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Sub project G

Das Projekt "Sub project G" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von bbe Moldaenke GmbH durchgeführt. SIGN bearbeitet die Entwicklung und Weiterentwicklung von Konzepten des Umweltmanagements, das durch innovative Methoden der gezielten, langfristig ausgelegten Umweltbeobachtung unterstützt wird. Das Teilprojekt ErEnSen fokussiert sich dabei auf den Einsatz von neu erforschten und entwickelten Sensoren, die helfen sollen, die räumliche und zeitliche Dynamik des Algenwachstums, seiner Zusammensetzung und seines Gefährdungspotentials für Trinkwasser zu beurteilen . Das Ziel dieses Teilprojekts ist die Entwicklung und der Betrieb neuer Monitoring - Technologien. Die Aktivitäten sind unterteilt in drei Arbeitspakete (APs). Zuerst wird eine tauchbare Sonde entwickelt, die nicht nur Algen und Algenklassen, sondern auch deren photosynthetische Aktivität messen kann unabhängig vom Sonnenlicht. Das zweite AP betrifft die Entwicklung eines Monitors im Online-Betrieb, der als indirekter Cyanotoxin-Monitor bei der Trinkwasseraufnahme angewendet wird. Dieser Monitor erlaubt die Beobachtung des Status von Cyanobakterienmembranen und zieht Rückschlüsse von diesen Signalen auf die Freisetzung der Toxine aus den Zellen. Der dritte Schritt (AP3) betrifft die Einbindung des Toxinmonitors als Teil eines Bojensystems, der Monitor wird umkonstruiert zum Einsatz an einer Boje. Alle bbe Technologien werden Teil eines Frühwarn,- Monitoring und Vorhersagesystems.

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.

Teil 3

Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Biowissenschaften, Abteilung Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.

SP 4

Das Projekt "SP 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Biochemie, Centrum für Biomolekulare Interaktionen in Bremen (CBIB) durchgeführt. Projektziel: Das Hauptziel von CATCHY ist, Zwischenfrüchte zur Entwicklung innovativer Anbausysteme einzusetzen, die die Bodenfruchtbarkeit erhalten und verbessern. Zu den Zielen gehört auch ein besseres Verständnis der Ursache-Wirkungs-Beziehungen von Bodenfruchtbarkeitsparametern, biologischen Funktionen und Wechselwirkungen in Boden und Rhizosphäre. Die funktionale Ausrichtung wird ergänzt durch eine agronomische und sozioökonomische Management-Interaktion. Hintergrund: Der Zwischenfruchtanbau ist eine wichtige Agrarumweltmaßnahme und trägt als langfristige Meliorationsmaßnahme zur Verbesserung und Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit in Fruchtfolgesystemen sowie der komplexen Bodenfunktionen bei. Zwischenfrüchte haben einen positiven Einfluss auf chemische und physikalische Bodenparameter sowie einen multifaktoriellen positiven pflanzenbaulichen Einfluss auf die Fruchtfolgen. Während heute meist einzelne Zwischenfrüchte eingesetzt werden, sollen diverse Zwischenfruchtmischungen zu wissensbasierten Lösungsansätzen beitragen, um Anbaustrategien und Bodenmanagement zu optimieren. Ergebnisausblick: Die Ergebnisse sollen als Grundlage zur Weiterentwicklung systemoptimierter kommerzieller Zwischenfruchtmischungen dienen. Ackerbauliche Anbausysteme sollen im Sinne der Nachhaltigkeit insbesondere in Bezug auf Bodenfunktionsparameter optimiert werden. Beratungskonzepte und -inhalte sollen im Hinblick auf ressourcenoptimierte Bodenbewirtschaftungssysteme angepasst bzw. transformiert werden. Analysen zur Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz der entwickelten agronomischen Ansätze werden in das Projekt integriert.

SP 5

Das Projekt "SP 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Agrarpolitik und Marktforschung, Professur für Agrar- und Umweltpolitik durchgeführt. Projektziel: Das Hauptziel von CATCHY ist, Zwischenfrüchte zur Entwicklung innovativer Anbausysteme einzusetzen, die die Bodenfruchtbarkeit erhalten und verbessern. Zu den Zielen gehört auch ein besseres Verständnis der Ursache-Wirkungs-Beziehungen von Bodenfruchtbarkeitsparametern, biologischen Funktionen und Wechselwirkungen in Boden und Rhizosphäre. Die funktionale Ausrichtung wird ergänzt durch eine agronomische und sozioökonomische Management-Interaktion. Hintergrund: Der Zwischenfruchtanbau ist eine wichtige Agrarumweltmaßnahme und trägt als langfristige Meliorationsmaßnahme zur Verbesserung und Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit in Fruchtfolgesystemen sowie der komplexen Bodenfunktionen bei. Zwischenfrüchte haben einen positiven Einfluss auf chemische und physikalische Bodenparameter sowie einen multifaktoriellen positiven pflanzenbaulichen Einfluss auf die Fruchtfolgen. Während heute meist einzelne Zwischenfrüchte eingesetzt werden, sollen diverse Zwischenfruchtmischungen zu wissensbasierten Lösungsansätzen beitragen, um Anbaustrategien und Bodenmanagement zu optimieren. Ergebnisausblick: Die Ergebnisse sollen als Grundlage zur Weiterentwicklung systemoptimierter kommerzieller Zwischenfruchtmischungen dienen. Ackerbauliche Anbausysteme sollen im Sinne der Nachhaltigkeit insbesondere in Bezug auf Bodenfunktionsparameter optimiert werden. Beratungskonzepte und -inhalte sollen im Hinblick auf ressourcenoptimierte Bodenbewirtschaftungssysteme angepasst bzw. transformiert werden. Analysen zur Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz der entwickelten agronomischen Ansätze werden in das Projekt integriert.

Teilprojekt F

Das Projekt "Teilprojekt F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Institut für Ressourcenökologie durchgeführt. Als Ziel des Projektes soll die Frage geklärt werden, inwieweit EPS Bestandteile (extrazelluläre polymerische Substanzen) und von Mikroorganismen produzierte Metabolite in der Lage sind, die Ausbreitung von Actiniden, im besonderen Uran, Americium und als chemisches Analogon Europium zu beeinflussen, d.h. zu mobilisieren oder immobilisieren. 1. Bestimmung der anorganischen und organischen Zusammensetzung der 'bulk solution' und des Wassers im Innern der Biofilme inkl. TRLFS 2. EPS Analytik 3. Mikrobielle Diversität 4. Bestimmung geochemischer Parameter (pH, Eh, gelöste O2 Konz.) in den Biofilmen 5. Speziationsrechnungen 6. CLSM- Anfärben struktureller Biofilmkomponenten (inkl. EPS)- Bildbearbeitung: Darstellung der Biofilm Struktur - Detektion fluoreszierender Metalle in Biofilmen bzw. Mikroorganismen mittels CLSM/LIFS 7. Elektronenmikroskopie REM/EDX und TEM/EDX

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Mit einer Biomasse von 379 Mio. Tonnen stellt der antarktische Krill Euphausia superba eine vielversprechende Ressource für biotechnologische Anwendungen dar. Überraschenderweise ist bisher allerdings noch sehr wenig über das Mikrobiom des Krill-Darms und eine damit entsprechende biotechnologische Nutzung bekannt. Deshalb soll im Rahmen des Projekts KiGuMi die mikrobielle Diversität des Krills untersucht und so genannte metaOMICS-Verfahren auf der Genom-, Transkriptom-, Proteom- sowie Metabolom-Ebene etabliert und angewendet werden. Am Fraunhofer IGB sollen dabei mithilfe neuester Verfahren der Metagenomik und Transkriptomik die Komplexität und die Variabilität der genetischen Repertoires bestimmt und in Datenbanken organisiert werden. Isolate aus dem Krill-Darm sollen sowohl phänotypisch hinsichtlich ihrer Fähigkeit Polymere abzubauen, als auch auf Ebene ihrer Erbinformation charakterisiert werden, um damit auch die zugrundeliegenden Gene zu identifizieren und einer biotechnologischen Anwendung zuzuführen.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Bodenkunde durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist es die eng verflochtenen Zusammenhänge zwischen der abiotischen Bodenmatrix, der toten organischen Substanz und der belebten Biota in gesamtem Bodenprofil zu untersuchen. Die abiotische Bodenmatrix bildet das Habitat der Biota, die die organische Substanz umsetzt und somit der Treiber für die Sequestrierung von Kohlenstoff und die Freisetzung von Nährstoffen ist. Dies verändert wiederum die chemisch-physikalischen Habitateigenschaften, die zu einer Restrukturierung der Boden(mikro)flora und deren Aktivitätsmuster führt. Auf diese Weise wird die Qualität und Menge der Nährstoffe in unterschiedlichen Bodenkompartimenten sowie deren Nachlieferung und somit die Wachstumsbedingungen für höhere Pflanzen beeinflusst. Diese Zusammenhänge wurden bis dato nur für Oberböden untersucht, während der Bereich unterhalb des Pflughorizontes kaum betrachtet und somit eine landwirtschaftliche Nutzung dieses Potentials kaum beschrieben ist. Daher wird die TUM in diesem Vorhaben die anorganische Bodenmatrix und die organische Substanz räumlich hoch aufgelöst im kompletten Bodenprofil charakterisieren. Die mikrobielle Diversität und Aktivität wird erfasst sowie die wichtigsten Nährstoffkreisläufe im Unterboden rekonstruiert. Hotspots der Umsetzung von organischer Substanz und Nährstoffen sowie deren biogeochemischen Eigenschaften werden räumlich identifiziert und umfassend charakterisiert.

Teilprojekt F

Das Projekt "Teilprojekt F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES), Bereich Bodenwissenschaften, Allgemeine Bodenkunde und Bodenökologie durchgeführt. Projektziel: ORDIAmur soll basierend auf dem Verständnis der Prozesse, die zur Nachbaukrankheit führen, Maßnahmen zu deren Überwindung entwickeln. Auf Seiten des Bodens sind Strategien zur Wiederherstellung von Organismengemeinschaften das Ziel, auf Seiten der Pflanze sollen tolerante Unterlagen entwickelt werden. Hintergrund: Die Nachbaukrankheit, auch Bodenmüdigkeit genannt, ist im Pflanzenbau seit Jahrhunderten bekannt, die Ursachen sind jedoch noch nicht erforscht. Schlechtes vegetatives Wachstum, gestauchter Habitus und verminderte Erträge sind ihre sichtbaren Symptome. Bei krautigen Pflanzen mit kurzer Kulturzeit wird sie vor allem durch Fruchtfolge und Flächenwechsel überwunden. Diese Möglichkeiten bestehen bei Gehölzen oft nicht. Die Nachbaukrankheit ist bei Rosaceen, aber auch im Weinbau, in Vermehrungs- und Produktionsbetrieben ein zunehmendes Problem, das derzeit durch chemische Bodenentseuchung abgeschwächt wird. Die dazu verwendeten Mittel sind umweltschädlich, so dass die Entwicklung alternativer Ansätze zur langfristigen Erhaltung der Bodengesundheit unerlässlich ist. Ergebnisausblick: 1. Vorhersage des Vorhandenseins oder des Ausmaßes der Nachbaukrankheit anhand von Biotests, Pflanzen- und Bodenparametern. - 2. Überwindung der Nachbaukrankheit durch: - Maßnahmen zur Erhöhung der mikrobiellen Diversität des Bodens - Züchtung von Unterlagen mit Toleranz gegenüber der Nachbaukrankheit - Inokulation von Pflanzen mit förderlichen Endophyten zur aktiven Immunisierung. - 3. Implementierung der anwendbaren Innovationen bei der Betrachtung sozio-ökonomischer Gegebenheiten. - 4. Transfer der Ergebnisse aus ORDIAmur in die Öffentlichkeit (Internetplattform).

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