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Evaluation of effective parameters to describe wetting, adhesion and, sorption phenomena on biogeochemical interfaces

Nearly all processes in soils take place at biogeochemical interfaces. Until now, specific interfacial parameters which are able to link the chemical surface structure with physical interactions in the liquid phase (wettability, sorption) are still missing. Our hypothesis is that thermodynamically defined surface parameters like the contact angle and surface free energy components (dispersive and acid-base components) may be appropriate as effective parameters, complementary to soil properties like pH, texture or cation exchange capacity. To relate effective parameters to chemical structure, the contact angle relevant interphase will be analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. Knowledge of effective parameters should allow to detect relevant modifications of the interfaces or to explain interactions between surfaces and pore water (liquid penetration dynamics), solutes (pesticides) or dispersed particles (colloids). We will apply a thermodynamically-based concept to quantify the transition from hydrophilic to hydrophobic wetting systems. The significance of this transition i.e. on pore liquid distribution and geometry (film thickness and fragmentation), will be analyzed with confocal laser scanning microscopy. Modification of natural and model soils by chemical treatment and cation exchange will ensure a wide range of parameter variation.

Photosynthetic efficiency and symbiont cover of Amphistegina lobifera measured by PAM fluorometry and CLSM during a menthol-DCMU bleaching experiment (Nov–Dec 2022, Bremen, Germany)

This dataset contains experimental data from a one-month aquarium-based bleaching experiment conducted on Large Benthic Foraminifera (Amphistegina lobifera) from 16 November to 16 December 2022 at the Marine Experimental Facility of the Leibniz Centre for Tropical Marine Research (ZMT), Bremen, Germany. The aim of the experiment was to obtain symbiont-free A. lobifera individuals for future re-inoculation studies and symbiont switching experiments. The foraminifera were originally collected in May 2022 at the Interuniversity Institute for Marine Sciences (IUI) in Eilat, Israel (29°30'07.8N, 34°55'04.9E) and maintained in culture in Germany until the start of the experiment. To assess the effectiveness of two chemical agents—menthol and 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (DCMU)—in disrupting symbiosis, photosynthetic efficiency (measured as maximum quantum yield, Fv/Fm) was recorded every other day during the first week of the experiment using a Pulse-Amplitude-Modulated (PAM) fluorometer. Fv/Fm measurements were discontinued after the first week due to complete inhibition of photosynthesis. Symbiont coverage (%) was assessed on day one and then weekly until week four using Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM).

CO2- und kreislaufoptimierte additive Produktdesigns und LPBF-Fertigungsprozesse für ressourceneffiziente Nutzfahrzeugkomponenten, Teilvorhaben: Realisierung von additiv gefertigten Bus-Komponenten für R-Strategien

Das Projekt 'COOPERATE' zielt darauf ab, die Energie- und Umweltkosten additiv gefertigter, metallischer Bauteile für Nutzfahrzeuge, insbesondere Stadt- und Reisebusse (z.B. eCitaro), zu minimieren und die Ressourceneffizienz durch Leichtbau und Kreislaufstrategien (R-Strategien) zu steigern. Es wird erwartet, dass im Rahmen des Projekts etwa 100 kg Gewicht pro Bus eingespart werden, was in der Nutzungsphase eine Energieeinsparung von 2.100 kWh pro Bus bedeutet. In der Herstellungsphase liegt das Energieeinsparpotenzial mit den verwenden Verfahren pro Bus bei ca. 13.500 kWh. Diese Einsparungen sollen durch Leichtbaudesigns, prädiktive Lebenszyklusanalysen und Prozessoptimierungen für R-Strategien erreicht werden. Im Nutzfahrzeugbereich sind Leichtbau-Ansätze ('Reduce'-Strategie) aufgrund der Elektrifizierung besonders wichtig, um die Antriebsenergie zu reduzieren. Die langlebigen Fahrzeuge bergen Potenziale für R-Strategien wie 'Repair' und 'Remanufacturing', um den Einsatz von Primärrohstoffen zu minimieren. Die prädiktive Lebenszyklusanalyse (LCA) spielt dabei eine zentrale Rolle, da 80 % der ökologischen Kosten während der Produktentwicklung bestimmt werden. Das Projekt setzt auf zwei Standorte, um additive Prozessketten mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren und Sensorik zur bauteilspezifischen Messung von Energie- und Materialverbräuchen abzubilden. Im Rahmen des Projektes werden ca. 25 Bauteile untersucht und fünf davon umfassend ökologisch und ökonomisch bilanziert. Folgende Themenbereiche werden adressiert: (1) R-Strategien im Produktdesign, um den Materialeinsatz zu reduzieren, (2) die Anwendung und Optimierung von AM-Bauteilen in der Nutzungsphase und (3) die Bewertung von End-of-Life-Szenarien und R-Strategien hinsichtlich ihrer ökologischen und ökonomischen Vorteile.

CO2- und kreislaufoptimierte additive Produktdesigns und LPBF-Fertigungsprozesse für ressourceneffiziente Nutzfahrzeugkomponenten, Teilvorhaben: Entwicklung Sustainable Engineering und Datenerhebung prädikative LCA

Das Projekt 'CO2OPERATE' zielt darauf ab, die Energie- und Umweltkosten additiv gefertigter, metallischer Bauteile für Nutzfahrzeuge, insbesondere Stadt- und Reisebusse (z.B. eCitaro), zu minimieren und die Ressourceneffizienz durch Leichtbau und Kreislaufstrategien (R-Strategien) zu steigern. Es wird erwartet, dass im Rahmen des Projekts etwa 100 kg Gewicht pro Bus eingespart werden, was in der Nutzungsphase eine Energieeinsparung von 2.100 kWh pro Bus bedeutet. In der Herstellungsphase liegt das Energieeinsparpotenzial mit den verwenden Verfahren pro Bus bei ca. 13.500 kWh. Diese Einsparungen sollen durch Leichtbaudesigns, prädiktive Lebenszyklusanalysen und Prozessoptimierungen für R-Strategien erreicht werden. Im Nutzfahrzeugbereich sind Leichtbau-Ansätze ('Reduce'-Strategie) aufgrund der Elektrifizierung besonders wichtig, um die Antriebsenergie zu reduzieren. Die langlebigen Fahrzeuge bergen Potenziale für R-Strategien wie 'Repair' und 'Remanufacturing', um den Einsatz von Primärrohstoffen zu minimieren. Die prädiktive Lebenszyklusanalyse (LCA) spielt dabei eine zentrale Rolle, da 80 % der ökologischen Auswirkungen während der Produktentwicklung bestimmt werden. Das Projekt setzt auf zwei Standorte, um additive Prozessketten mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren und Sensorik zur bauteilspezifischen Messung von Energie- und Materialverbräuchen abzubilden. Im Rahmen des Projektes werden ca. 25 Bauteile untersucht und fünf davon umfassend ökologisch und ökonomisch bilanziert. Folgende Themenbereiche werden adressiert: (1) R-Strategien im Produktdesign, um den Materialeinsatz zu reduzieren, (2) die Anwendung und Optimierung von AM-Bauteilen in der Nutzungsphase und (3) die Bewertung von End-of-Life-Szenarien und R-Strategien hinsichtlich ihrer ökologischen und ökonomischen Vorteile.

Identifikation und Charakterisierung feiner Fasern in der Luft

Das Forschungsvorhaben dient der Entwicklung eines optischen Verfahrens zur on-line Erfassung und Charakterisierung von lungengaengigen Mineralfasern in der Luft. Die Luft wird durch ein kleines Messvolumen gesaugt, das die Partikel einzeln durchqueren. Mit Hilfe einer Triggeroptik, die das Vorhandensein einer Partikel erkennt, wird ein kurzzeitiger, intensiver Laserimpuls ausgeloest, der die Partikel aus zwei orthogonalen Richtungen beleuchtet. Es entstehen zwei Beugungsmuster, die mit Hilfe von Videokameras aufgenommen werden. Durch Bildanalyse des Musters und Anwendung der Beugungstheorie werden Laenge und Durchmesser der Partikel ermittelt. Das Vorhaben steht in Zusammenhang mit anderen Projekten, die im Rahmen des Schwerpunktprogramms an anderen Hochschulen zur Problematik der Fasererkennung in der Luft durchgefuehrt werden.

CFK-Recycling in der Kompetenzregion Augsburg

The increasing proportion of carbon fibre reinforced plastics (CFRP) in different branches of industry will result in an increasingly larger quantity of CFRP wastes in future. With regard to improved management of natural resources, it is necessary to add these fibres that require energy-intensive production to effective recycling management. But high-quality material recycling is only ecoefficient if the recycled fibres can be used to produce new high-quality and marketable products. Tests carried out up to now indicate that very good results can be expected for large-scale recycling of carbon fibres by means of pyrolysis. The waste pyrolysis plant (WPP) operated in Burgau is the only large-scale pyrolysis plant for municipal wastes in Germany. Use of this plant to treat CFRP wastes represents a unique opportunity for the whole Southern German economy and in particular the Augsburg economic region. In a study funded by the Bavarian State Ministry of the Environment and Health ('Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Gesundheit'), the specific implementation options for the recovery of carbon fibres from composites by means of large-scale pyrolysis have been under investigation since November 2010. To this end, in the first step a development study was carried out, which in particular examined the options for modifying the Burgau WPP for the recycling of CFRP. The knowledge acquired from the pyrolysis tests, the fibre tests and the economic feasibility study confirmed the positive assessment of the overall concept of CFRP recycling in Burgau. As an overall result, unlimited profitability was found for all scenarios with regard to investments in CFRP recycling in Burgau WPP. The work on the development study was carried out by bifa Umweltinstitut GmbH together with the Augsburg-based 'function integrated lightweight construction project group ('Funktionsintegrierter Leichtbau' - FIL) of the Fraunhofer Institute for Chemical Technology (ICT). Methods: analysis and moderation of social processes, economy and management consulting, process engineering

Isotopenspezifisches Monitoring des H2O-, CO2- und N2O-Austauschs zwischen Atmosphäre und Ökosystem, Teilprojekt 2: Bestimmung der Isotopologenflüsse an einem Waldstandort

Mikroanalyse mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) und einem VUV-optimierten Echelle-Spektrographen

Ziel des Antrages ist der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) zur quantitativen orts- und tiefenaufgelösten Mikroanalyse mit einem neu zu entwickelnden VUV-Echelle-Spektrographen. LIPS erlaubt eine schnelle elementaranalytische Kartierung von Oberflächen ohne aufwendige Probenvorbereitung mit einer lateralen Auflösung von 3 bis 10 my m. Durch die Analyse der Spektren von einzelnen Pulsen kann eine Ortsauflösung mit einer entsprechenden Tiefenauflösung kombiniert werden. Die Verwendung eines Echelle-Spektrographen gestattet eine umfassende qualitative und quantitative multivariante Analyse von einzelnen Pulsen mit hoher spektraler Auflösung (l/dl größer als 10000) über einen Spektralbereich von 150 nm. Für den zu konzipierenden Echelle-Spektrographen wird ein Arbeitsbereich von 150 bis 300 nm angestrebt, so dass erstmals eine Multielement-VUV-Emissionsspektroskopie mit Laserplasmen für Nichtmetalle (S, P, N, O, C, As) oder metallische Elemente (Hg, Zn) möglich wird. Erste Anwendungen werden sich besonders auf geochemische und werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen konzentrieren.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Untersuchungen von Änderungen der Klimavariabilität während der letzten 130 000 Jahre basierend auf einem Eisbohrkern von Skytrain Ice Rise, Westantarktis (CliVarSky130)

Die Westantarktis ist eine der Regionen der Erde, die am sensibelsten auf den aktuellen Klimawandel reagiert. Ein Zusammenbruch dieses Eisschildes in einem wärmeren Klima würde dramatische Folgen für den globalen Meeresspiegelanstieg haben. Dabei spielt nicht nur der Anstieg der globalen Mitteltemperatur eine Rolle, sondern in gleichem Maße auch Veränderungen der Klimavariabilität. Diese Veränderungen können das labile westantarktische System an Kipppunkte bringen, die wiederum zu unwiderruflichen eisdynamischen Prozessen führen. Um diese zum Teil abrupten Veränderungen in Zukunft besser einschätzen zu können, müssen diesbezügliche Modellprojektionen auf einer soliden Datenbasis stehen. Paläoklimatische Zeitreihen, in diesem Fall aus Eisbohrkernen, bieten solch eine Datengrundlage. Besonders interessant sind hierbei Zeitreihen, die zurückreichen in das letzte Glazial, oder idealerweise in die davorliegende letzte natürliche Warmzeit (ca. 110 000 - 130 000 Jahre vor heute). Solche langen Zeitreihen aus der Westantarktis sind allerdings bisher nur spärlich vorhanden. Im Rahmen des WACSWAIN Projekts (WArm Climate Stability of the West-Antarctic Ice sheet in the last iNterglacial) wurde kürzlich ein neuer Eiskern auf Skytrain Ice Rise gebohrt, der einen Zeitraum bis 126 000 Jahre vor heute abdeckt. Umfassende kontinuierliche Datensätze der stabilen Wasserisotope, der chemischen Spurenstoffe und der physikalischen Parameter wurden im Rahmen von WACSWAIN erhoben und stehen nun für weitere Analysen zur Verfügung. Außerdem wurden zum ersten Mal parallel zu den kontinuierlichen Messungen ausschnittweise Abschnitte des Kerns mit der ultra-hochauflösenden Methode der Laser Ablation (LA-ICP-MS) auf ihren Spurenstoffgehalt untersucht. Dies erlaubt die Analyse von Veränderungen in bisher nicht verfügbarer Detailliertheit. Das Ziel des hier vorgestellten Projektes ist es diese hochaufgelösten Signale zusammen mit den kontinuierlichen zu nutzen, um die Veränderungen der Klimavariabilität in dieser Region der Westantarktis in beispielloser Genauigkeit für den letzten glazialen Zyklus statistisch zu analysieren. Ein besonderer Fokus wird dabei auf Phasen mit abrupten Änderungen in den Temperatur- und Eisbedeckungsproxies, wie zum Beispiel einem signifikanten Anstieg der marinen Ionenkonzentration und der Wasserisotope im frühen Holozän, liegen. Die statistischen Analysen der vergangenen Klimavariabilität (Varianz, Amplitude, Skalierungsfaktoren) werden im Folgenden genutzt, um die aktuell zu beobachtenden Veränderungen in der Westantarktis besser verstehen zu können. Dies wird zusätzlich unterstützt durch das Testen der wissenschaftlichen Hypothesen über die Ursachen der Veränderungen mittels spezifischer, isotopengetriebener globaler Zirkulationsmodelle, sowie chemischer Transportmodelle atmosphärischer Spurenstoffe. Dieses Projekt wird somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der westantarktischen Klimasystems in der Vergangenheit und Zukunft leisten.

Spektroskopie von atmosphaerischen Spurengasen

Es werden spektroskopische und laserchemische Untersuchungen an umweltbedeutsamen Substanzen, die z.B. als atmosphaerische Spurengase vorkommen, durchgefuehrt. Stoffe: z.B. Stickoxide, fluorierte und/oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ozon u.a.

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