API src

Found 339 results.

Related terms

CRISTA-NF Beobachtungen von polaren Stratosphärenwolken und Spurengasmischungsverhältnissen in der arktischen Stratosphäre im Winter

Die Verteilungen vieler Spurengase wie HNO3, O3 und ClONO2 im polaren Vortex werden durch polare Stratosphärenwolken (PSCs) beeinflusst. NAT (Nitric Acid Trihydrate)-Teilchen, die ein Typ von PSC-Teilchen sind, können auf Größen anwachsen, die zu einem Absinken der Teilchen führen und somit zu einer Umlagerung von NOy. In denitrifizierten Luftmassen dauert der Ozonabbau länger an, da die Chlordeaktivierung dort verlangsamt abläuft. Wenn man die Verteilung der wichtigen Spurengase möglichst genau simulieren möchte, muss man diese Prozesse verstanden und im Modell berücksichtigt haben. Vor allem Bildung und Wachstum der NAT-Teilchen ist dabei sehr wichtig, da diese Prozesse in Modellen nur auf Basis von Messungen parametrisiert, aber bis jetzt noch nicht komplett verstanden sind. Selbst bei verbesserten Parametrisierungen treten immer noch Abweichungen zwischen Simulation und Messung (z.B. Größenverteilung der NAT-Teilchen, NOy Umlagerung) auf.Messungen des flugzeuggetragenen Infrarot-Limbsounders CRISTA-NF (CRyogenic Infrared Spectrometers and Telescope for the Atmosphere - New Frontiers) werden verwendet, um mehr über die relevanten Prozesse zu lernen. CRISTA-NF misst Höhenprofile der thermischen Emission verschiedener Spurengase im mittleren Infrarot. Die Messungen ermöglichen die Herleitung 2-dimensionaler Vorhänge der Mischungsverhältnisse unterschiedlicher Spurengase (z.B. HNO3, CFC-11, O3, ClONO2) und zudem die Detektion verschiedener PSCs (NAT, STS (Supercooled Ternary Solution) und Eis). Kleine NAT-Teilchen (Radius größer als 3 mym) verursachen eine spektrale Signatur, die zur Detektion verwendet wird. Neue Ergebnisse zeigen, dass es zu einem Verschub der Signatur kommen kann und dass die Stärke des Verschubs von der Größenverteilung der Teilchen abhängt. In der bestehenden Detektionsmethode wird der Verschub nicht berücksichtigt und die Methode wird verbessert werden, um Fehlinterpretationen zu reduzieren. Zudem wird die neue Methode die Herleitung von Informationen über die Größenverteilung kleiner NAT-Teilchen ermöglichen. Weiterhin soll der Strahlungseinfluss aufgrund der PSCs im Retrieval berücksichtigt werden, was die Herleitung von Spurengasmischungsverhältnissen in der Gegenwart von PSCs deutlich verbessert.Innerhalb des Projekts werden Simulationen des Chemie-und-Transport-Modells ClaMS (Chemical Lagrangian Model of the Stratosphere) verwendet werden. Vergleiche zwischen den CRISTA-NF Beobachtungen und den Modellergebnissen werden genutzt, um die wichtigen Prozesse besser zu verstehen. Detaillierte Vergleiche ermöglichen die Untersuchung verschiedener Aspekte, wie den Einfluss eines möglichen Temperaturbias oder Temperaturschwankungen auf die NAT Bildung und den Einfluss der Modellauflösung (zeitlich und räumlich). Vor allem kann man aber die Bildung von und die HNO3-Aufnahme durch NAT- und STS-Teilchen, die zur selben Zeit vorhanden sind, untersuchen sowie die Konsequenzen auf die Größenverteilungen und NOy Umlagerung.

Emissionen von Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen

<p>Emissionen von Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen</p><p>Deutschland verpflichtete sich 2003 mit der Zeichnung des PRTR-Protokolls dazu, ein Register über Schadstofffreisetzungen und -transporte aufzubauen. Hierzu berichten viele Industriebetriebe jährlich dem UBA über Schadstoffemissionen und die Verbringung von Abwässern und Abfällen. Das UBA bereitet diese Daten in einer Datenbank für Bürgerinnen und Bürger auf.</p><p>Umweltbelastende Emissionen aus Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen</p><p>Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen, die mit fossilen Brennstoffen (insbesondere Steinkohle, Braunkohle, Erdgas) oder biogenen Brennstoffen betrieben werden, sind bedeutende Verursacher von umweltbelastenden Emissionen. Sie sind verantwortlich für einen erheblichen Teil des Ausstoßes an Kohlendioxid (CO₂), Stickstoffoxiden (NOx) und Schwefeloxiden (SOx). Die Kohleverbrennung ist zudem die wichtigste Emissionsquelle für das Schwermetall Quecksilber (Hg).</p><p>Das Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister (PRTR) in Deutschland</p><p>Industriebetriebe müssen jährlich dem Umweltbundesamt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠) sowohl über ihre Emissionen in Luft, Wasser und Boden berichten, als auch darüber, wie viele Schadstoffe sie in externe Abwasserbehandlungsanlagen weiterleiten und wie viele gefährliche Abfälle sie entsorgen. Die Betriebe müssen nicht über jeden Ausstoß und jede Entsorgung berichten, sondern nur dann, wenn der Schadstoffausstoß einen bestimmten Schwellenwert oder der Abfall eine gewisse Mengenschwelle überschreitet. In diesem Artikel werden Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von über 50 Megawatt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/m?tag=MW#alphabar">MW</a>⁠), die von Anhang I, Nummer 1.c) der Europäischen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PRTR#alphabar">PRTR</a>⁠-Verordnung erfasst werden, betrachtet.</p><p>Das Umweltbundesamt (UBA) sammelt die von Industriebetrieben gemeldeten Daten in einer Datenbank: dem Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister PRTR (<strong>P</strong>ollutant<strong>R</strong>elease and<strong>T</strong>ransfer<strong>R</strong>egister). Das UBA leitet die Daten dann an die Europäische Kommission weiter und macht sie im Internet unter der Adresse<a href="https://thru.de/">https://thru.de</a>der Öffentlichkeit frei zugänglich.</p><p>Es gibt drei Rechtsgrundlagen für die PRTR-Berichterstattung:</p><p>Erfasst werden im PRTR industrielle Tätigkeiten in insgesamt neun Sektoren. Einer davon ist der Energiesektor, zu dem die hier dargestellten Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen gehören. Für das aktuelle Berichtsjahr 2023 waren in Deutschland insgesamt 130 Betriebe mit einer Feuerungswärmeleistung von mehr als 50 Megawatt (MW) und mit Luftemissionen nach PRTR berichtspflichtig (siehe Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Luftemissionen im Jahr 2023“).</p><p>Die Aussagekraft des PRTR ist jedoch begrenzt. Drei Beispiele:</p><p>Kohlendioxid-Emissionen in die Luft</p><p>Kohlendioxid (CO₂)-Emissionen entstehen vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Somit gehören Wärmekraftwerke und andere stationäre Verbrennungsanlagen zu den bedeutenden Quellen dieses Treibhausgases. Dies ist auch im ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PRTR#alphabar">PRTR</a>⁠ erkennbar.<br>Nicht jeder Betreiber muss CO₂-Emissionen melden. Für die Freisetzung von CO₂ in die Luft gilt im PRTR ein Schwellenwert von 100.000 Tonnen pro Jahr (t/Jahr). Erst wenn ein Betrieb diesen Wert überschreitet, muss er dem Umweltbundesamt die CO₂-Emissionsfracht melden.In den Jahren 2007 bis 2023 meldeten jeweils zwischen 117 und 156 Betreiber von Wärmekraftwerken und andere Verbrennungsanlagen CO₂-Emissionen an das PRTR. Das Jahr 2009 fiel in der Zeitreihe hinsichtlich der freigesetzten Mengen heraus, da in diesem Jahr aufgrund der Wirtschaftskrise und der daraus folgenden geringeren Nachfrage nach Strom und Wärme weniger Brennstoffe in den Anlagen eingesetzt wurden. Der zeitweilige Anstieg der Emissionsfrachten nach 2009 ist der wirtschaftlichen Erholung geschuldet. Im Berichtszeitraum war die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderer Verbrennungsanlagen im Jahr 2023 mit 117 Betrieben als auch die berichtete Gesamtemissionsfracht mit 162 Kilotonnen am niedrigsten. Von 2016 bis 2020 ging die Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderer Verbrennungsanlagen sowie der Anteil der berichteten Gesamtemissionsfracht stetig zurück (siehe Abb. „Kohlendioxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). In den Jahren 2021 und 2022 stiegen die Einsätze von Stein- und Braunkohlen in Großfeuerungsanlagen und damit auch die CO2Emissionen wieder an. Einige Kohlekraftwerke wurden aus der Netzreserve/ Sicherheitsbereitschaft wieder in den regulären Betrieb überführt. Mit dem erhöhten Kohleeinsatz wurde während der Gaskrise teures Erdgas eingespart. Infolgedessen liefen die Erdgaskraftwerke weniger. Im Jahr 2023 ging der Kohleeinsatz in Kraftwerken wieder deutlich zurück. Hauptgründe dafür sind der verringerte Stromverbrauch, die Zunahme der Stromimporte und die erhöhte Einspeisung von erneuerbarem Strom. Das führte in der Summe zu einer merklichen Senkung der CO₂ Emissionen. Auch die Anzahl der CO₂-meldenden Kraftwerke war 2023 im Vergleich zum Vorjahr rückläufig, weil aufgrund von Stilllegungen aber vor allem wegen verringerter Volllaststunden Anlagen unter den Schwellenwert fielen.Die Frachtangaben zu CO₂ im PRTR basieren größtenteils auf Berechnungen der Betreiber. Als Grundlage dienen Brennstoffanalysen zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes. CO₂ Messungen im Abgas werden nur selten vorgenommen.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Kohlendioxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 117 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 100.000 Tonnen CO₂ in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die Größenordnung der jeweils vom Betrieb freigesetzten CO₂-Menge:Stickstoffoxid-Emissionen in die LuftStickstoffoxide (Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, gerechnet als Stickstoffdioxid und abgekürzt mit NOx, schädigen die Gesundheit von Mensch, Tier und Vegetation in vielfacher Weise. Im Vordergrund steht die stark oxidierende Wirkung von Stickstoffdioxid (NO2). Außerdem tragen einige Stickstoffoxide als Vorläuferstoffe zur Bildung von bodennahem Ozon und sekundärem Feinstaub bei, wirken überdüngend und versauernd und schädigen dadurch auch mittelbar die Vegetation und den Boden. Berichtspflichtig im ⁠PRTR⁠ sind NOx-Emissionen in die Luft ab einem Schwellenwert von größer 100.000 Kilogramm pro Jahr (kg/Jahr).In den Jahren von 2007 bis 2023 ging die Anzahl Stickstoffoxid-Emissionen meldender Betriebe von 157 auf 89 Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen zurück. Seit 2013 ist ein Rückgang der berichteten NOx-Gesamtemissionen im PRTR von 209 Kilotonnen (kt) auf 86 Kilotonnen (kt) in 2023 zu beobachten. Der auffallende niedrige Wert berichteter NOx-Gesamtemissionen iHv. 101 Kilotonnen (kt) im Jahr 2020 ist der besonderen Situation dieses Jahres geschuldet. Einerseits nahm der Stromverbrauch aufgrund der Corona-Pandemie ab und der Stromexport verringerte sich. Andererseits legte die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern zu. Das führte in der Summe zu einem erheblichen Rückgang des Kohleeinsatzes. Im Jahr 2021 führte die wirtschaftliche Erholung und die geringe Stromerzeugung aus Windenergie zu einer Erhöhung der Brennstoffeinsätze und entsprechend zu einer Emissionssteigerung. Aufgrund der Gaskrise und der damit verbundenen Brennstoffwechsel von Gas zu Kohle und Ölprodukten kam es im Jahr 2022 nochmals zu einer Erhöhung der berichteten Gesamtemissionsfracht. Die zeitgleich erfolgte Verschärfung der NOX-Grenzwerte im Zuge der Novelle der 13. ⁠BImSchV⁠ dämpfte den Emissionsanstieg. Im Jahr 2023 sanken die NOX-Emissionen im Vergleich zum Vorjahr wieder um rund 29 %. (siehe Abb. „Stickstoffoxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Der deutliche Rückgang im Jahr 2023 lässt sich im Wesentlichen durch den verringerten Einsatz von Kohlen, Erdgas und Ölprodukten zur Stromerzeugung erklären. Die Gründe dafür sind die erhöhte Einspeisung von erneuerbarem Strom, die Erhöhung von Stromimporten und die verringerte Stromnachfrage.Die Frachtangaben zu NOxim PRTR basieren größtenteils auf kontinuierlichen Messungen der Betreiber.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Stickstoffoxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 89 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 100 t Stickstoffoxid (t NOx) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Stickstoffoxid-Mengen:Schwefeloxid-Emissionen in die LuftSchwefeloxide (wie zum Beispiel SO2, im Folgenden nur SOxgenannt) entstehen überwiegend bei Verbrennungsvorgängen fossiler Energieträger wie zum Beispiel Kohle. Schwefeloxide können Schleimhäute und Augen reizen und Atemwegsprobleme verursachen. Sie können zudem aufgrund von Ablagerung in Ökosystemen eine ⁠Versauerung⁠ von Böden und Gewässern bewirken. Der Schwellenwert für im ⁠PRTR⁠ berichtspflichtige SOx-Emissionen in die Luft beträgt größer 150.000 Kilogramm pro Jahr (kg/Jahr).In den Jahren von 2007 bis 2023 meldeten jeweils zwischen 42 und 80 Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen Schwefeloxidemissionsfrachten. In den Jahren 2007 und 2013 war der höchste Stand der Gesamtfrachten mit jeweils 157 Kilotonnen (kt) zu verzeichnen. Die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen ist seit 2013 kontinuierlich rückläufig und erreichte 2020 mit 42 meldenden Betrieben den niedrigsten Stand. Das Jahr 2023 stellt mit berichteten 47 Kilotonnen (kt) das Jahr mit der niedrigsten Gesamtemissionsfracht in der Zeitreihe dar und liegt damit sogar noch unter dem Wert der Corona-Krise im Jahr 2020. &nbsp;2023 nahm im Vergleich zum vorangegangenen Jahr, 2022, die Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen um rund 15 % zu, der Anteil der berichteten Gesamtemissionsfracht hingegen um rund 18 % ab (siehe Abb. “Schwefeloxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Der Hauptgrund für den Emissionsrückgang im Jahr 2023 der deutlich verringerte Kohleeinsatz zur Stromerzeugung. Bemerkenswert ist, dass die Umsetzung der strengeren Grenzwerte und der höheren Schwefelabscheidegrade in der novellierten Fassung der 13. ⁠BImSchV⁠ im Jahr 2022 dazu führte, dass das Emissionsniveau trotz gestiegener Kohleeinsätze gleichblieb. Bei Betrachtung der gesamten Zeitreihe von 2007 bis 2023 ist ein Rückgang berichteter Gesamtemissionsfrachten von rund 70 % zu verzeichnen. Der Emissionsrückgang im Zeitraum 2007 bis 2023 ist, ähnlich wie bei Stickstoffoxiden, im Wesentlichen auf den sinkenden Kohleeinsatz in Wärmekraftwerken zurückzuführen. Besonders stark ging der Steinkohleeinsatz zurück, aber auch der Braunkohleeinsatz verringerte sich signifikant. Dabei verlief die Entwicklung in den einzelnen Braunkohlerevieren uneinheitlich. Aufgrund der unterschiedlichen Schwefelgehalte in den verschiedenen Revieren (rheinische Braunkohle niedriger Schwefelgehalt, mitteldeutsche Braunkohle hoher Schwefelgehalt) korreliert die Emissionsminderung nicht direkt mit der Entwicklung der Brennstoffeinsätze. Nachdem in den Jahren 2021 und 2022 aufgrund des Kernkraftausstieges und der Gaskrise wieder mehr Stein- und Braunkohle eingesetzt wurde, drehte sich diese Entwicklung im Jahr 2023 wieder um und entsprechend führte der reduzierte Kohleeinsatz zu einer deutlichen Senkung der Emissionen.Die Frachtangaben zu SOxim PRTR basieren größtenteils auf kontinuierlichen Messungen der Betreiber.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Schwefeloxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 43 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 150 Tonnen Schwefeloxid (t SOx) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Schwefeloxid-Mengen:Quecksilber-Emissionen in die LuftDas zur Gruppe der Schwermetalle gehörende Quecksilber (Hg) wird hauptsächlich frei, wenn Energieerzeuger fossile Brennstoffe wie Kohle für die Energieerzeugung verbrennen. Quecksilber und seine Verbindungen sind für Lebewesen teilweise sehr giftig. Die stärkste Giftwirkung geht von Methylquecksilber aus. Diese Verbindung reichert sich besonders in Fischen und Schalentieren an und gelangt so auch in unsere Nahrungskette.Die Zahl der Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen, die Hg-Emissionen in die Luft an das ⁠PRTR⁠ meldeten, pendelte in den Jahren 2007 bis 2023 zwischen 19 und 56. Ein Betreiber muss nur dann berichten, wenn er mehr als 10 Kilogramm Quecksilber pro Jahr (kg/Jahr) in die Luft emittiert. Im Jahr 2009 gingen die Emissionen aufgrund der gesunkenen Nachfrage nach Strom und Wärme zurück. Der Anstieg der Emissionsfrachten von 2009 auf 2010 ist der wirtschaftlichen Erholung geschuldet. Die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen und die berichtete Gesamtemissionsfracht erreichte im Jahr 2020 mit 19 Betrieben den niedrigsten Stand innerhalb der Zeitreihe 2007 bis 2023, was den oben genannten Besonderheiten des Jahres 2020 geschuldet ist. &nbsp;Das Jahr 2023 stellt mit berichteten 2,17 Kilotonnen (kt) das Jahr mit der niedrigsten Gesamtemissionsfracht in der Zeitreihe dar. Bei Betrachtung der gesamten Zeitreihe von 2007 bis 2023 ist von 2016 bis 2023 ein deutlicher Rückgang der berichteten Gesamtemissionsfrachten um rund 50 % zu verzeichnen (siehe Abb. „Quecksilber-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Für den Rückgang der gemeldeten Gesamtemissionsfracht bis 2023 gibt es hauptsächlich zwei Gründe: Den wesentlichen Anteil hat der deutliche Rückgang der Kohleverstromung. Weiterhin trägt die Einführung eines auf das Jahr bezogenen Quecksilbergrenzwertes dazu bei, der erstmals für das Jahr 2019 anzuwenden war, und der deutlich strenger ist als der bisherige und weiterhin parallel geltende auf den einzelnen Tag bezogene Grenzwert. Diese neue Anforderung bewirkt, dass vor allem die Kraftwerke im mitteldeutschen Braunkohlerevier – hier liegen deutlich höhere Gehalte an Quecksilber in der Rohbraunkohle vor als im rheinischen Revier – erhebliche Anstrengungen für eine weitergehende Quecksilberemissionsminderung unternehmen mussten. Infolgedessen kommt es im mitteldeutschen Revier zu einer deutlichen Minderung der spezifischen Quecksilberemissionen. Aber auch im Lausitzer Revier gingen in den Jahren 2019 und 2020 die spezifischen Quecksilberemissionen zurück. Die Gründe für den Rückgang der Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen sind zum einen Anlagenstilllegungen, aber auch der verringerte Steinkohleeinsatz in den verbliebenen Anlagen, der dazu führt, dass einige Anlagen unter die Abschneidegrenze fallen. Der Emissionsanstieg den Jahren 2021 und 2022 ist im Wesentlichen auf den, angesichts der Gaskrise, erhöhten Braun- und Steinkohleeinsatz zurückzuführen. Daraus ergibt sich auch eine höhere Anzahl der meldenden Steinkohlenkraftwerke, die den Schwellenwert überschreiten. Im Jahr 2022 wurden im Zuge der Umsetzung der BVT-Schlussfolgerungen die gesetzlichen Anforderungen nochmals deutlich verschärft. Von daher kommt es trotz einer Erhöhung des Kohleeinsatzes in Großfeuerungsanlagen von über 8 % nur zu einer leichten Zunahme der Quecksilberemissionen von 0,3 %. Im Jahr 2023 sinken die Quecksilberemissionen im Vergleich zum Vorjahr um rund 25 %. Der Hauptgrund für diese Entwicklung ist der deutlich verringerte Einsatz von Stein- und Braunkohlen zur Stromerzeugung.Der größte Teil der Betreiber ermittelt die Hg-Luftemissionen über Messungen, die meisten davon kontinuierlich. Ein Teil der Quecksilberemissionen wird aber auch über Berechnungen ermittelt, die meist auf den vorgeschriebenen Brennstoffanalysen basieren.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Quecksilber-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst die 23 Betriebe, die nach eigenen Angaben im Jahr 2023 mehr als 10 Kilogramm Quecksilber (kg Hg) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Menge an Quecksilber:

Ermittlung einer Eingangs- und Ausgangsbilanz für PFAS in einer typischen Papierfabrik

Teilthema im Globalvorhaben: Weiterentwicklung des Standes der Technik, national PFAS sind ubiquitär verbreitet. Es handelt sich um sehr persistente, mobile und toxische Stoffe. Einige Verbindungen werden in der wasser- und fettdichten Ausrüstung von Lebensmittelkontaktpapieren eingesetzt. Bestimmte Verbindungen kommen auch als Abriebfestmittel in Druckfarben zum Einsatz. Es ist unbekannt wie hoch die Gehalte an PFAS im Altpapier sind und wo diese in einer Papierfabrik verbleiben. in dem Forschungsvorhaben soll eine Input-Output-Analyse durchgeführt werden. Es soll geprüft werden, ob bestimmte Verarbeitungsschritte im Papierherstellungsprozess eventuell eine Senke für diese Stoffe darstellen. Es sollen darüber hinaus Emissionen in die Luft, ins Gewässer und in den Schlamm evaluiert werden.

Ressortforschungsplan 2024, Aktualisierung der Datengrundlage für die Berichterstattungspflichten zu den Übereinkommen von Stockholm und Minamata: POP- und Quecksilber-Emissionen in Luft, Wasser, Boden, Produkte, Abfall

Überarbeitung der Quelleninventare, die für die POP-Emissionsberichterstattung genutzt werden, um zusätzlich zu den bereits berichteten Emissionen in die Luft auch Emissionen in Wasser, Boden, Produkte und Abfall berichten zu können. Erhebung dieser Daten für die Quecksilber-Berichterstattung. Hierzu sollen die bereits für andere Zwecke erhobenen Daten gesichtet und genutzt werden. Das Vorhaben entwickelt für die zusätzlich zu erhebenden Daten eine Strategie zur Identifizierung geeignter Datenquellen und deren geeigneter Nutzung für anstehende Berichterstattungen nach Artikel 15 des Stockholm Übereinkommens und Artikel 21 des Minamata Übereinkommens.

Netzwerkorientierte Analyse urbaner Wirtschaftsverkehre

Der Güterverkehr in Deutschland ist für erhebliche Belastungen der Umwelt und des Klimas verantwortlich. Er wächst weiter deutlich, so stieg die inländische Güterverkehrsleistung zwischen 1991 und 2019 um 75 %, insbesondere der Straßengüterverkehr (Umweltbundesamt 2022). Auch die Kommunen werden durch den innerstädtischen Güterverkehr stark belastet. Nutzfahrzeuge haben einen überproportionalen Anteil an den innerstädtischen Emissionen in die Luft von Feinstaub, Stickoxiden und Treibhausgasen. Sie verursachen belastende Lärmemissionen und gefährden die Sicherheit des Verkehrs, vor allem durch Konflikte zwischen dem Güterverkehr und Fuß- bzw. Radverkehr. Die Kommunen sind auch durch das Lkw-Parken in Wohn- und Gewerbegebieten belastet. Parkende und durchfahrende LKW vermindern die Aufenthaltsqualität und Attraktivität von Quartieren und wirken sich negativ auf den Verkehrsfluss aus. Nicht zuletzt belasten sie die Infrastruktur und verursachen so erhebliche Kosten. Gleichzeitig ist der urbane Güterwirtschaftsverkehr das Rückgrat für umfassende Ver- und Entsorgungsfunktionen und eine zentrale Säule ökonomischer Aktivitäten. Der Wirtschaftsverkehr in urbanen Räumen muss zudem spezifischen Anforderungen gerecht werden, denen allein mit negativplanerischen Ansätzen (Durchfahrverbote, Lieferzeitfenster) nicht adäquat begegnet werden kann. Hierfür ist ein Gesamtrahmen erforderlich, der eine nachhaltige urbane Logistik ermöglicht, beispielsweise durch unternehmerische Kooperation und komplexe Governance-Ansätze, intelligenten Lager- und Umschlagstrukturen oder umfassende Ladeinfrastrukturen für eine Energiewende vor Ort. An dieser Stelle setzt das beabsichtigte Vorhaben an und hat das Ziel, die Bedeutung der urbanen Logistik für Kommunen systematisch aufzuarbeiten und vor allem Lösungen für die zunehmenden Belastungen zu entwickeln. Dabei soll der Fokus auf den kleineren Großstädten und Mittelstädten liegen, die bislang ganz überwiegend nicht über Wirtschaftsverkehrskonzepte bzw. personelle, organisatorische und finanzielle Ressourcen verfügen, um dem städtischen Güterverkehr eine nachhaltige Richtung zu geben. Der genaue Zuschnitt der Untersuchungsräume soll im Projekt basierend auf der Klassifikation der Regionalstatistische Raumtypologie (RegioStaR 7) des BMDV entwickelt werden. Dafür sollen typische Netzwerkstrukturen erfasst und exemplarisch für einzelne Branchen oder Versorgungsfunktionen auch Knotenpunkte, also Lagerstandorte, Lagerkapazitäten und Umschlagpunkte untersucht werden. Die KEP-Dienste sollen nicht Schwerpunkt des Vorhabens sein, weil für diese bereits viele Lösungsansätze und Untersuchungen vorliegen.

Airglow-Forschung mit astronomischen Spektren

In der oberen Erdatmosphäre ab 70 km herrschen spezielle Bedingungen, die ein Leuchten im sichtbaren und infraroten Licht verursachen. Die Airglow genannten Emissionen werden durch solare extreme Ultraviolettstrahlung hervorgerufen, die Luftmoleküle zerstört und Atome ionisert. Daraufhin finden diverse chemische Reaktionen und physikalische Prozesse statt, die teilweise zur Lichtemission durch verschiedene Atome und Moleküle führen. Bedeutend sind z.B. die Beiträge durch Sauerstoff- und Natriumatome sowie Hydroxyl-, Sauerstoff- und Eisenoxidmoleküle. Airglow ist zeitlich und räumlich sehr variabel und die damit verbundenen komplexen Prozesse sind noch nicht vollständig verstanden.Die direkte Erforschung der oberen Atmosphäre ist schwierig, da nur Raketen diese Höhe erreichen können. Daher werden hauptsächlich erd- und satellitengebundene Fernerkundungsmethoden angewendet. Die verbreitetsten Messverfahren erfassen nur einen kleinen Teil des Lichtspektrums, womit viele der gleichzeitigen und teilweise verknüpften Emissionen nicht studiert werden können.Eine bisher wenig genutzte aber vielversprechende Methode zur Airglowmessung sind astronomische Spektren von bodengebundenen Teleskopen. Neben dem Licht vom astronomischen Objekt zeigen diese immer auch atmosphärische Emissionen. Für astronomische Anwendungen müssen diese Beiträge aufwändig entfernt werden, aber für die Atmosphärenforschung sind sie wertvoll, zumal die Spektrographen an großen Teleskopen besonders leistungsfähig sind. Speziell Instrumente, die einen großen Spektralbereich abdecken, erlauben simultane Messungen von vielen verschiedenen Airglowemissionen.Das geplante Projekt wird auf Aufnahmen verschiedener Spektrographen am Very Large Telescope in Nordchile und Apache Point Observatory in New Mexico basieren. Der volle Datensatz, beginnend im Jahr 2000, wird um die 100.000 Spektren umfassen. Er wird viel größer sein als alles was bisher unter Nutzung von astronomischen Daten zur Erdatmosphäre publiziert worden ist.Das Projektziel ist die Charakterisierung der zeitlichen Variationen aller beobachtbaren Airglowemissionen in der oberen Erdatmosphäre mit besonderen Fokus auf (1) Linienemissionen von Hydroxyl- und Sauerstoffmolekülen, besonders im Hinblick auf ihren Wert als Temperaturindikator für die Klimaforschung, (2) Kontinuumsemission von Metall- und Stickoxiden und (3) hochvariablen aber zumeist schwachen Linienemissionen in der Ionosphäre. Die Analyse wird auch Modell-, ergänzende Satelliten- und bodengestützte Daten berücksichtigen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden einen signifikanten Beitrag zum Verständnis der chemischen und physikalischen Prozesse in der oberen Atmosphäre, aber auch zur Atom- und Molekülphysik liefern. Mit besseren Modellen der Emissionen wird es auch möglich werden die natürliche Nachthimmelshelligkeit genauer abzuschätzen und astronomische Daten besser zu verarbeiten.

SP1.1 Dynamische Anreicherungsprozesse von organischer Substanz in der SML

Der Oberflächenfilm (SML) ist die oberste dünne Schicht des Ozeans und Teil jeglicher Wechselwirkung zwischen Luft und Meer, wie Gasaustausch, atmosphärische Deposition und Aerosolemission. Die Anreicherung von organischer Materie (OM) in der SML modifiziert die Luft-Meer-Austauschprozesse, aber welche OM-Komponenten selektiv angereichert werden, sowie warum und wann sie dies tun, ist weitgehend unbekannt (Engel et al., 2017). Unsere bisherige Forschung hat gezeigt, dass Biopolymere aus photoautotropher Produktion wichtige Komponenten der SML sind und den Luft-Meer-Austausch beeinflussen, indem sie als Biotenside (Galgani et al., 2016; Engel et al., 2018) und als Quelle primärer organischer Aerosole (Trueblood et al., 2021) wirken. Die Motivation unseres Projektes ist es daher, die dynamischen Anreicherungsprozesse von OM in der SML aufzuklären und zu beschreiben, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Auflösung der OM-Quellen liegt. Mit unserem Modellierungsansatz ist es das Ziel, unser mechanistisches Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Wachstumsbedingungen des Planktons, der Produktion und der Freisetzung von Biomolekülen, einschließlich potentieller Tenside, und der Akkumulation von OM in der SML zu konsolidieren. Eine solche Modellentwicklung wird in hohem Maße von den Ergebnissen und Erkenntnissen der verschiedenen Teilprojekte des BASS-Konsortiums profitieren. Umgekehrt ist es unsere Motivation, ein Modell zu etablieren, das als Synthesewerkzeug für die Interpretation und Integration von Feld-, Mesokosmen- und Labormessungen der OM-Anreicherung in der SML anwendbar wird.Relevanz für die Forschungsgruppe BASS - SP1.1 wird die Quellen, die Menge und die biochemische Zusammensetzung von OM in der SML entschlüsseln und damit wichtige Informationen für alle BASS-Teilprojekte liefern. Der primäre Ursprung von OM im Oberflächenozean ist die photosynthetische Produktion und die wichtigsten biochemischen Komponenten von frisch produzierter OM, d.h. Kohlenhydrate, Aminosäuren und Lipide, unterliegen der mikrobiellen Verarbeitung (SP1.2) und Photoreaktionen innerhalb der SML (SP1.3, SP1.4) und füllen auch den Pool der gelösten organischen Substanz (DOM) auf (SP1.5). Die Modellentwicklung in SP1.1 stellt eine Verbindung zwischen der Produktion von OM und ihrer Anreicherung innerhalb der SML her und zielt darauf ab, die entsprechenden Auswirkungen auf den Luft-Meer-Gasaustausch (SP2.1) zu bestimmen, indem Änderungen des Impulsflusses auf den Ozeanoberflächenschichten (SP2.2) sowie des Auftriebs (SP2.3) berücksichtigt werden. Das vorgeschlagene SML-Submodell wird auf der Grundlage der Ergebnisse aus SP1.4 und SP2.3 verfeinert. Ergebnisse aus den Modellsensitivitätsanalysen werden ergänzende Informationen über oberflächenaktive Eigenschaften verschiedener OM Komponenten und deren Auswirkungen auf Luft-Meer-Austauschprozesse liefern, die innerhalb von BASS ausgewertet werden.

Eine neue Bedrohung der stratosphärischen Ozonschicht durch anthropogene kurzlebige Halogenverbindungen

Die stratosphärische Ozonschicht bietet der Erde einen wirkungsvollen Schutzschild gegen den ultravioletten, schädigenden Anteil der solaren Strahlung. Der anthropogene Ozonabbau, verursacht durch Emissionen von langlebigen Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKWs), war eines der größten Umweltprobleme der letzten Jahrzehnte. Emissionen von FCKWs wurden infolge des Montrealer Abkommens von 1987 stark reduziert und eine langsame Erholung der Ozonschicht wird im Laufe der nächsten Jahrzehnte erwartet. Im Gegensatz dazu werden die Emissionen von sehr kurzlebigen Halogenverbindungen (Very Short-Lived Halocarbons, VSLH), welche auch stratosphärisches Ozon zerstören, aufgrund von neuen Technologien ansteigen. Chemische Oxidationsprozesse in der marinen Umwelt, insbesondere die neuartigen Behandlungsverfahren von Ballastwasser, und anwachsende tropische Makroalgenkulturen beeinflussen biogeochemische Kreisläufe und können zu einem starken Anstieg der VSLH Produktion und Emission führen. Zusätzlich zu ihrem schädlichen Effekt auf die Ozonschicht, beeinflussen VSLH den atmosphärischen Strahlungsantrieb und das Vermögen der Atmosphäre viele natürliche und anthropogene Spurenstoffe zu entfernen (atmosphärische Oxidationspotential). Momentan ist nur sehr wenig über die zukünftig zu erwartenden anthropogenen VSLH Emissionen aus dem Ozean sowie ihre bedrohliche Wirkung auf die atmosphärische Chemie bekannt und fundierte wissenschaftliche Untersuchungen sind dringend erforderlich. Das Ziel dieses Antrages ist es, momentane und zukünftige Emissionen anthropogener VSLH und ihren Einfluss auf atmosphärische Zusammensetzung und Chemie zu quantifizieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der Untersuchung einer möglichen neuen Bedrohung der stratosphärischen Ozonschicht. In einem ersten Schritt werden globale Karten der ozeanischen Emissionen von anthropogenen VSLH erstellt. Im zweiten Schritt wird, basierend auf atmosphärischer Chemie-Transport Modellierung, die Entwicklung der anthropogenen VSLH in der Atmosphäre quantifiziert. Zu diesem Zweck werden Küsten-auflösende Modellsysteme entwickelt, welche später dazu beitragen Parametrisierungen anthropogener VSLH Prozesse für globale Klima-Chemie Modelle zu erstellen. In einem dritten Schritt wird der globale Einfluss der anthropogenen VSLH auf Ozonabbau, Strahlungsantrieb und atmosphärisches Oxidationspotential bestimmt und mögliche Rückkopplungsmechanismen werden identifiziert. Der interdisziplinäre Forschungsplan umfasst die Synthese existierender Daten, Messungen, sowie Ozean-Zirkulation-, Biogeochemie- und atmosphärische Klima-Chemie Modellierung. Das Forschungsvorhaben wird die Frage beantworten, ob anthropogene Aktivitäten in der marinen Umwelt eine Bedrohung für die stratosphärische Ozonschicht darstellen. Solch eine Risikoabschätzung ist von großer gesellschaftlicher Bedeutung und liefert entscheidende Information für politische Entscheidungsträger bezüglich der Planung zukünftiger menschlicher Aktivitäten.

Teilchenbasierte Simulation der Staubemission

Ziel dieses Projektes ist es, ein teilchenbasiertes numerisches Modell für die Simulation der Staubemission im Rahmen des äolischen Sandtransports zu entwickeln. Die Quantifizierung dieser Emission ist für die zuverlässige Repräsentation des Staubzykluses in Klimamodellen wesentlich, da die Aufnahme von Staubpartikeln in die Atmosphäre hauptsächlich durch den Beschuss des Sedimentbettes mit Sandpartikeln verursacht wird. Um den vertikalen Fluss emittierter Staubteilchen als Funktion der Boden- und Windbedingungen vorherzusagen, wurden verschiedene empirische Staubparametrisierungsschemata erarbeitet. Die Physik interpartikulärer Wechselwirkungen ist jedoch durch weitgehend unverstandene stochastische Kräfte gekennzeichnet, was die Entwicklung eines zuverlässigen theoretischen Staubemissionsmodells erschwert. Deshalb soll im vorliegenden Projekt ein numerisches Simulationswerkzeug, welches numerische Strömungsmechanik mit einem auf der Diskrete-Elemente-Methode basierenden Modell für granulare Dynamik koppelt, entwickelt werden, um die Trajektorien äolischer Sand- sowie emittierter Staubpartikel zu berechnen. Dabei werden die Trajektorien aller Teilchen in Luft und im Sedimentbett aus der Wirkung der Schwerkraft sowie interpartikulärer bzw. Teilchen-Wind-Wechselwirkungen berechnet, sodass auf die Annahme einer Splash-Funktion verzichtet wird. Zunächst soll ein physikalisches Modell für die interpartikulären Wechselwirkungen --- welche sowohl Kontakt- als auch van-der-Waals-Kräfte einbeziehen --- unter Berücksichtigung deren stochastischer Natur entwickelt werden. Um die Parameter dieses Modells zu bestimmen, werden Windkanalmessungen von Staubemissionsraten aus einem Sedimentbett unter gegebenen Partikelgrößenverteilungen und Windgeschwindigkeiten mit Vorhersagen der Simulationen verglichen. Daraufhin soll die Staubemission unter verschiedenen Verfügbarkeitsbedingungen mobilisierbarer Sedimente untersucht werden. Dies ist wichtig, um ein Parametrisierungsschema für die Staubemission aus schwer erodierbaren Böden (z.B. Böden mit biogener Kruste) aufstellen zu können.

Beobachtung von Peroxyradikalen in dem städtischen Wald und Vergleichsübung von Peroxyradikale- Messmethoden

Peroxyradikale sind kurzlebige Spezies, die an den meisten Oxidationsprozessen in der Atmosphäre beteiligt sind, die zur Bildung von langlebigeren und chemisch oder toxikologisch wichtigen Schadstoffen wie Ozon führen. Insbesondere in Gebieten, die von komplexen Emissionsquellen betroffen sind, sind Peroxyradikal-Messmethoden mit ausreichender Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Empfindlichkeit erforderlich, um die chemische Umwandlung der städtischen Umweltverschmutzung zu verstehen. In dieser Hinsicht ermöglichen Vergleiche von state-of-the-art Sensoren in chemischen Reaktorkammern deren Charakterisierung unter kontrollierten Bedingungen und verbessern das Vertrauen in die Messung von Peroxyradikalen.SPRUCE strebt ein besseres Verständnis der Rolle der Peroxyradikale bei atmosphärischen chemischen Umwandlungen an, die aus der Wechselwirkung zwischen urbanen anthropogenen und ländlichen biogenen Emissionen resultieren. Im Rahmen der vorgeschlagenen Arbeit wird das vorhandene PeRCEAS-Instrument (Peroxy Radical Chemical Enhancement and Absorption Spectrometer) an der Messkampagne des internationalen Projekts ACROSS (Atmospheric ChemistRy Of the Suburban Forest) zur Untersuchung des Schadstoffausflusses von Paris über ein Waldgebiet, und in der internationalen Vergleichsstudie ROxCOMP22 für wissenschaftliche Instrumente, die atmosphärische Peroxyradikale teilnehmen. Diese beiden Messkampagnen befassen sich mit zwei Hauptaspekten von SPRUCE. Sie bieten eine einzigartige Gelegenheit für a) die Messung von Peroxyradikalen in der spezifischen Umgebung von Interesse und in Verbindung mit einer umfangreichen Reihe von Beobachtungen, die für die Interpretation der Radikalchemie von wesentlicher Bedeutung sind, und b) die Bewertung der Datenqualität und Leistungsfähigkeit von PeRCEAS, insbesondere die Überprüfung der Sensitivität und Effizienz für die Speziation der Radikale unter kontrollierten Bedingungen.Ein Schwerpunkt der Studie wird auf der Untersuchung von Oxidationsreaktionen und Ozonausbeuten in Luftmassen mit unterschiedlicher anthropogener/biogener Signatur in Abhängigkeit von der Menge und Zusammensetzung von Peroxyradikalen liegen. Numerische Berechnungen und Modelle werden durch die Beobachtungen von Vorläuferspezies eingeschränkt, um die Budgets von Peroxyradikalen abzuschätzen. Der Vergleich mit den PeRCEAS-Messungen wird verwendet, um das Verständnis der Oxidationsmechanismen in urbanen Plumes gemischt mit biogenen Emissionen zu testen. Es wird erwartet, dass die Analyse des resultierenden Datensatzes das aktuelle Wissen über die chemische Transformation von Megacity-Emissionen während des atmosphärischen Transports ergänzt.

1 2 3 4 5 … 32 33 34