Urbane Emissionen von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) machen einen Großteil der Treibhausgasemissionen weltweit aus. Deshalb sind Städte auch Vorreiter bei der Entwicklung von Emissionsreduktionsmaßnahmen zur Mitigation des Klimawandels. Solche Maßnahmen müssen durch räumlich und zeitlich hochaufgelöste, vollständige, verlässliche und verifizierte Informationen begleitet und in Bezug auf ihre Effizienz überprüft werden. Unter den Beobachtungsmethoden für Treibhausgase gibt es allerdings eine Lücke im Bereich der horizontalen, flächendeckenden Kartierung auf der Skala einiger Kilometer. Dort braucht es eine Technik, die die Empfindlichkeitslücke zwischen lokalen in-situ Messungen und regional-integrierenden Säulenmessungen durch Fernerkundungsmessungen füllt.Hier schlage ich vor, urbane Treibhausgasquellen mit einer innovativen und portablen Technik zu studieren, die die CO2 und CH4 Konzentrationsfelder flächendeckend kartieren kann und so die Beobachtungslücke erfasst. Die erste Studienregion ist der Großraum Los Angeles, wo sich die CO2 und CH4 Emissionen auf mehr als 100 MtCO2/a und 300 ktCH4/a belaufen, was die Region zu einer der größten, lokalisierten Quellen weltweit macht. Los Angeles wurde in der Vergangenheit vielfältig in Bezug auf seine Treibhausgasquellen untersucht, indem beispielsweise Inventarisierungen durchgeführt und durch atmosphärische Messungen bewertet wurden. Ein herausragendes Experiment läuft gerade im Rahmen des CLARS-FTS (California Laboratory for Atmospheric Remote Sensing - Fourier Transform Spectrometer) – ein Spektrometer, das auf Mt. Wilson stationiert ist und reflektiertes Sonnenlicht aus dem Los Angeles Stadtgebiet einfängt. Wir haben eine portable Variante dieses Instruments entwickelt und schlagen nun vor beide Instrumente gemeinsam mit kalifornischen Partnern bei einer Feldkampagne zu betreiben.Dabei ist es unser Ziel das neue portable Observatorium zu validieren und für zukünftige Langfristvorhaben zu empfehlen. Dazu wollen wir innovative Beobachtungsmuster wie die Definition von Zoom-Regionen oder die Verwendung von gekreuzten Lichtwegen ausprobieren, um die räumliche und zeitliche Auflösung zu optimieren. Zudem werden wir die Genauigkeiten verbessern, indem wir einen neuen Ansatz der Strahlungstransportmodellierung implementieren, der simultan mit der Gasbestimmung auch die Streuung an atmosphärischen Partikeln berücksichtigt. Für die Fallstudie Los Angeles werden wir die Variabilität und die Gradienten der CO2 und CH4 Konzentrationen auf ihre Konsistenz mit den Emissionsinventaren überprüfen und untersuchen, bis zu welchem Grad sich die Einflüsse des meteorologischen Transports, der regionalen Advektion, episodischer Ereignisse und der urbanen Biosphäre unterscheiden lassen.
Die pflanzliche Photosynthese ist der zentrale Mechanismus in der Natur, Sonnenenergie in chemische Energie umzuwandeln. Darum wird die mikrobielle Photokatalyse als effiziente und nachhaltige Alternative für derzeitige chemische Prozesse angesehen. Während herkömmliche Photobioreaktoren mit Suspensionkulturen durch geringe Zelldichten begrenzt sind, könnten Biofilme als selbstimmobilisierte Mikroben mit hohe Zelldichte dieses Problem überwinden. Jedoch stellen hohe Zelldichte und Stabilität gegenüber variierenden Umweltbedingungen, wie Strahlung und Temperatur, eine Herausforderung für stabile katalytische Produktionsprozesse dar. Das Projekt zielt darauf, das Prinzip von Pflanzenblättern mit Selbstregulation und stabiler Unterhaltung der Photosynthesemaschinerie zu adaptieren. Mit Hilfe gentechnisch modifizierter phototropher Biofilme, die in einem porösen Zellkulturträger mit hoher Zelldichte wachsen, wobei dieses Material mit einer responsiven Hydrogelschicht an der Gas-Flüssig-Grenzfläche ausgestattet ist, soll eine stabile biokatalytische Aktivität für die chemische Produktion realisiert werden. Die pH- oder Temperatur (T)-responsiven Hydrogelschichten werden auf den Aktivitätszustand der mikrobiellen Konsortien innerhalb des porösen Materials reagieren und so eine Selbstkontrolle der katalytischen Aktivität durch Steuerung der Gaspermeation ermöglichen, ähnlich wie Pflanzenblattoberflächen. Das Konzept eines "mikrobiellen Blatts" wird umgesetzt auf Basis unserer Expertise zu mikrobiellen Konsortien für die chemische Produktion (z.B. Synechocystis, Pseudomonas) und der Entwicklung von Zellkulturträgern, einschließlich der Synthese von pH- und T-responsiven Hydrogelen, um eine selbstkontrollierte Aktivität eines lebenden katalytischen Materials (LCM) zu zeigen. In unserer Fallstudie werden wir die Leistungsfähigkeit von mikrobiellen Biofilmen in porösen Polymermaterialien für die katalytische Umwandlung von Cyclohexan in ?-Caprolacton oder Adipinsäure als Vorstufen der industriellen Polymersynthese untersuchen. Es soll gezeigt werden, dass Schwach- und Starklichtzustände, ähnlich dem Tag-Nacht-Zyklus, die Mikroumgebung der LCM so beeinflussen, dass dies zu gequollenen und kollabierten Zuständen der pH-responsiven Hydrogelschicht führt. Diese responsive Hydrogelschicht wird durch elektronenstrahlinitiierte Polymerisation von N-Isopropylamid- und Acrylsäuremonomeren mit einer Anpassung der Phasenübergangsbereichen synthetisiert. Die unterschiedlichen Quellungszustände und physikochemischen Eigenschaften der Hydrogelschicht, die durch die Aktivität der Biofilme ausgelöst werden, steuern den Zufluss von Cyclohexan für die katalytische Reaktion der adaptiven LCM, wodurch eine optimale Leistungsfähigkeit bei variierenden Lichtverhältnissen ermöglicht wird. In Zukunft werden unsere Erkenntnisse das Potential des Mikrobiellen-Blatt-Konzepts ausschöpfen lassen und selbststabilisierte biotechnologische Prozesse mit breiter Anwendbarkeit ermöglichen.
The REACH Regulation (EC 1907/2006) ensures chemical safety by requiring rigorous risk assessments before market entry. Safety data sheets (SDS) are vital for communicating safe usage guidelines, yet deficiencies are common, with up to 52% of SDSs found to be inadequate. This project aimed to identify gaps in SDS data by surveying actors across the supply chain with a specific focus on effect related to the environment. The key question driving the project was how far information on emission reduction measures is transferred by the registrants into their SDS and what is communicated along the supply chain. Using octamethylcyclotetrasiloxane (D4) as a case study, a substance with persistent, bioaccumulative, and toxic properties, the study assessed communication effectiveness. Despite a limited response rate, challenges in communication were identified, highlighting the need for improved coordination and transparency. Recommendations targeting both industry and regulatory agencies seek to enhance supply chain communication and address data gaps more effectively. Veröffentlicht in Texte | 131/2025.
Der ländliche Raum stellt eine besondere Herausforderung für die Wärmewende dar. Während in den Städten auf einen deutlichen Ausbau der Fernwärme gesetzt wird, findet regenerative Nahwärmenetze in ländlichen Siedlungen bisher zu wenig Berücksichtigung in den Studien für die Wärmewende. Hier setzt das Projekt ruralHeat an. Das Projektziel ist zum einen die wissenschaftliche Begleitung von Planung und Umsetzung der solaren Nahwärme in Bracht und Rüdigheim sowie zum anderen die Übertragbarkeit auf andere ländliche Siedlungen. Die Innovation in Bracht und Rüdigheim liegt darin, dass über 70% des Wärmebedarfs durch Solarwärme in Verbindung mit einem saisonalen Wärmespeicher gedeckt wird. Somit ist die Solarthermie nicht mehr ein 'fuel saver', sondern der Hauptwärmeerzeuger. Komplettiert wird das System mit einer Großwärmepumpe zur Speicherentladung und zwei Holzkesseln für die Spitzenlast. Das 100% regenerative Nahwärmekonzept ist zudem günstiger und wesentlich schneller umsetzbar als Maßnahmen an Einzelgebäuden (energetische Sanierung, Umstellung der Heizung). Die wissenschaftliche Begleitung unterstützt die beiden Bürgergenossenschaften bei Planung und Bau durch Simulationen zum Betrieb und Regelung der komplexen Anlage. Die Ergebnisse aus den beiden Demonstrationsanlagen sollen anhand von 10 Fallstudien auf die Übertragbarkeit auf andere ländliche Gebiete geprüft werden. Hierbei werden auch weitere technologische und energiewirtschaftliche Konzepte für 100% erneuerbare Nahwärmelösungen betrachtet und verglichen. Aus den Erkenntnissen wird ein webbasiertes Vorauslegungstool entwickelt, dass interessierten Kommunen oder Bürgerinitiativen bereits im frühen Stadium (d.h. mit wenig Inputdaten) eine Vorauswahl möglicher Nahwärmelösungen auf Basis erneuerbarer Wärme ermöglicht. Das Ziel des Vorauslegungstools ist somit eine Lenkungswirkung hin zur EE-Wärme und eine Hilfestellung für Kommunen, um den Aufwand für die Betrachtung möglicher Varianten zu reduzieren.
Bestandsfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren werden zukünftig, selbst bei hohen Neuzulassungsanteilen von E-Fahrzeugen in Deutschland (DE), der EU und global, relevante Mengen an Kraftstoffen benötigen. Für DE und mit geringerer Genauigkeit auch für die EU ist zu untersuchen, wie sich der Verbrennerbestand an Pkw und Nutzfahrzeugen und deren Fahrleistung angesichts des Flottenzielwerts von 0g in 2035 für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge sowie der CO2-Bepreisung im zeitlichen Verlauf entwickeln wird. Darüber hinaus sollen Maßnahmen und Instrumente identifiziert und quantifiziert werden, die geeignet sind um die Umstellung des Bestandes auf E-Fahrzeuge zu beschleunigen können. Es ist zu untersuchen, inwieweit es zu einem temporär größeren Neuzulassungsbedarf von E-Fahrzeugen kommen kann, wenn auch typische Gebrauchtfahrzeugkäufer*innen stärker auf ein neues E-Fahrzeug wechseln wollen. Aus der EU exportierte Verbrenner könnten die Erreichung der globalen Klimaziele gefährden. Diesbezüglich ist geplant, unter Berücksichtigung der Literatur zu untersuchen, ob bzw. unter welchen Rahmenbedingungen zur Erreichung der Klimaziele in ausgewählten globalen Regionen (Afrika, Südamerika) und dort charakteristischen Ländern in Fallstudien Elektrofahrzeuge in notwendiger Schnelligkeit eingeführt werden können oder ob bzw. unter welchen Konstellationen in diesen E-Fuels notwendig werden könnten . Hierzu sind Ökologische Wirkungen, Kosten und Folgewirkungen zu betrachten.
Die Schaffung bio-regionaler Wertschöpfungsketten und Netzwerke zielt neben der Stärkung des ökologischen Landbaus u.a. auf eine positive Entwicklung des Bio-Lebensmittelmarkts, Umweltschutz und die Stärkung der regionalen Wirtschaft ab. Trotz dieser breiten Zielstellung wurden Erfolgs- und Zielgrößen bio-regionaler Wertschöpfungsketten bislang zu eindimensional untersucht. Es fehlt beispielsweise eine systematische Erforschung von Erfolgsparametern in unterschiedlichen Phasen der Netzwerkentwicklung. Ebenso sind Erfolgsfaktoren zur Entwicklung bio-regionaler Wertschöpfungsnetzwerke bisher nur anhand ausgewählter Fallstudien analysiert worden. Das Projekt adressiert diese Lücke: Dazu werden bio-regionale Wertschöpfungsketten und Ökomodellregionen untersucht, die heterogene Rahmenbedingungen und produkt- und prozessbezogen verschiedene Schwerpunkte aufweisen sowie unterschiedlich stark entwickelt sind. Somit können übergreifende Erfolgsfaktoren und Hemmnisse destilliert und praxisorientierte Handlungsempfehlungen für Betriebe, Netzwerke und Politik abgeleitet werden.
In der Vergangenheit wurden enorme Fortschritte bei der Entwicklung von Visualisierungstechnologien wie 3D-Darstellungen, Vor-Ort-Visualisierungen auf mobilen Endgeräten sowie Projektionen erzielt. Die realitätsgetreue Abbildung von Windparks im virtuellen Raum wird aktuell zum Standard bei Planungsverfahren und zunehmend von Vorhabenträgern nachgefragt. Bislang erlauben diese Anwendungen aber keine Interaktionen zwischen den NutzerInnen. Gleichzeitig spielen Formate der Online-Beteiligung/-Kommunikation eine immer größere Rolle; attraktive Angebote, welche adäquaten Ersatz oder passgenaue Ergänzungen für realweltlichen Austausch bieten, werden bedeutsamer. Hier setzt das Vorhaben an. Es nutzt elaborierte 3D-Plattformen für virtuellen Austausch der NutzerInnen. Im Rahmen eines partizipativen Designs entwickeln BürgerInnen in Living Labs bei drei Energiewende-Vorhaben selbst Vorschläge für kommunikative Formate. Anreize werden durch Gamification-Elemente und Selbstwirksamkeitserfahrungen, die sich aus dem unmittelbaren Einfluss auf das Design ergeben, gesetzt. Die Fallkontexte und Wirkungsweisen der Formate auf die Beteiligten sowie technische Innovationspotentiale werden interdisziplinär beforscht. Im Rahmen des bürgerwissenschaftlichen Co-Design-Prozesses der Living Labs werden über mehrere Entwicklungsstufen hinweg erste Prototypen entwickelt. Diese anwendungsorientierte Forschung schafft Austauschmöglichkeiten zwischen BürgerInnen in Energiewende-Visualisierungen und schafft somit einen Zugang, der interessengeleitete Partizipation von Betroffenen mit neuen Formen digitaler Interaktion erschließt. In vier Teilvorhaben werden die lokale Governance- und Akteursstrukturen untersucht (IASS), partizipative Design Case Studies in der Energiewende (CSCW) und experimentelle Studien zu kommunikativen Wirkungen immersiver Energiewende-Visualisierungen (JGU) sowie Fallstudien zur kommunikativen Wirkung immersiver Visualisierungen der Energiewende (LOS) durchgeführt.
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