP-Zielen, einschließlich angeregter Langzeitbeobachtungen. Alle Daten und bioinformatischer Code werden sofort veröffentlicht. Zusätzlich zu wissenschaftlichen Publikationen werden die Ergebnisse über eine interaktive Web-App und gesellschaftliche Kommunikationskanäle verbreitet.
Im Rahmen dieses langfristigen Forschungsvorhabens (einer Mischung aus Eigenprojekt und Auftragsforschung) werden forstliche Testbetriebsnetze im österreichischen Klein- und Großwald betreut und regelmäßig ausgewertet. Dabei obliegen dem Institut insbesondere auch Systemadministration und Systementwicklung der 'Forstberichts-Datenbank'. Auf Basis von Erhebungen in rund 200 Forstbetrieben, die überwiegend von den Projektpartnern durchgeführt werden, werden jährlich forstliche Betriebsabrechnugen erstellt und an der BOKU zu Gruppenmittelwerten verdichtet. Diese aggregierten Kennzahlen sind wichtige, empirische Datengrundlagen für die forstpolitischen Akteure ebenso wie für die forstökonomische Forschung und Lehre an der BOKU und fließen unter anderem in den jährlichen Waldbericht des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft ein.
Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.
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