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Klimaschutz im Erwerbsobstbau durch modellgestützte Bilanzierung und intelligente Reduktion von THG-Emissionen auf dem digitalen Zukunftsbetrieb, Teilprojekt C

Anreicherung von aromatischen Aminen in Textilien und ihre Umweltemission durch Waschwasser

In Innenräumen findet sich eine Vielzahl von Chemikalien, die aus Gegenständen, Materialien oder durch menschliche Aktivitäten freigesetzt werden und ein Risiko für aquatische Ökosysteme darstellen können, falls entsprechende Chemikalien in den Wasserkreislauf gelangen. Wir stellen die Hypothese auf, dass aromatische Amine (AA), die aus Innenräumen emittiert werden, in Oberflächengewässer eingetragen werden und dort signifikant zur Belastung und der damit verbundenen Mutagenität beitragen. Gewaschene Textilien, die durch Emissionsquellen in Innenräumen mit AA kontaminiert sind, wirken als Überträger dieser Substanzen in Abwässer. Die Berücksichtigung dieses Übertragungsweges kann uns helfen, das Auftreten von AA ohne klare Emissionsquellen in Oberflächengewässern besser zu verstehen. In vielen Studien wird berichtet, dass AAs, welche in Innenräumen beispielweise durch Rauchen und Grillen von Fleisch entstehen, die Hauptursache für Mutagenität in Oberflächengewässern und häuslichen Abwässern sind. Sie können durch gasförmige und Partikeldepostion auf Textilien adsorbiert werden. Daher wollen wir den Übertragungsweg von AA aus Innenräumen in Oberflächengewässer im Hinblick auf die folgenden vier Aspekte untersuchen: (i) Stoffgruppen-spezifisches Non-target-Screening zum Nachweis der gesamten Verbindungsklasse in allen Matrizes entlang des dargestellten Expositionspfades, d.h. in Extrakten von Textilien, Staub, Waschwasser, Abwasser und Oberflächenwasser; (ii) Instrumente zum Monitoring aromatischer Amine aus Abwässern und Oberflächengewässern mittels selektiver Anreicherung, um ihren Verbleib in Kläranlagen und das damit verbundene Risiko für Wasserorganismen zu entschlüsseln; (iii) Charakterisierung der Aufnahme AA durch Textilien durch gasförmige und Partikeldeposition und ihre Verteilung in Innenräumen durch Expositionsexperimente im Labor und realen Innenräumen und (iv) Anwendung aller entwickelten Instrumente und Methoden in Kombination mit diagnostischen Mutagenitätstests zur Aufklärung der angenommenen Emissionswege. Hierbei werden Textilbelastung in Innenräumen mit verschiedenen AA-Quellen berücksichtigt, Waschexperimente durchgeführt und Proben aus Kläranlagen und Abwasserauffangbecken entnommen, um die quellenbezogenen Muster und die wichtigsten AA zu identifizieren, die die beobachtete mutagene Aktivität verursachen. Mit diesem Ansatz wollen wir die Kenntnislücke zwischen Innenraumexpsosition und der Umweltexposition schließen. In diesem Projekt wird das Fachwissen eines deutschen und eines tschechischen Forschungsinstituts kombiniert. Es umfasst das Target-, Suspect- und Non-target-Screening nach organischen Schadstoffen in komplexen Umweltmischungen, die Detektion von Mutagenität und den zugrundeliegenden Chemikalien in Oberflächenwasser mit wirkungsorientierter Analytik und passiver Probenahme in verschiedenen Umweltmatrizes, sowie die Berücksichtigung von Verteilungsmechanismen von Verbindungen in Innenräumen.

Auf dem Weg zu einem besseren DMS-Oxidationsmechanismus (ADOniS)

Wechselwirkungen zwischen dem Ozean und der Troposphäre sind für viele Prozesse in beiden Systemen wichtig. Ein Schlüsselprozess stellt der Austausch von Spurengasen zwischen der Atmosphäre und dem Ozean dar. Die Emission von Dimethylsulfid (DMS) stellt die größte natürliche Quelle für reduzierten Schwefel in die Atmosphäre dar. Dort kann DMS zu Schwefeldioxid, Schwefelsäure oder Methansulfonsäure oxidiert werden. Diese Verbindungen sind wichtige Vorläufersubstanzen für sekundäre Aerosole, die den natürlichen Strahlungshaushalt und die Wolkenbildung beeinflussen können. Die chemische Prozessierung, d.h. die sekundäre Bildung und Oxidation von DMS-Oxidationsprodukten, ist jedoch noch immer schlecht verstanden. Daher ist die Implementierung in aktuelle Multiphasenchemiemechanismen und Klimamodellen begrenzt, wodurch die aktuellen Vorhersagen noch sehr unsicher sind. Um die bestehenden Lücken in unserem Verständnis der DMS-Multiphasenchemie weiter zu schließen, zielt das Projekt ADOniS darauf ab, (i) fortgeschrittene Laboruntersuchungen zur Gas- und Flüssigphasenchemie von DMS-Oxidationsprodukten durchzuführen, (ii) ein fortgeschrittenes Multiphasen-DMS-Chemiemodul zu entwickeln und (iii) Prozess- und 3D-Modelluntersuchungen durchzuführen. Die vorgeschlagenen detaillierten Laboruntersuchungen konzentrieren sich auf die OH-Oxidation von Gasphasenprodukten der ersten Generation, Hydroperoxymethylthioformat (HPMTF) und Dimethylsulfoxid (DMSO), sowie auf die Bildung von DMS-Oxidationsprodukten der zweiten Generation. Die detaillierten mechanistischen Untersuchungen werden mit einem Freistrahl-Strömungsreaktor durchgeführt. Weitere kinetische und mechanistische Untersuchungen werden sich auf die Chemie von DMS-Oxidationsprodukten in der wässrigen Phase konzentrieren. OH Radikalreaktionen von HPMTF-Surrogaten werden mit Hilfe eines Laser Flash Photolysis - Long Path Absorption (LFP-LPA) Systems untersucht. Weiterhin wird die Oxidation von MSA/MS- durch OH(aq) und die Oxidation von MSIA/MSI- durch O3(aq) in wässriger Phase untersucht. Ferner soll die Aufnahme von wichtigen DMS-Oxidationsprodukten an verschiedenen Aerosolpartikeln durch Kammerstudien untersucht werden. Die Bildung von DMS-Oxidationsprodukten in der Gasphase und deren Aufnahme auf injizierten Aerosolpartikeln wird mit einem CI-APi-TOF Massenspektrometer gemessen. Basierend auf den Ergebnissen der Laborstudien wird ein fortschrittliches DMS-Reaktionsmodul entwickelt und anschließend im Multiphasenchemiemodell SPACCIM für detaillierte Prozessstudien eingesetzt. Die gewonnenen Erkenntnisse über die wichtigsten DMS-Oxidationswege werden dann die Grundlage für eine aktualisierte Behandlung DMS in globalen Klimachemiemodellen (CCMs), hier ECHAM-HAMMOZ, bilden. Schließlich werden Simulationen mit ECHAM-HAMMOZ die Auswirkungen des verbesserten DMS-Mechanismus auf die globale atmosphärische DMS-Chemie untersuchen und die Auswirkungen auf das Klima und die zukünftige Sensitivität bewerten.

EPHECT: Emissions, Exposure Patterns and Health Effects of Consumer Products in the EU

WD 8 - 056/20 Zur Ermittlung von Treibhausgasemissionen außerhalb des Europäischen Emissionshandels

Kurzinformation des wissenschaftlichen Dienstes des Deutschen Bundestages. 2 Seiten. Auszug der ersten drei Seiten: Wissenschaftliche Dienste Kurzinformation Zur Ermittlung von Treibhausgasemissionen außerhalb des Europäischen Emissionshandels Deutschland ist aufgrund des Kyoto-Protokolls verpflichtet, jährlich Inventare über die nationalen Treibhausgasemissionen vorzulegen. Ergänzt werden diese Verpflichtungen durch europarechtliche Verpflichtungen (vgl. insbesondere die Verordnung (EU) Nr. 525/2013 vom 21. Mai 2013 über ein System für die Überwachung von Treibhausgasemissionen sowie für die Berichterstattung über diese Emissionen und über andere klimaschutzrelevante Informationen auf Ebene der Mitgliedstaaten und der Union). Die technischen und methodischen Standards für diese Berichterstattung sind insbesondere in ausführlichen und detailreichen Richtlinien des Weltklimarates (IPCC) aus dem Jahr 2006 (IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, verfügbar unter: https://www.ipcc.ch/report/2006-ipcc-guidelines-for-national-greenhouse-gas-inventories/) sowie in der im Rahmen der Klimarahmenkonvention angenommene Richtlinie zur Berichterstattung über jährliche Inventare (FCCC/CP/2013/10/Add.3) niedergelegt. Verfahrenstechnische Erläuterungen zur Inventarerstellung sowie methodische Hinweise zur Berechnung der THG-Emissionen in Deutschland und der genutzten Datenquellen enthalten die jährlichen Inventarberichte (siehe zuletzt den Bericht für das Jahr 2020, verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2020-04-15- climate-change_22-2020_nir_2020_de_0.pdf). Exemplarisch werden im Folgenden einige Grundlagen der Ermittlung der Treibhausgasemissionen dargestellt: Zuständige Stelle für die Erstellung des Treibhausgasinventars in Deutschland ist das Umweltbundesamt, das die verschiedenen Teilbereiche der Berichterstattung koordiniert (ausführlich zum Verfahren, Inventarbericht 2020, S. 77 ff). Die Emissionen werden nicht direkt bei den Emittenten gemessen, sondern mittelbar aus einer Reihe von Daten statistisch errechnet. Da es sich um ein statistisches Verfahren handelt, wird in der Berichterstattung jeweils die Unsicherheit des Gesamtinventars ausgewiesen. Eine der wichtigsten Datenquellen für die Erhebung der Emissionsmengen, auch in Sektoren, die nicht dem Emissionshandel unterliegen (sog. Nicht-ETS-Sektoren), sind die „Energiebilanzen der Bundesrepublik Deutschland“, die von der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB) herausgegeben werden. Sie beruhen überwiegend auf den amtlichen Statistiken des Statistischen Bundesamtes. Die Energiebilanz ermöglicht unter anderem eine Aufteilung nach Brennstoffen WD 8 - 3000 - 056/20 (23. September 2020) © 2020 Deutscher Bundestag Die Wissenschaftlichen Dienste des Deutschen Bundestages unterstützen die Mitglieder des Deutschen Bundestages bei ihrer mandatsbezogenen Tätigkeit. Ihre Arbeiten geben nicht die Auffassung des Deutschen Bundestages, eines seiner Organe oder der Bundestagsverwaltung wieder. Vielmehr liegen sie in der fachlichen Verantwortung der Verfasserinnen und Verfasser sowie der Fachbereichsleitung. Arbeiten der Wissenschaftlichen Dienste geben nur den zum Zeitpunkt der Erstellung des Textes aktuellen Stand wieder und stellen eine individuelle Auftragsarbeit für einen Abgeordneten des Bundestages dar. Die Arbeiten können der Geheimschutzordnung des Bundestages unterliegende, geschützte oder andere nicht zur Veröffentlichung geeignete Informationen enthalten. Eine beabsichtigte Weitergabe oder Veröffentlichung ist vorab dem jeweiligen Fachbereich anzuzeigen und nur mit Angabe der Quelle zulässig. Der Fachbereich berät über die dabei zu berücksichtigenden Fragen.[.. next page ..]Wissenschaftliche Dienste Kurzinformation Seite 2 Zur Ermittlung von Treibhausgasemissionen außerhalb des Europäischen Emissionshandels und Nutzungskategorien, so dass etwa auch der Wärmebedarf der privaten Haushalte erfasst wird. Die Energiebilanzen unterliegen der Qualitätssicherung und -kontrolle durch unabhängige Institutionen (vgl. Inventarbericht 2020, S. 102 f). Für die Erhebung der Emissionsdaten des Verkehrssektors werden neben der Energiebilanz auch die Amtlichen Mineralöldaten des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle und Zahlen des Mineralölwirtschaftsverbandes genutzt (vgl. Inventarbericht 2020, S. 103 f.). Für die Zusammenstellung von Daten des Landwirtschaftssektors ist das Thünen-Institut zuständig. In die Berechnungen fließen unter anderem die Bestandszahlen an Nutztieren und die in einem Jahr verkauften Düngermengen ein (vgl. Inventarbericht 2020, S. 108 f.). *** Fachbereich WD 8 Umwelt, Naturschutz, Reaktorsicherheit, Bildung und Forschung

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger, Teilvorhaben 1: Wissenschaftliche Begleitung, ökonomische und ökologische Gesamtbeurteilung

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich. Dabei hat Methan ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Diese Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Sie können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich. Dabei hat Methan ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Diese Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Sie können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger, Teilvorhaben 4: Rechtliche Rahmenbedingungen

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich. Dabei hat Methan ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Diese Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Sie können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen. Innerhalb des Verbundvorhabens ist renergie Allgäu e.V. dafür zuständig, die rechtlichen und insbesonderen genehmigungsrechtliichen Rahmenbedigungen zu analysieren und wesentlich dazu beizutragen die Genehmigungsfähigkeit zu erreichen. Außerdem ist renergie Allgäu e.V. als Praxispartner dafür zuständig, die spätere Übertragbarkeit in die landwirtschaftliche Praxis sicherzustellen und zu verbessern.

De-Methanisierung von Flüssigmist, Teilvorhaben 2: Entwicklung intelligenter Digitalisierunstechnologien

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionenverantwortlich. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Das Vorhaben zielt daher auf die Entwicklung von hochgradig standardisierten und automatisierten Güllekleinanlagen für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 150 Großvieheinheiten (GV) ab, um die Treibhausgasemissionen zu senken und gleichzeitig auch die Gerüchsbelästigung zu mindern. Diese Güllekleinanlagen beruhen auf dem Konzept der Hohenheimer zweistufigen Güllevergärung, bestehend aus einem Rührkessel- und einem Festbettreaktor mit einer Rückführung nicht abgebauter Faserstoffe zwischen den beiden Prozessstufen. Diese standardisierten Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Diese Anlagen können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen. Die Integration eines Festbettreaktors in das Gesamtkonzept ermöglicht durch dessen hohe Prozessstabilität und Lastflexibilität eine Biogasproduktion, die jederzeit exakt dem Bedarf angepasst werden kann. Zudem soll das BHKW der Anlagen auf eine durchschnittliche Laufzeit von ca. 14 Stunden je Tag ausgelegt werden, so dass Strom und Wärme zu den Bedarfszeiten produziert werden kann. Das Teilvorhaben der TU Dortmund wird mit Hilfe neuartiger, kapazitiver in-situ Sensorik die Möglichkeit schaffen, dass die Anlage autark gesteuert werden kann. Hierzu wir eine kontinuierliche Prozessüberwachung und -kontrolle implementiert wird und alle relevanten Parameter werden digitalisiert und automatisch verarbeitet. Die TU Dortmund wird die entsprechenden intelligenten Algorihmen im Rahmen der Arbeiten entwickeln.

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger, Teilvorhaben 2: Messtechnische Erfassung und Digitalisierung

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich . Methan hat ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Projektes ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Innerhalb der Verbundvorhabens wird die Professur Sensorik der TU Dortmund neuartige, mikrostrukturierte Prozesssensorik entwickeln und zur vollständigen Digitalisierung des Anlagentyps nutzen. Damit wird insbesondere ein automatischer Betrieb der Anlagen sowie die Internet-basierte Zustandsüberwachung der Anlagen möglich. Hierzu wird die Gesamtanlagensteuerung basierend auf hochselektiver und hochempfindlicher, resonatorverstärkter direkter Multigassensorik realisiert.

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