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BfS-Unterlage zu: "Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM)" (PDF, nicht barrierefrei)

Planfeststellungsverfahren zur Stilllegung des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben Verfahrensunterlage Titel:Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) Autor:Poppei, J., Suter, D., Niemeyer, M. & Wilhelm, S. Erscheinungsjahr:2002 Unterlagen-Nr.:P 151 Revision:00 Unterlagenteil: Colenco-Bericht 4651/76 Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für Radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) -2- Zusammenfassung Die Gasentwicklung im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) wurde mit Hilfe des Rechenprogrammes GASGEN modelliert. Das Modell erlaubt die Prognose der zeitli- chen Gasentwicklung durch mikrobielle Prozesse und anaerobe Metallkorrosion. Der mikro- bielle Abbau der organischen Abfallbestandteile wird durch die Teilprozesse Denitrifikation, Sulfatreduktion, Fermentation und Methanogenese dargestellt. Es wird dabei zwischen der leicht abbaubaren Zellulose und schwer abbaubaren Materialien, wie z.B. Kunststoffen, un- terschieden. Die Gasentwicklung durch anaerobe Metallkorrosion wird vor allem durch das Eisen im Abfall bedingt. Die Inventars im ERAM, welche die gesamte Gasmenge bestimmen, sind mit Unsicherheiten behaftet. Auch die Geschwindigkeitskonstanten der verschiedenen Reaktionen hängen von vielen Faktoren ab und sind darum variabel. Um diese Variabilität abzudecken, erlaubt GASGEN eine probabilistische Modellierung der Gasentwicklung. Die Gasentwicklung in den verschiedenen Einlagerungsbereichen läuft prinzipiell ähnlich ab. Die anfänglich gebildeten Gasvolumen reflektieren die Bandbreiten der verschiedenen Pro- zesse und deren Kopplungen. Im Laufe der Zeit nehmen die Inventare der gasbildenden Abfallbestandteile ab und die Gasbildungsraten gehen zurück. Nach etwa 1 Mio. Jahren ist die Gasbildung weitgehend abgeschlossen. Das gesamte Gasvolumen wird durch Wasser- stoff dominiert, gefolgt von Methan und Stickstoff. Kohlendioxid bleibt nur wenig in der Gas- phase, da es durch Portlandit gebunden und durch die Methanogenese mikrobiell verarbeitet wird. Die Ergebnisse der probabilistischen Berechnungen gestatten eine statistische Interpretation der Ergebnisse. Auf Basis der Bandbreiten der Gesamtgasbildungsraten lassen sich mit Hilfe von vier voneinander unabhängigen Parametern potentielle Verläufe der Gasproduktion ge- nerieren. Als Kennwerte der Gasbildung dienen •die Bandbreiten der Gasbildungsraten zu repräsentativ frühen Zeiten, •die Bandbreiten der Gasbildungsraten zu repräsentativ späten Zeiten, • die Bandbreite der Gesamtgasmenge nach Abschluss der Gasproduktion und • der Anteil des Inventars an den Gasbildungsprozessen. Die auf diese Weise parametrisierten Gasproduktionsprozesse beschreiben den gesamten Variablenraum der Gasproduktion, der auf der Basis probabilistischer Ansätze mit feldspezi- fischen Inventarverteilungen berechnet wurde. Colenco-Bericht 4651/76 Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für Radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) -3- Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung 1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Metallkorrosion 2.2 Mikrowelle Abbauprozesse....... 2.2.1 Hydrolyse 2.2.2 Denitrifikation 2.2.3 Sulfatreduktion 2.2.4 Fermentation.. 2.2.5 Methanogenese 2.3 Ausfällungsreaktionen 2.3.1 Carbonatfällung (Carbonatisierung).... 2.3.2 Schwefelwasserstoff 3 Modell GASGEN 3.1 Modellkonzept 3.2 Mikrowelle Prozesse 3.3 Korrosion 3.4 Ausfällungsreaktionen und Methanogenese 4 Probabilistisches Modell 5 Stoffinventare und Modellparameter 5.1 Stoffinventare 5.2 Modellparameter ' 5.2.1 Metallkorrosion 5.2.2 Mikrowelle Prozesse 5.3 Verteilungsfunktionen und Korrelationen 5.4 Regelparameter 5.4.1 Edukt-Regler 5.4.2 Inhibitions-Regler 6 Resultate 7 Ableitung der Gasbildungsraten für die Sicherheitsanalyse 7.1 Parametrisierung der Gasbildungsraten 7.2 Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Gasbildungsparameter 8 Referenzen Anhang A Anhang B Gesamtblattzahl: 2 ....4 4 ....4 5 5 5 6 6 7 7 7 8 9 9 9 10 10 12 13 13 17 18 18 20 21 22 22 25 31 31 35 40 52

Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben

Planfeststellungsverfahren zur Stilllegung des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben Verfahrensunterlage Titel:Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) Autor:Poppei, J., Suter, D., Niemeyer, M. & Wilhelm, S. Erscheinungsjahr:2002 Unterlagen-Nr.:P 151 Revision:00 Unterlagenteil: Colenco-Bericht 4651/76 Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für Radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) -2- Zusammenfassung Die Gasentwicklung im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) wurde mit Hilfe des Rechenprogrammes GASGEN modelliert. Das Modell erlaubt die Prognose der zeitli- chen Gasentwicklung durch mikrobielle Prozesse und anaerobe Metallkorrosion. Der mikro- bielle Abbau der organischen Abfallbestandteile wird durch die Teilprozesse Denitrifikation, Sulfatreduktion, Fermentation und Methanogenese dargestellt. Es wird dabei zwischen der leicht abbaubaren Zellulose und schwer abbaubaren Materialien, wie z.B. Kunststoffen, un- terschieden. Die Gasentwicklung durch anaerobe Metallkorrosion wird vor allem durch das Eisen im Abfall bedingt. Die Inventars im ERAM, welche die gesamte Gasmenge bestimmen, sind mit Unsicherheiten behaftet. Auch die Geschwindigkeitskonstanten der verschiedenen Reaktionen hängen von vielen Faktoren ab und sind darum variabel. Um diese Variabilität abzudecken, erlaubt GASGEN eine probabilistische Modellierung der Gasentwicklung. Die Gasentwicklung in den verschiedenen Einlagerungsbereichen läuft prinzipiell ähnlich ab. Die anfänglich gebildeten Gasvolumen reflektieren die Bandbreiten der verschiedenen Pro- zesse und deren Kopplungen. Im Laufe der Zeit nehmen die Inventare der gasbildenden Abfallbestandteile ab und die Gasbildungsraten gehen zurück. Nach etwa 1 Mio. Jahren ist die Gasbildung weitgehend abgeschlossen. Das gesamte Gasvolumen wird durch Wasser- stoff dominiert, gefolgt von Methan und Stickstoff. Kohlendioxid bleibt nur wenig in der Gas- phase, da es durch Portlandit gebunden und durch die Methanogenese mikrobiell verarbeitet wird. Die Ergebnisse der probabilistischen Berechnungen gestatten eine statistische Interpretation der Ergebnisse. Auf Basis der Bandbreiten der Gesamtgasbildungsraten lassen sich mit Hilfe von vier voneinander unabhängigen Parametern potentielle Verläufe der Gasproduktion ge- nerieren. Als Kennwerte der Gasbildung dienen •die Bandbreiten der Gasbildungsraten zu repräsentativ frühen Zeiten, •die Bandbreiten der Gasbildungsraten zu repräsentativ späten Zeiten, • die Bandbreite der Gesamtgasmenge nach Abschluss der Gasproduktion und • der Anteil des Inventars an den Gasbildungsprozessen. Die auf diese Weise parametrisierten Gasproduktionsprozesse beschreiben den gesamten Variablenraum der Gasproduktion, der auf der Basis probabilistischer Ansätze mit feldspezi- fischen Inventarverteilungen berechnet wurde. Colenco-Bericht 4651/76 Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für Radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) -3- Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung 1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Metallkorrosion 2.2 Mikrowelle Abbauprozesse....... 2.2.1 Hydrolyse 2.2.2 Denitrifikation 2.2.3 Sulfatreduktion 2.2.4 Fermentation.. 2.2.5 Methanogenese 2.3 Ausfällungsreaktionen 2.3.1 Carbonatfällung (Carbonatisierung).... 2.3.2 Schwefelwasserstoff 3 Modell GASGEN 3.1 Modellkonzept 3.2 Mikrowelle Prozesse 3.3 Korrosion 3.4 Ausfällungsreaktionen und Methanogenese 4 Probabilistisches Modell 5 Stoffinventare und Modellparameter 5.1 Stoffinventare 5.2 Modellparameter ' 5.2.1 Metallkorrosion 5.2.2 Mikrowelle Prozesse 5.3 Verteilungsfunktionen und Korrelationen 5.4 Regelparameter 5.4.1 Edukt-Regler 5.4.2 Inhibitions-Regler 6 Resultate 7 Ableitung der Gasbildungsraten für die Sicherheitsanalyse 7.1 Parametrisierung der Gasbildungsraten 7.2 Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Gasbildungsparameter 8 Referenzen Anhang A Anhang B Gesamtblattzahl: 2 ....4 4 ....4 5 5 5 6 6 7 7 7 8 9 9 9 10 10 12 13 13 17 18 18 20 21 22 22 25 31 31 35 40 52

lfdnr035_151_00_v01_p151.pdf

Planfeststellungsverfahren zur Stilllegung des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben Verfahrensunterlage Titel:Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) Autor:Poppei, J., Suter, D., Niemeyer, M. & Wilhelm, S. Erscheinungsjahr:2002 Unterlagen-Nr.:P 151 Revision:00 Unterlagenteil: Colenco-Bericht 4651/76 Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für Radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) -2- Zusammenfassung Die Gasentwicklung im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) wurde mit Hilfe des Rechenprogrammes GASGEN modelliert. Das Modell erlaubt die Prognose der zeitli- chen Gasentwicklung durch mikrobielle Prozesse und anaerobe Metallkorrosion. Der mikro- bielle Abbau der organischen Abfallbestandteile wird durch die Teilprozesse Denitrifikation, Sulfatreduktion, Fermentation und Methanogenese dargestellt. Es wird dabei zwischen der leicht abbaubaren Zellulose und schwer abbaubaren Materialien, wie z.B. Kunststoffen, un- terschieden. Die Gasentwicklung durch anaerobe Metallkorrosion wird vor allem durch das Eisen im Abfall bedingt. Die Inventars im ERAM, welche die gesamte Gasmenge bestimmen, sind mit Unsicherheiten behaftet. Auch die Geschwindigkeitskonstanten der verschiedenen Reaktionen hängen von vielen Faktoren ab und sind darum variabel. Um diese Variabilität abzudecken, erlaubt GASGEN eine probabilistische Modellierung der Gasentwicklung. Die Gasentwicklung in den verschiedenen Einlagerungsbereichen läuft prinzipiell ähnlich ab. Die anfänglich gebildeten Gasvolumen reflektieren die Bandbreiten der verschiedenen Pro- zesse und deren Kopplungen. Im Laufe der Zeit nehmen die Inventare der gasbildenden Abfallbestandteile ab und die Gasbildungsraten gehen zurück. Nach etwa 1 Mio. Jahren ist die Gasbildung weitgehend abgeschlossen. Das gesamte Gasvolumen wird durch Wasser- stoff dominiert, gefolgt von Methan und Stickstoff. Kohlendioxid bleibt nur wenig in der Gas- phase, da es durch Portlandit gebunden und durch die Methanogenese mikrobiell verarbeitet wird. Die Ergebnisse der probabilistischen Berechnungen gestatten eine statistische Interpretation der Ergebnisse. Auf Basis der Bandbreiten der Gesamtgasbildungsraten lassen sich mit Hilfe von vier voneinander unabhängigen Parametern potentielle Verläufe der Gasproduktion ge- nerieren. Als Kennwerte der Gasbildung dienen •die Bandbreiten der Gasbildungsraten zu repräsentativ frühen Zeiten, •die Bandbreiten der Gasbildungsraten zu repräsentativ späten Zeiten, • die Bandbreite der Gesamtgasmenge nach Abschluss der Gasproduktion und • der Anteil des Inventars an den Gasbildungsprozessen. Die auf diese Weise parametrisierten Gasproduktionsprozesse beschreiben den gesamten Variablenraum der Gasproduktion, der auf der Basis probabilistischer Ansätze mit feldspezi- fischen Inventarverteilungen berechnet wurde. Colenco-Bericht 4651/76 Modellierung der Gasentwicklung im Endlager für Radioaktive Abfälle Morsleben (ERAM) -3- Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung 1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Metallkorrosion 2.2 Mikrowelle Abbauprozesse....... 2.2.1 Hydrolyse 2.2.2 Denitrifikation 2.2.3 Sulfatreduktion 2.2.4 Fermentation.. 2.2.5 Methanogenese 2.3 Ausfällungsreaktionen 2.3.1 Carbonatfällung (Carbonatisierung).... 2.3.2 Schwefelwasserstoff 3 Modell GASGEN 3.1 Modellkonzept 3.2 Mikrowelle Prozesse 3.3 Korrosion 3.4 Ausfällungsreaktionen und Methanogenese 4 Probabilistisches Modell 5 Stoffinventare und Modellparameter 5.1 Stoffinventare 5.2 Modellparameter ' 5.2.1 Metallkorrosion 5.2.2 Mikrowelle Prozesse 5.3 Verteilungsfunktionen und Korrelationen 5.4 Regelparameter 5.4.1 Edukt-Regler 5.4.2 Inhibitions-Regler 6 Resultate 7 Ableitung der Gasbildungsraten für die Sicherheitsanalyse 7.1 Parametrisierung der Gasbildungsraten 7.2 Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Gasbildungsparameter 8 Referenzen Anhang A Anhang B Gesamtblattzahl: 2 ....4 4 ....4 5 5 5 6 6 7 7 7 8 9 9 9 10 10 12 13 13 17 18 18 20 21 22 22 25 31 31 35 40 52

Waste treatment plant for the treatment of slurry and liquid brewey wastes

Das Projekt "Waste treatment plant for the treatment of slurry and liquid brewey wastes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eisenmann Maschinenbau KG durchgeführt. Objective: The project aims at demonstrating that slurry-type wastes originating from the food industry - and a brewery is selected as a typical example - constitute a substantial energy resource. These wastes should therefore not be destroyed by an aerobic, energy-demanding process, but on the contrary be treated in such a way as to recover the energy. Biomethanation is an appropriate process for this, provided innovative adequate pretreatments, namely pretreatments with enzymes, make it possible for methane archae-bacteria to transform the organic matter into methane. Besides, the biogas can be utilized by the industry itself and the pollution abatement constitutes an important fringe benefit. General Information: The innovative treatment system consists of 4 consecutive steps. The slurry-type brewery waste will be enzymatically hydrolyzed to monomeric compounds, simultaneously fermented to organic acids and separately biomethanized. Preceeding these two steps is a buffer step to cope with the discontinuous fonctionning of the brewery, namely over the week-end. Following these two steps, is a step of physico-chemically-assisted thickening yielding a filtrate to be recycled in the 3rd step and a sludge to be composted. The first step, buffering, takes place in 5 m3 tank where yeast and marc are mixed and heated at 70 degree of Celsius In this step, the Kieselgur filter aid is specifically removed by fast sedimentation, an essential part or the process. In the second step, 220 l portions of the previous step are mixed with O.O1 per cent enzyme, heated at 70 degree of Celsius and introduced in the first anaerobic reactor of next step. The third step consists of 2 step biomethanation system: acidogenesis and methanogenesis. Acidogenesis is conducted in a 3step cascade mode with part of the sludge recycled, the excess sludge being led to step 4. The gas produced in the acidogenic step passes through the methanogenic reactor. The mixed liquor of the methanogenic step passes through an ultrafiltration device. The liquid portion is of good quality enough to be discharged in the sewer. The more solid portion is fed into step 4. The biogas is stored in a 15 m3 gasholder at low pressure and subsequently at 15 bar in a high pressure container of 67 m3 capacity, in order to allow for a 3 times a week use, at peak-demand times of energy in the brewery. The fourth step collects the excess sludge, thickens it in a filterpress, recycles the filtrate in the third step and yields and easily compostable solid cake. The waste to be treated amounts to 800 m3 y-1, containing 55,300 kg of TOC (total organic carbon).With an expected global conversion of 70 per cent, the biogas yield is 72,000 Nm3 y-1,equivalent to 42.6 toe. Total costs are 920,020 DM, all of it being eligible. EC contribution is 367.850 DM. Total investment cost is 678,020 DM. Maintenance and operation costs amount to 20,000 DM yearly. Per unit thermal kWh produced, this is equal respectively...

Phase II (EVA II) - Teilprojekt 4: Einfluss der Substratqualität auf die Biogasausbeute in Labor und in der Praxis

Das Projekt "Phase II (EVA II) - Teilprojekt 4: Einfluss der Substratqualität auf die Biogasausbeute in Labor und in der Praxis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. durchgeführt. Die Untersuchungen zum Einfluss von Pflanzenart und Silierung auf Substratqualität und Biogasertrag werden im Rahmen definierter Anbau- und Fruchtfolgesysteme über die Ansätze von EVA1 hinaus fortgeführt. Die Optimierung der Biogasproduktion verschiedener Pflanzenarten in den EVA-Fruchtfolgeversuchen wird anhand ihrer Methanbildungspotenziale in Laborversuchen geprüft. In EVA2 wird insbesondere der Einfluss von neuen Siliermitteln zur Vermeidung aerober Instabilitäten, die gleichzeitige Silierung mehrerer Pflanzenarten (Mischsilagen) und die Auswirkungen von Unkrautbesatz auf Substratbereitstellung und Substratqualität identifiziert und quantifiziert. Die Laborexperimente werden durch großflächige Anbauversuche mit definierten Fruchtfolgen und großtechnischen Silierversuchen in Praxisbetrieben sowie dem Monitoring und der Bewertung der anaeroben Vergärung der pflanzlichen Substrate in Praxisbiogasanlagen ergänzt. Die Gesamtbewertung erfolgt auf Basis dieser wissenschaftlich abgesicherten Erkenntnisse und mündet in der Formulierung von Standards für die Qualität von Biogassilagen und Handlungsempfehlungen für die Landwirtschaft. Die erzielten Ergebnisse können sowohl wirtschaftlich als auch wissenschaftlich verwertet werden. Für die Praxis ergeben sich betriebswirtschaftliche und verfahrenstechnische Vorteile. Die Biogasproduktion und die Qualität des gesamten Prozesses können aufgrund der Erkenntnisse bzgl. geeigneter Pflanzenarten, Fruchtfolgen und der optimalen Konservierung und Lagerung verbessert werden. Weiterhin ergeben sich mit dem vielfältigen Anbau von unterschiedlich verwertbaren Gütern eine Risikostreuung und eine Einkommensstabilisierung.

Entwicklung von Anbaufolgen zur Erzeugung von Biomasse für die Biogaserzeugung

Das Projekt "Entwicklung von Anbaufolgen zur Erzeugung von Biomasse für die Biogaserzeugung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Südwestfalen, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Standort Soest, Fachbereich Agrarwirtschaft durchgeführt. Die Biogastechnologie ist neben der Festbrennstofftechnik und der biogenen Treibstoffnutzung eine wichtige Technologie zur Nutzung der Energie in pflanzlicher Biomasse. Biogas lässt sich aus biogenen Materialien mit Ausnahme von Holz produzieren. Bei der Methangärung lassen sich fast alle organischen Reststoffe energetisch verwerten, ohne vorher aufwendig getrocknet werden zu müssen. Dadurch ergeben sich für landwirtschaftliche Betriebe Möglichkeiten, anfallende aber bisher ungenutzte Biomasse zu nutzen, dies können Aufwüchse von Grünlandbrachen bzw. Stilllegungsflächen sein oder eigens angebaute Haupt- und Zwischenfrüchte. Im Projekt werden verschiedene heimische Gräser und Leguminosen unter unterschiedlichen Schnittnutzungsregimen hinsichtlich der Ertragsleistung und der Biogasausbeute im Vergleich zu Silomais untersucht.

Wasserfluss, Stofftransformation und -transport in und aus Söllen

Das Projekt "Wasserfluss, Stofftransformation und -transport in und aus Söllen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V., Institut für Bodenlandschaftsforschung durchgeführt. Abflusslose Hohlformen (Sölle) sind charakteristische und weitverbreitete Landschaftselemente im Jungmoränengebiet NE-Deutschlands sowie Nordeuropas und Nordamerikas. Sie sind hydrologisch und stofflich von vertikalen und lateralen Wasser- und Stoffflüssen aus dem jeweiligen (Klein-)Einzugsgebiet abhängig - und damit von deren Charakteristika wie Einzugsgebietsgröße, Relief, Substrat- und Bodenaufbau sowie den klimatischen Bedingungen (Niederschläge). Oberflächennahe Lateralprozesse induzieren nicht nur mikrobielle Prozesse von potenziell globaler Relevanz (Methanogenese), sondern beeinflussen ebenso die biotische Qualität der Sölle als Feuchtgebiete. Eine steuernde Funktion übt die Art der Landnutzung (Acker, Grünland, Wald) bzw. Bewirtschaftung aus (Mulchsaat, Bodenbearbeitung, Hackfruchtanteil etc.). Zum oberflächigen Wasser- und Stofftransport in Sölle existieren phänomenologische Erkenntnisse, regionale Betrachtungen zu den steuernden Faktoren fehlen allerdings. Einzelne Fallstudien zum lateralen Wassertransport in Böden liegen ebenfalls vor, jedoch fehlt es an einer integrativen, quantitativen Prozessanalyse, inkl. einer Modellierung. Weitgehend unbekannt sind auch die Versickerungsraten durch die / unterhalb der Sohle von Söllen sowie mögliche Interaktionen mit dem regionalen Grundwasserkörper. Es fehlt an quantitativem Verständnis wichtiger bodenhydraulischer Regulationsmechanismen und Parameter. Ungeklärt bleibt damit der quantitative Beitrag von Söllen zum Landschaftswasser- und -stoffhaushalt, insbesondere in Regionen mit einer Dominanz bedeckter Grundwasserleiter. Schließlich stellen die meist abflusslosen Hohlformen wenig untersuchte, aber hervorragende Archive der klima- und nutzungsabhängigen Bodenlandschaftsentwicklung dar, weil sich in ihren (datierbaren) Sedimenten die Prozesse des Einzugsgebietes dokumentieren. Mit dem Projekt 1.3 wird das Ziel verfolgt, zur Verbesserung des Prozessverständnis zum Wasserfluss und Stofftransport in und aus Söllen sowie zum Stoffhaushalt in Söllen mit unterschiedlicher Landnutzung beizutragen. Dabei wird die Hypothese geprüft, dass die Landnutzung die Transportpfade (auf / in / unter Böden) und damit die (Wasser-, Stoff-) Dynamik in Söllen determiniert. Innerhalb einer Landnutzungsform sind die Transportprozesse - unter vergleichbaren Klimabedingungen - jedoch an die 3-D Struktur hydraulischer Eigenschaften gebunden, die pedogen (z.B. fAh, Bt) oder geogen sein können (z.B. dichtlagernde periglaziäre oder limnische Sedimente).

Einfluss des Fruchtfolgewechsels auf die Methanemission aus Reisfeldern in China

Das Projekt "Einfluss des Fruchtfolgewechsels auf die Methanemission aus Reisfeldern in China" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Die Reisfelder gehoeren zu den wichtigsten anthropogenen Quellen fuer die Emission des klimarelevanten Spurengases Methan in die Atmosphaere. Zuverlaessige Kalkulationen der globalen Methanemission aus diesen Oekosystemen erfordern kontinuierliche Messungen ueber die gesamte Reisanbausaison unter Beruecksichtigung der verschiedensten Anbaumethoden. Es war das Ziel dieses Forschungsvorhabens, die Datenbasis der Methanemission durch Messungen mit einer automatischen Anlage in einem Hauptreisanbaugebiet von China mit einer charakteristischen Fruchtfolge Reis/Weizen zu erweitern und die Ursachen der Emissionsveraenderungen durch Prozessstudien aufzuklaeren. Die Messungen in zwei verschieden geduengten Versuchsfeldern (organisch/anorganisch) bei Suzhou (Provinz Jiangsu) haben erstmals zu zwei vollstaendigen Datensaetzen ueber die gesamte Reisanbausaison (1995, 1996) fuer ein Gebiet mit der Fruchtfolge Reis/Weizen gefuehrt, die geringe durchschnittliche Methanemissionsraten von 1,45-11,41 mg CH4 m-2 h-1 ergaben. Vergleiche mit den Emissionsraten von Gebieten mit der Fruchtfolge Reis/Reis fuehrten zu der Schlussfolgerung, dass die verminderte Methanemission mit der Fruchtfolge Reis/Weizen im Zusammenhang steht. Die saisonale Methanbilanz von 35,5 g CH4 m-2 (1995) bzw. 5,2 g CH4 m-2 (1996) in einem organisch geduengten Reisfeld und 21,7 g CH4 m-2 (1995) bzw. 4,3 g CH4 m-2 (1996) in einem anorganisch geduengten Reisfeld zeigt sowohl erhebliche interannuelle Unterschiede als auch die Erhoehung der Methanemission nach organischer Duengung. Der wichtigste Steuerungsfaktor fuer die erheblichen zeitlichen Unterschiede der Methanemission in die Temperatur, die sowohl fuer Langzeitveraenderungen im Verlaufe der Saison als auch fuer Kurzzeitschwankungen (diurnaler Rhythmus) der Emission verantwortlich ist. Als weiterer bedeutsamer Einflussfaktor wurde die Drainage der Reisfelder erkannt, die zunaechst eine kurzzeitige Zunahme der Methanemission und danach eine andauernde Abnahme durch Methanoxydation und Hemmung der Methanbildung bewirkt.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie durchgeführt. In Biogasreaktoren wird pflanzliche Biomasse durch eine artenreiche und dynamische Gemeinschaft der unterschiedlichsten Mikroorganismen abgebaut. Dabei erfolgt der primäre Aufschluss der Biomasse und die Vergärung der Inhaltsstoffe durch Bakterien, die Methanbildung dagegen durch Archaeen. Welche Mikroorganismen genau an der Entstehung von Biogas beteiligt sind, ist jedoch zu großen Teilen unbekannt. Da Kultivierungsversuche immer zu einer Diskriminierung wesentlicher Anteile der mikrobiellen Gemeinschaft führen, sollen in diesem Vorhaben erstmals die cellulolytisch aktiven Mikroorganismen in situ identifiziert werden. Hierzu soll die Technik der Stabile-Isotopen-Markierung (SIP) genutzt werden. Hierfür wird Mais erzeugt, in welchem das nicht radioaktive Kohlenstoffisotop 13C durch Begasung mit 13CO2 angereichert ist. Dieses Pflanzenmaterial soll dann in miniaturisierten Gärtests fermentiert werden. Mikroorganismen, welche primär am Aufschluss und an der Umsetzung der Biomasse beteiligt sind, verwenden die markierten Kohlenstoffverbindungen aus dem Mais u.a. zur Synthese von DNA und sind so mittels molekulargenetischer Methoden zu identifizieren. In diesem Vorhaben soll die SIP als neuartiges Verfahren zur Charakterisierung der Biogas-Mikrobiologie etabliert werden. Mittels SIP soll eine Inventarisierung der primären Vergärer in der Biogasfermentation erfolgen. Zudem soll der Einfluss von verschiedenen Prozessparametern auf die mikrobielle Gemeinschaft untersucht werden.

Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V., Abteilung Bioverfahrenstechnik durchgeführt. In Biogasreaktoren wird pflanzliche Biomasse durch eine artenreiche und dynamische Gemeinschaft der unterschiedlichsten Mikroorganismen abgebaut. Dabei erfolgt der primäre Aufschluss der Biomasse und die Vergärung der Inhaltsstoffe durch Bakterien, die Methanbildung dagegen durch Archaeen. Welche Mikroorganismen genau an der Entstehung von Biogas beteiligt sind, ist jedoch zu großen Teilen unbekannt. Da Kultivierungsversuche immer zu einer Diskriminierung wesentlicher Anteile der mikrobiellen Gemeinschaft führen, sollen in diesem Vorhaben erstmals die cellulolytisch aktiven Mikroorganismen in situ identifiziert werden. Hierzu soll die Technik der Stabile-Isotopen-Markierung (SIP) genutzt werden. Hierfür wird Mais erzeugt, in welchem das nicht radioaktive Kohlenstoffisotop 13C durch Begasung mit 13CO2 angereichert ist. Dieses Pflanzenmaterial soll dann in miniaturisierten Gärtests fermentiert werden. Mikroorganismen, welche primär am Aufschluss und an der Umsetzung der Biomasse beteiligt sind, verwenden die markierten Kohlenstoffverbindungen aus dem Mais und a. zur Synthese von DNA und sind so mittels molekulargenetischer Methoden zu identifizieren. In diesem Vorhaben soll die SIP als neuartiges Verfahren zur Charakterisierung der Biogas-Mikrobiologie etabliert werden. Mittels SIP soll eine Inventarisierung der primären Vergärer in der Biogasfermentation erfolgen. Zudem soll der Einfluss von verschiedenen Prozessparametern auf die mikrobielle Gemeinschaft untersucht werden.

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