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Dieses Vorhaben wird im Rahmen des Programms 'Nachhaltig im Beruf' gefördert

Pilotprojekt 'Sack im Behälter' (SiB)

Rund 10.000 Einwohner eines Teilgebietes im Iserlohner Ortsteil Letmathe nehmen über die Dauer eines Jahres an diesem bundesweit einmaligen Modellversuch teil. Die Beteiligten erwarten nach Abschluss des Versuches belastbare Ergebnisse, die einen technischen und wirtschaftlichen Vergleich mit dem bestehenden Entsorgungssystem zulassen. Hinter dem Begriff SiB steht ein ebenso einfaches wie innovatives Entsorgungssystem: Über lediglich einen Behälter werden verschiedene Abfallarten, die bereits im Haushalt in farblich unterschiedlichen, hochreißfesten Spezialsäcken gesammelt wurden, erfasst. Nach dem Transport in eine Sortieranlage werden anhand der Sackfarben die Wertstoffe wieder aussortiert und zur Verwertung weitergeleitet, der Restabfall geht von dort in das Müllheizkraftwerk. Beim Pilotprojekt SiB in Iserlohn-Letmathe betrifft dies die Abfallarten Restabfall (grauer Sack), Leichtverpackungen Grüner Punkt (gelber Sack) sowie Papier/Pappe (blauer Sack). Anstelle der grauen Restmülltonne und der gelben Wertstofftonne werden die am Modellversuch teilnehmenden Haushalte in den Abfuhrrevieren 7und 9 mit Behältern ausgestattet, die durch einen silberfarbenen Deckel als SiB-Behälter gekennzeichnet sind. Die Abfuhr dieser Behälter erfolgt wöchentlich. Die Projektverantwortlichen erhoffen sich durch den Versuch positive Ergebnisse mit Blick auf eine Verbesserung der Qualität von Wertstoffen bei gleichzeitiger Erfassung mehrerer Abfallarten. Im Vergleich zu anderen in der Öffentlichkeit intensiv diskutierten Sortierversuchen liegt ein wesentlicher Vorteil des SiB-Systems auf der Hand: Vorher vermischte Restabfälle und Wertstoffe müssen nicht nachträglich mit erheblichem verfahrenstechnischen Aufwand wieder aussortiert werden. Die für eine Wiederverwertung notwendige Qualität der Wertstoffe wird bei SiB durch die bereits im Behälter erfolgte Trennung nicht beeinträchtigt. (...)Wissenschaftlich begleitet und ausgewertet wird der Pilotversuch von zwei renommierten Instituten, dem Institut für Entsorgung und Umwelttechnik gGmbH (IFEU) in Iserlohn sowie dem Institut für Abfall, Abwasser und Infrastruktur-Management GmbH (INFA) in Ahlen. Erste Ergebnisse werden im August 2007 erwartet.

Verockerung geotextiler Filter in Deckwerken an Bundeswasserstraßen

Mittels Modellversuchen soll das Phänomen der Verockerung von geotextilen Filtern und Kornfiltern untersucht werden, um Abhängigkeiten der Verockerungsgefahr vom Grundwasserchemismus zu untersuchen und evtl. Konstruktionshinweise für verockerungsresistente Geotextilien oder entsprechende Bauweisen zu finden. Aufgabenstellung und Ziel Das Phänomen der Verockerung von geotextilen Filtern und Kornfiltern an Bundeswasserstraßen sollte mit Modellversuchen untersucht werden, um Abhängigkeiten der Verockerungsgefahr vom Grundwasserchemismus herauszuarbeiten und evtl. Konstruktionshinweise für verockerungsresistente Geotextilien bzw. Deckwerke zu finden. Parallel dazu erfolgte an Wasserstraßen mit bekannter Verockerungsgefahr eine Analyse der Milieubedingungen, u. a. die chemische und biologische Analyse des Grundwassers und der Filter. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Filter gewährleisten in ungedichteten Wasserstraßen einen Druckaustausch zwischen Grundwasser und Gewässer bei gleichzeitiger Verhinderung eines Bodenaustrages in die Deckschicht bzw. in das Gewässer bei hydraulischen Belastungen durch Strömungen und Wellen infolge Schiffsvorbeifahrt. Vor allem in tidebeeinflussten Wasserstraßen (Ems, Weser) gab es Probleme infolge Verockerung der geotextilen Filter, die zu einer deutlichen Verringerung der Durchlässigkeit der Filtervliese und dadurch zu Blasenbildung (Titelbild) und Behinderungen der Schifffahrt (Verwickeln in Schiffsschrauben) führten. Unter anderem deshalb erfolgte ein teilweiser Ersatzneubau der Deckwerke an der Tideems unter Einsatz von Kornfiltern. Die alternative Bauweise mit Kornfiltern ist deutlich unwirtschaftlicher als die Verlegung von geotextilen Filtern. Die Verbesserung des Verständnisses der Verockerung von Filtern liefert damit einen wichtigen Beitrag für die Weiterentwicklung dauerhafter Deckwerksbauweisen. Untersuchungsmethoden Die Bearbeitung des Themas erfolgte im Rahmen eines Forschungsverbundes der BAW mit der FH Münster und der RWTH Aachen. Dafür wurden folgende Arbeitsschritte abgearbeitet: - Literaturrecherche, Methodenentwicklung und Untersuchung von Insitu-Prozessen - Bestimmung und Qualifizierung der maßgeblichen Verockerungsparameter und Einflüsse - Planung der physikalischen Modellversuche - Versuche zur Entstehung und Wirkung von Verockerungsprodukten an geotextilen Filtern - Versuche zur Entstehung und Wirkung von Verockerungsprodukten an mineralischen Filtern - Untersuchung von Maßnahmen zur Reduktion der Verockerung - Erarbeitung einer Handlungsempfehlung

Hydroklima, Variabilität und Telekonnektionen im Bereich des tropischen Atlantik und Pazifik während des letzten Interglazials und des Holozäns - Erkenntnisse aus der Erdsystemmodellierung und Korallendaten (TAPIOLA)

Die Dynamik von Atmosphäre und Ozean in den Tropen stellt ein wichtiges Element des heutigen Erdsystems dar. Wie sich die Tropen jedoch unter anthropogenem Einfluss zukünftig verändern werden, unterliegt großen Unsicherheiten.Daher schlagen wir vor, aus der Paläoperspektive Warmzeiten des Klimas der Vergangenheit mithilfe des iCESM1.2-Erdsystemmodells zu untersuchen, welches explizit Wasserisotope simuliert. Das Design dieser Zeitscheibenexperimente ist auf verschiedene Abschnitte des letzten Interglazials und des mittleren bis späten Holozäns zugeschnitten und erlaubt es, die vom Modell simulierte Saisonalität und interannuelle Variabilität des Hydroklimas mit Daten aus einem einzigartigen Satz fossiler Flachwasserkorallen zu vergleichen. Diese wurden bei Bonaire (Südliche Karibik) gewonnen und liefern Informationen über Meeresoberflächentemperaturen (SST) und Variationen des hydrologischen Kreislaufs in vergangenen Warmzuständen.Die explizite Darstellung von Wasserisotopen im Modell erlaubt einen direkten Vergleich mit den Korallendaten und eine detailliertere Beschreibung des hydrologischen Kreislaufs in vergangen Warmphasen.Im letzten Interglazial folgte die aus Korallen angezeigte Saisonalität der SST in der Karibik der orbital angetriebenen Einstrahlung. Es wurde bisher kaum untersucht, wie interannuelle Variabilität auf unterschiedliche Nuancen interglazialen Antriebs reagiert und ob die Korallensignale auch dekadische Variabilität in der Karibik widerspiegeln. Hier erwarten wir neue Erkenntnisse aus der vom Modell simulierten Variabilität und eine erweiterte Interpretation des Hydroklima-Signals aus fossilen Korallen.Aus dem späten bis mittleren Holozän existieren fossile Korallen für sehr ähnliche Zeitabschnitte sowohl aus der Karibik als auch aus dem tropischen Pazifik, was großes Potential bietet, um die atmosphärische Brücke und die Kovariabilität zwischen den beiden Ozeanbecken aus Korallen- und Modellperspektive zu untersuchen.Die globalen Modellsimulationen werden neue Erkenntnisse zu interannueller Klimavariabilität in der Karibik und ihrer Kopplung mit dem tropischen Atlantik und Pazifik für vergangene Warmzeiten erlauben, was aus Korallendaten allein nicht möglich ist. Wir werden die Hypothese testen, dass das wichtigste Phänomen interannueller Klimavariabilität, das El-Niño/Southern-Oscillation-Phänomen (ENSO), und damit verbundene Fernwirkungen wesentlich zur interannuellen Klimavariabilität in der Karibik beitragen und die unterschiedlichen Ausprägungen von ENSO dabei von Bedeutung sind. Ferner sollen die Modellsimulationen genutzt werden, ENSO-Dynamik und ENSO-Fernwirkungen in vergangenen Warmzeiten zu untersuchen. Dies ist von großer Relevanz in Anbetracht der Unsicherheiten, wie ENSO und das tropische Hydroklima auf den zukünftigen Klimawandel reagieren werden.

Anbauwert von Hybrid- und Balsampappel-Klonen, Robine u.a. schnellwachsenden Gattungen für die Energieholznutzung

Um für die Standorte Baden-Württembergs Arten- und Sortenempfehlungen auf der Grundlage von Ertragsprognosen geben zu können, sollen 8 Pappel- bzw. Weiden-, 2 Aspen- und 2 Robiniensorten u. ggf. weiteren Arten an repräsentativen Standorten auf Energieholztauglichkeit geprüft werden. Die Anlage soll in 2 - 3 facher Widerholung erfolgen. Die Arten werden im 3 - 4 jährigen Umtrieb geerntet. Die Versuchsreihe wird in Zusammenarbeit mit dem LTZ Augustenberg, Aussenstelle Forchheim aufgebaut.

Umweltrecht und Umweltoekonomie

Im Modellversuch (1.07.91 - 30.06.95) wurde ein Weiterbildungsstudium fuer TeilnehmerInnen mit akademischem Abschluss und fuer TeilnehmerInnen mit berufspraktischen Erfahrungen in umweltrelevanten Taetigkeitsbereichen aufgebaut, die Institutionalisierung konnte aufgrund der starken Nachfrage nach Studienplaetzen zum 1.07.95 erfolgen. Seit 1995 besteht auch die Moeglichkeit, nur einen der beiden Bereiche Umweltrecht oder Umweltoekonomie zu belegen, die Zulassung erfolgt zu jedem Semester. Aufbauend auf den Veranstaltungen des Studienganges ist es seit 1996 ebenfalls moeglich, sog. Betriebsbeauftragten-Lehrgaenge zu besuchen, wodurch nicht nur das mittels des Studiums erworbene Universitaetszertifikat, sondern auch der praxisorientierte Nachweis an der Universitaet erworben werden kann.

Reaktion des Photosyntheseapparats in tropischen Pflanzen auf starkes sichtbares und ultraviolettes Licht

Das Vorhaben umfasst Untersuchungen der inhibierenden Wirkung von Sonnenstrahlung auf die Photosynthese in tropischen Pflanzen und deren Akklimatisation an ambiente Lichtbedingungen. Die Reaktion des Photosyntheseapparats auf natürlichen 'Lichtstress' in Schatten- und Sonnenblättern wird mittels verschiedener Messparameter analysiert. Insbesondere werden spezifische Filter für ultraviolettes Licht (UV-B und UV-A) angewandt, um die Reaktion der Blätter auf die solare UV-Strahlung zu untersuchen. Im Vordergrund der Messungen steht der CO2-Gaswechsel, da Studien mit artifizellem UV-Licht eine bevorzugte Inhibition der CO2-Assimilation durch UV-B gezeigt haben. Daneben werden Änderungen der Aktivitäten der Photosysteme II und I durch Chlorophyllfluoreszenz- bzw. Absorptionsmessungen erfasst. Die Akklimatisation von Schattenblättern an tägliche Sonnenexposition wird mehrere Wochen lang anhand der Zusammensetzung der Photosynthesepigmente und Anreicherung von UV-absorbierenden Substanzen verfolgt. Modellversuche mit Mutanten von Arabidopsis thaliana sollen klären, ob das im Xanthophyllzyklus gebildete Zeaxanthin und die assoziierte thermische Dissipation von Anregungsenergie zum Schutz des Photosystems I beiträgt. Die Sonnenexpositions-Experimente und physikalischen Messungen werden weitgehend am Smithsonian Tropical Research Institute in Panama in Kooperation mit Dr. K. Winter durchgeführt. Pigmentanalysen und Datenverarbeitung sowie die Untersuchung einer C4-Pflanzenart und der Arabidopsis-Mutanten erfolgen am Institut für Biochemie der Pflanzen in Düsseldorf.

Biokohle

Zurzeit ist die 'Biokohle' in aller Munde, und diese wird als Wunderstoff zur Steigerung und Stabilisierung der Bodenqualität angesehen. Eigene Modellversuche mit drei verschiedenen Böden ergaben, dass die Kohlen, bis auf eine Hydro-Thermal-Kohle (HTC) aus Eichenästen, recht stabil im Boden sind und dass diese dazu beitragen können, den Kohlenstoff im Boden zu sequenzieren. Die vielfach geäußerte Vorstellung, dass eine Biokohleapplikation die spezifische Adsorption von Phosphat reduziert, konnten wir in unseren Untersuchungen nicht bestätigen. Auf drei Standorten wird die Wirkung von Biokohle aus Holzhackschnitzel-Siebresten auf einer Löss-Parabraunerde in Rauischholzhausen, einem Sandboden in Groß-Gerau und einem Alluvium in Gießen in Feldversuchen geprüft. Die Versuche begannen im Frühjahr 2012 bzw. im Herbst 2012. Es hat den Anschein, dass die Biokohle die N-Effizienz zu Silomais aus der Löss-Parabraunerde zu fördern scheint, da die Erträge in den Varianten mit Biokohle über denen ohne Biokohle lagen. Auf dem Sandboden und auch auf dem Alluvium förderet die Biokohleapplikation weder von 15 noch von 30 t/ha den Ertrag von Körnermais, Winterweizen oder Sommergerste. Die Wassernutzung wurde auf dem Sandboden nicht durch Biokohle gefördert. Verbessert wurde aber die Nitratretention durch Biokohle. Um diese Mechanismen von Biokohle besser zu verstehen, untersucht Christian Koch in seiner von der Deutschen Bundesstiftung-Umwelt (DBU) geförderten Promotion, inwieweit durch verschiedene Herstellungstemperaturen die Eigenschaften von Biokohlen aus Fichtenrestholz, Landschaftspflegeheu und Nusshäutchen von Haselnuss beeinflusst werden. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Karbonisierungstemperatur die Sorption von Huminsäuren beeinflusst. Dagegen haben die Karbonisierungstemperaturen keinen Einfluss auf die von uns durchgeführten Versuche zur Nitratretention und Kationenaustauschkapazität (= Bariumsorption).

Forschergruppe (FOR) 1898: Mehrskalendynamik von Schwerewellen, Spontanes Ungleichgewicht (SI)

Schwerewellen (GWs) sind zu kleinskalig, um in den heutigen Wetter- und Klimamodellen aufgelöst zu werden. Sie müssen daher parametrisiert werden, da sie einen starken Einfluss auf die Dynamik der großen Skalen haben. Parametrisierungen existieren für orographisch und konvektiv erzeugte GWs, während für die GW-Quellen entlang großskaliger Jets noch keine etablierte Parametrisierung vorliegt. Die Quellen resultieren aus einer spontanen Imbalance (SI) der großskaligen quasi-geostrophischen Strömung. Die Untersuchung von Schwerewellenabstrahlung durch SI ist schwierig, da die GWs in ein sehr komplexes zeitabhängiges Strömungsfeld eingebettet sind, mit einer großen Zahl von interagierenden Prozessen. Auch die Validierung von Parametrisierungen wird dadurch erschwert. Daher kombinieren wir Theorie und numerische Modellierung mit ergänzenden Laborexperimenten. Laborexperimente garantieren eine Reproduzierbarkeit der betrachteten großskaligen Strömungssituation. Die direkte Korrespondenz zwischen den experimentellen Daten und den Modelldaten und die erwähnte Reproduzierbarkeit machen das Laborexperiment zu einem idealen Prüfstand für Parametrisierungen und für die Untersuchung klimarelevante Prozesse. Das differenziell beheizte rotierende Zylinderspalt-Experiment, welches an der BTU (Brandenburg Technische Universität Cottbus-Senftenberg) aufgebaut und betrieben wird, stellt die Referenzdaten für Benchmark-Simulationen an der GU-F (Goethe Universität Frankfurt) und dem IAP (Leibniz Institut für Atmosphärische Physik, Kühlungsborn) bereit. Dabei stehen Experimente im Vordergrund, die zeigen sollen, welche baroklinen Strömungen eine besonders ausgeprägte GW-Abstrahlung aufweisen. Ergänzend dazu werden idealisierte numerische Simulationen an der GU-F und dem IAP durchgeführt, um die Variabilität der GWs und den Abstrahlungsprozess zu untersuchen. Wichtig ist dabei, einen Zusammenhang zwischen verschiedenen großskaligen Strömungen und der mesoskaligen GW-Quelle herzustellen und diesen Zusammenhang mittels grob aufgelöster Wellenstrahlenmodelle zu validieren. Ziel ist es, eine skalenabhängige SI-Parametrisierung zu konstruieren. Diese Parametrisierung soll mit Hilfe der Labor-Referenzdaten validiert werden. Begleitet wird dies von einer Analyse grob- und feinaufgelöster Daten aus UA-ICON Simulationen. Schließlich soll die Parametrisierung an das Wellenstrahlenmodell MS-GWaM angekoppelt werden, welches in UA-ICON implementiert ist.

MINCA - MItigation der StickstoffbelastuNg auf der CAtchment-Skala

Die Intensivierung der Landwirtschaft und insbesondere der Einsatz von Düngemitteln ist der Schlüssel zur Ernährungssicherung einer wachsenden Weltbevölkerung. Der im Dünger enthaltene Stickstoff geht jedoch nicht nur in die pflanzliche Biomasse ein und wird schließlich geerntet, sondern wird auch als reaktiver Stickstoff (Nr) über verschiedene gasförmige und hydrologische Pfade in die Umwelt abgegeben. Dies führt zu gravierenden Umweltproblemen wie Eutrophierung, Treibhausgasemissionen oder Grundwasserverschmutzung. Wir gehen davon aus, dass wissenschaftlich fundierte Stickstoffminderungsstrategien es ermöglichen, die N2O- und NH3-Emissionen zu reduzieren und die NO3-Einträge in die Gewässer zu verringern, während die Erträge erhalten bleiben. Ziel des MINCA-Projekts ist daher die Etablierung eines gekoppelten, prozessbasierten hydro-biogeochemischen Modells zur Identifizierung von Feldbewirtschaftungsstrategien zu nutzen, die es ermöglichen, den Nr-Überschuss zu reduzieren und damit die N-Belastung in landwirtschaftlich dominierten Landschaften zu mindern. Unser besonderes Interesse gilt den Nr-Umwandlungsmechanismen an den Schnittstellen von Feldern, Grundwasser, Uferzone und Bächen. Um das derzeit begrenzte Verständnisses der zeitlichen und räumlichen hydro-biogeochemischen Flüsse bei der Nr-Transformation in der Landschaft zu überwinden, werden wir innovative Feldexperimente mit einem prozessbasierten Modellierungsansatz kombinieren. Der N-Zyklus in hydro-biogeochemischen Modellen ist jedoch komplex und die Validierung der zugrunde liegenden Prozesse datenintensiv. Die Messungen werden daher auf vier verschiedenen landwirtschaftlichen-, einem Grünland- und einem Waldgebiet durchgeführt. MINCA besteht aus vier eng miteinander verbundenen Arbeitspaketen (WP). In WP1 werden bereits laufende Messung der Wasser- und Stickstoffflüsse im Vollnkirchener Bach Studiengebiet beschrieben. Die bereits relativ umfangreichen kontinuierlichen Messungen, z.B. N2O-Emissionen, Bodenfeuchte, Abfluss und Gewässerqualität, sollen durch weitere Messungen wie NO3-Auswaschung und -Konzentrationen, saisonale Blattflächenindices, Erträge, Biomasse und deren C- und N-Gehalt ergänzt werden. Zusätzlich werden 15N2O und 15NO3 Isotopomer in Feldkampagnen gemessen. Komplexe Messungen für Modellversuche in WP1, modellbasierte hochskalierungs-Methoden im Rahmen von WP2 und Parameterreduktion, Unsicherheitsanalyse und Prozessplausibilitätsprüfung von WP3 erlauben es uns zu erkennen, wann und wo N-Belastung in der Landschaft auftreten. Dieses vertiefte Wissen wird die Grundlage für die Entwicklung von wissenschaftlich fundierten Mitigationsszenarien im WP4 bilden. Das gekoppelte Modell wird im Echtzeit-Modus ausgeführt, um die vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft erstrebten Zielwerte von reduziertem Nr-Überschuss zu erreichen. Maßgeschneiderte in-situ-Experimente zu N2O-Emissionen und NO3-Auswaschung werden die Wirksamkeit des Minderungspotenzials aufzeigen.

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