In der Arktis tritt der der Klimawandel am offensichtlichsten zu Tage. Dies zeigt sich zum Beispiel im starken Rückgang der Meereisbedeckung des arktischen Ozeans, mit Auswirkungen auf die Wärmebilanz der Region und indirekt die Zirkulation in Ozean und Atmosphäre. Die Bildung von Tiefenwasser geht einher mit dem Transport von gelösten Gasen von der Oberfläche in das Innere der Ozeane, auch Ventilation genannt. Die entsprechende Aufnahme von Kohlendioxid, die im arktischen Ozean überproportional ausgeprägt ist, stellt einen wichtigen Puffer für Treibhausgasemissionen dar. Ihre Kenntnis ist entscheidend für aussagekräftige Klimaszenarien.Die Ventilationszeitskalen können über die Messung gewisser Spurenstoffe (Tracer) bestimmt werden, die einem zeitlich variablen Eintrag oder dem radioaktiven Zerfall unterliegen. Allerdings sind klassische Tracer wie Freon-12 und Schwefelhexafluorid (SF6) sowie eine Reihe moderner so genannter „Medusa Tracer“ in den tiefsten Bereichen des arktischen Ozeans nicht nachweisbar. Mit der neuen Atom Trap Trace Analysis (ATTA) Methode ist es nun möglich, das Radioisotop 39Ar in Meerwasser zu messen und damit genau die Zeitskala abzudecken, welche bisher nicht präzise bestimmt werden konnte. Im Zusammenspiel mit den genannten Tracern sowie dem Radiokohlenstoff 14C können somit Altersverteilungsfunktionen und letztlich die Ventilationszeitskalen der gesamten Wassersäule bestimmt werden. Dieser Ansatz wird ergänzt durch Messungen von Edelgasen zur Bestimmung von Sättigungsanomalien an der Oberfläche sowie der langlebigen anthropogenen Radioisotope 236U und 129I, die als Markierung von Atlantikwasser das Studium des Austausches zwischen Nordatlantik und Arktischem Ozean ermöglichen. In diesem Projekt sollen Proben für alle genannten Tracer während einer Expedition auf dem Eisbrecher ODEN im Jahr 2021 in der Zentralarktis genommen und gemessen werden. Die Daten dienen zur Bestimmung von Modellparametern von Aufenthaltszeitverteilungen, die wiederum die Grundlage zur Berechnung des Wassersäuleninventars des anthropogenen Kohlenstoffes bilden. Die Resultate werden mit biogeochemischen Ansätzen verglichen und zur Abschätzung der Ozeanversauerungsrate verwendet. Die weiteren Tracerdaten geben Aufschluss über die Zirkulation im nordatlantischen Raum sowie die Prozesse an der Ozeanoberfläche. Um die aufgrund der klimatischen Effekte zu erwartenden Veränderungen der letzten Jahrzehnte zu bestimmen, werden wir zusätzlich historische Tracermessungen aus der Arktis analysieren.Aus der Kombination unterschiedlicher innovativer Methoden versprechen wir uns darüber hinaus wichtige methodische Erkenntnisse sowie datenbasierte Randbedingungen für Ozeanmodelle. Die Ergebnisse dieses Projekts werden somit umfangreiche Beiträge liefern zum besseren Verständnis der Zirkulation und Ventilation des arktischen Ozeans, der Kohlenstoffaufnahmekapazität der Ozeane und der Konsequenzen des sich ändernden arktischen und globalen Klimas.
Aufnahme und Elimination lipophiler Schadstoffe werden mathematisch modelliert, wobei ein spezielles Kiemen-Austausch-Modell zugrunde gelegt wird. Spezielle Beachtung wird der Adsorption von lipophilen Schadstoffen an die Plasma-Proteine des Blutes geschenkt, da diese fuer eine rasche und intensive Aufnahme verantwortlich sind. Als Modellsubstanzen wurden in erster Linie lipophile nicht-metabolisierende Substanzen gewaehlt (Lindan, PCBs, Hexachlorbenzol).
The application of Micro-Strip Electrode (MSE) structures as electrically steerable catalysts to induce chemical reactions in gases is investigated. It can be shown that, depending on the geometry, the electric field strength, and the gas pressure in the MSE reactor, chemical reactions can be 'switched on' and 'off' by applying a moderate voltage (several 100 Volt). Due to the micro-structure dimensions already at these voltages electrons with mA/cm2 current can be emitted from the solid to the gas phase without observable heating of the electrodes. The emitted and then accelerated electrons induce in an electrically steerable manner dissociation with subsequent chemical reactions via radical formation. Since a large number of final product molecules is generated per released electron, the MSE act as dynamical catalysts. The gas phase near the MSE surface contains two constitutents; very hot electrons inducing molecular excitation and fragmentation, and rather cold radicals, molecular fragments, ions and gas molecules at a temperature externally selected for the synthesis process. The MSE reactor provides thus a two-temperature system at a wide pressure range, where the temperatures for molecular dissociation and synthesis can be chosen independently from each other. First stimulating results and possible areas of application are discussed.
Fluorkohlenstoffverbindungen werden in steigendem Umfang (z. B. als Ätzgase in der Mikroelektronik) in industriellen Prozessen eingesetzt. Die geringe Reaktivität dieser chemischen Verbindungen bewirken bei Emission einen Treibhauseffekt, der den des CO2 um ein Mehrtausendfaches übersteigt. Effiziente und wirtschaftliche Abgasreinigungssysteme für die Entsorgung der im Produktionsprozess nicht umgesetzten Verbindungen und der bei Plasmaprozessen unkontrolliert entstehenden teilweise hochtoxischen C-F-Verbindungen sind für die betroffenen Industriezweige nicht verfügbar. Zielstellung des Projektes ist es, fluorhaltige Abprodukte unter energetisch günstigen Bedingungen vollständig so umzusetzen, dass hausmüllartige Endprodukte gebildet werden und die Betriebskosten gegenüber thermischen Verfahren nach dem Stand der Technik deutlich reduzierbar sind.Im Projekt sind neue technologische Lösungen zur Vermeidung oder Verminderung der Emission und reaktiven Entsorgung von insbesondere gesättigten, langlebigen Fluorkohlenstoff- und Fluorkohlenwasserstoffverbindungen (CF4, C2F6, C3F8, CHF3, CH2F2, CH3F); anderen Fluorverbindungen (SF6, NF3, ClF3); nicht verwertbarer Fluorkomponenten zu deponiefähigen Produkten; im Labor- und Technikumsmaßstab zu entwickeln. Das Vorhaben gliedert sich in folgende wissenschaftlich-technische Arbeitsschritte: Verfahrens- und Vorrichtungsentwicklungen zur plasmachemischen Umsetzung in kleintechnischen mobilen Entsorgungseinrichtungen für die o. a. Fluorverbindungen. Dabei steht die Entwicklung von Alternativen zur bisher verfügbaren Anlagentechnik im Vordergrund. Grundlage sind auf erfolgreichen Vorversuchen aufbauende Mikrowellen-Verfahren; Entwicklung von Normaldruck-Plasmaverfahren zur plasmachemischen Aktivierung von Fluorverbindungen aus Abluftströmen; Mineralisierung von Fluorverbindungen über aktivierte chemisorptive Verfahren; Erarbeitung eines neuen Wäscherprinzips zur effizienten Entsorgung und Umsetzung von Fluorwasserstoff zu hausmüllähnlichen Abprodukten; Sicherstellung der notwendigen Verfahrens- und Anlagenanalytik, aufbauend auf bisher an ungesättigten Fluorkohlenstoffen gewonnenen Erfahrungen; Entwicklung eines Konzeptes zum Technologietransfer, um entwickelte Vorrichtungen in Abstimmung mit zuständigen Umweltbehörden bei industriellen Partnern zu testen.