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Landschaftsoekologische und gewaesserkundliche Voruntersuchungen, Konzeption und Planung einer naturnahen Nachreinigungsstufe an der Klaeranlage Ruhbachtal als Pufferzone zwischen Klaeranlage und Naturschutzgebiet

Der Ablauf einer alten kommunalen Klaeranlage fliesst in einen kleine Bach in ein Naturschutzgebiet. Der Ablauf soll zur Qualitaetssteigerung durch ein naturnahes Feuchtgebiet umgeleitet werden. Wie kann dieses naturnahe Feuchtgebiet gestaltet werden? Welche Verbesserung der Wasserqualitaet des Baches ist erreichbar? Wie hoch sind die Kosten?

Anpassung des symplastischen Transports an das wechselnde Milieu des Apoplasten und seine Wirkung auf die Einstellung dieses Milieus

Die ersten drei Jahre des Projektes standen im Dienste zweier Aufgaben, die erheblich schwieriger waren, als anfangs gedacht: 1. Entwicklung von Verfahren zur Excised-Patch und Whole-Cell Präparation von Xylemkontaktzellen des Mais. Hinzu kam der Nachweis, daß die LBS Zellen in Venen 3. Ordnung in direktem Kontakt mit den Xylemelementen tatsächlich der Ort des Aus- tausches zwischen Symplast und Apoplast sind.Nachdem diese Fragen nun gelöst sind, gilt das Interesse im letzten Förderungsabschnitt der physiologischen Rolle des Transportes zwischen Symplast und Apoplast. Bereits vorliegende Ergebnisse zeigen dabei die Richtung an. 1. Die gemessene pH-Abhängigkeit des dominanten K+-Kanals im whole-cell Präparat der Xylemkontaktzellen (die dem der Mesophyllzellen entgegengesetzt ist) scheint der Funktion des Kanals für den Ladungsausgleich in Cotransportregionen (z.B. für die Aufnahme von NO3 oder Cl) aus dem Xylem angepaßt zu sein. 2. Die Fähigkeit des Inward K+-Kanals, bei K+Mangel Na+ durchzulassen, ist sicher wichtig für den Einfluß von K+ Mangel bei Salzstress...Gegen Ende der Förderungsperiode sollte genug Datenmaterial vorliegen, daß die zu Anfang des Projektes begonnene, aber aufgrund des Datenmangels eingefrorene Modellierung der Flußbilanzen wieder aufgegriffen wird, indem das bereits bestehende Computerprogramm für 2 Teilapoplasten erweitert wird. Hierfür ist neben der Kenntnis der Plasmalemmatransporter (dieser Antrag) sowie der Zu- und Abfuhr durch Xylem und Phloem (Anträge Schurr, Zimmermann, Heldt) auch die Kenntnis der Driving forces für die Flüsse und der Pufferkapazitäten in den Apoplasten notwendig. Pufferkapazitäten und fluorometrisch gemessene Ionenkonzentrationen werden aus der Zusammenarbeit vor Ort mit der Arbeitsgruppe Sattelmacher bekannt sein. Die Bestimmung der Membranspannungen, der osmotischen Gradienten und auch der mit Mikroelektroden gemessenen Ionenkonzentrationen ist aus diesem Antrag ausgeklammert worden und soll in einem gemeinsamen Projekt mit der Arbeitsgruppe Zimmermann (Würzburg) gewonnen werden (s. Antrag Zimmermann, Hansen, Sattelmacher).

Kompensation saurer Eintraege mit verschiedenen Puffersubstanzen zur Minderung der Auswirkungen von Luftschadstoffeintraegen in Waldoekosystemen und zur Stabilisierung und Restauration versauerter Waldboeden, Vergleichender Kompensationsversuch mit verschiedenen Puffersubstanzen zur Minderung der Auswirkungen von Luftschadstoffeintraegen in Waldoekosystemen

Im Rahmen des vergleichenden Kompensationsversuches werden die oekosystemaren Auswirkungen von Bodenschutzkalkung und Bodenrestauration mittel- bis langfristig untersucht.Durch den experimentellen Versuchsansatz sollen fruehzeitig moegliche Entwicklungen und die Voraussetzungen fuer weitere Massnahmen abgeschaetzt werden. Es ist das Ziel dieser Untersuchungen, Empfehlungen fuer die Praxis hinsichtlich der derzeit im Handel befindlichen basischen Substanzen und ihrer Ausbringungsmodalitaeten zu erarbeiten. Zwischenergebnisse belegen, dass - saure Luftschadstoffdepositionen an der Waldbodenoberflaeche neutralisiert werden. Die Versauerung des tieferen Mineralbodens geht dagegen in den ersten 5 - 6 Jahren nicht zurueck. - Magnesiumkationen nach Reaktionen des kohlensauren Dolomits mit Saeuren in der Humusauflage geloest im Sickerwasser in den Wurzelraum fliessen. Bei gleichzeitiger Anreicherung des pflanzenverfuegbaren Magnesiumvorrats im Mineralboden wird auch die Magnesiumernaehrung der Baeume verbessert. - metallorganische Komplexe stabilisiert werden, womit das weitere Vordringen von Schwermetallen in tiefere Bodenbereiche wirksam unterbunden wird. Die biologische Aktivitaet im Auflagehumus und in organisch beeinflussten Bodenhorizonten gesteigert wird. dadurch werden einerseits die Naehrstoffkreislaeufe in den Mineralboden hinein erweitert (Uebergang des sog. kleinen Naehrstoffkreislaufes zum grossen Naehrstoffkreislauf'), andererseits besteht aber auch die Gefahr, dass bei hohen Stickstoffvorraeten und bei Waldoekosystemen, deren Stickstoffspeicherfaehigkeit ueberschritten ist. Nitrat im Sickerwasserstrom die Hydrosphaere belastet. Die Applikation leicht loeslicher Salzduenger ist mit erheblichen Risiken fuer das Oekosyste m und die Hydrosphaere verbunden. Aus Vorsorge zum Schulz des Bodens, aber auch des Grund- und Quellwassers darf die Ausbringung sulfatischer Duenger nur dann in Betracht komen, wenn von den standoertlichen Gegebenheiten und der lufthygienischen Vorbelastung her eine Fixierung des geduengten Sulfates noch wahrscheinlich ist. Ansonsten sind Duengemitteln, die nicht an leicht mobilisierbare Anionen starker Saeuren gebunden sind - dies sind Karbonate oder Silikate - , der Vorzug zu geben.

Kompensation saurer Eintraege mit verschiedenen Puffersubstanzen zur Minderung der Auswirkungen von Luftschadstoffeintraegen in Waldoekosystemen und zur Stabilisierung und Restauration versauerter Waldboeden

Auswirkungen der Bodenschutzkalkung in Waldoekosystemen: - Wirksamkeit gegenueber Versauerungsprozessen im Boden, - Anregung der biologischen Aktivitaet, dadurch Verbesserung der Stickstoffspeicherfaehigkeit, - Ausgleich schwacher Magnesiumernaehrung der Baeume, - Immobilisierung von Metallkationen und Schwermetallen, - Minimierung oekologischer Risiken, - Stabilisierung von Dreichschichttonmineralen.

Hydrologisch-hydraulische und hydrochemische Systemanalysen von kleinen Wassereinzugsgebieten im Einzugsbereich einer Trinkwassertalsperre

Sonderforschungsbereich (SFB) 1253: Catchments as Reactors: Schadstoffumsatz auf der Landschaftsskala (CAMPOS); Catchments as Reactors: Metabolism of Pollutants on the Landscape Scale (CAMPOS), Teilprojekt P04: Biogeochemie von Talauen - Redoxpufferung und Schadstoffverhalten in staunassen Sedimenten

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines quantitativen Verständnisses der dynamischen biogeochemischen Prozesse in Auesedimenten, um zu einer prozessbasierten Abschätzung der Umsetzungsprozesse redox-sensitiver Spezies wie Stickstoff und Schwefel und von Herbiziden wie Glyphosat und MCPA zu gelangen. Untersuchungskampagnen (Bohrungen) unter unterschiedlichen Randbedingungen (Hochwasser, Trockenheit, Wiederbefeuchtung) in Kombination mit zielgerichteten Laborexperimenten sollen aufzeigen, wie hydrologische Faktoren, die im Hinblick auf die Umsetzung von Schadstoffen relevanten biogeochemischen Prozesse steuern.

Ein ganzheitlicher Ansatz der Zuordnung und Prognose von Energiebedarfen sowie Steuerung des Verbrauchs unter Nutzung künstlicher Intelligenz, Teilvorhaben: Mehrwertplattform der Kommunikationsinfrastruktur auf Basis iMsys innerhalb der Standardisierungsstrategieziele des Bundes

Ein ganzheitlicher Ansatz der Zuordnung und Prognose von Energiebedarfen sowie Steuerung des Verbrauchs unter Nutzung künstlicher Intelligenz, Teilvorhaben: Softwarearchitekturen für die Erklärbarkeit von KI Methoden und Anwendungen in Smart Energy Systemen

Entwicklung effizienter zweiphasiger Biogasanlagen über eine gekoppelte energetische und stoffliche Nutzung nach Abtrennung von Hydrolyseprodukten (Optigär), Teilvorhaben 2: Untersuchung der entkoppelten Hydrolyse zur gezielten Erzeugung von Plattformchemikalien und Methanvergärung

Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Kaskadennutzung und damit nachhaltigeren und ganzheitlicheren Verwertung von Agrarrohstoffen. Dabei ist die stoffliche Nutzung von Koppelprodukten als Basischemikalie mit potenziell hohen Preisen im Fokus. Im Rahmen des Vorhabens wird ein neuartiges Konzept zur integrierten stofflichen Nutzung von zweiphasigen Biogasanlagen entwickelt. Mit diesem Konzept soll eine gekoppelte stoffliche und energetische Nutzung der Biogassubstrate ermöglicht werden. Im Hydrolyseprozess wir durch die gezielte Steuerung von Temperatur, pH-Wert sowie Pufferkapazität und dem Zusatz verschiedener Additive (Enzyme, Mikroorganismenkulturen, Puffersubstanzen) und einer gezielten Futterstoffauswahl versucht, die Konzentration an nutzbaren Plattformchemikalien zu erhöhen. Diese werden dann mit selektiven Membranen aus der Flüssigkeit entfern. Der Rest wird anaerob im Methanisierungsreaktor verwertet. Optimierung der Hydrolysephase des Biogasprozesses durch Variation von verwendetem Ausgangssubstrat und dessen Aufbereitung, Raumbelastung, Verweilzeit, Zuschlagstoffen, Betriebsbedingungen (pH-Wert, Temperatur), Rezirkulierung des Gärrestes der Methanisierungsstufe mit dem Hauptziel der Produktion von Wertstoffen. Zur Optimierung der Ausbeuten an verwertbaren löslichen Stoffen werden die Gärprodukte regelmäßig nasschemisch analysiert. Es wird ein Screening sowohl von verschiedenen Substraten als auch von unterschiedlichen Reaktionsbedingungen der Hydrolyse im Hinblick auf die optimale Säurenproduktion durchgeführt. Ziel des Arbeitspakets ist die Selektion geeigneter Substrate und der geeigneten Hydrolysebedingungen. Die Abtrennung der wertbringenden Säuren erfolgt über spezielle Membranen. Diese werden direkt in die Fermenterkette eingebaut, um einen vollintegrierten Prozessablauf zu realisieren.

Entwicklung eines Biogasprozesses zur hygienisierenden Vergärung

Die Betriebstemperatur einer bestehenden landwirtschaftlichen 150 kW-Biogasanlage für Biomasse mit Gülle und Mais soll von 51 C auf etwa 60 C im Großmaßstab gesteigert werden, um über einen stabilen Gleichgewichtszustand das Optimum des Abbaus in punkto spezifischer Elektrizitätsproduktion und Hygienisierung pro Tonne Substrat zu finden. Die Prozessstabilität bei Hochdurchsatz (größer als 10 kg oTR/m3/d), kurzen Aufenthaltszeiten (kleiner als 20 d) und hohen Biogasausbeuten bzw. Abbauraten (größer als 80 Prozent) stehen im Vordergrund der geplanten Verfahrensentwicklung. Durch die besondere Bauhöhe des Zylinder-Biogasreaktors und die hohen Temperaturen wird automatisch der H2-Partialdruck für die Methanbildung gesteigert. Zur Absicherung der aus eigenen Versuchen resultierenden Annahme einer dominierenden Präsenz hydrogenotropher Euryarchaeota (stäbchenförmig) bei +/- 60 C soll die Verfahrensoptimierung nebst der üblichen Betriebsbilanz von Input (Substrat) und Output (TS/oTS, Biogas, Fettsäuren, Pufferkapazität, Leitfähigkeit, pH, Ammonium/Ammoniak, Spurenelemente) zusätzlich durch einen mikroskopisch bestimmten Qualitätsindex (QMF Quantitatives Mikrobielles Fingerprinting) validiert werden (FNR, HAW-FKZ 22001607), um parallel einen direkten Einblick in den Zustand der Gärbiologie zu ermöglichen. Die mikrobiellen Ergebnisse sollen durch molekularbiologische Analysen ergänzt werden. Konventionelle Plattenkultivierungen von hygienerelevanten Bakterien zur Ermittlung des Pasteurisierungsgrades sind ebenfalls geplant. Die Ergebnisse kommen der Fachwelt zugute.

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