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Modellversuch Hochwasserrückhaltebecken Bärenstein

Im Rahmen des Hochwasserschutzkonzeptes Nr. 5 (Verbesserung des Hochwasserschutzniveaus im Müglitztal) beabsichtigt der Betrieb Oberes Elbtal der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen die Errichtung eines ökologisch durchgängigen Hochwasserrückhaltebeckens (HRB). Im Osterzgebirge, ungefähr 5,0 km südlich der Ortslage Glashütte, wird dazu ein begrünter Steinschüttdamm mit Asphaltkerndichtung geplant, welcher die Biela im Hochwasserfall noch oberhalb der Mündung in die Müglitz stauen soll. Im Modellversuch sollen zwei Anlagenteile auf ihre hydraulische Leistungs- und Funktionsfähigkeit getestet werden, der Gewässerdurchlass sowie die Hochwasserentlastungsanlage (HWE). Zur Durchleitung der Biela dient ein (b x h) 4,0 x 4,5 m, mit natürlichem Sohlsubstrat versehener Durchlass, der im Hochwasserfall verschlossen werden kann. Während eines Hochwasserereignisses wird stattdessen das Wasser über eine Bypassleitung mit integrierter Gegenstromtoskammer in Dammmitte abgeführt und über ein Wehr wieder in den Gewässerdurchlass eingeleitet. Der Abfluss der Bypassleitung wird über zwei parallel angeordnete Betriebsschützen geregelt. Im Modellversuch (Teilmodell 1) wird die im Damminneren angeordnete Gegenstromtoskammer im Maßstab 1:12 nachgebildet, untersucht und optimiert. Das Teilmodell 2 ist eine im Maßstab 1:20 verkleinerte Nachbildung der geplanten HWE, einer einseitig angeströmten Hangseitenentlastung, bestehend aus dem Einlaufbauwerk, der Sammel-, Übergangs- und Schussrinne, dem räumlichen Tosbecken sowie dem Unterwasserbereich.

Studie zur Produktion von Strohlehmsteinen

Lehmbauweisen sind die aeltesten Massivbauweisen der Welt. Vor allem in den Gegenden, in denen reichhaltige Tonvorkommen und Sande vorhanden sind, wurden in Europa bis in das 19. Jahrhundert hinein luftgetrocknete Lehmsteine fuer sehr preiswerte Wohn- und Nutzbauten eingesetzt. Erst mit der Einfuehrung der industriellen Brenntechnik wurden die Lehmsteine zunehmend durch gebrannte Ziegel abgeloest. In den letzten 20 Jahren erweckte die Lehmbauweise in Deutschland erneut das oeffentliche Interesse. Als natuerlicher Baustoff, der nur geringe Energieressourcen verbraucht, fanden die luftgetrockneten Lehmsteine besonders im Zuge der biologisch-oekologischen Bewegung bei Ingenieuren und Architekten zunehmend Beachtung. Es zeichnen sich dabei zwei Einsatzfelder fuer luftgetrocknete Lehmsteine ab: Neubau bzw. Restaurierung vornehmlich von Fachwerkbauten. Die Vorteile der Lehmbauweise fuer Mensch und Umwelt liegen auf der Hand. So koennen beispielsweise Strohleichtlehmsteine aus regional vorkommenden, nachwachsenden Rohstoffen energie- und umweltschonend hergestellt werden. Darueber hinaus zeichnen sich Lehmhaeuser durch ein hervorragendes physiologisches Raumklima aus. Die Studie 'Produktion von Strohlehmsteinen' soll im Sinne einer Pilotstudie die Voraussetzungen zur Fertigung, Qualifikation und Vermarktung von Strohlehmsteinen aufzeigen. In einer Modellentwicklung werden Chancen fuer die technische und wirtschaftliche Realisierung der Lehmbauweisen dargestellt. Fuer die Bearbeitung der Studie wird eine interdisziplinaere Zusammenarbeit der Fachhochschule Stralsund, Fachbereich Maschinenbau und der Fachhochschule Neubrandenburg, Fachbereich Bauingenieurwesen gemeinsam mit der Oekologischen Beschaeftigungsinitiative Krummenhagen e.V. (OeBIK) durchgefuehrt.

Nachhaltige Biomasseproduktion im Meer: Machbarkeitsstudie zur offshore-Kultur von Makroalgen für eine landseitige Verwertung

Zielsetzung und Anlass: Die Eutrophierung stellt eine der größten ökologischen Bedrohungen der Ostsee dar, was sich aktuell in einer riesigen Todeszone (Sauerstoffmangel) am Meeresboden der tiefen Becken wiederspiegelt. Deshalb soll in dieser Machbarkeitsstudie eine nachhaltige marine Biomasse-Produktion des Blasentangs (Fucus vesiculosus) in Freilandversuchen in der Ostsee durchgeführt werden, um mit Hilfe dieser Makroalge eine Abreicherung von überschüssigen Nährstoffen herbeizuführen. In mehreren Schritten werden wir untersuchen inwiefern eine Hochskalierung vom Labor- zum offshore-Maßstab möglich und wie groß das Potenzial von großflächigen offshore-Freilandkulturen von Makroalgen ist. Weiterhin untersuchen wir ob die Biomasse umweltschonend produziert und als Wertstoff (Kosmetik), organischer Dünger, und/oder Biogas-Rohstoff (Energieträger) genutzt werden kann. Das Gesamtziel des Vorhabens in diesem Konsortium ist somit die Beurteilung der Chancen und Möglichkeiten von großflächigen Makroalgen-Freilandkulturen hinsichtlich: I. Schaffung eines regional möglichst geschlossenen Nährstoffkreislaufs zur Reduzierung der Nährstoffanreicherung in der südwestlichen Ostsee, II. Produktion von nachhaltigen Rohstoffen ohne dünge-, pflanzenschutz- und wasser-intensiven Landverbrauch, sowie III. Prüfung zusätzlicher Ertragsmöglichkeiten für Fischer und Einsparmöglichkeiten für Landwirte. Das vielfältige Potenzial der Ökosystemdienstleistungen von Blasentang-Freilandkulturen wird somit erstmalig experimentell in der Ostsee untersucht, und trägt zu den UN Nachhaltigkeitszielen bei. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und regionalen Stakeholdern (Fischer, Windparkbetreiber, Landwirte, Anlagenbetreiber für Biogas) durchgeführt. Arbeitsschritte und Methoden: Während der Projektdauer von drei Jahren bearbeiten wir vier Schwerpunkte: I. Kultivierung, II. Biomassecharakterisierung, III. Ernte und IV. Nutzung des Blasentangs. I. die bereits etablierte Nachzucht von Blasentang auf für die Freilandkultur geeignete Substrate wird optimiert. Danach wird die gut funktionierende Algenkultivierung vom Labor- und Mesokosmen-Maßstab zu mittleren Feldkulturen in der Eckernförder Bucht ( Prototyp einer Offshore-Kultur) heraufskaliert. Während all der Stufen der Hochskalierung werden die Effekte auf die Umwelt (abiotisch: Nährstoffgehalte, Sauerstoffkonzentration, pH; biotisch: Biodiversität organismisch und per eDNA) detailliert untersucht. Weiterhin soll die Zusammenarbeit mit Fischern und Windanlagenbetreibern als auch Genehmigungsbehörden (BSH, LLUR etc.) als Stakeholdern in Anspruch genommen werden, zu denen bereits intensive Kontakte bestehen. II. Die erzeugte Blasentasng-Biomasse wird ökophysiologisch und biochemisch charakterisiert, um bspw. Überlebensgrenzen, optimale Erntezeitpunkte und vielversprechende Wertstoffe zu identifizieren. III. Die Erntemethodik und Erstbehandlung an Land muss sorgfältig untersucht werden. Hier ist zum einen die Expertise von Fischern gefragt, die zumindest partiell von Fischfang auf die Wartung der Algenkulturen und die Algenernte umsteigen wollen. Der Schwerpunkt liegt auf der Nutzung der Biomasse an Land. Eine energieaufwändige Trocknung soll als Vorbehandlung vermieden werden. IV. Aus den biochemischen Analysen unter II. lassen sich bereits interessante Wertstoffe (Naturstoffe) z.B. für die kosmetische Industrie ableiten. Ansonsten ist die einfachste und bereits bewährte Nutzungsmöglichkeit das Einarbeiten der Algenbiomasse nach vorheriger Extraktion von Wertstoffen als Ersatz für mineralische Kunstdünger. Vor einer großflächigen und langfristigen Nutzung der Algenbiomasse als natürlicher Mineraldüngerersatz muss deren Belastung mit Schadstoffen, z.B. Schwermetallen, geprüft werden. (Text gekürzt)

Digital unterstützte Erweiterung der bioökonomischen Wertschöpfung aus der Arzneipflanze Johanniskraut (Hypericum sp.), Teilprojekt C

Ökologische Interaktionen zwischen Zoo- und Phytobenthos der Polarmeere unter Berücksichtigung von Abwehrmechanismen gegenüber Fraßdruck

Benthische Makroalgengesellschaften des Nordpolarmeeres bieten vielen Evertebraten Lebensraum, Kinderstube, Schutz und Nahrung. Die zugrundeliegenden ökologischen Interaktionen zwischen Zoo- und Phytobenthos der Arktis sind im Gegensatz zu gemäßigten und tropischen Regionen wenig bekannt. Das Projekt untersucht deshalb erstmalig biologische und chemische Interaktionen zwischen Evertebraten und Makroalgen auf Spitzbergen (KoldeweyStation) unter Berücksichtigung von Abwehrmechanismen gegenüber Fraßdruck. Zu Beginn sollen Freilanduntersuchungen (Taucharbeiten) zur qualitativen und quantitativen Erfassung der mit Makroalgen assoziierten Evertebraten durchgeführt werden, um gezielt herbivore Tiere in anschließenden Fütterungsversuchen als Generalisten, Generalisten mit Präferenz oder Spezialisten zu identifizieren. Ergänzende Biotests dienen dazu, Hinweise auf strukturelle und/oder chemische Eigenschaften der Pflanzen zu erhalten, die den unterschiedlichen Fraß der Herbivoren an verschiedenen Makroalgen-Arten beeinflussen. Von besonderem Interesse sind Untersuchungen zum chemischen Schutz der Algen gegen Fraß, in denen der zugrundeliegende Wirkmechanismus und die chemische Struktur von wirksamen Sekundärmetaboliten in Kooperation mit Naturstoffchemikern bearbeitet werden sollen.

PRIMA - Kooperationsprojekt Oli4food: Mikrobiologische Ressourcen für eine nachhaltigere Olivenöl Herstellung und eine gesündere mediterrane Ernährung: Vom Abfallprodukt zum funktionalen Lebensmittel

Die Biosynthese der pflanzlichen Cellulose

Cellulose stellt den am häufigsten vorkommenden Naturstoff unseres Planeten dar. Mit einer pflanzlichen Weltjahresproduktion von ca. 180 Milliarden Tonnen (Engelhardt, j. Carbohydr. Eur. 12, 5-14 (1995)) ist Cellulose der bedeutendste nachwachsende Rohstoff. Dieses Biopolymer findet außer in der Papier-, Pharma- und Textilindustrie in vielen anderen Bereichen (z.B. Medizin, Kosmetik, Kunststoff-Industrie) reichliche Verwendung. Trotz der großen wirtschaftlichen Bedeutung und über drei Jahrzehnten intensiver Forschung ist bisher nicht bekannt, wie Cellulose in der Pflanze gebildet wird. Informationen über die Gene und die dazugehörigen Enzyme, die die Cellulose synthetisieren, würden neue Möglichkeiten eröffnet bis hin zu transgenen Pflanzen mit erhöhtem Cellulosegehalt, einer verbesserten Qualität, aber auch der Entwicklung ganz neuer Herbizide, die gezielt die Cellulosebiosynthese z. B. von Unkräutern inhibieren können. Die Zielsetzung dieses Projektes ist es, die Proteine die an der Cellulosesynthese beteiligt sind, unter Aktivitätserhalt zu isolieren und zu charakterisieren sowie die entsprechenden Gene zu identifizieren, um so erstmals den molekularen Mechanismus der pflanzlichen Cellulosebiosynthese aufzuklären.

Biologischer Abbau technisch relevanter Polymere und synthetischer Polymere

Polymere stellen eine sehr umfangreiche Gruppe chemischer Verbindungen dar, die verschiedenen Stoffklassen angehoeren. Sie kommen in aussergewoehnlich grossen Mengen in unserer Biosphaere vor. Es handelt sich dabei um Substanzen, die aus solchen Molekuelen aufgebaut sind, in denen eine Art oder mehrere Arten von Atomen oder Atomgruppierungen wiederholt aneinandergereiht sind. Polymere sind auch Hauptbestandteil der Kunststoffe. Hierbei handelt es sich um Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten oder durch biotechnologische Produktion entstehen. Der Abbau von Polymeren in Kunststoffen sowie von natuerlichen und synthetischen Kautschuken durch Bakterien und Pilze ist auf biochemischer und molekularer Ebene bisher wenig erforscht worden. Ein Verstaendnis der ablaufenden Vorgaenge koennte dazu beitragen, biotechnologische Verfahren zu entwickeln, solche polymeren Werkstoffe und Verpackungsmaterialien zu entsorgen oder in wiederverwertbare Substanzen zu ueberfuehren. Fuer wasserloesliche, technisch relevante Polymere ist die Kenntnis und ein Verstaendnis des Abbaus besonders wichtig, weil diese meist nicht rezyklisiert oder deponiert werden koennen. Darueber hinaus tragen Kenntnisse ueber die biologischen Abbaumechanismen dazu bei, polymere Materialien zu entwickeln, die gegenueber einem Abbau inert sind und die fuer besonders langlebige Anwendungen geeignet sind. Die am Abbau von aus Biosynthesen hervorgegangenen Polyamide, Poly(aepfelsaeure) und Naturkautschuk beteiligten Proteine sollen charakterisiert und deren Strukturgene kloniert werden. Daneben zielen Untersuchungen auch auf die Aufklaerung des mikrobiellen Abbaus synthetischer Polymere wie zB Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol oder Polyacrylsaeure sowie synthetischer Kautschuk ab.

ERA-NET EUPHRESCO: Multiplex-Lockstoffe und Fallen zur Überwachung invasiver Forstschädlinge (MULTITRAP)

Das frühe Auffinden invasiver Forstschadinsekten ist für den Erfolg von Tilgungsmaßnahmen von hervorragender Bedeutung. Wird ein Befall nicht binnen kurzer Zeit nach der Einschleppung entdeckt, kann sich ein Schadinsekt etablieren. Das Insekt kann selbst massive Schäden an Gehölzen verursachen, wie dies etwa beim Asiatischen Laubholzbockkäfer (invasiv in einigen Ländern Europas und Nordamerika) oder dem Asiatischen Eschenprachtkäfer (invasiv in Nordamerika und dem Europäischen Russland) der Fall ist, oder als Vektor für gefährliche Krankheitserreger fungieren, wie z.B. Monochamus-Arten für den Kiefernholznematoden, Verursacher der Kiefernwelke (Iberische Halbinsel und Ostasien). Die meisten dieser Schadinsekten sind mit bestimmten Einschleppungswegen, wie Rundholz, Holzverpackungsmaterial, oder Pflanzenmaterial verbunden. Entsprechend lassen sich Hochrisikogebiete, wie rund um Handelshäfen, Importbetriebe (für Steine, Holz, etc.) oder Baumschulen identifizieren. Ziel des EUPHRESCO-Projektes ist, verbesserte Techniken zur Überwachung mittels Lockstofffallen in den Mitgliedsstaaten zur Verfügung zu stellen. Der Focus liegt dabei auf als sehr gefährlich eingestuften Arten holz- und rindenbrütender Käfer. Die Ergebnisse aus dem Projekt sollen Basis für effiziente Überwachungsprogramme einer möglichst großen Zahl von Arten sein, in denen Fallen mit spezifischen sowie mit generalistischen Lockstoffen eingesetzt werden. Die spezifischen Ziele sind: - Zusammenstellung der verfügbaren Fallensysteme sowie Lockstoffe, sowohl auf Basis pflanzenbürtiger Volatile als auch Pheromonen oder Kairomonen - Beurteilung der Effizienz und des möglichen Einsatzbereiches der unterschiedlichen Fallen und Lockstoffe - Testen von generalistischen Multiplex-Lockstoff Systemen im Vergleich zu spezifischen Systemen - Aufzeigen von Problemen des Falleneinsatzes in Hochrisikogebieten und Erarbeitung von Lösungsansätzen - Entwicklung von international abgestimmten Methoden zum effizienten Monitoring für mehrere Schädlingsarten. Dazu wird das Gesamtprojekt in drei Arbeitspakete aufgeteilt, zu denen jeweils alle Projektpartner Beiträge leisten.

Teilprojekt 4, Teilprojekt 2

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