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Carbon, water and nutrient dynamics in vascular plant- vs. Sphagnum-dominated bog ecosystems in southern Patagonia

In bog ecosystems, vegetation controls key processes such as the retention of carbon, water and nutrients. In northern hemispherical bogs, a shift from Sphagnum- to vascular plant-dominated vegetation is often traced back to Climate Change and increased anthropogenic nitrogen deposition and coincides with substantially reduced capacities in carbon, water and nutrient retention. In southern Patagonia, bogs dominated by Sphagnum and vascular plants coexist since millennia under similar environmental settings. Thus, South Patagonian bogs may serve as ideal examples for the long-term effect of vascular plant invasion on carbon, water and nutrient balances of bog ecosystems. The contemporary balances of carbon and water of both a bog dominated by Sphagnum and vascular plants are determined by CO2- H2O and CH4 flux measurements and an estimation of lateral water losses as well as losses via dissolved organic and inorganic carbon compounds. The high time resolution of simultaneous eddy covariance measurements of CO2 and H2O in both bog types and the strong interaction between climatic variables and the physiology of bog plants allow for direct comparisons of carbon and water fluxes during cold, warm, dry, wet, cloudy or sunny periods. By the combination with leaf-scale measurements of gas exchange and fluorescence, plant-physiological controls of photosynthesis and transpiration can be identified. Long-term peat accumulation rates will be determined by carbon density and age-depth profiles including a characterization of peat humification characteristics. A reciprocal transplantation experiment with incorporated shading, liming and labeled N addition treatments is conducted to explore driving factors affecting competition between Sphagnum and vascular plants as well as the interactions between CO2-, CH4-, and water fluxes and decisive plant functional traits affecting key processes for carbon sequestration and nutrient cycling. Decomposition rates and driving below ground processes are analyzed with a litter bag field experiment and an incubation experiment in the laboratory.

KOSMOS 2023 Helgoland mesocosm study on ocean alkalinity enhancement: sediment trap particle flux data and water column biogeochemistry

The data presented herein originates from a mesocosm study conducted as part of the BMBF CDRmare, Retake project (grant agreement no. 03F0895A), aimed at investigating the ecological ramifications of ocean alkalinity enhancement (OAE). Twelve mesocosms were deployed in Helgoland South Harbor, Germany, and systematically sampled using integrated water samplers over the period spanning from March 12th to April 20th, 2023. Six alkalinity levels under two dilution scenarios were established to differentiate between localized and uniform OAE additions. Alkalinity was increased stepwise to ΔTAmax = 1250 μmol kg-1 (250 μmol TA kg-1 increments) using sodium hydroxide (NaOH) with calcium chloride (CaCl2) to simulate cation release during calcium-based mineral dissolution, causing strong carbonate chemistry perturbations (e.g., pHT > 9.25). The dataset encompasses a spectrum of sediment trap particle flux data, water column biogeochemistry including pigment variables, inorganic nutrients, carbonate chemistry parameters. The study and data set offer insights into impacts of alkalinity enhancement on marine ecosystems and their associated biogeochemistry.

Agroecological Transitions for Climate Adaptation and Mitigation

Globally, agriculture covers 40% of the earth’s surface and food systems are responsible for one-third of humanity’s contribution to global climate change. Yet, smallholder and subsistence farmers are among the most vulnerable to climate change, with extreme weather events and related food price volatility affecting livelihoods, biodiversity, and food security at multiple scales. This project builds on transdisciplinary research on agroecological transitions in vulnerable farming communities in Canada, Germany, India and Brazil. We will examine the influence of agroecological networks (farming organizations, institutional actors, and consumer groups) in promoting the perennialization of agriculture to support climate adaptation (improving resilience in livelihoods and food security) and mitigation (increasing carbon sequestration). Perennialization of agriculture integrates annual and perennial crops and trees into the same farming system. Compared to annual cropping systems which currently dominate global agriculture and markets, perennial crops show promise for climate adaptation and mitigation because of their contributions to carbon sequestration in tree biomass and soil organic carbon, and their buffering effects against soil degradation, drought, and other forms of extreme weather and climate variability. From a social wellbeing perspective, agroforestry and other diversified perennial systems offer opportunities to adapt to climate change and escape poverty traps, including higher and more stable farm incomes, balanced agricultural labour across growing seasons, improved working conditions compared to more input-intensive forms of agriculture and improved nutrition and health. Using a participatory action research approach, this project will use a novel methodology to test the relationships between personal, political, and practical leverage points driving the adoption of agroforestry and other practices supporting agricultural perennialization. We will sample farms and organizations in each case study across a diversification gradient from low-diversity farming systems to perennial and agroforestry-based management systems. We will then use qualitative and quantitative methods to assess climate resilience outcomes and estimate the potential of scaling adoption of perennial and agroforestry practices. A cross-case synthesis will take local institutional, environmental, and relational contexts into account to inform decision-making.

Wildnisgebiete im Landeswald des Landes Brandenburg

Flächen im Landeswald, die dem Ziel Brandenburgs dienen, auf 2 % der Landesfläche Wildnisgebiete einzurichten (Grundlage ist die Nationale Biodiversitätsstrategie). Das GIS-Thema dokumentiert für den Landeswald Brandenburgs den aktuellen Ausweisungsstand. Flächen im Landeswald, die dem Ziel Brandenburgs dienen, auf 2 % der Landesfläche Wildnisgebiete einzurichten (Grundlage ist die Nationale Biodiversitätsstrategie). Das GIS-Thema dokumentiert für den Landeswald Brandenburgs den aktuellen Ausweisungsstand.

Bestimmung von Schadstoffgehalten und der Schadstoffverteilung von Ersatzbrennstoffen im Technikumsmassstab

Im Fachgebiet Abfalltechnik steht eine Technikumsverbrennungsanlage (TVA), die Speziell für die Energie-, Massen- und Schadstoffbilanzierung von Verbrennungsversuchen entwickelt und in den letzten Jahren mehrfach modifiziert wurde. Die Energie- und Massenbilanzierung wird seit Jahren erfolgreich genutzt. Im Rahmen dieses Projektes konnte als erstes die Qualität der Schadstoffbilanzierung mit Hilfe der in dieser Untersuchung durchgeführten Verbrennungsversuche am Beispiel Chlor gezeigt werden. Dazu wurden Verbrennungsversuche an der TVA durchgeführt, bei denen Holz/PVC-Mischungen und Holz/NaCl-Mischungen, die bis zu 6 Ma-Prozent Chlor enthielten, eingesetzt wurden. Um die Widerfindungsraten von Chlor bei den Verbrennungsversuchen in der TVA zu bestimmen und um zusätzlich Aussagen über den Transfer des Chlors in die verschiedenen Fraktionen machen zu können, wurden die Chloranteile in den einzelnen Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub ermittelt. Die HCI-Konzentrationen im Rauchgas wurden mit dem OPSIS-Messsystem analytisch bestimmt. Die Staub- und Aschegehalte wurden ermittelt und der Flugstaub und die Asche auf ihre Chlorgehalte untersucht. In den drei Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub konnten 95,1 bis 101,7 Prozent des eingesetzten Chlors wieder gefunden werden. Es wurden bei den Holz/PVC-Mischungen 82 bis 85 Prozent des Chlors im Rauchgas, 11 bis 14 Prozent in der Asche und etwa 1,4 Prozent im Flugstaub ermittelt. Bei anschließenden Vergleichen zeigten diese Transferkoeffizienten eine gute Übereinstimmung mit hochgerechneten Transferkoeffizienten aus Laboruntersuchungen von Schirmer (2005). Damit wurde gezeigt, dass die Veränderungen und Umbauten an der TVA in den letzten Jahren zu einer Verbesserung der Schadstoffbilanzierung geführt haben und diese dadurch erfolgreich durchgeführt werden kann. Damit ist die TVA für weitere Schadstoffermittlungen von unbekannten Ersatzbrennstoffen gut geeignet. Neben der Ermittlung von Ersatzbrennstoffen wurde die TVA in jüngster Zeit auch für die Bestimmung der Chlorfreisetzung ins Rauchgas eingesetzt: die kontinuierliche Erfassung der Schadstoffkonzentrationen im Rauchgas mit dem Messsystem OPSIS ermöglicht die zeitliche Schadstofffreisetzung ins Rauchgas zu bewerten, da aufgrund der semikontinuierlichen Brennstoffzugabe charakteristische Konzentrationsverläufe gewonnen werden.

Aktionsprogramm Natürlicher Klimaschutz (ANK), Coaching für blaugrüne Stadtentwicklung in Kommunen

Der Klimawandel führt in deutschen Städten zu einem hohen Anpassungsdruck. Ein besonders vielversprechender Ansatz, um resilienter gegenüber Wetterextremen wie Hitze, Dürre und Starkregen zu sein, sind Naturbasierte Lösungen (NbS). Das neue Forschungsvorhaben Blue Green City Coaching (BGCC) - Implementierung blaugrüner Infrastrukturen zur Klimaanpassung kleinerer deutscher Großstädte: Aufbau eines wissenschaftsbasierten und anwendungsorientierten Coachings für Entscheidungsträger*innen in Stadt- und Regionalplanung, erarbeitet vor diesem Hintergrund bis Ende 2027 Analyse-Instrumente, die Potenziale und Grenzen von NbS für die Stärkung der urbanen Klimaresilienz offenlegen. Im Rahmen des Projektes durchlaufen ca. 10 deutsche mit 100.000 bis 300.000 Einwohnern ein individuelles Coaching. Das Coaching stellt Praxisnähe her, schafft institutionalisierte Partizipation der Entscheidungsträger*innen in der Stadt und testet zugleich verschiedene Bewertungsmethoden für NbS. Konkret soll das BGCC Entscheidungsträger*innen befähigen, wissenschaftlich koordiniert anwendbare Implementierungsstrategien für blaugrüne Infrastrukturen (BGI) zu erstellen. Dabei werden Potentiale und Grenzen identifiziert und diese möglichst im interkommunalen Austausch und mit Hilfe der sozialwissenschaftlichen, juristischen und siedlungswasserwirtschaftlichen Expertise des Projektteams überwunden. Methodisch werden vorhandene Bewertungssysteme für die Effekte und Potentiale wasserbezogener NbS in einer Coaching-Toolbox gebündelt, um Stadtakteuren Argumente und praxisnahe Hilfestellungen für NbS-Potentiale an die Hand zu geben. Bei diesen in der Coaching-Toolbox enthaltenen Potentialen geht es neben finanziellen Anreizen beispielsweise um Monitoring von Biodiversität und Stadtklima mit vielfältigen Effekten auf die Stadtgesundheit – dazu zählen unter anderem die Verringerung der Anzahl von Hitzetoten, eine erhöhte Lebenserwartung und verringerte Gesundheitskosten. Abschließend analysieren sozialwissenschaftliche Expert*innen des Projektteams systematisch die Umsetzungspotenziale und -hemmnisse und bündeln die Ergebnisse. Als Kernprodukt von BGCC entsteht das “BG-Coaching-Handbook”, welches die Toolbox-Inhalte als Handlungsanleitung für die Infrastrukturplanung auch für andere Kommunen replizierbar macht.

Substitution von Regelbrennstoffen durch Ersatzbrennstoffe - Aufbereitung von Abfallfraktionen

Das Ziel des Projektes besteht darin, das Potential einer auf den Anwendungsfall abgestimmten Herstellung von Ersatzbrennstoffen (EBS) aus Abfällen zu ermitteln. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Clausthal und mit der Bauhaus-Universität Weimar bearbeitet. Die Nutzung von Ersatzbrennstoffen (EBS) aus Abfallfraktionen gewinnt u.a. vor dem Hintergrund der Öffnung des Abfallmarktes und der Einsparung von Primärenergieträgern zunehmend an Interesse. Aus wenigen bekannten Beispielen ist jedoch ersichtlich, dass ein wirtschaftlicher Erfolg der Ersatzbrennstoffherstellung in Kombination mit Abfallbehandlungsverfahren nicht zwangsläufig mit einem ökologischen Vorteil verbunden ist und unter Umständen auch negative Auswirkungen im Vergleich zur klassischen Restabfallverbrennung zur Folge haben kann. Im Rahmen dieser Studie wurde das Hauptaugenmerk auf die Optimierung der Herstellung von Sekundärbrennstoffen aus energetischer Sicht gerichtet; Fragen bezüglich angereicherter Schadstoffgehalte in Ersatzbrennstoffen und Fragen bezüglich der Herstellungskosten von Ersatzbrennstoffen wurden nur ansatzweise berücksichtigt. Die Ergebnisse dieser Studie lassen den Schluss zu, dass die mechanisch-biologische Herstellung von Ersatzbrennstoffen unter Beachtung der oben getroffenen Annahmen aus energetischen Gründen in jedem Fall einer Behandlung von originären Abfällen in einer Müllverbrennungsanlage vorzuziehen ist. Diese Feststellung lässt sich zwar in Anbetracht einer alleinigen energetischen Bilanzierung bejahen, ist aber unter Berücksichtigung einer gesamtheitlichen Betrachtung des MBA-Verwertungsweges zu relativieren. Eine verlässliche Gesamtbewertung ist nur unter Einbeziehung weiterer ökologischer, aber auch ökonomischer Gesichtspunkte zu treffen. Besondere Aufmerksamkeit ist dabei den Schadstoffgehalten der EBS zu widmen, da diese emissionsseitig durch die gesetzlichen Einschränkungen den Einsatz in den Mitverbrennungsanlagen limitieren.

Weiterentwicklung der Chemical-Looping-Verbrennung von heimischen Brennstoffen, Teilvorhaben: Pilotversuche und Prozessbilanzierung

Tagungsreihe zu aktuellen Wildnisthemen zur Umsetzung der Wildnisziele aus der Nationalen Strategie zur Biologischen Vielfalt

Bestimmung der Brennstoffeigenschaften von Abfallfraktionen ueber eine thermische Umsetzung in einer halbtechnischen Verbrennungsstrecke

Die Bestimmung der Brennstoffeigenschaften von Abfaellen ist von grosser Wichtigkeit sowohl fuer die thermische Restabfallbehandlung, als auch fuer den Einsatz hochkalorischer Abfallfraktionen als Ersatzbrennstoff. Fuer diese Bestimmung sind Laborversuche, bei denen mit Probenmengen im Grammbereich gearbeitet wird, aufgrund der sehr hohen Heterogenitaet der Abfallgemische nur bedingt geeignet. Bei dem Vorhaben sollen die Brennstoffeigenschaften mittels einer thermischen Umsetzung mehrerer Kilogramm Probenmaterials in einer halbtechnischen Verbrennungsstrecke (P = 30 kW) und anschliessender Energie- und Massenbilanzierung bestimmt werden. Bei ersten Versuchen mit unterschiedlichen Abfallfraktionen konnten erfolgreiche Bestimmungen der Heizwerte, der Chlor- und der Schwefelgehalte durchgefuehrt werden.

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