Die GS Blankenese blickt auf eine langjährige und reiche Erfahrung mit Nord-Süd-Schulpartnerschaften zurück, am intensivsten haben wir bisher sicherlich mit verschiedenen Bildungsorganisationen der nicaraguanischen Stadt Leon (unter anderem Universität UNAN), Technik-Schule La Salle) zusammengearbeitet. Unser gemeinsames Thema ist seit nunmehr drei Jahren die solargestützte Feldbewässerung. Die Festlegung auf dieses Thema folgte einer Anregung des Universitätspräsidenten von Leon, Dr. Ernesto Medina. Seit Jahren kann man an der Pazifikküste Nicaraguas eine dramatische Verkürzung der Regenzeit beobachten, in manchen Jahren von sechs auf drei Monate. Für den landwirtschaftlichen Anbau in Nicaragua wird die künstliche Bewässerung zur Überlebensfrage. Das Agrarinstitut der UNAN arbeitet eng an den Fragen des Landes und verfügt über landwirtschaftliche Versuchsfelder. Es lag also nahe, die Bedingungen der solargestützten Feldbewässerung auf ihre Tauglichkeit für die landwirtschaftliche Produktion zu untersuchen. Im Jahr 2002 machte ein Physikkurs des 11. Jahrgangs nach reiflicher Diskussion mit den nicaraguanischen Partnern den Anfang. Er installierte auf dem Gelände der Universität von Leon eine Demonstrations- und Versuchsanlage mit solarbetriebenen Wasserpumpen - gemeinsam mit nicaraguanischen Studierenden und Wissenschaftlern. Im Mai 2003 folgte der nächste Kurs. Ziel dieses Kurses bestand in dem Aufbau zweier solargestützter Pumpen zu Feldbewässerung, die direkt auf Bauernhöfen zum Einsatz kamen. Ein Jahr später wurden die vierte Pumpe in dem Dorf San Pedro installiert, inzwischen hatten sich uns als weitere Kooperationspartner Schüler und Lehrer der Tecnico La Salle angeschlossen. Die Pumpsysteme der Jahre 2003 und 2004 dienen unmittelbar der Produktivitätssteigerung - Ernten sind nunmehr auch während der Trockenzeit möglich, alle fünf Systeme sind mit einer Messstrecke ausgestattet, um ihre Leistungsfähigkeit fortlaufend untersuchen und bewerten zu können, sie dienen somit auch der wissenschaftlichen Betrachtung. Als Physikkurs steht man vor scheinbar unlösbaren Problemen, wenn die Grenzen des Fachgebiets überschritten werden. Gerade solche Projekte, wie wir sie realisieren, treiben immer über ihre ursprüngliche Fragestellung hinaus und treffen auf Nahtstellen zu anderen Disziplinen (in unserem Fall handelt es sich um Ökonomie, Klimageographie und vor allem Biologie). In solchen Fällen ist es oft unausweichlich, kluge Geister zu Rate zu ziehen, die mit Ihrem Spezialwissen unsere Lernprozesse außerordentlich bereichern. Wir bedanken uns in diesem Zusammenhang bei Herrn Dr. Sorell, Mitarbeiter der Forschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) in Braunschweig, der uns für einen Tag in sein Institut eingeladen hat, um uns mit dem aktuellen Stand der Bewässerungstechnik und mit der Methodik der Wasserbedarfsberechnung vertraut gemacht hat. usw.
Methane (CH4) is a major greenhouse gas of which the atmospheric concentration has more than doubled since pre-industrial times. Soils can act as both, source and sink for atmospheric CH4, while upland forest soils generally act as CH4 consumers. Oxidation rates depend on factors influenced by the climate like soil temperature and soil moisture but also on soil properties like soil structure, texture and chemical properties. Many of these parameters directly influence soil aeration. CH4 oxidation in soils seems to be controlled by the supply with atmospheric CH4, and thus soil aeration is a key factor. We aim to investigate the importance of soil-gas transport-processes for CH4 oxidation in forest soils from the variability the intra-site level, down to small-scale (0.1 m), using new approaches of field measurements. Further we will investigate the temporal evolution of soil CH4 consumption and the influence of environmental factors during the season. Based on previous results, we hypothesize that turbulence-driven pressure-pumping modifies the transport of CH4 into the soil, and thus, also CH4 consumption. To improve the understanding of horizontal patterns of CH4 oxidation we want to integrate the vertical dimension on the different scales using an enhanced gradient flux method. To overcome the constraints of the classical gradient method we will apply gas-diffusivity measurements in-situ using tracer gases and Finite-Element-Modeling. Similar to the geophysical technique of Electrical Resistivity Tomography we want to develop a Gas Diffusivity Tomography. This will allow to derive the three-dimensional distribution of soil gas diffusivity and methane oxidation.
Die Kenntnis von hydraulischen Durchlässigkeiten wie auch von Wasser- und Verunreinigungsfluxen in porösen Grundwasserleitern ist von großer Bedeutung in vielen hydrogeologischen Belangen wie z.B. Beregnung, Versickerung, quantitative und qualitative Wasserwirtschaft, Risikoabschätzung bei Verunreinigungen, usw. Derzeit ist keine theoretisch gut fundierte Methode zur Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in der gesättigten Zone verfügbar und Methoden zur Messung von gesättigten Durchlässigkeiten in der ungesättigten Zone sind beschränkt, zeitaufwendig und fallweise unzuverlässig. Außerdem ist gegenwärtig keine Methode zur direkten Messung vertikaler Wasser- und Verunreinigunsfluxe in porösen Grundwasserleitern oder am Übergang zwischen Grund- und Oberflächengewässern bekannt. Das dargelegte Projekt basiert auf der Entwicklung einer exakten Lösung des Strömungsfeldes für das Ein- oder Auspumpen von Wasser durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Filterabschnitten entlang eines ansonsten undurchlässigen Filterrohres bei verschiedenen Randbedingungen. Diese Lösung erlaubt die Ermittlung von Formfaktoren der Strömungsfelder, die zur Berechnung hydraulischer Durchlässigkeiten aus Einpressversuchen nötig sind. Die derzeit angewendeten Formeln können mit der genauen Lösung verglichen und der Einfluss anisotroper Durchlässigkeiten kann miteinbezogen werden. Eine doppelfiltrige Rammsonde wird zur bohrlochfreien Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in verschiedenen Tiefen unter dem Grundwasserspiegel vogeschlagen. Der Test besteht aus zwei Teilen: (1) Einpressen durch beide Filterabschnitte und (2) Zirkulation zwischen den Filtern. Die gleiche Sondenkonfiguration wird für die direkte und gleichzeitige Messung lokaler, kumulativer, vertikaler Wasser- und Verunreinigungsfluxe nach dem passiven Fluxmeter-Prinzip vorgeschlagen. Ohne zu pumpen werden die beiden Filterabschnitte hiebei durch eine mit Tracern geladene Filtersäule hydraulisch verbunden. Der vertikale Gradient im Testbereich treibt einen Fluss durch den Filter, der kontinuierlich Tracer auswäscht und Verunreinigungen im Filter hinterlässt. Aus der Analyse des Filtermaterials zur Bestimmung der Tracer- und Verunreinigungsmengen nach dem Test werden mit Kenntnis des Strömungsfeldes um die Sonde die Wasser- und Verunreinigungsfluxe bestimmt. Eine kegelförmige, doppelfiltrige Rammsonde wird weiters vorgeschlagen, um gesättigte Durchlässigkeiten sowohl über als auch unter dem Grundwasserspiegel direkt messen zu können. Die Methode basiert auf stationärer, gesättigt/ungesättigt gekoppelter Strömung aus kugelförmigen Hohlräumen. Die Möglichkeit einer transienten einfiltrigen Methode und einer Methode zur Messung anisotroper Durchlässigkeiten wird beurteilt. Die vorgeschlagenen theoretischen Konzepte werden ausgearbeitet und anhand von Laborversuchen überprüft.
Zielsetzung: Entwicklung einer Windpumpenanlage fuer Schwachwindgebiete, die mit einer Kopplung von Verdichter (am Rotor) und pneumatisch betriebener Tiefbrunnenpumpe arbeitet. Insbesondere muessen dazu ein Verdichter mit an die Erfordernisse angepasster Kennlinie und eine geeignete Pumpe entwickelt werden. Das Prinzip erscheint aussichtsreich fuer den Einsatz in technisch niedrig entwickelten Trockengebieten. Arbeitsprogramm: Voruntersuchungen zur Realisierbarkeit und Abschaetzung der erreichbaren Leistungsfaehigkeit von Verdichter, Pumpe und Leistungsuebertragung sowie des Gesamtwirkungsgrades. Parallel dazu Konkretisierung der Einsatzbedingungen; Konstruktion der Komponenten der Anlage; Bau und Erprobung zunaechst an der Hochschule, dann im Anwenderland.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es auf der Grundlage bewährter Technologien, die als angepasste Technologien in Entwicklungsländern in Betracht kommen, unter Berücksichtigung sozio-demographischer und ökonomischer Gegebenheiten, auf der Basis bereits identifizierter potentieller Standorte für Wasserkraftanlagen, unter Einbeziehung von lokalem Know-How und durch Implementierung und Monitoring von Pilot-Anlagen Grundlagen für einen Standard zu schaffen, auf dessen Basis in Zukunft nach einem 'Baukastenprinzip' kleine Wasserkraftanlagen (auch kostengünstig) implementiert werden können. Es wird eine Kleinwasserkraftanlage entwickelt, deren technische Spezifikation sowie Nutzung und Wartung auf die besonderen Verhältnisse in Entwicklungsländern (z.B. Äthiopien) abgestimmt ist. Die üblichen Wasserkraftanlagen erfordern einen hohen technischen Standard für die Produktion; Bau und Wartung dieser Komponenten ist in den ländlichen Gebieten der Entwicklungsländer nahezu unmöglich. Bis zum 19. Jahrhundert gehörten in Europa Wasserkrafträder zum 'technischen Standard' der Handwerksbetriebe. Neben der Nutzung als Getreidemühle wurden Wasserräder für den Antrieb von Ölpressen und Sägen genutzt. Ziel des Vorhabens ist diese ursprüngliche Nutzung der Wasserräder für die besonderen Belange in Entwicklungsländern technisch zu optimieren. Wasserkraftanlagen werden heute nur dann betrieben, wenn sie ausschließlich der Stromerzeugung dienen. In Entwicklungsländern gibt es allerdings neben dem Strombedarf einen großen Bedarf an mechanischer Arbeitsleistung für den Antrieb von Getreide- bzw. Ölmühlen und Wasserpumpen, d.h. dass das Wasserrad direkt über eine mechanische Kupplung Verbraucher antreibt. Wird die mechanische Arbeitsleistung nicht benötigt (z.B. nachts) liefert der integrierte Generator Energie in Form von elektrischem Strom, der in vielfacher Hinsicht genutzt werden kann (z.B.: Beleuchtung, Beheizung eines zentralen Backofens, usw.). Diese Wasserräder sollen entsprechend dem Bedarf in ländlichen Siedlungsräumen in Entwicklungsländern mit Leistungen im Bereich von 2 bis 6 kW ausgelegt werden.
Entwicklung eines Tropfbewaesserungssystems mit minimalem Druckbedarf und direkter Ankopplung an eine Solarpumpe.
Dezentrale Pumpen in Anlagen der Heizungstechnik können zur spürbaren Einsparung von Heiz- und Elektroenergie führen. Dazu werden umfangreiche gekoppelte Gebäude- und Anlagensimulationen durchgeführt und ausgewertet.
Zur Charakterisierung des effektiven vertikalen Stofftransports durch marine Aggregate unter Berücksichtigung des mikrobiellen Stoffumsatzes in ihrem Inneren wird ein strömungsmechanisch-mikrobiologisches Verbundprojekt angestrebt. Durch die Kombination von Laborexperimenten und numerischer Simulation soll zunächst die Sedimentationsgeschwindigkeit hochporöser Aggregate als Funktion der Größe, Porosität, Zusammensetzung und der Dichteschichtung der Umgebungsflüssigkeit parametrisiert werden. Des Weiteren sollen der Stoffübergang zwischen interstitieller Flüssigkeit der Aggregate und der Umgebungsflüssigkeit sowie die mikrobiellen Umsatzraten im Inneren von Aggregaten als Funktion der Sedimentationsgeschwindigkeit bestimmt werden. Auf dieser Basis soll ein mathematisches Modell entwickelt werden, das sowohl die Sedimentationsdynamik als auch den Stofftransport zuverlässig abbildet. Ein solches Modell wird erstmals eine realistische Abschätzung der Effizienz der biologischen Kohlenstoffpumpe ermöglichen und darüber hinaus neue Ansätze zur Abbildung mariner Prozesse in globalen Klimamodellen liefern.
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