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Umsatzraten und Herkunft von Lipiden in Ackerböden: Zeitlich aufgelöste strukturelle und isotopische Charakterisierung der Lipidfraktionen einer natürlich markierten Schwarzerde

Lipide haben wahrscheinlich große Bedeutung für die Stabilisierung organischer Substanz in Böden, sie wurden aber bisher mittels moderner strukturchemischer und isotopischer Methoden nur wenig untersucht. Durch die Kombination dieser Methoden sollen erstmals gleichzeitg Aussagen über Herkunft (Pflanzen, Bakterien, Pilze) und Umsatzraten (d13C) der Lipide auf molekularer Ebene ermöglichen. Der Nutzungswechsel von Roggen- (C3-) zu Mais-Monokultur (C4-Pflanze) markierte die zugeführte Biomasse strukturell und isotopisch. Die Nutzung von Rückstellproben ermöglicht eine über vier Jahrzehnte zeitlich aufgelöste Auswertung dieses landwirtschaftlichen Freilandversuchs. Die Lipide sollen mit einer Kombination moderner struktureller, spektroskopischer und isotopischer Analysetechniken der Bodenchemie, organischen Geochemie und Biochemie untersucht werden. Untersuchungen sollen an Gesamtböden und ausgewählten PartikelgrößenFraktionen erfolgen. Die Bodenlipide werden erstmalig über eine automatisierte sequentielle Flüssigkeitschromatographie in folgende Fraktionen getrennt: a) Aliphaten, b) Ketone/Alkohole, c) Fettsäuren, d) Aromaten, e) basische Lipide und f) hochpolare Biopolymere. Diese Fraktionen sollen anschließend strukturell identifiziert (13C NMR, GC-MS) und die Fraktionen a) bis c) gesamt- und komponentenspezifisch (GC-irmMS) d 13C-isotopisch charakterisiert werden.

Dynamische und chemische Entwicklung Mars- und Venus-ähnlicher Planeten

2D- und 3D-Modelle der Konvektion und Schmelzprozesse in Mars, Venus und ähnlichen Einplattenplaneten werden mit Modellen der Mineralogie und thermoelastischen Eigenschaften des Mantels kombiniert, um die Entwicklung dieser Planeten seit der Erstarrung des Mantels vor 4.4-4.5 Mrd. Jahren zu simulieren und gewisse geologische Strukturen auf ihrer Oberfläche zu erklären. Von besonderem Interesse sind die Stabilität ihrer Lithosphären, die verschiedenen vulkanischen Strukturen auf der Venus und die Bildung zweier anscheinend langlebiger vulkanischer Zentren auf dem Mars. Zentrale Aspekte sind der Einfluss von Phasenübergängen von Mantelmineralen auf globale Konvektionsmuster und die Dynamik von Mantelplumes sowie der Einfluss von Spurenkomponenten (Radionuklide und flüchtige Bestandteile) und ihre Umverteilung durch Konvektion, Schmelzen und Vulkanismus. Angesichts der begrenzten Kenntnis der Zusammensetzung und des Mantel-Kern-Verhältnisses werden gewisse Modellparameter wie die Dicke des Mantels, das Verhältnis von Magnesium und Eisen und der Radionuklid- und Wassergehalt variiert. Desweiteren werden die Bedeutung der Oberflächentemperatur und, im Fall von Mars, der Effekt lateraler Temperatur- und Dickevariationen in der Lithosphäre wie sie z.B. von der Krustendichotomie verursacht werden sowie die Rolle alter chemischer Heterogenitäten erkundet. Dabei sollen auch Parameterkombinationen einbezogen werden, die nicht für Mars oder Venus relevant, aber von allgemeinem Interesse z.B. im Hinblick auf Exoplaneten sind. Die Modelle werden geophysikalische und geochemische Observablen ergeben, die mit realen Beobachtungen verglichen werden können.

Charakterisierung von Umweltschadstoffen mit Hilfe oberflaechenanalytischer Methoden

Die Charakterisierung der Schadstoffkomponenten auf Luftaerosolen und Filterstaubproben aus Muellverbrennungsanlagen laesst Rueckschluesse auf die Prozesse bei der Entstehung, Ausbreitung und Filterung zu. Mit Hilfe oberflaechenanalytischer Methoden, insbesondere XPS und AES, werden Zusammensetzung und chemische Form von Schadstoffen bestimmt. Geplant sind ferner Untersuchungen zur katalytischen Schadstoffumwandlung an Modellaerosolen unter besonderer Beruecksichtigung der Schwermetallspezies und Untersuchungen zur Konzentrationsverteilung ueber den Teilchenquerschnitt, die Eignung oxidischer Substanzen in Aerosolen als Gassensoren soll geprueft werden. Aus bisherigen Arbeiten im Rahmen des POETA-Programms zeigt sich die besondere Bedeutung des Nachweises von Schwefelspezies sowie die Notwendigkeit grundlegender Untersuchungen zum Probenverhalten unter dem Einfluss von Roentgen- oder Elektronenbestrahlung.

Digitale Lithogeochemische Karte von Bayern 1:25.000 (dLGK25)

Die digitale Lithogeochemische Karte von Bayern 1:25 000 (dLGK25) ist eine thematische Karte im Maßstab 1:25.000. Sie ist hinsichtlich der Abgrenzung der Einheiten direkt aus dem aktuellen Stand der digitalen Geologischen Karte von Bayern (dGK25) abgeleitet, entsprechend dem Ansatz einer integrierten Kartierung. Das Kartenbild gibt die zu geochemischen Gesteinseinheiten zusammengefassten geologischen Haupteinheiten wieder, die oberflächennah unterhalb der Bodenzone anstehen (Oberflächenkarte). Eine geochemische Gesteinseinheit ist aus geologischen Einheiten zusammengesetzt, die innerhalb eines definierten geologischen Zeitraums ähnliche Entstehungsbedingungen hatten und somit eine charakteristische, annähernd gleichartige, chemische Zusammensetzung erwarten lassen. Insgesamt werden für Bayern 184 geochemische Gesteinseinheiten unterschieden, in denen jeweils bis zu drei unterschiedliche Lithologien (Festgesteine) bzw. Korngrößenfraktionen (Lockergesteine) unterschieden werden. Der Datensatz enthält jeweils statistische Parameter (50. und 90. Perzentil, äquivalent für Median und Hintergrundwert) der untersuchten Elemente (Haupt-, Neben- und Spurenelemente; gemessen mit Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) bzw. Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)) in den unterschiedenen geochemischen Gesteinseinheiten. Für eine statistische Auswertung wird eine Probenzahl von größer als 10 vorausgesetzt. Während für die Charakterisierung der Spannweitenverteilung in den geochemischen Gesteinseinheiten eine räumlich möglichst gleichverteilte hohe Probenanzahl ideal wäre, liegen häufig eher geringe Probenzahlen und/oder räumlich ungleiche Verteilungen der Probenahmestellen vor, die im Falle einer Nachverdichtung zu entsprechenden Korrekturen bei den Spannweiten führen könnten. Die angegebenen Perzentile sind stets als ein Hinweis für die Spannweite der Elementkonzentrationen innerhalb der geochemischen Einheiten zu sehen und geben damit keine Anhaltspunkte für die konkret an einem Standort anzutreffenden Werte. Zusätzlich ermöglichen die aus der dLGK25 abgeleiteten Elementkarten jeweils die Darstellung der bayernweiten Gehalte eines ausgewerteten Elementes, wobei die Karten sowohl für das 50. als auch für das 90. Perzentil verfügbar sind. Damit kann ein Überblick über die räumliche Verteilung von Elementkonzentrationen dargestellt werden. Die Gehalte der Hauptelemente sind in Gew.-% angegeben, die Gehalte der Neben- oder Spurenelemente sind in mg/kg angegeben. Für die Auswertungen wurden nach Möglichkeit nur repräsentative Gesteinsproben der Einheiten berücksichtigt, so dass lokale Besonderheiten wie z. B. Erzgänge im Regelfall nicht miteingeschlossen sind. Die Genauigkeit der Darstellung ist abhängig von den geologischen Verhältnissen, sie liegt entsprechend dem Bearbeitungsmaßstab bestenfalls bei 25 m und ist daher in der Regel nicht flurstückgenau. Aus der digitalen Lithogeochemischen Karte können somit keine parzellenscharfen Aussagen oder konkrete Hinweise auf tiefer liegende Gesteine und geochemische Eigenschaften direkt abgeleitet werden. Am konkreten Ort kann das Gestein oder dessen Ausprägung von den zugrunde gelegten Verhältnissen abweichen. Die Fachdaten entsprechen dem aktuellen Stand der Datenlage und des Wissens des Bayerischen Landesamts für Umwelt. Es kann keine Gewähr für die Vollständigkeit und Richtigkeit der angegebenen Informationen gegeben werden.

Recycling von Kartuschen

Zielsetzung: Dicht- und Klebstoffkartuschen finden in sehr vielen Bereichen zunehmende Anwendung. Kartuschen sind eine vom Endnutzer sehr gut akzeptierte Verpackung und Verarbeitungshilfe der Produkte. Sie zeichnen sich einerseits durch eine hohe Homogenität des Kartuschenmaterials, vorwiegend hochwertiges Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), und andererseits durch eine extrem variable chemische Zusammensetzung der Inhaltsstoffe aus. In ersten Voruntersuchungen wurde festgestellt, dass etwa 90 % der gesammelten Kartuschen MS (modifizierte Silan-)Polymer , Acryl- und Silikon-haltige Restinhaltstoffe aufwiesen. Die restlichen 10 % beinhalten eine Vielzahl anderer Inhaltsstoffe (u. a. Bitumen, Polyurethan, Zement). Die Menge und der Zustand der in den Kartuschen verbliebenen Restinhaltstoffe variiert stark. Dichtstoffkartuschen werden als „nicht recyclingfähig“ eingestuft. Dies liegt an der sehr variablen Zusammensetzung der Inhaltsstoffe und deren Rückstände in der Kartusche, die bei der Kreislaufführung des HDPEs zu massiven Problemen führen (z. B. Silikonrückstände). Deshalb werden Kartuschen in Deutschland derzeit thermisch verwertet, in anderen europäischen Ländern auch deponiert. Marktanalysen gehen davon aus, dass in Deutschland jährlich 60- 70 Mio. Stück Kartuschen in Verkehr gebracht werden. In Europa fallen pro Jahr rund 45.000 t Kartuschenabfälle an. Aufgrund der hohen Mengen und des ungelösten Entsorgungsproblems sollen die Hersteller verstärkt in die Pflicht genommen werden. Für die Verwendung von Kunststoffen werden von der EU zwischenzeitlich Aufschläge von 800 €/t erhoben. Es ist absehbar, dass diese Aufschläge früher oder später an die Hersteller weitergereicht werden. Auf EU-Ebene wurden und werden auch Diskussionen über ein Verbot nicht-recyclingfähiger Kunststoffverpackungen geführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll die Recyclingfähigkeit von Dicht- und Klebstoffkartuschen untersucht werden. Dies setzt zunächst ein effizientes Erfassungssystem voraus, das gleichermaßen beim Fachhandel, Handwerk und Sortieranlagen ansetzt und die gebrauchten Kartuschen als Monostrom separiert. Bei der Entwicklung des Recyclingprozesses sollen vorzugsweise mechanische und chemische, nachgeordnet thermische Verfahren betrachtet werden. Ziel ist die Kreislaufführung des hochwertigen HDPEs. Konkret: Aus gebrauchten Kartuschen neue Kartuschen produzieren. Wenn es gelingt HDPE in ausreichender Qualität zu gewinnen, existiert für das Rezyklat bereits ein Absatzmarkt.

Energierahmenprogramm-Verbundvorhaben - DRI-EOS: Nutzung von auf DRI-Basis erzeugter EAF-Schlacke in der Zementindustrie, Teilprojekt 1 - Analytik und Technikumsversuche

Platinbestimmung von Membran- Elektroden- Einheiten aus Brennstoffzellen

Die genaue Kenntnis der Platingehalte von Membranen aus Brennstoffzellen ist für einen Aufbereitungsprozess und vor allem zur genauen Berechnung der Wertschöpfung von großer Bedeutung. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung, vor allem durch erhöhte Fluorfrachten, wird die genaue Analytik, aber auch die Aufbereitung, erschwert. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojektes stand deshalb die Prüfung von Probenahme, Probenaufbereitung und Analytik hinsichtlich ihrer Eignung bei der Bestimmung von Platingehalten der Membran- Elektroden Einheiten. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die größten Probleme erwartungsgemäß bei der Probenvorbereitung und -aufbereitung auftreten. Bei der anschließenden vergleichenden Analytik lagen die Messwerte sehr eng beieinander, so dass keinem der Verfahren hier der Vorrang gegeben werden kann. Auf Grund der gewonnenen Erkenntnisse in der Probenaufbereitung konnten abschließend auch einige Vorschläge für einen Aufbereitungsprozess zusammengestellt werden.

Zukunftsfähiges Wassermanagement kommunaler Wasserversorger in Zeiten des Klimawandels, Teilprojekt 6

Führen elektrochemische Prozesse in der Eisphase in hochreichender Konvektion zur Bildung von Partikeln in der oberen Troposphäre?

Der Klimawandel stellt eines der größten Probleme unserer Gesellschaft der nächsten Jahrzehnte dar. Verlässliche Klimaprognosen sind in diesem Zusammenhang von enormer politischer und sozioökonomischer Relevanz. Genaue Vorhersagen sind jedoch derzeit durch ein noch begrenztes Verständnis wichtiger atmosphärischer Parameter, wie zum Beispiel der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre, der Aerosolbelastung, den Zirruswolken und Zirkulationsrückkopplungen in der oberen Troposphäre/unteren Stratosphäre (OTUS) nur sehr eingeschränkt möglich. Insbesondere unser Wissen über die wichtigsten klimarelevanten atmosphärischen Bestandteile wie z.B. der Wasserdampf, Eis- und Aerosolpartikel ist unvollständig.Kürzlich wurden in der OTUS starke Partikelneubildungsereignisse beobachtet, in einer Region, in der Eisbildung und tiefe Konvektion vorherrschen. Es scheint, dass die Region überhalb troposphärischen Wolken ein günstiger Ort für die Bildung neuer Teilchen ist. Der zugrunde liegende Bildungsmechanismus ist jedoch nur sehr qualitativ verstanden. Diese Partikelneubildungsereignisse sind möglicherweise mit der Bildung von kondensierbaren Dämpfen in großer Höhe verbunden und nicht nur mit dem Aufsteigen verschmutzter Luftmassen, die diese enthalten. Partikelneubildung erfordert somit eine Quelle von atmosphärischen Oxidationsmitteln, die die Flüchtigkeit von Vorläufergasen reduzieren, um Partikel im unteren Nanometerbereich durch Gas-zu-Partikel-Umwandlung zu bilden. Diese Oxidationsmittelquelle muss stark genug sein, um mit den durch die bereits vorhandenen Partikel induzierten Kondensationssenken zu konkurrieren.Wir vermuten, dass die Bildung von Eispartikeln durch das Gefrieren von unterkühltem flüssigem Wasser, gefolgt von Wasserkondensation, Quellen von H2O2 oder HOx-Radikalen in der OTUS sind, die zur Partikelneubildung führen Es ist bekannt, dass das Gefrieren wässriger Lösungen elektrische Felder erzeugt (sogenannter Workman-Reynolds-Effekt). In ähnlicher Weise wurde kürzlich gezeigt, dass die bevorzugte Orientierung der Wassermoleküle an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser ein elektrisches Grenzflächenpotential induziert. Solche lokalisierten elektrischen Felder können elektrochemische Prozesse in oder auf den Eispartikeln induzieren, die H2O2 oder HOx produzieren und erheblich zur Oxidationskapazität der Atmosphäre beitragen, wodurch die Bildung neuer Partikel und Wolken und schließlich der Strahlungshaushalt und das Klima der Erde beeinflusst werden. Diese Hypothese wird durch einige sehr aktuelle aktuelle Messungen gestützt.Dieses Projekt hat zum Ziel, diese Oxidationsprozesse zu charakterisieren und quantifizieren.

Stratosphärische Wasserdampf Simulationen: Von den Polarregionen zur Tropischen Tropopause

Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgas. Änderungen in der stratosphärischen Wasserdampfkonzentration und dessen Verteilung können den Strahlungshaushalt und die Oberflächentemperaturen der Erde beeinflussen und sich auf die Chemie der Stratosphäre auswirken. Wasser ist außerdem ein zentraler Bestandteil polarer Stratosphärenwolken (PSCs), die eine Schlüsselrolle beim Ozonabbau über den Polarregionen spielen. In der untersten Stratosphäre (LMS) können Zirrus Wolken wichtige Effekte in Bezug auf Chemie und Strahlung hervorrufen und dennoch sind deren Bildungsmechanismen noch weitgehend unbekannt. Dabei reagiert gerade die Region um die Tropopause besonders empfindlich auf kleinste Veränderungen in der Wasserdampfkonzentration und ein detailliertes Verständnis mikrophysikalischer Wolkenprozesse ist daher eine wichtige Voraussetzung für zuverlässige Klimaprognosen. Im Rahmen des Projektes 'Stratosphärische Wasserdampf Simulationen: Von den Polarregionen zur Tropischen Tropopause' werden vor dem Hintergrund einer verbesserten Repräsentation in globalen Simulationen (i) Ausfrierprozesse im tropischen Tropopausenbereich (TTL), (ii) Zirren in der LMS über den mittleren Breiten sowie (iii) PSCs und deren Auswirkungen auf den polaren Ozonverlust untersucht. Eine Vielzahl neuer Messungen und Studien zu PSCs hat das konventionelle Verständnis einzelner Bildungsmechanismen hinterfragt. Die verschiedenen Wege der Nukleation sollen im Hinblick auf ihr Potential zur Chloraktivierung quantifiziert werden, um so verfeinerte Vorhersagen zur Erholung der Ozonschicht zu erreichen. Ein Hauptziel des vorliegenden Projektes soll außerdem die Erforschung stratosphärischer Zirren, sowohl in den mittleren Breiten, als auch in der TTL bilden. Der Beitrag von Zirrus Wolken zum Strahlungshaushalt hängt stark von der Größenverteilung und damit von der Nukleationsrate der Eispartikel ab und bleibt weiterhin ein hoher Unsicherheitsfaktor in Klimavorhersagen. Darüber hinaus gilt es die Dehydrierung aufsteigender Luftmassen durch die TTL besser zu verstehen. Das Chemisch Langrangesche Modell der Stratosphäre (CLaMS), das am Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde, ermöglicht eine präzise Modellierung von Dehydrierung und Denitrifizierung, Prozesse die sowohl die Ozonzerstörung beeinflussen als auch die Zusammensetzung der Stratosphäre kontrollieren. In Kombination mit hochaufgelösten in-situ Messungen und globalen Satellitendaten soll die Mikrophysik stratosphärischer Eiswolken in einzigartiger Weise untersucht werden. Eine Kopplung des Lagrangeschen Transportschemas in CLaMS mit dem Klimamodell EMAC ermöglicht es, die Auswirkungen von Veränderungen im stratosphärischen Wasserdampf auf Temperaturen an der Erdoberfläche zu untersuchen. Damit trägt dieses Projekt entscheidend zu einem verbesserten Verständnis der Schlüsselprozesse bei, die Schwankungen und Trends im stratosphärischen Wasserdampf und die dekadische Variabilität im Klimaantrieb bestimmen.

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