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Optimierung der Produktivität bei der Herstellung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen durch die Implementierung des Laserstrahlschweißens im Vakuum, Teilvorhaben: Prozessentwicklung und mechanisch-technologische Eigenschaften der LaVa-Schweißverbindungen

Die Energiewende ist die forderndste Aufgabe der Bundesregierung für die nächsten Jahrzehnte. Um bis 2050 klimaneutral zu werden, muss der Anteil der erneuerbaren Energien weiter ausgebaut werden. Wichtige Bestandteil dieser Strategie sind hochleistungsfähige Offshore Windenergieanlagen (OWEA). Die verfügbaren Produktionskapazitäten sind allerdings mit den bereits geplanten OWEA-Projekten voll ausgelastet. Da die maximale Produktivität konventioneller Schweißverfahren wie dem Unterpulverschweißen erreicht ist, kann eine nennenswerte Produktivitätssteigerung nur durch echte Innovationen wie der Substitution der konventionellen Verfahren durch Hochleistungsverfahren wie dem Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) erreicht werden. Die Implementierung der LaVa-Technologie verspricht einen signifikanten Produktivitätsgewinn und großen Wettbewerbsvorteil. Da bisher noch keine industrielle Anwendung im Dickblechbereich für das Laserstrahlschweißen im Vakuum existiert, muss innerhalb des Projektes eine neuartige Schweißanlage für das Fügen von Dickblech zur Herstellung von Monopiles konzipiert und umgesetzt werden. Den größten Umfang nimmt dabei die Qualifizierung des Verfahrens ein, da im Offshore Bereich sehr hohe Anforderungen an die Schweißnähte gestellt werden. Dazu gehört unter anderem das Erreichen sehr hoher Zähigkeitswerte der Schweißverbindungen. Im Dickblechbereich kommt es aufgrund der Fertigungstoleranzen zu großen Spalten zwischen den zu verschweißenden Blechen. Das gemeinsame Teilziel der Bauteilhandhabung sowie der Schweißtechnik ist demnach die Optimierung der Vorrichtungen und Verfahren im Hinblick auf die Kantenvorbereitung, Blechpositionierung sowie Spaltüberbrückbarkeit des Schweißprozesses, um anforderungskonforme und defektfreie Schweißverbindungen zu erzeugen. Das weitere Ziel der Nachweis der strukturellen Integrität der geschweißten Einzelrohrschüsse. Der Projektabschluss wird mit der Fertigung von Demonstratoren im Realmaßstab erreicht.

Nachbewilligung zur Dritten Phase des Projektes: Entwicklung eines zweistufigen biologischen Verfahrens zur Reinigung von Deponiesickerwasser und industriellen Abwässern mit komplexen Stoffgemischen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel der letzten Projektphase war es, mit einer Langzeit-Praxiserprobung das zweistufige biologische Verfahren zur Deponiesickerwasserreinigung als Stand der Technik zu etablieren und zu bilanzieren. Nach der Inbetriebnahme des Technikums am Deponiestandort Schöneiche ging es in der zwölfmonatigen Laufzeit des Projektes AZ 14996/04 in den Langzeitversuchen um die Validierung der Laborergebnisse im technischen Maßstab, die verfahrenstechnische Optimierung der Anlage und um eine damit verbundene mögliche Kostenreduzierung des Systems. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Nach dem ersten Technikums-Probebetrieb wurde eine Reihe von Optimierungsmaßnahmen durchgeführt: - der Umbau des Rohsickerwasserzulaufs, - die Verwendung von Soda statt Bicarbonat für die Ammoniumoxidation in Reaktor 2, - der Einsatz von Membrandosierpumpen mit integrierten Rückschlagventilen für die Zugabe von Soda und Essigsäure, - der Einbau von zusätzlichen Polyurethan-Festbetten zur Vergrößerung der Oberfläche für die Besiedlung mit Mikroorganismen, - die Einstellung des Sollwerts für Reaktor 4 auf einen pH-Wert von 6,5, - ein Update der SPS-Steuerung der Nanofiltration zur freien Programmierung der Spülzyklen, - der Einbau eines Absperrhahns vor den Nanofiltrations-Vorfilter - und die Trennung des Nanofiltrationsablaufs vom Reaktoren-Sammelablauf zur Behälterleerung. Es wurde sowohl Rohsickerwasser der MEAB-Deponie Schöneiche als auch Sickerwasserkonzentrat der Deponie Vorketzin behandelt. Fazit: Wegen der durchgeführten Optimierungsmaßnahmen ist es prinzipiell gelungen, das Schöneicher Rohsickerwasser gemäß Anhang 51 der Abwasserverordnung aufzureinigen. In Vorketzin wurde die organische Belastung über 70% und Stickstoff über 80% reduziert. Nach Rückgang der Calciumfracht sollte es zukünftig möglich sein, mit der Zweistufen-Biologie das Sickerwasserkonzentrat ausreichend zu reinigen, da organische Belastung und Stickstoffgehalt geringer als im Schöneicher Rohsickerwasser sind. Um das Verfahren als Stand der Technik, vor allem für die Behandlung von Sickerwasserkonzentraten, zu etablieren, müssten die Laborvorgaben mit den Erfahrungen des Technikumsbetriebs kombiniert und in einer weiteren Versuchsreihe unter optimierten Bedingungen verifiziert werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Globale Relevanz von Gashydrat-gefüllten Rissen für Hangstabilität

Submarine Hangrutschungen stellen ein bedeutendes Risiko für Offshore-Infrastrukturen und Küstengebiete dar, da sie zum Beispiel gefährliche Tsunamis auslösen können, wie der Storegga Slide vor der Küste Norwegens. Neben anderen Präkonditionierung für Hangrutschungen, wie steile Hangneigung oder Überdruck in den Porenräumen der Sedimente verursach im Zusammenhang mit Eiszeiten, wurde die Auflösung von Gashydraten in vielen Studien diskutiert. Die weltweite räumliche Überscheidungen von submarinen Hangrutschungen und Gashydratvorkommen hat zu der Hypothese geführt, dass die Auflösung von Gashydraten in Zeiten von Meeresspiegelsenkung oder Erderwärmung eine Hangrutschung auslösen kann. Dieser Prozess entfernt die zementierenden Gasyhdrate aus den Porenräumen und das frei werdende Gas verursacht zusätzlichen Überdruck . Obwohl Studien mithilfe von numerischen Modellierungen gezeigt haben, dass diese Hypothese realistisch ist, konnte die Forschung keine geologischen oder geophysikalischen Beweise dafür finden, dass dieser Prozess wirklich eine Hangrutschung ausgelöst hat. Außerdem zeigen verschiedene Studien, dass viele submarine Hangrutschungen retrogressiv sind und auf dem mittleren bis unteren Kontinentalhang ausgelöst werden. Diese Beobachtung lässt vermuten, dass andere Prozesse die Rutschungen auslösen. Davon abgesehen gibt es keinen Zweifel, dass Gashydrate die geotechnischen Eigenschaften von Sedimenten stark beeinflussen. Daher ist es wichtig ihren Einfluss auf die Hangstabilität weiter zu untersuchen und neue Hypothesen zu testen. Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel dieses Antrags ist es, (1) die globale Relevanz von Gashydratgefüllten Rissen für Hangstabilität zu ergründen und (2) den Einfluss von Scherfestigkeitsvariationen auf Störungsverläufe und Stressmerkmale, wie z.B. Bohrlochausbrüche, zu verstehen. Bis jetzt war es nicht möglich gewesen, den Zusammenhang zwischen Gashydraten und Hangstabilität herzustellen, da ein umfangreicher Datensatz aus geotechnischen, geologischen und geophysikalischen Daten aus einem Gebiet mit Gashydrate verursachten Rutschungen nicht verfügbar war. Die IODP Expedition 372 hat dies geändert. Uns stehen jetzt Logging-While-Drilling Daten und Sedimentkerne von dieser Expedition zur Verfügung, genauso wie ein hochauflösender 3D Seismik Datensatz, der mit dem GEOMAR P-Cable System im Jahre 2014 aufgezeichnet wurde. Diese Daten im Zusammenhang mit einer Scherzelle für Gashydrathaltige Sedimente auf dem neusten Stand der Technik am GEOMAR, die es erlaubt die Deformation der Probe live mit einem 4D X-ray CT zu beobachten, wird es uns ermöglichen, einen Entscheidenden Schritt vorwärts in der Gashydrat- und Hangstabilitätsforschung zu machen.

Ecotoxicology of Organotin compounds

Organotin and especially butyltin compounds are used for a variety of applications, e.g. as biocides, stabilizers, catalysts and intermediates in chemical syntheses. Tributyltin (TBT) compounds exhibit the greatest toxicity of all organotins and have even been characterized as one of the most toxic groups of xenobiotics ever produced and deliberately introduced into the environment. TBT is not only used as an active biocidal compound in antifouling paints, which are designed to prevent marine and freshwater biota from settlement on ship hulls, harbour and offshore installations, but also as a biocide in wood preservatives, textiles, dispersion paints and agricultural pesticides. Additionally, it occurs as a by-product of mono- (MBT) and dibutyltin (DBT) compounds, which are used as UV stabilizer in many plastics and for other applications. Triphenyltin (TPT) compounds are also used as the active biocide in antifouling paints outside Europe and furthermore as an agricultural fungicide since the early 1960s to combat a range of fungal diseases in various crops, particularly potato blight, leaf spot and powdery mildew on sugar beet, peanuts and celery, other fungi on hop, brown rust on beans, grey moulds on onions, rice blast and coffee leaf rust. Although the use of TBT and TPT was regulated in many countries world-wide from restrictions for certain applications to a total ban, these compounds are still present in the environment. In the early 1970s the impact of TBT on nontarget organisms became apparent. Among the broad variety of malformations caused by TBT in aquatic animals, molluscs have been found to be an extremely sensitive group of invertebrates and no other pathological condition produced by TBT at relative low concentrations rivals that of the imposex phenomenon in prosobranch gastropods speaking in terms of sensitivity. TBT induces imposex in marine prosobranchs at concentrations as low as 0,5 ng TBT-Sn/L. Since 1993, for the littorinid snail Littorina littorea a second virilisation phenomenon, termed intersex, is known. In female specimens affected by intersex the pallial oviduct is transformed of towards a male morphology with a final supplanting of female organs by the corresponding male formations. Imposex and intersex are morphological alterations caused by a chronic exposure to ultra-trace concentrations of TBT. A biological effect monitoring offers the possibility to determine the degree of contamination with organotin compounds in the aquatic environment and especially in coastal waters without using any expensive analytical methods. Furthermore, the biological effect monitoring allows an assessment of the existing TBT pollution on the basis of biological effects. Such results are normally more relevant for the ecosystem than pure analytical data. usw.

Reduzierung der Fertigungs- und Wartungskosten von Offshore Windenergieanlagen mittels Inline-Inspektion und maschineller Lernverfahren

Neue robotische Handhabungstechniken und KI-Algorithmen zur präzisen Handhabung von Objekten im Meer am Beispiel von Munitionsaltlasten

Modellierung virtueller Offshore Windparks zum flexiblen Betrieb sowie zur Last- und Performanceoptimierung

Der Status quo in der Regelung von Windparks ist die Maximierung des Ertrags. Dies liegt einerseits an einer festen Einspeisevergütung nach EEG für Windparks in den ersten Betriebsjahren, zum anderen existieren keine zertifizierten Regler, die einen Betrieb bspw. in Abhängigkeit der ertragenen Lasten von Windenergieanlagen (WEA) zulassen. In diesem Projekt baut das IWES eine Echtzeitsimulation für Windparks auf, sodass die Windparkregelung effizient angepasst werden kann, dass ein Optimum aus Betriebslasten und Ertrag zu erzielt wird. Die Echtzeitsimulation erlaubt es hierbei, ohne Eingriff in einen realen Park, die Funktionsweise der Regelung zu testen und somit bspw. den Einfluss von 'Wake-Steering' oder Abregelung der Leistung einzelner WEA zu untersuchen. Hierbei wird durch die Echtzeitsimulation auch ein Abschätzen der bereits ertragenen Lasten eines Windparks ermöglicht. Dadurch kann der Betrieb der Turbinen so angepasst werden, dass stärker belastete WEA durch Lastreduzierung geschont und schwachbelastete WEA durch eine erhöhte Ertragsvorgabe mehr belastet werden. Hierbei kann durch die Echtzeitsimulation vom IWES dynamisch auf sich ändernde Umgebungsbedingungen des Windparks reagiert und ein Windparkregler getestet werden. Somit wird durch den digitalen Windparkzwilling ein Optimum aus Lasten und Ertrag ermöglicht.

Natural ocean alkalinization through erosion of glacial till and weathering at the seafloor: coastal cliff

Climate change-driven deglaciation and erosion in high-latitude regions enhance the flux of terrigenous material to the coastal ocean. Newly exposed land surfaces left behind by retreating glaciers are covered by glacial till, which is rich in fine-grained minerals. Many of these minerals are undersaturated in seawater and thus prone to dissolution (i.e., seafloor weathering). Consequently, intensified erosion and mineral weathering may act as an additional CO₂ sink while supplying alkalinity to coastal waters. To evaluate this hypothesis, we carried out a sediment geochemical study in the southwestern Baltic Sea, where coastal erosion of glacial till is the dominant source of terrigenous material to offshore depocenters. We analyzed glacial till from coastal cliffs, sediments, and pore waters for major element composition using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy and an elemental analyzer. Water samples were further analyzed for dissolved redox species and dissolved silica by photometry and ion chromatography. These data were then used to quantify mineral dissolution and precipitation processes and to assess their net effect on inorganic carbon cycling.

TransferWind - H2Mare Forschungs-Transfer, Teilvorhaben: Analyse relevanter Küstenakteure, Erarbeitung von Ausstellungsmodulen, Lehr- und Lernmaterial, Veröffentlichungen in Magazinen, Einordnung und Bewertung von grünem Wasserstoff im Kontext der UN-Nachhaltigkeitsziele

H2Mare-VB2, Teilvorhaben: Erforschung der Offshore-Erzeugung von verflüssigtem Methan, der CO2-Bereitstellung aus Meerwasser, Untersuchung der H2-Produktion mithilfe der Meerwasserelektrolyse und das Wassermanagement auf einer Offshore Plattform

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