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Verbesserung der Performance geothermischer Anlagen durch Entwicklung einder innovativen Filtertechnologie, Teilvorhaben: Bau und Betrieb einer Miniplant zur selektiven Ad- und Desorption von Kationen

Gelöste Schwermetalle in Geothermalwässern wie z.B. Blei, Kupfer oder Barium neigen dazu, bei betriebsbedingten Veränderungen des chemischen Gleichgewichtes zu übersättigen und als schwerlösliche Verbindungen auszufallen. Die damit einher gehenden Probleme reichen von Verstopfung und Beschädigung von Installationen bis zu nachlassender Produktivität und Injektivität des Reservoirs und führen zu erhöhtem Wartungsaufwand oder gar Ausfall des Standortes. Um Partikelanreicherungen (Clogging) und Ausfällungen (Scaling) zu verringern wurden im Projekt PERFORM unterschiedliche Filtrationsmethoden entwickelt, die auf der Entfernung von scale-bildenden Schwermetallionen aus den Geothermalwässern basieren. Dabei wurden vielversprechende Ergebnisse mit Zeolith und Chitosanfasern als Filtrationsmittel im Labormaßstab erzielt. Hauptziel der geplanten Arbeiten in PERFORM II ist nun die Translation dieser Filter-Technologien in die industrielle Anwendung und deren Evaluierung unter geothermischen Bedingungen. Durch das IEG soll in diesem Zusammenhang eine Miniplant gebaut, in Betrieb genommen, und an verschiedenen Geothermiestandorten eingesetzt. Die Minianlage soll an den Standorten mit realen geothermalen Fluiden sowohl die Adsorptionsphase, als auch die Desorptionsphase durchlaufen. Hierbei sollen Kationen selektiv dem Eduktstrom entnommen und aus dem Filter abgeschieden werden. Die Anlage soll somit einen TRL von 6 bis 7 erreichen.

Chemie in Nanometerpartikeln: Einzigartige Brutstätte für Oligomere?

Die Bildung neuer Partikel und ihr anschließendes Wachstum in der Troposphäre sind wichtige Prozesse, die die Zusammensetzung der Atmosphäre und den globalen Klimawandel beeinflussen. Nach der Entstehung der Nanopartikel durch Keimbildung wird ihr Wachstum von organischen Molekülen bestimmt. Zurzeit wird die Bildung der extrem geringflüchtigen Verbindungen, die für das Wachstum von Nanopartikeln benötigt werden, ausschließlich auf Basis von Gasphasenchemie diskutiert. Die Partikelembryonen selbst bieten jedoch eine einzigartige nanoskalige Umgebung, die chemische Reaktionen innerhalb der neu gebildeten kondensierten Phase beeinflussen können. Eine physikalisch-chemische Besonderheit von Nanometerpartikeln ist der zunehmende Innendruck (Laplace pressure). Da bindungsbildende chemische Reaktionen (z. B. Oligomerisierung) bei höheren Drücken begünstigt werden, gewinnen solche Reaktionen in kleinen Partikeln an Bedeutung. Daher könnten Partikelgrößen-abhängige chemische Reaktionen eine entscheidende Rolle im Lebenszyklus von atmosphärischen Aerosolen spielen, indem sie die Lücke zwischen der anfänglichen Bildung von Partikelembryonen und ihrem Wachstum in Größen schließen, in denen ihre Überlebenswahrscheinlichkeit größer wird und sie schließlich als Wolkenkondensationskeime dienen können. Obwohl motiviert durch atmosphärenchemische Fragestellungen, kann das erarbeitete Wissen über größenabhängige chemische Reaktionen auch zu einem besseren Verständnis von Gleichgewichtsreaktionen in organischen Nanoreaktoren führen sowie - in einem sehr allgemeinen Sinn - ebenfalls Beiträge zum Verständnis der Entstehung des Lebens liefern.

Phasen- und Reaktionsgleichgewichte bei der Rauchgasreinigung

Bei der Rauchgasreinigung durchlaeuft das Rauchgas vielfaeltige physikalische und chemische Umwandlungen. Das gilt insbesondere fuer die Waescher. In diesen wird zB HCl oder SO2 durch Kontakt und Waschloesung aus dem Rauchgas ausgewaschen. Die dabei ablaufenden physikochemischen Umwandlungen lassen sich in erster Naeherung durch gekoppelte Phasen- und Reaktionsgleichgewichte beschreiben. Insbesondere interessiert dabei der Verbleib des Quecksilbers. Es werden Parameterstudien durchgefuehrt, die einen Einblick in die sich bildenden Verbindungen und ihren Verbleib in den unterschiedlichen Phasen erlauben.

Rückhaltung und Löslichkeit dosisrelevanter Radionuklide unter den reduzierenden Nahfeldbedingungen eines Endlagers im Ton- oder Kristallingestein, Teilprojekt A

Rückhaltung und Löslichkeit dosisrelevanter Radionuklide unter den reduzierenden Nahfeldbedingungen eines Endlagers im Ton- oder Kristallingestein, Teilprojekt B

Nasse Rauchgasreinigung

Phasen- und Reaktionsgleichgewichte bei der nassen Rauchgasreinigung wurden experimentell und theoretisch untersucht.

Erweiterte experimentelle Untersuchungen der reaktiven Halogenchemie in Polarregionen (HALOPOLE III)

Halogenradikale spielen eine Schlüsselrolle in der Chemie der polaren Grenzschicht. Alljährlich im Frühjahr beobachtet man riesige Flächen von mehreren Millionen Quadratkilometern mit stark erhöhten Konzentrationen von reaktivem Brom, welches von salzhaltigen Oberflächen in der Arktis und Antarktis emittiert werden. Dieses Phänomen ist auch als Bromexplosion bekannt. Des Weiteren detektieren sowohl boden- als auch satellitengestützte Messungen signifikante Mengen von Jodoxid über der Antarktis, jedoch nicht in der Arktis. Die Gründe für diese Asymmetrie sind nach wie vor unbekannt, aber das Vorhandensein von nur wenigen ppt reaktiven Jods in der antarktischen Grenzschicht sollte einen signifikanten Einfluss auf das chemische Gleichgewicht der Atmosphäre haben und zu einer Verstärkung des durch Brom katalysierten Ozonabbaus im polaren Frühjahr haben. Der Schwerpunkt der Aktivitäten im Rahmen von HALOPOLE III wird auf der Untersuchung von wichtigen Fragestellungen liegen, die im Rahmen der Vorgängerprojekte HALOPOLE I und II im Bezug auf die Quellen, Senken und Transformationsprozesse von reaktiven Halogenverbindungen in Polarregionen aufgetreten sind. Basierend sowohl auf der synergistischen Untersuchung der bislang gewonnen Daten aus Langzeit - und Feldmessungen sowie auf neuartigen Messungen in der Antarktis sind die wesentlichen Schwerpunkte: (1) Die Untersuchung einer im Rahmen von HALOPOLE II aufgetretenen eklatanten Diskrepanz zwischen aktiven und passiven Messungen DOAS Messungen von IO. (2) Eine eingehende Analyse der DOAS Langzeitmessungen von der Neumayer Station und Arrival Heights (Antarktis) sowie Alert (Kanada) bezüglich Meteorologie, Ursprung der Luftmassen, Vertikalverteilung, sowie des Einflusses von Schnee, Meereis und Eisblumen auf die Freisetzung von reaktiven Halogenverbindungen. (3) Die Untersuchung der kleinskaligen räumlicher und zeitlichen Variation von BrO auf der Basis einer detaillierten Analyse der flugzeuggebundenen MAX-DOAS Messungen während der BROMEX 2012 Kampagne in Barrow/Alaska. (4) Die Analyse der kürzlich in der marginalen Eiszone der Antarktis auf dem Forschungsschiff Polarstern durchgeführten Messungen im Hinblick auf die horizontale und vertikale Verteilung von BrO und IO, sowie den Einfluss der Halogenchemie auf den Ozon- und Quecksilberhaushalt. (5) Weitere detaillierte Untersuchungen des Einflusses von Halogenradikalen, insbesondere Chlor und Jod, auf das chemische Gleichgewicht der polaren Grenzschicht auf der Basis einer Messkampagne in Halley Bay, Antarktis. (6) Detailliertere Langzeit-Messungen von Halogenradikalen und weiteren Substanzen auf der Neumayer Station mittels eines neuen Langpfad-DOAS Instruments welches im Rahmen dieses Projektes entwickelt wird. Zusätzlich zu den bereits existierenden MAX-DOAS Messungen werden diese eine ganzjährige Messungen des vollen Tagesganges sowie die Untersuchung nicht nur der Brom- und Jodchemie, sondern auch der Chlorchemie ermöglichen.

Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens - Teilprojekt Modellierung

Im Rahmen des Teilprojekts Modellierung des Forschungsverbundvorhabens 'Nachhaltige Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens' wird ein Prognoseinstrument entwickelt, das die Ausbreitung und den Abbau von Schadstoffen in der (un-)gesättigten Bodenzone in Form einer numerischen Simulation abbildet. Dazu musste in der ersten Projektphase ein existierendes Simulationswerkzeug (Richy1D) insbesondere um die Beschreibung von natürlichen Abbauvorgängen erweitert werden. Die nötigen Arbeiten auf dem Gebiet der Modellentwicklung resultierten zunächst in Implementierungen von Abbaumechanismen 0. und 1. Ordnung, die bereits lineare, irreversible Reaktionsnetzwerke mit beliebigen Reaktionspartnern abbildbar machen. Derartige Abbauketten sind etwa zur vereinfachten Beschreibung des LHKW-Abbaus weit verbreitet. Die Abhängigkeit der Reaktionsraten von Vorhandensein und Aktivität lebender Organismen, die diese Abbauvorgänge katalysieren, wird vom Monod-Modell widergespiegelt. Dieses wurde formuliert und implementiert für Umsetzungen mit beteiligter Biomasse und zwei Reaktionspartnern, dem Elektronendonator und einem Elektronenakzeptor (sog. 3-Komponentenmodell). Die Berücksichtigung des Konzepts der Redoxzonen, in welchen unterschiedliche Mikrobenspezies agieren und verschieden Abbauwege möglich sind, mündet in der Formulierung eines allgemeinen Monod-Modells mit einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Biomassenspezies, Abbauwegen, Reaktionspartnern und Hemmstoffen. Um schließlich allgemeinste chemische Reaktionsgleichgewichte oder Kinetiken berücksichtigen zu können, wird derzeit an der Realisation eines allgemeinen Mehrkomponentenmodelles gearbeitet. Die Nutzung komplexer Simulationsmodelle für reale Fallstudien stellt hohe Anforderungen an die Datenlage der Standorte. Ein Hilfsmittel zur Gewinnung von Modellparametern stellt die Identifizierung dieser mittels inverser Simulation geeigneter (Säulen-) Experimente dar. Die am Lehrstuhl entwickelte Software wurde hier entsprechend den Anforderungen eines Teilprojekts einem speziellen Experimentdesign, dem sog. Kreislaufexperiment, angepasst. Desweiteren wurde eine neue Parametrisierungsmöglichkeit für die zu identifizierenden Funktionen geschaffen, welche zu verbesserter numerischer Stabiliät führt. Die Funktionen sind nun durch monotone, stückweise kubische Splines darstellbar. Die Identifizierungssoftware ist auch auf die Parameter des 3-Komponenten-Monod-Modells erweitert. Zur Erstellung einer räumlich dreidimensionalen, instationären Wasserhaushalts- und Stofftransportsimulation Richy3D wurden zunächst zweidimensionale Vorarbeiten auf die aktuellste Version des Programmbaukastens ug portiert, was sowohl die Verfolgung adaptiver Rechenkonzepte (variable Steuerung numerischer Parameter wie Zeitschrittweite und Feinheit des räumlichen Gitters) ermöglicht, als auch einen übergang zu parallelen Datenstrukturen bietet. Dazu wurde in weiten Teilen die Diskretisierung ...

Modellierung der selektiven Abtrennung von Zink durch gewebegestützte Flüssigmembranen

Im Rahmen dieser Arbeit wird der Stoffaustausch von Zink durch gewebegestützte Flüssigmembranen erforscht. Basierend auf einer Verschiebung des chemischen Gleichgewichtes durch pH-Wert Änderungen wird Zink mit Hilfe des Ionentauschers DEHPA selektiv aus Abwasser abgetrennt und aufkonzentriert. Verschiedene Membrantypen, Einflüsse von oberflächenaktiven Substanzen und andere Wechselwirkungsparameter werden untersucht. Forschungsziel ist, den Stoffdurchgang zu modellieren um einen industriellen Einsatz zu ermöglichen.

MEDSAL - Ursachen, Risikoanalyse und Bewirtschaftungsmaßnahmen der Grundwasserversalzung im Mittelmeerraum, Teilvorhaben: Isotopenmethoden und Modellierung (ISOMOD)

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