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Entwicklung von analogen und digitalen Auswerteverfahren multispektraler Aufnahmen fuer Umweltprobleme

Ziel: Auswertemodelle fuer multispektrale Aufnahmen zur Erkennung von Umwelteinfluessen. Vorgehensweise: Multispektrale und thermale Aufnahmen von verschiedenen Testgebieten durch Flugzeug und Satellit. Anwendung verschiedener statistischer Verfahren zur Charakterisierung verschiedener Phaenomene. Darstellung in Diagramm und Bild (Karte). Beobachtung von Phaenomenen durch Langzeitaufnahmen.

Geruchsreduzierung als Schlüsseltechnologie für den Einsatz von rezykliertem Post-Consumer Polyethylen, Teilvorhaben 4: Optimierung der kontinuierlichen thermischen Vorbehandlung mittels Infrarotstrahlung

Entwicklung von tropischer hochreichender Konvektion abgeleitet aus bodengebundenen abbildenden Spektroradiometermessungen

Im Rahmen des Projekts soll aus bodengebundenen Wolkenseitenmessungen der reflektierten Strahlung mittels eines abbildenden Spektrometersystems von tropischer hochreichender Konvektion auf das Vertikalprofil der mikrophysikalischen Eigenschaften der Wolke geschlossen werden. Damit soll die vertikale Entwicklung von hochreichender Konvektion, die eine wesentliche klimarelevante Rolle spielt, unter Berücksichtigung des Einflusses von Aerosolpartikeln und von thermodynamischen Bedingungen auf das Tropfenwachstum charakterisiert werden. Die geplanten Messungen sollen auf einem 320 m hohen Messturm (ATTO: Amazonian Tall Tower Observatory), der kürzlich im brasilianischen Regenwald errichtet wurde, stattfinden. ATTO ist mit Messgeräten ausgestattet, die meteorologische, chemische und Aerosolparameter liefern. Die Messregion bietet ideale Beobachtungsbedingungen mit klar definierten Jahreszeiten (Regen- und Trockenzeit), täglicher Konvektion und variablen Aerosolbedingungen. Aus den Messungen eines neuen abbildenden Spektrometersystems, SPIRAS (SPectral Imaging Radiation System) sollen Vertikalprofile der thermodynamischen Phase und der Partikelgröße mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung und mit Hilfe von adaptierten Verfahren unter Verwendung von dreidimensionalen Strahlungstransportsimulationen abgeleitet werden. Damit sollen vertikale Bereiche, die das Tropfenwachstum beschreiben (Diffusion, Koaleszenz, Mischphasenbereich und Vereisung), identifiziert werden. Zusätzliche Messungen einer Infrarotkamera und eines scannenden Depolarisations-Lidars werden für die Höhen- und Temperaturbestimmung der beobachteten Wolkenelemente herangezogen. Zusätzlich werden die Polarisationsmessungen des Lidars zur Bestimmung der thermodynamischen Phase verwendet, um den wichtigen Phasenübergang zu identifizieren. Mit Hilfe der gewonnenen Daten werden außerdem Annahmen (Effektivradius als konservative Wolkeneigenschaft) wie sie von Ableitungsverfahren zur Bestimmung von mikrophysikalischen Wolkenprofilen aus Satellitenmessungen gemacht werden, überprüft.

Beschreibung des Messnetzes

Die Luftverunreinigung Berlins wird seit 1975 durch das Berliner Luftgüte-Messnetz (BLUME) kontinuierlich gemessen. Dabei lag der Schwerpunkt der Messungen ursprünglich bei Schwefeldioxid. Im Laufe der Zeit wurde die Messung weiterer Schadstoffe aufgenommen. Derzeit besteht das Messnetz aus 15 ortsfesten Messstationen für Luftschadstoffe, einer Sondermessstelle und einer meteorologischen Station. Von den einzelnen Stationen werden die 5-Minuten-Werte jedes Schadstoffes zur Messzentrale in der Brückenstraße (Mitte) übertragen und daraus die Stunden- und Tageswerte als Basis für die weitere Auswertung berechnet. Die ermittelten Daten dienen der Berechnung von Kennwerten der Luftverschmutzung zur Beurteilung der Luftqualität anhand von Grenz- und Zielwerten der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (39. BImSchV) , der Ermittlung der Schadstoffbelastung für Genehmigungsverfahren (nach Technischer Anleitung zur Reinhaltung der Luft – TA Luft), der Ursachenermittlung der Luftverunreinigung, der Verfolgung der Wirksamkeit von Maßnahmen zur Luftreinhaltung und der Informationen der Öffentlichkeit. Derzeit betreibt das Berliner Luftgütemessnetz 15 Messcontainer zur Überwachung der Luftqualität gemäß der 39. BImSchV, von denen sieben verkehrsnah und jeweils fünf in innerstädtischen Wohngebieten und am Stadtrand platziert sind. An allen Messcontainern wurden Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid (NO x als Summe von NO und NO 2 mit dem Chemolumineszenzverfahren), an zwölf Stationen Partikel-PM 10 (Partikel mit einem Teilchendurchmesser bis zu 10 Mikrometer durch Streulichtmessung), an acht Stationen Ozon (O 3 durch Absorption von UV-Strahlung), an zwei Stationen Kohlenmonoxid (CO durch Absorption von Infrarotstrahlung) und an zwei Stationen Benzol (C 6 H 6 durch Gaschromatographie) gemessen. Neben dem automatischen Messverfahren zur PM 10 -Messung werden in sechs Messcontainern auch Probenahmegeräte zur Bestimmung von PM 10 und/oder PM 2,5 mit dem gravimetrischen Referenzverfahren gemäß EU-Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG betrieben. In einem Teil dieser Partikelproben werden Benzo(a)pyren, Blei, Arsen, Cadmium und Nickel analysiert und mit den jeweiligen Grenz- bzw. Zielwerten verglichen. Außerdem erfolgen Kohlenstoff- und Ionenanalysen. Das Containermessnetz wird in Berlin bereits seit Mitte der 1990er Jahre durch kleine, an Straßenlaternen befestigte aktive Probenahmegeräte (RUBIS) und Passivsammler ergänzt. Sie sind insbesondere für die Erfassung der Belastung aus dem Straßenverkehr eine wichtige Ergänzung der Datengrundlage, weil Emissionen aus dem Verkehrssektor für die meisten Schadstoffe einen erheblichen Teil zur Immissionsbelastung beitragen, in engeren Straßen der Innenstadt aber schon aus Platzgründen keine großen Messcontainer betrieben werden können. Mit “Ruß- und Benzol-Immissionssammlern” (RUBIS) und Passivsammlern für Stickstoffdioxid und Stickoxide derzeit an 23 zusätzlichen Stellen im Berliner Stadtgebiet die Belastung mit EC und OC und an 42 zusätzlichen Stellen die Belastung mit Stickoxiden in zweiwöchiger Auflösung ermittelt. Insbesondere für Stickstoffdioxid sind die an diesen Stellen ermittelten Jahresmittelwerte eine wichtige zusätzliche Beurteilungsgrundlage. Die Messungen werden durch Modellrechnungen für alle Straßenabschnitte ergänzt, um die Belastung im gesamten Berliner Stadtgebiet einzuschätzen. 13 der 36 Stickstoffdioxid-Passivsammler wurden Ende 2018 in Betrieb genommen und lieferten 2019 erstmals gültige Jahresmittelwerte. Werktäglich werden gegen 12 Uhr die Messwerte des Vortags an einige Zeitungen, Radio- und Fernsehstationen zur Veröffentlichung übermittelt. Parallel dazu werden die Daten auch ins Internet eingespeist und können im Luftdatenportal abgerufen werden. Monats- und Jahresberichte im PDF-Format bieten wir zum Download an. Diese können in Papierform auch unter blume@senmvku.berlin.de angefordert werden.

Elektrolytformulierungen für Lithiumbatterien der nächsten Generation mit großer Energiedichte und hoher Beständigkeit

Parametrisierung des Strahlungstransports in einem Zirkulationsmodell des Deutschen Wetterdienstes

Es wird eine zeitlich sehr schnelle Routine zur genauen Berechnung des Transports solarer und infraroter Strahlung in der bewoelkten Erdatmosphaere entwickelt. Die Rechenzeit wird nicht mehr als 15 Millisekunden pro Profilbetragen. Das Verfahren beruht auf einer modifizierten Zweistromloesung der Strahlungstransportgleichung, in der durchbrochene Bewoelkung durch Modifizierung der Randbedingungen beruecksichtigt worden ist.

Atomarer Sauerstoff in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre der Erde

Atomarer Sauerstoff (O) ist ein wichtiger Bestandteil der Erdatmosphäre. Er erstreckt sich von der Mesosphäre bis zur unteren Thermosphäre (Engl.: Mesosphere and Lower Thermosphere: MLT), d. h. von etwa 80 km bis über 500 km Höhe. O wird durch Photolyse von molekularem Sauerstoff durch UV-Strahlung erzeugt. Er ist die am häufigsten vorkommende Spezies in der MLT und eine wichtige Komponente in Bezug auf dessen Photochemie. Außerdem ist O wichtig für den Energiehaushalt der MLT, da CO2-Moleküle durch Stöße mit O angeregt werden und die angeregten CO2-Moleküle im Infraroten strahlen und die MLT kühlen. Dies bedeutet, dass sich der globale Klimawandel auch auf die MLT auswirkt, denn die Erhöhung der CO2-Konzentration in der MLT führt zu einer effizienteren Kühlung und damit zu deren Schrumpfen. Die O Konzentration wird außerdem durch dynamische Bewegungen, vertikalen Transport, Gezeiten und Winde beeinflusst. Daher ist eine genaue Kenntnis der globalen Verteilung von O und seines Konzentrationsprofils sowie der täglichen und jährlichen Schwankungen unerlässlich, um die Photochemie, den Energiehaushalt und die Dynamik der MLT zu verstehen. Das Ziel dieses Projekts ist es, Säulendichten und Konzentrationsprofile von O in der MLT durch Analyse der Feinstrukturübergänge bei 4,74 THz und 2,06 THz zu bestimmen. Die zu analysierenden Daten wurden mit dem Heterodynspektrometer GREAT/upGREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz frequencies) an Bord von SOFIA, dem Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, gemessen. Dies ist eine direkte Beobachtungsmethode, die genauere Ergebnisse liefern kann als existierende indirekte satellitengestützte Methoden, die photochemische Modelle benötigen, um O Konzentrationsprofile abzuleiten. Mit GREAT/upGREAT wurden seit Mai 2014 ca. 500.000 Spektren gemessen, die vier verschiedene Weltregionen abdecken, nämlich Nordamerika, Neuseeland, Europa und Tahiti/Pazifik. Zeitliche Variationen sowie der Einfluss von Sonnenzyklen, Winden und Schwerewellen werden ebenfalls im Rahmen des Projekts untersucht. Die Ergebnisse werden mit Satellitendaten, die für Höhen von 80 bis 100 km verfügbar sind, und mit Vorhersagen eines semi-empirischen Modells verglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Daten die ersten spektral aufgelösten direkte Messungen von O in der MLT sind. Dies ist eine vielversprechende Alternative zur Bestimmung der Konzentration von O im Vergleich mit indirekten satellitengestützten Methoden, die auf photochemischen Modellen beruhen.

Isolierung und Strukturaufklaerung natuerlicher Insektizide aus Pflanzen

Extrakte einiger Melaceenarten (weltwirtschaftlich hochwertige Holzarten der Tropen, Subtropen und der waermeren gemaessigten Breiten z.B. Mahagoni) wirken frassabschreckend gegenueber Insekten. Die Arbeiten haben zum Ziel, die Wirkstoffe zu isolieren und ihre Struktur aufzuklaeren. In diesem Zusammenhang werden Untersuchungen ueber die Trennung, die Infrarot-, Kernresonanz- und Massenspektren von Triterpenoid-Gemischen durchgefuehrt. Darueberhinaus werden Wege zur Synthese von Modellsubstanzen entwickelt, welche die Strukturbestimmung der Naturstoffe erleichtern bzw. ermoeglichen. Das Ziel der Arbeiten ist die Synthese der Naturstoffe und analog gebauter Systeme mit aehnlicher biologischer Aktivitaet.

Modularer Prüf- und Charakterisierungsbaukasten zur Herstellung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren, Teilvorhaben: Vibroakustische Prüfung des Fügeprozesses

Um eine ressourcenschonende und energieeffiziente Brennstoffzellenproduktion zu etablieren, bedarf es verbesserter Kontrollsysteme und Prüfmethoden. Übergeordnetes Ziel des Projektes ist daher, die modulare Abbildung der gesamten Test- und Charakterisierungskette zu realisieren. Dazu sollen Konzepte entwickelt und prototypisch umgesetzt werden, die auf eine automatisierte Produktion mit integrierten, kostengünstigen Prüfungen von Brennstoffzellen und deren Komponenten abzielen. Der Fokus liegt dabei auf der Prüfung relevanter Komponenten und Prozessschritte entlang der Produktionskette. Mit der Evaluierung verschiedener Prüfverfahren, wie z.B. der vibroakustischen Emissionsdetektion, verfolgt Amitronics einen vielversprechenden Ansatz, der mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens dazu dienen soll, schnell und effizient Vorhersagemodelle für Bauzustände (Funktionsdichtheit der BZ) und Produktionsprozesse (Schweißprozesse) zu entwickeln. Am Beispiel des laserbasierten Fertigungsprozesses der BPP soll die neben Wärmestrahlung und Streulicht entstehende Ultraschallakustik zur Überprüfung der Qualität der erzeugten Schweißnähte genutzt werden. Ziel ist es zu untersuchen, ob mit KI-basierten Methoden eine Echtzeitüberwachung der Brennstoffzelle hinsichtlich ihrer Schweißnähte möglich ist. Durch eine sich anschließende Kombination der verschiedenen Prüfmodule soll eine Überwachung der Prüfkette erreicht und Trends in den Datenreihen abgeleitet werden. Durch die Integration eines vibroakustischen Überwachungssystems sollen Material- und Produktionsbedingungen so bewertet werden, dass Fehler bereits während der Produktion (Schweißprozess) vermieden werden können. Damit wird eine effiziente Produktionstechnologie Realität, die eine Qualitätskontrolle in Echtzeit und eine Null-Fehler-Produktion mit hoher Rate ermöglichen soll.

Isolierung und Strukturaufklaerung natuerlicher Insektizide aus Pflanzen

Extrakte einiger Meliaceenarten (weltwirtschaftlich hochwertige Holzarten der Tropen, Subtropen und der waermeren gemaessigten Breiten, z.B. Mahagoni) wirken frassabschreckend gegenueber Insekten. Die Arbeiten haben zum Ziel, die Wirkstoffe zu isolieren und ihre Struktur aufzuklaeren. In diesem Zusammenhang werden Untersuchungen ueber die Trennung, die Infrarot-, Kernresonanz- und Massenspektren von Triterpenoid-Gemischen durchgefuehrt. Darueberhinaus werden Wege zur Synthese von Modellsubstanzen entwickelt, welche die Strukturbestimmung der Naturstoffe erleichtern bzw. ermoeglichen. Das Ziel der Arbeiten ist die Synthese der Naturstoffe und analog gebauter Systeme mit aehnlicher biologischer Aktivitaet.

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