In Folge des globalen Klimawandels hat sich die Meereisdecke in der Arktis dramatisch verändert. Im derzeitigen Zustand spielt die arktische Eisdecke eine wichtige Rolle; so schirmt sie das Oberflächenwasser, die sogenannte arktische Halokline (Salzgehaltsschichtung), von der Erwärmung durch die sommerliche Sonneneinstrahlung ab. Zudem wird die Halokline durch die Salze, welches beim Gefrierprozess des Meerwassers aus der Kristallstruktur austritt, gebildet und stabilisiert. Gleichzeitig wirkt die Halokline als Barriere zwischen der Eisdecke und dem darunter liegenden warmen atlantischen Wasser und trägt so zum Erhalt der arktischen Meereisdecke bei. Dieses Gleichgewicht ist nun durch die insgesamt wesentlich dünnere arktische Meereisdecke und ihre verringerte sommerliche Ausdehnung gestört. Im Meerwasser sind zudem Gase und biogeochemisch wichtige Spurenstoffen enthalten. Diese werden durch die Gefrierprozesse eingeschlossen, beeinflusst und wieder ausgestoßen. So beeinflusst die Meereisdecke die Gas- und Stoffflüsse zwischen Atmosphäre, Eis und oberer Wasserschicht. Durch die Eisbewegung findet außerdem ein Transport statt z.B. in der sogenannten Transpolarendrift von den sibirischen Schelfgebieten, über den Nordpol, südwärts bis ins europäische Nordmeer. Nun wird mit den weitreichenden Veränderungen des globalen und arktischen Klimawandels bereits von der „neuen Arktis“ gesprochen, da angenommen wird, dass sich die Arktis bereits in einem neuen Funktionsmodus befindet. Dabei ist jedoch weitgehend unbekannt wie dieses neue System funktioniert, sich weiterentwickelt und wie sich dies auf die Eisbildungsprozesse und damit die Stabilität der Halokline und die damit verbundenen Gas- und Stoffflüsse auswirkt. Für solche Untersuchungen werden über den Jahresverlauf Proben der oberen Wassersäule und der Eisdecke benötigt. Ermöglicht wird dies durch die wissenschaftliche Initiative MOSAiC. Mithilfe der stabilen Isotope des Wassers (?18O und ?D) aus dem Eis und der Wassersäule kann Rückschlüsse auf die Herkunftswässer und den Gefrierprozess gezogen werden und diese Ergebnisse sollen in direkten Zusammenhang mit Gas- und biogeochemischen Stoffuntersuchungen (aus Partnerprojekten) gesetzt werden. Dabei können z.B. Stürme, Schmelzprozesse, Schneebedeckung, Teichbildung und Alterungseffekte des Eises eine Rolle spielen. Untersucht wird parallel die Veränderung der Wassersäule welche z.B. durch Wärmetransport, wiederum die Eisdecke beeinflussen kann.Diese prozessorientierten Untersuchungen der saisonalen Eisbildungsprozesse in Eis und Wassersäule der zentralen Arktis, werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Stabilität der arktischen Halokline und der arktischen Gas- und Stoffflüsse liefern. Da sich die Gase und Stoffe nicht-konservativ verhalten, während die Isotope im Gefrierprozess konservativ sind, erwarten wir aus der Diskrepanz wiederum wichtige Informationen z. B. über wiederholtes Einfrieren von Süßwasserbeimengungen ableiten zu können.
Die NEXAFS-Spektroskopie (engl. Near-Edge X-Ray Absorption Fine Structure) erfasst die Oxidationsstufe und die chemische Umgebung eines Elements und eignet sich daher zur Charakterisierung von Mineralen, aber auch teilkristallinen Feststoffen, amorphen Verbindungen und Metallkomplexen. NEXAFS ist bisher auf Synchrotronstrahlquellen beschränkt. Da NEXAFS-Instrumente stark überbucht sind, sind Messungen nur nach einem langwierigen, hochkompetitiven Begutachtungsprozess möglich. Jedoch wurde am Laser-Laboratorium Göttingen kürzlich ein kompaktes Spektrometer auf Basis einer laserinduzierten Plasmaquelle entwickelt. Im Spektralbereich weicher Röntgenstrahlung (<1 keV) ermöglicht es die Untersuchung der Elemente C, N, O, Ca, Mn und Fe, und zwar nicht nur im Vakuum, sondern auch unter Umgebungsbedingungen oder Inertgas. Das Ziel dieses Gemeinschaftsprojektes ist es, das kompakte NEXAFS-Spektrometer für die Analyse geowissenschaftlicher Proben weiter zu entwickeln und anzuwenden. Im Teilprojekt des Laser-Laboratorium Göttingen wird die Brillanz der Quelle verbessert, eine neue Probenkammer entwickelt und die spektrale Auflösung deutlich erhöht. Im Teilprojekt der Universität Jena steht die Anwendung der NEXAFS-Spektroskopie mit weicher Röntgenstrahlung im Mittelpunkt. Hier sollen die Stärken und Schwächen der Methode in Bezug auf Probenvorbereitung, Nachweisgrenzen und Strahlenschäden unterschiedlicher Verbindungen in verschiedenen chemischen Umgebungen ausgelotet werden. Im Anschluss wird besonderes Augenmerk auf die Quantifizierung von Fe-Oxiden (Fe2p; O1s) und die Charakterisierung von organischem Material (C1s, N1s) in Umweltproben gelegt.Am Ende des Projekts wird ein verbessertes neues Tischspektrometer in Jena zur Verfügung stehen. Mit diesem Gerät schließen wir die analytische Lücke bei der Charakterisierung von teilkristallinen Mineralen, Metallkomplexen und Fe-Oxid-assoziierten organischen Substanzen. Das Spektrometer wird seine Stärken besonders dann ausspielen können, wenn Proben schnell nach der Präparation analysiert werden müssen. Das betrifft z.B. redox-sensitive Substanzen oder empfindliche metastabile Proben (teilkristalline Fe- und Mn-Phasen, Carbonatvorläuferphasen). Im Vergleich zu Synchrotronmessungen werden zudem die Analysekosten stark reduziert und ein höherer Probendurchsatz möglich sein.
Aktuell bedienen einzelne PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis max. 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Da BPP in solchen Größenordnungen heute aber aus technologischen sowie wirtschaftlichen Gründen nicht herstellbar sind, muss hierfür die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden, was den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' darstellt. Der Beitrag der Firma Weil Technology GmbH zur Erreichung dieser Gesamtzielsetzung besteht in der Entwicklung geeigneter Fügeverfahrens und Werkzeuge für größere (>1000cm2 aktive Fläche) und im speziellen hochskalierte BPP (Multiplikation des Grund Flowfields) um oxidfreie und dichte Schweißnähte zu garantieren. Die Entwicklung von Spannwerkzeugen welche homogene Anpresskraftverhältnisse (Nullspalt) bei gleichzeitiger Begasung mit Schutzgas, steht als innovative Inhalt im Vordergrund.