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

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.

Reservoir-modelling and parametrization of a potential reservoir structure (Pilot area B) in the German North Sea

As part of the CDRmare joint project GEOSTOR (https://geostor.cdrmare.de/), the BGR created detailed static geological 3D models for two potential CO2 storage structures in the Middle Buntsandstein in the Exclusive Economic Zone (EEZ) of the German North Sea and supplemented them with petrophysical parameters (e.g. porosities, permeabilities). The 3D geological model (Pilot area B; ~560 km2) is located in the north-western part of the German North Sea sector, the so-called “Entenschnabel”, an approximately 150 kilometer long and 30 kilometer wide area between the offshore sectors of the Netherlands, Denmark and Great Britain (pilot region B). The model in the Ducks Beak is based on several high-resolution 3D seismic data and geophysical/geological information from four exploration wells. It includes 20 generalized faults and the following 16 horizon surfaces: 1) Sea Floor, 2) Mid Miocene Unconformity, 3) Base Tertiary, 4) Base Upper Cretaceous, 5) Base Lower Cretaceous, 6) Base Upper Jurassic, 7) Base Lower Jurassic, 8) Base Muschelkalk, 9) Base Röt, 10) Base Solling Formation, 11) Base Detfurth Formation, 12) Base Volpriehausen Wechselfolge, 13) Base Volpriehausen Formation, 14) Base Triassic, 15) Base Zechstein, 16) Top Basement. The reservoir formed by sandstones of the Middle Buntsandstein is located within the Mads Graben, which is bounded to the west by the extensive Mads Fault (normal fault). Marine mudstones of the Upper Jurassic and Lower Cretaceous serve as the main seal formations. Petrophysical analyses of all considered well data were conducted and reservoir properties (including porosity and permeability) were calculated to determine the static reservoir capacity for these potential CO2 storage structures. The model parameterized and can be used for further dynamic simulations of storage capacity, geo-risk, and infrastructure analyses, in order to develop a comprehensive feasibility study for potential CO2 storage within the project framework. The 3D models were created by the BGR between 2021 and 2024. SKUA-GOCAD was used as the modeling software. We would like to thank AspenTech for providing licenses for their SSE software package as part of the Academic Program (https://www.aspentech.com/en/academic-program).

Modellierung virtueller Offshore Windparks zum flexiblen Betrieb sowie zur Last- und Performanceoptimierung, Teilvorhaben: Methoden zur Lastenüberwachung und Schätzung des Lebensdauerverbrauchs

Aufgrund bestehender Regularien (fehlende Zertifizierung und feste Einspeisevergütungen) und technischer Limitierungen werden Windparks derzeit kollektiv mit dem Ziel geregelt, den Ertrag zu maximieren. Die flexible Regelung einzelner Anlagen hat das Potential Windfarmen optimal zu betreiben. Da jedoch da der Betrieb in direktem Zusammenhang mit der Materialermüdung steht, muss der Ermüdungsfortschritt der Turbinen-Tragstruktur für eine ganzheitliche Betrachtung mit einbezogen werden, um einen optimalen Betrieb über die gesamte Lebenszeit zu erreichen. Momentan zeigen Diskussionen über Lebenszeitverlängerungen für Windfarmen das Potential einer deutlichen Gewinnsteigerung. So kann sich beispielsweise das Ausnutzen kurzzeitiger Starkwind-Ereignisse oder eine stark gedrosselte Produktion auf lange Sicht durch hohen Materialverschleiß negativ auf die Struktur, und letztendlich auf den Gewinn, auswirken. Das zusätzliche Einbeziehen von Anforderungen aus dem Netz führt zu einem komplexen Optimierungsproblem. Die übergeordneten Ziele von FlexiWind bestehen aus der Erforschung des Potenzials und des Einflusses von flexiblen Regelungsstrategien an WEA bzw. Windparks. Dies soll in einer echtzeitfähigen Simulationsumgebung (digitaler Windparkzwilling) umgesetzt werden, mit der die Potenziale und Konsequenzen optimaler Regelungsstrategien analysiert werden können. Die Simulation von Ermüdungsfortschritt und erwarteter Restlebensdauer, abhängig vom gewählten Szenario, der Anlagen sind hierbei wichtige Eingangsparameter für die Regelung. Hierdurch kann der Einfluss von Strukturbelastung auf den erwarteten Gewinn theoretisch erfasst werden. Zusätzlich werden Messdaten in Betrieb befindlicher Windfarmen verwendet, um das Potential eines flexiblen Betriebs zu beziffern und die Relevanz des Themas für heutige Farmen zu verdeutlichen.

Reduzierung der Fertigungs- und Wartungskosten von Offshore Windenergieanlagen mittels Inline-Inspektion und maschineller Lernverfahren, Vorhaben: Entwicklung einer Entwurfsumgebung zur Bewertung der Schwingfestigkeit und Qualität von Schweißnähten mittels künstlicher neuronaler Netze

Schwerpunktprogramm (SPP) 2017: Gebirgsbildungsprozesse in 4-Dimensionen (4D-MB), Ozeanbodenseismologie und Tektonik in der Ligurischen See (LOBSTER)

Das Ziel des hier vorgeschlagenen LOBSTER Projektes im Rahmen des SPP 4D-MB umfasst zum einen den Einsatz eines deutsch-französischen Netzwerkes von Ozeanbodenseismometern (OBS) in der Ligurischen See als marine Komponente des seismischen Netzwerkes von AlpArray und zum anderen die Bereitstellung von korrigierten und prozessierten marinen seismologischen Daten, die kompatibel mit den Landdaten sind. AlpArray ist eine europäische Initiative mit dem Ziel, ein enges Netzwerk an Breitbandstationen im alpinen Orogen einzusetzen, um Untergrundstrukturen in hoher Auflösung abzubilden. Die marine Komponente von AlpArray und SPP 4D-MB umfasst den Einsatz von 33 Breitbandstationen aus Frankreich und Deutschland in der Ligurischen See. Der Einsatz der deutschen Stationen wird hier beantragt. Dahingehend haben die französischen Kollegen für 2017 Schiffszeit zum Ausbringen der Stationen sichern können, während in Deutschland zeitgleich ein Antrag auf Schiffszeit auf FS Merian/Meteor eingereicht und für 18 Tage Anfang 2018 bewilligt wurde. Damit können die Schiffszeiten für das Ausbringen und Bergen der Stationen zwischen den beiden Nationen geteilt werden. Die OBS-Daten sind essentiell für die Identifikation von Untergrundstrukturen im Übergang der westlichen Alpen zum Apennin und für unser Verständnis der dreidimensionalen Geometrie des tektonischen Systems. OBS-Geräte unterscheiden sind grundsätzlich von Landstationen aufgrund ihres maritimen Einsatzbereiches und somit gilt gleiches auch für die registrierten Daten. Die Hauptaufgabe im Rahmen von LOBSTER wird es daher sein, eine Kompatibilität zwischen den marinen Daten und den Landdaten herzustellen. Die kombinierte Analyse der beiden Datensätze im Rahmen von SPP 4D-MB setzt eine zeitnahe Korrektur und Bereitstellung des marinen Datensatzes voraus, so dass beide Datensätze zusammengeführt werden können. Die dafür notwendigen Bearbeitungsschritte sollen im Zeitraum zwischen den Ausfahrten aufgesetzt und vorbereitet werden. Um Kompatibilität zu erreichen, ist zunächst eine Zeitkorrektur notwendig. Ohne Verbindung zur Außenwelt ist eine Synchronisation z.B. mit GPS erst nach der Bergung möglich. Bis dahin entstandene Zeitfehler können durch Kreuzkorrelation des seismischen Umgebungsrauschens (ambient noise) behoben werden. Da OBS autark abgesetzt werden, ist ihre Orientierung am Meeresboden zunächst nicht bekannt und muss z.B. aus Messungen von Airgun-Schüssen ermittelt werden. Als letzten Bearbeitungsschritt im Projekt sehen wir eine Charakterisierung des Spektralverhaltens der OBS mit Hilfe von Wahrscheinlichkeitsdichte-Verteilungen der spektralen Leistungsdichte vor, um Aussagen über die Entstehung und Ausbreitung des seismischen Umgebungsrauschens in der Ligurischen See treffen zu können.

Material- und Reparaturinnovationen für Offshore Leading Edge Protection Systeme, Teilvorhaben: Entwicklung und Charakterisierung von neuartigen Regenerosionsschutzsystemen und Reparatur- und Wartungskonzepten

Eine der häufigsten Gründe für Ertragsverluste und für Reparaturen an Rotorblättern (RB) von Windenergieanlagen (WEA) sind die Degradation und die Beschädigung von Beschichtungen. Insbesondere werden im Betrieb von offshore Anlagen häufiger und signifikantere Schäden beobachtet als an onshore Standorten. Ursachen werden u.a. in den höheren Blattspitzengeschwindigkeiten, der höheren Anzahl an Volllaststunden und den anspruchsvolleren Witterungsbedingungen gesehen. Innerhalb des MARiLEP Vorhabens werden Ursachen für verstärkte Erosionserscheinungen an offshore Anlagen untersucht, Materialinnovationen entwickelt und Verfahren zur effizienten Vorortreparatur von offshore Anlagen erprobt. Mit klassischen Beschichtungssystemen auf Polymerbasis und mit zusätzlichen Selbstheilungseigenschaften, polymeren Halbzeugen und metallischen Schutzsystemen werden drei unterschiedliche Technologien verfolgt. Dabei wird ein besonderer Fokus auf der Erosionsbeständigkeit nach Bewitterung und einer hohen Reparaturfähigkeit gelegt, da heute verfügbare Systeme oft nur unter idealen Bedingungen gute Erosionsbeständigkeiten zeigen. Innerhalb des Verbundvorhabens MARiLEP arbeiten international anerkannte Partner aus dem Anlagenbetrieb, der Materialentwicklung und der Forschung eng zusammen um technische Lösungen für die Offshore Windindustrie zu entwickeln.

H2Mare-VB2, Teilvorhaben: Entwicklung der Prozesse zur Offshore-Erzeugung von CO und H2 aus CO2 und H2O mittels SOEC

Natural ocean alkalinization through erosion and weathering of glacial till 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.

Erfassung und Analyse von last-, logistik- und lebenslaufzeit-relevanten Daten von OWEA, Teilvorhaben: Messservice, Forschungsarchiv und Seegangsdatenzentrum

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