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Found 38 results.

Teilprojekt 8

Das Projekt "Teilprojekt 8" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB) durchgeführt. Es soll ein neuer Weg beschritten werden, bei dem durch den Einsatz von Interaktionsanalysen mit biologisch relevanten Zielstrukturen für die bekannten TPs der Ausgangssubstanz ein Transformationsproduktraum ('transformation product object space', TPOS) definiert wird. Ein formalisiertes Ordnungssystem sorgt dann dafür, dass mit vertretbarem Arbeitsaufwand die relevanten TPs in die humantoxikologische Risikobewertung gelangen. Summenbewertungen sollen evaluiert werden, die den gesamten TPOS umfassen. Am ZIB werden Bindungsstudien mit Zielsubstanzen und deren Transformationsprodukte (TPs) durchgeführt. Dazu werden moleküldynamische Betrachtungen (Entropie) und neue mathematisch motivierte Freie-Energie-Schätzer verwendet. Zunächst werden Methoden zur Evaluierung des TP-Raumes etabliert, dann werden prädiktive Modelle zur Risikoklassifizierung erstellt. Die Validierung der Modelle geschieht anhand von allgemein anerkannten Tests humantoxikologischer Endpunkte (z.B. AMES II-Test)

Forschergruppe (FOR) 1598: From Catchments as Organised Systems to Models based on Dynamic Functional Units (CAOS)

Das Projekt "Forschergruppe (FOR) 1598: From Catchments as Organised Systems to Models based on Dynamic Functional Units (CAOS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Hydrologie durchgeführt. Within phase 2 of the CAOS research unit we will work towards a holistic framework to explore how spatial organization alongside with spatial heterogeneity controls terrestrial water and energy cycles in intermediate scale catchments. 'Holistic' means for us to link the 'how' to the 'why' by drawing from generic understanding of landscape formation and biotic controls on processes and structures as well as to rely on exemplary experimental learning in a hypothesis and theory based manner. This also implies treatment of soil, vegetation and atmosphere as coupled system rather than a linear combination of different compartments. To jointly work towards this goal we propose 7 projects which will closely cooperate within two overarching work packages:WP1: Linking hydrological similarity with landscape structure across scalesWP2: Searching for appropriate catchment models and organizing principles. Within WP1 we will further refine the existing stratified multi-method and multi-sensor setup to search for functional entities in the Attert and, if they exist, to learn in an exemplary manner which structural features control functional characteristics. This essentially includes identification of suitable metrics to discriminate functional and structural similarity from data as well as identification of useful quantitative descriptors for the rather fuzzy term 'hydrological function'. Overall we aim to synthesize a protocol to decide 'where to assess which data for what reasons' for characterizing hydrological functioning across a scale range of four orders of magnitude.Within WP2 we will foster our distillery of parsimonious and nevertheless physically consistent model structures which rely on observable quantities and make use of symmetries in the landscape to simplify the governing model equations in a hypothesis based manner. To this end we will compare concurring model structures (among those the CAOS model) and work towards a framework for an objective model inter comparison with special emphasis on a) the added value of different data/information sources and b) on consistency of predictions with respect to distributed dynamics and integral flows. Additionally, we aim in WP2 at linking the 'how' to the 'why' by synthesizing testable hypotheses that could explain whether spatial organization has evolved in accordance with candidate organizing principles. Ecology, fluvial geomorphology and thermodynamics offer a large set of candidate organizing principles for this issue. Based on our recent work we will focus especially on thermodynamic limits and optimality principles like maximum entropy production, explore their value for uncalibrated hydrological predictions and work out the necessary requirements on data and models for testing these principles. We put special emphasis on a possible experimental falsification of these candidate principles; also in close collaboration with the B2-Landscape Evolution Observatory in Tucson, Arizona.

Lightweight High Entropy Alloys: Entwicklung von Hochentropielegierungen mit geringer spezifischer Dichte für den Leichtbau

Das Projekt "Lightweight High Entropy Alloys: Entwicklung von Hochentropielegierungen mit geringer spezifischer Dichte für den Leichtbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fehrmann Materials GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Thema des LHEA-Verbundprojektes ist die Entwicklung der Leichtbau-Hochentropielegierung aus ausgewählten Legierungselementen in bestimmten Verhältnissen, welche als Material für die Herstellung von Gussteilen und für die additive Fertigung einer bionischen Struktur mittels Selective Laser Melting (SLM) genutzt werden soll. Hochentropielegierungen bieten i.a. aufgrund ihres Aufbaus den Vorteil hoher Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig hoher Duktilität. In Kombination mit einer geringen Dichte (kleiner als 5 g·cm-3), soll ein Werkstoff entwickelt werden, welcher einen Technologiesprung überall dort erlaubt, wo Leichtbau wichtig ist und CO2-Emissionen weiter reduziert werden, z.B. im Fahrzeugbau.

Transport und Rückhaltung von Wasser und anderen kleinen Moleküle in Biofilmen

Das Projekt "Transport und Rückhaltung von Wasser und anderen kleinen Moleküle in Biofilmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Campus Essen, Institut Physikalische Chemie, Arbeitsgruppe Mayer durchgeführt. Die NMR Diffusionsmessungen haben gezeigt, daß nur ca. 0,01Prozent der Wassermoleküle in einem Biofilm durch direkte Wechselwirkungen zwischen den Wassermolekülen und der Polymer-Matrix des Biofilms in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt werden. Weit über 99Prozent des Wassers muß daher aufgrund der Mischungsentropie, sowie eventuell durch Kapillareffekte, festgehalten werden. Weil Biofilme mit unterschiedlichen Polymeren unterschiedliche Mengen Wasser festhalten können, möchten wir untersuchen, ob und welche strukturellen Eigenschaften des Alginats die Wasserrückhaltung bestimmen. Für mehrere gut definierte Alginate soll die festgehaltene Menge Wasser gravimetrisch und kalorimetrisch bestimmt und mit der über NMR quantitativ bestimmten Netzwerkdichte der Alginate korreliert werden. Ferner soll untersucht werden, ob die Netzwerkdichte von der chemischen Struktur (z.B. Zahl der Acetylgruppen, Copolymersequenz der Polysaccharide, Salze) beeinflußt wird. In Nachfolge der NMR-Wasserdiffusionsexperimente soll durch die Diffusion von Nährstoffen, wie Phosphat und Nitrat, untersucht werden. Falls bei diesen Substanzen, analog zum Wasser, langsam und schnell diffundierende Fraktionen gefunden werden, soll auch hier ihr jeweiliger Anteil mit der NMR-Netzwerkdichte korreliert werden.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Für die optimale Bewirtschaftung vorhandener Systeme, kommt der Kanalnetzsteuerung eine immer wichtigere Rolle zu. Zur Risikoabschätzung sind als Eingangsdaten für Kanalnetzsimulationen langjährige, zeitlich hoch aufgelöste Niederschlagszeitreihen notwendig. Ziel ist die Entwicklung eines nicht-parametrischen stochastischen Niederschlagsmodells mit einer hohen zeitlichen Auflösung von fünf Minuten. Im Fokus steht dabei die Simulierung von mehreren simultanen Zeitreihen, die in raum-zeitlichen Bezug zueinander stehen. Für die Berücksichtigung der Ungleichberegnung bei Kanalnetzberechnungen ist eine Generierung mehrerer voneinander abhängiger Zeitreihen notwendig. Dafür wird der Zusammenhang zwischen benachbarten Messstationen mit Methoden räumlicher Copula-Statistik erfasst. Als Zusatzinformation zum kleinräumigen Zusammenhang werden Radarfelder herangezogen. 1.) Entwicklung eines nicht-parametrischen stochastischen Niederschlagsgenerators zur Erzeugung räumlich-zeitlich korrelierter 5-Minuten-Niederschlagsreihen. 2.) Entwicklung einer Entropie-basierten Methodik zur Abbildung mehrdimensionaler gleichzeitiger Extremwertwahrscheinlichkeiten. 3.) Copula basierte Regionalisierung von Niederschlagsverteilungen unter Berücksichtigung der Unsicherheiten. 4.) Entwicklung Copula-basierter Transferfunktionen zum Downscaling von Trendsignalen aus Regionalen Klimamodellen auf für das Kanalnetz relevante räumliche und zeitliche Skalen.

Novel caloric materials by mastering hysteresis: a material science approach

Das Projekt "Novel caloric materials by mastering hysteresis: a material science approach" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Studienbüro Materialwissenschaft, Fachgebiet Funktionale Materialien durchgeführt. Solid-state cooling could be a radically different energy solution substituting conventional vapor compression refrigeration in the future. The most promising refrigerants do not only change their magnetism during magnetization but also their crystal structure. The development of efficient magnetic refrigerants is to maximize the structural contribution to the total entropy change. In this way, hysteresis is an unwanted side-effect that leads to losses and hinders the full use of caloric effects. In this project, we will develop a thorough understanding of the sources of both intrinsic and extrinsic magnetic hysteresis, so that a strategy to minimize hysteresis can be found. Furthermore, we will develop optimized, high-performance caloric materials that deliver a large caloric effect but in a reduced magnetic field (ì0H = 1 T) that would greatly reduce the cost of a magnetic refrigerator. Our strategy is to use the extensive experience of our work-group in magneto/barocaloric materials and devices, and our expertise in materials science, which covers novel synthesis, advanced characterization, and understanding of magnetic properties, microstructure, and thermodynamics. We focus on the most promising magnetic refrigerants, Heusler-type Ni-Mn-based, La(Fe,Si)13-based and Fe2P-type MnFeP(Ge,Si) operating near to ambient conditions.

Linking landscape structure and rainfall runoff behaviour in a thermodynamic optimality context

Das Projekt "Linking landscape structure and rainfall runoff behaviour in a thermodynamic optimality context" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Hydrologie durchgeführt. Our main objective is to explore an alternative thermodynamic perspective on rainfall runoff generation on the hillslope and headwater scale. From a thermodynamic perspective any water mass flux is equal to a -potential gradient- divided by a -resistance-, and fluxes deplete due to the second law of thermodynamics their driving gradients. Relevant potentials controlling rainfall runoff are soil water potentials, piezometric heads and surface water levels and their gradients are associated with spatial differences in associated forms of free1 energy. Rainfall runoff processes thus are associated with conversions of capillary binding energy, potential energy and kinetic energy. These conversions reflect energy conservation and irreversibility as they imply small amounts of dissipation of free energy into heat and thus production of entropy. Energy conversions during rainfall runoff transformation are, though being small, nevertheless of key importance, because they are related to the partitioning of incoming rainfall mass into runoff components and storage dynamics. This splitting and the subsequent subsurface dynamics is strongly controlled by preferential flow paths as they reduce subsurface flow resistances along their main extent, resulting in accelerated fluxes against the driving gradient. This implies an enlarged power in the subsurface flux and with it either enlarged free energy export or increased depletion of internal driving gradients, and thus a faster relaxation back towards local thermodynamic equilibrium. Thermodynamic optimality principles allow for a priory optimization of the resistance field at a given gradient, not in the sense how they exactly look like but in the sense how they function with respect to export and dissipation of free energy. We will thus explore the possibility of independent predictions of rainfall runoff in this project, in the sense that the a-priory optimum model structures should match independent observations at the hillslope and headwater scale. We also explore whether an apparent disequilibrium in landscape structure (reflected in topography, vegetation pattern, soil catena and apparent preferential pathways) implies temporally persistent patterns of soil moisture states in the sense that they coincide with local thermodynamic equilibria. This might offer the opportunity for useful backward predictions of distributed state dynamics by using observed dynamics of stream and ground water levels as boundary conditions characterizing the levels of relevant minima in geo-potential and zero matric potential in the subsurface. Last not least we test the feasibility to define hydrological similarity with respect to free energy stocks and conversions related to rainfall runoff (instead of focusing directly on the mass balance) with respect to classify catchments and hillslopes with respect to similar behavior.

Teilvorhaben: Untersuchung der Herstellung eines LHEA für die Produktion von Sandguss-Fertigteilen und von Masseln als Vormaterial für die Pulver-Inertgasverdüsung

Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchung der Herstellung eines LHEA für die Produktion von Sandguss-Fertigteilen und von Masseln als Vormaterial für die Pulver-Inertgasverdüsung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fehrmann Materials GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Thema des LHEA-Verbundprojektes ist die Entwicklung der Leichtbau-Hochentropielegierung aus ausgewählten Legierungselementen in bestimmten Verhältnissen, welche als Material für die Herstellung von Gussteilen und für die additive Fertigung einer bionischen Struktur mittels Selective Laser Melting (SLM) genutzt werden soll. Hochentropielegierungen bieten i.a. aufgrund ihres Aufbaus den Vorteil hoher Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig hoher Duktilität. In Kombination mit einer geringen Dichte (kleiner als 5 g·cm-3), soll ein Werkstoff entwickelt werden, welcher einen Technologiesprung überall dort erlaubt, wo Leichtbau wichtig ist und CO2-Emissionen weiter reduziert werden, z.B. im Fahrzeugbau.

Solar Decathlon Europe 2012 - Teilnahme der RWTH Aachen am internationalen Hochschulwettbewerb

Das Projekt "Solar Decathlon Europe 2012 - Teilnahme der RWTH Aachen am internationalen Hochschulwettbewerb" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, E.ON Energy Research Center, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik durchgeführt. Der Solar Decathion Europe ist ein internationaler Hochschulwettbewerb, in dessen Rahmen ein energieeffizientes und solar betriebenes Wohnhaus geplant, gebaut und innerhalb eines Wettbewerbszeitraums betrieben und präsentiert wird. Ziel des Wettbewerbs ist es, die breite Öffentlichkeit und insbesondere Studierende für das Thema Energieeffizienz und solare Energien zu interessieren, in dem Beispielgebäude gezeigt werden, die innovative Gebäudetechnik mit hohem Wohn- und Nutzerkomfort verbinden. Während des Wettbewerbs werden die Häuser in einem 'solaren Zehnkampf' in zehn Kategorien getestet und bewertet. An der RWTH Aachen hat ein interdisziplinäres Team eng zusammengearbeitet und ein ambitioniertes Energiekonzept entwickelt, welches in einem auffallenden architektonischen Entwurf integriert ist. Das verbindende Element ist dabei die 'Counter Entropy' Idee: die Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus des Gebäudes und seiner Materialien. Dies beinhaltet, dass nicht nur der Energiebedarf für die Nutzungsphase des Hauses nachhaltig zur Verfügung gestellt, sondern das Haus ebenfalls nachhaltig gebaut und verwertet wird. Daher legte das Team besonderen Wert auf die Verwendung von trennbaren und wiederverwendeten Materialien. Mit diesem engagierten Konzept konnte das Team die Öffentlichkeit und Juroren für das 'Counter Entropy' House interessieren und den fünften Platz auf der Villa Solar, dem Wettbewerbsgelände in Madrid erreichen. Nach dem Wettbewerb und dem Rücktransport wird das Gebäude am Hochschulstandort für Monitoring- und Ausstellungszwecke wieder errichtet.

Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt M5: Physik des Wasser- und Stofftransportes in Waldoekosystemen - Theorie und Modellierung

Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt M5: Physik des Wasser- und Stofftransportes in Waldoekosystemen - Theorie und Modellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Ökologische Modellbildung durchgeführt. Bewaldete Einzugsgebiete wurden anhand abiotischer Fluesse ueber ihre Raender charakterisiert. Dazu wurden Zeitreihen vieler Observablen mit verschiedenen Methoden untersucht. Hierbei erwiesen sich die Konzepte Zufaelligkeit und Komplexitaet als geeignet. Die Filterhypothese fuer Oekosysteme konnte bestaetigt werden, wenn unter Filterung die Abnahme von Zufaelligkeit verstanden wird. Die Komplexitaet von Input und Output haengt aber von der gewaehlten Zeitaufloesung ab. Um maximale Information bei maximaler Komplexitaet zu bekommen, sollte man z.B. Niederschlag alle paar Stunden, Abfluss alle wenige Tage messen. Die Masse (z.B. algotithmische Komplexitaet oder metrische Entropie) koennen auch zum eindeutigen Nachweis evt. Datenmanipulationen dienen. Vergleiche von Einzugsgebieten zeigen Aehnlichkeiten in bzgl. des Informationsabstands zwischen Input und Output; deutlicher werden die Unterschiede bei Massen, die die Geschichte des Systems beruecksichtigen (Wiederkehrdiagramme, Leistungsspektren, Hurst-Koeffizienten). Die Analyse von Durchbruchskurven aus einer von uns durchgefuehrten Serie von Tracerversuchen auf Einzugsgebietsebene ergab, das Bromid ein unter diesen Bedingungen nicht inerter Tracer ist; Deuterium kann dagegen mit scharf definierten Transportparametern rekonstruiert werden. Eine explizite Simulation des Lehstenbach-Abflusses zeigte deutlich das Vorhandensein zweier beitragender Komponenten. Eine verlaessliche Abschaetzung effektiver Transportparameter ist fuer dieses Gebiet anscheinend nicht moeglich. Die effektive Dimensionalitaet der Lehstenbach-Abflusschemie ist niedrig, wie durch eine Hauptkomponentenanalyse gezeigt werden konnte. Ein neuronales Netz war in der Lage, bei Eingabe von nur vier Hauptkomponenten 16 verschiedene Ionen abzubilden. Die Charakterisierung von Zeitreihen aus Oekosystemen mit Komplexitaetsmassen und aehnlichen Groessen hat sich als wertvolles Instrument bewaehrt. Innerhalb von bestimmten Empfindlichkeitsschranken werden Eintraege vom System benutzt, um Information zu extrahieren sowie Entropie zu exportieren; die Eingangsgroessen werden gefiltert und verwandeln sich in Richtung Systemausgang zu weniger zufaelligen, aber u.U. strukturreicheren Signalen. (Abschlussbericht 1998).

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