Durch Sinkstoffakkumulation gebildete ästuarine Trübungszonen in der Wassersäule und am Boden sind ein allgegenwärtiges Phänomen in Gezeitenästuaren. Die prinzipielle Dynamik ästuariner Trübungszonen ist schon vor einigen Jahrzehnten verstanden worden: Im Bereich von Salzgradienten entlang der Ästuare wird ein landwärtiger Netto-Sinkstofftransport angetrieben, während der Sinkstofftransport im Süßwasserbereich typischerweise seewärts gerichtet ist, was insgesamt zu konvergenten Sinkstofftransporten am landwärtigen Ende der Salzintrusion und dort zu Sinkstoffakkumulation und damit zur klassischen ästuarinen Trübungszone führt. Im Falle von sehr intensiven Gezeiten, bei denen die Flutströmung stärker aber kürzer als die Ebbströmung ist, kann auch im Süßwasserbereich ein landwärts gerichteter Sinkstofftransport erzeugt werden, der zu einer Sinkstoffakkumulation im Süßwasserbereich und somit zu einer Trübungszone im (salzfreien) Gezeitenfluss führen kann. Ein kürzlich vom Antragsteller und Kollegen erstellter Bericht zum Stand der Forschung deckt allerdings erhebliche Wissenslücken im Bereich der Dynamik ästuariner Trübungszonen auf.Ein Schwerpunkt des vorgeschlagenen Projektes soll die Erweiterung der Total Exchange Flow (TEF) genannten Analyse-Methode in Richtung Sinkstoffflüsse werden (Q1). Mit TEF und weiteren Analysemethoden sollen die folgenden wichtigen Forschungsfragen beantwortet werden. Q2: Wie wechselwirken die schnelle Sinkstoffdynamik in der Wassersäule und die langsame Dynamik der Sinkstoffe am Boden und wie ergeben sich daraus die Positionen der Trübungszonen? Q3: Welches sind die Anpassungszeitskalen der Sinkstoffdynamik und der Ausbildung von Trübungszonen unter wechselnden hydrodynamischen Bedingungen? Q4: Welches sind die Anteile fluvialer und mariner Sinkstoffklassen in ästuarinen Trübungszonen? Um diese Fragen zu beantworten, wird ein numerisches Modellabor aufgebaut, bestehend aus einen dreidimensionalen Modell eines konvergenten Ästuars. Die Modellkonfiguration wird so kalibriert, dass sie multi-dekadische Beobachtungsdaten von Salz- und Sinkstoffprofilen entlang der Unterelbe und der Schelde reproduzieren kann. Das numerische Labor wird zunächst dazu verwendet, um systematisch die Sensitivität der Dynamik der Trübstoffzonen von über mehrere Dekaden beobachteten Antriebsbedingungen in der Unterelbe und der Schelde zu untersuchen. Anschließend werden Szenarios mit idealisierten Antriebsbedingungen untersucht, um die oben genannten Forschungsfragen für einen multi-dimensionalen Parameterraum zu beantworten.
Wissenschaftler sowie Politiker erwägen die regionale Verwendung von Marine Cloud Brightening (RegMCB) als mögliche Solar Radiation Management Technologie um die Erderwärmung durch anthropogene Treibhausgase gezielt zu verlangsamen. Während theoretische Arbeiten bezeugen, dass dieser Ansatz prinzipiell einen kühlenden Effekt im Klimasystem erzeugen kann, verbleiben enorme Unsicherheiten bezüglich der Wirksamkeit und der potentiellen Auswirkungen dieses Ansatzes. Dennoch werden erste MCB Feldexperimente in Australien bereits durchgeführt und sind auch in anderen Ländern in der Planung.Der aufhellende Effekt in marinen Wolken durch die kontinuierliche Emission von Seesalz in die untere Troposphäre ist bis heute nur hinreichend verstanden. Der Grad der Wirksamkeit dieser Technologie basiert hauptsächlich auf entweder hoch-aufgelösten Modellrechnungen, welche räumlich und zeitlich stark eingeschränkt sind, oder auf globalen Klimamodellrechnungen, welche auf stark vereinfachten Annahmen über den Ausstoß von Seesalzpartikeln basieren. Diese Lücke zwischen bisher verwendeten Modellansätzen werden wir innerhalb dieses Forschungsantrags schließen. Mit Hilfe von Simulationen von möglichen MCB Strategien innerhalb des Kalifornischen Stratocumulus Wolkendecks, werden wir den Wirksamkeitsgrad dieser Technologie unter realistischen Annahmen quantifizieren, und gleichzeitig potentielle Auswirkungen auf der regionalen Skala identifizieren und quantifizieren können.Innerhalb dieses Projektes werden wir eine vereinfachte Version von ICON-HAM, einem Klimamodell mit einer umfassenden Parametrisierung der Aerosolmikrophysik inklusive Strahlungskopplung und Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen, entwickeln und verifizieren. Unser Modellansatz beinhaltet die volle Komplexität ICON-HAMs für Seesalzgrößenverteilungen während alle anderen Aerosolspezien mit konstanten Hintergrundkonzentrationen vorgeschrieben werden. Diese Modellversion wird wir mithilfe von Beobachtungen des Kalifornischen Stratocumulus Wolkendecks verifiziert werden. Das Kalifornische Deck ist eins der vier subtropischen Stratocumulusregionen weltweit und ist im Vergleich zu den anderen Decks am umfassendsten vermessen und verstanden. Innerhalb von RegMCB werden wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen welche uns helfen werden den Wirksamkeitsgrad und die Grenzen dieser Technologie zu quantifizieren. Innerhalb dieses Antrages werden erstmals Simulationen durchgeführt welche auf realistischen MCB Szenarien basieren und die nötige Komplexität beinhalten Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen korrekt abzubilden. Gleichzeitig tragen die hier vorgeschlagenen Arbeiten zu einer Verbesserung unseres Verständnisses und der Repräsentation von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in marinen Stratocumuli allgmein bei.
In Folge des globalen Klimawandels hat sich die Meereisdecke in der Arktis dramatisch verändert. Im derzeitigen Zustand spielt die arktische Eisdecke eine wichtige Rolle; so schirmt sie das Oberflächenwasser, die sogenannte arktische Halokline (Salzgehaltsschichtung), von der Erwärmung durch die sommerliche Sonneneinstrahlung ab. Zudem wird die Halokline durch die Salze, welches beim Gefrierprozess des Meerwassers aus der Kristallstruktur austritt, gebildet und stabilisiert. Gleichzeitig wirkt die Halokline als Barriere zwischen der Eisdecke und dem darunter liegenden warmen atlantischen Wasser und trägt so zum Erhalt der arktischen Meereisdecke bei. Dieses Gleichgewicht ist nun durch die insgesamt wesentlich dünnere arktische Meereisdecke und ihre verringerte sommerliche Ausdehnung gestört. Im Meerwasser sind zudem Gase und biogeochemisch wichtige Spurenstoffen enthalten. Diese werden durch die Gefrierprozesse eingeschlossen, beeinflusst und wieder ausgestoßen. So beeinflusst die Meereisdecke die Gas- und Stoffflüsse zwischen Atmosphäre, Eis und oberer Wasserschicht. Durch die Eisbewegung findet außerdem ein Transport statt z.B. in der sogenannten Transpolarendrift von den sibirischen Schelfgebieten, über den Nordpol, südwärts bis ins europäische Nordmeer. Nun wird mit den weitreichenden Veränderungen des globalen und arktischen Klimawandels bereits von der „neuen Arktis“ gesprochen, da angenommen wird, dass sich die Arktis bereits in einem neuen Funktionsmodus befindet. Dabei ist jedoch weitgehend unbekannt wie dieses neue System funktioniert, sich weiterentwickelt und wie sich dies auf die Eisbildungsprozesse und damit die Stabilität der Halokline und die damit verbundenen Gas- und Stoffflüsse auswirkt. Für solche Untersuchungen werden über den Jahresverlauf Proben der oberen Wassersäule und der Eisdecke benötigt. Ermöglicht wird dies durch die wissenschaftliche Initiative MOSAiC. Mithilfe der stabilen Isotope des Wassers (?18O und ?D) aus dem Eis und der Wassersäule kann Rückschlüsse auf die Herkunftswässer und den Gefrierprozess gezogen werden und diese Ergebnisse sollen in direkten Zusammenhang mit Gas- und biogeochemischen Stoffuntersuchungen (aus Partnerprojekten) gesetzt werden. Dabei können z.B. Stürme, Schmelzprozesse, Schneebedeckung, Teichbildung und Alterungseffekte des Eises eine Rolle spielen. Untersucht wird parallel die Veränderung der Wassersäule welche z.B. durch Wärmetransport, wiederum die Eisdecke beeinflussen kann.Diese prozessorientierten Untersuchungen der saisonalen Eisbildungsprozesse in Eis und Wassersäule der zentralen Arktis, werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Stabilität der arktischen Halokline und der arktischen Gas- und Stoffflüsse liefern. Da sich die Gase und Stoffe nicht-konservativ verhalten, während die Isotope im Gefrierprozess konservativ sind, erwarten wir aus der Diskrepanz wiederum wichtige Informationen z. B. über wiederholtes Einfrieren von Süßwasserbeimengungen ableiten zu können.
Die Verwendung von Salzschmelzen als Wärmespeicher und Wärmeträgermedium in CSP-Kraftwerken bietet das Potenzial für höhere Betriebstemperaturen im Solarfeld, bringt aber auch technische Herausforderungen mit sich. Das ADVIAMOS-Konsortium konzentriert sich auf salzschmelzenspezifische Aspekte beim Betrieb von Parabolrinnen- und Zentralreceiver-Anlagen mit dem Ziel, die Betriebs- und Wartungsabläufe zu verbessern und damit die Kosten zu senken. Die Partner verfolgen einen mehrstufigen Ansatz, der von Aspekten der Materialien und Komponenten bis hin zur Systemebene reicht. BrightSource und Solarlite, zwei weltweit führende Anbieter von kommerziellen CSP-Systemen, bringen ihre Erfahrungen bei der Entwicklung, der Installation und dem Betrieb von Solarturm- bzw. Parabolrinnen-CSP-Anlagen ein. BrightSource wird spezielle Beschichtungsmuster zur Verfügung stellen, die in den vom DLR in Auftrag gegebenen Power Towers verwendet werden, und steht beratend zur Seite. Zusammen mit Ductolux, die den Bereich der Prozesssteuerung abdeckt, und Steinmueller Engineering, die ihr Know-how über maßgeschneiderte Dampferzeugungssysteme einbringen, deckt das Konsortium alle Aspekte des industriellen Betriebs von CSP mit Salzschmelze ab. Die Industriepartner schließen sich mit zwei Universitäten, der Universität von Extremadura und der Universität Complutense de Madrid, und einer großen Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, dem DLR, zusammen, die über komplementäres Know-how zu den Grundlagen und Technologien der Salzschmelze verfügen. Gemeinsam mit der Universität von Évora verwaltet und betreibt das DLR die Évora Molten Salt Platform (EMSP). Diese einzigartige Konstellation ermöglicht es den Projektpartnern, gemeinsam entscheidende Aspekte beim Betrieb von CSP-Systemen auf der Basis von Salzschmelze anzugehen, von Materialaspekten wie Salzdegradation und Korrosion bis hin zu Aspekten auf Systemebene wie verbesserte Prozesskontrolle und Automatisierung.
Für den im Gesamtprojekt geplanten schwimmenden Wasserstofferzeuger mit Speicherung des Wasserstoffs in LOHC wird untersucht welchen Einfluss die Wellenbewegungen bzw. die Bewegung der Plattform auf das Betriebsverhalten des Hydrierreaktors hat. Dazu wird ein vereinfachter Labor-Hydrierreaktor auf einer maschinell schwenkbaren Plattform aufgebaut, betrieben und auf seine Leistungsfähigkeit und die Stabilität des Betriebsverhaltens hin untersucht. Sollten sich negative Einflüsse der Bewegung auf die Leistungsfähigkeit und Betriebsstabilität ergeben werden strömungsregulierende Einbauten in den Reaktor auf ihre Wirksamkeit untersucht. Weiterhin wird der Einfluss von Verunreinigungen im LOHC, wie sie unter Offshore-Bedingungen zu erwarten sind, untersucht. Die zu betrachtenden Verunreinigungen sind im wesentlichen Wasser und Natriumchlorid, die durch Verschleppungen beim Transport und Umschlag des LOHC auf See in das System gelangen können. Es wird sowohl der Einfluss der Verunreinigungen auf die Leistungsfähigkeit des verwendeten Katalysators als auch auf die mögliche Bildung von Nebenprodukten untersucht. Diese Untersuchungen werden in enger Zusammenarbeit mit den Arbeitspaketen zur Simulation der Fluiddynamik im Reaktor und zur Bewegung der Plattform durchgeführt. In weiteren Arbeitspaketen wird anhand der zu erzielenden Leistung der Gesamtanlage die Kennzahlen des LOHC-Anlagenteils ermittelt und eine Grobauslegung des Hydrierreaktors durchgeführt. Des Weiteren wird die LOHC-Anlage in die Gesamtanlage integriert, ganz besonders soll hierbei die anfallende Wärmeleistung des Hydrierreaktors zum Betrieb der Gesamtanlage genutzt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Anlagenplanung ein, die letztlich in das finale Design eines 5 MW-Prototypen mündet.