Das Projekt wird an zwei Unternehmensstandorten durchgeführt: Eine neuartige Bandgießanlage zur Herstellung von Vorbändern wird in Peine errichtet. Dort sollen neue, hochfeste Stahlwerkstoffe mit hohem Mangan-, Silizium- und Aluminium-Gehalten hergestellt werden. In Salzgitter wird eine vorhandene Walzanlage zur Weiterverarbeitung der Vorbänder umgebaut. Bei der Herstellung von Leichtbaustählen sollen etwa 170 kg CO2 pro Tonne Warmband eingespart werden. Bezogen auf das Produktionsvolumen der geplanten Anlage (25.000 Tonnen) ergibt das eine CO2-Einsparung von 4.250 Tonnen pro Jahr. Darüber hinaus werden erhebliche Energieeinsparungspotenziale in der Stahl verarbeitenden Industrie erwartet. Beim Einsatz beispielsweise in Kraftfahrzeugen rechnen Experten mit einer Kraftstoffreduzierung von ca. 0,2 Liter / 100 km bzw. ca. 8 g CO2 / km. Das entspricht umgerechnet auf die produzierte Jahresmenge an Stahl etwa 8 Millionen Kraftstoff jährlich.
Der Verlauf der atmosphärischen CO2-Konzentrationen während der vergangenen Klimazyklen ist durch ein Sägezahnmuster mit Maxima in Warmzeiten und Minima in Kaltzeiten geprägt. Es besteht derzeit Konsens, dass insbesondere der Süd Ozean (SO) eine Schlüsselfunktion bei der Steuerung der CO2-Entwicklung einnimmt. Allerdings sind die dabei wirksamen Mechanismen, die in Zusammenhang mit Änderungen der Windmuster, Ozeanzirkulation, Stratifizierung der Wassersäule, Meereisausdehnung und biologischer Produktion stehen, noch nicht ausreichend bekannt. Daten zur Wirkung dieser Prozesse im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten beziehen sich bislang fast ausschließlich auf den atlantischen SO. Um ein umfassendes Bild der Klimasteuerung durch den SO zu erhalten muss geklärt werden, wie weit sich die aus dem atlantischen SO bekannten Prozesswirkungen auf den pazifischen SO übertragen lassen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da der pazifische SO den größten Teil des SO einnimmt. Darüber hinaus stellt er das hauptsächliche Abflussgebiet des Westantarktischen Eisschildes (WAIS) in den SO dar. Im Rahmen des Projektes sollen mit einer neu entwickelten Proxy-Methode Paläoumwelt-Zeitreihen an ausgewählten Sedimentkernen von latitudinalen Schnitten über den pazifischen SO hinweg gewonnen werden. Dabei handelt es sich um kombinierte Sauerstoff- und Siliziumisotopenmessungen an gereinigten Diatomeen und Radiolarien. Es sollen erstmalig die physikalischen Eigenschaften und Nährstoffbedingungen in verschiedenen Stockwerken des Oberflächenwassers aus verschiedenen Ablagerungsräumen und während unterschiedlicher Klimabedingungen beschrieben werden. Dies umfasst Bedingungen von kälter als heute (z.B. Letztes Glaziales Maximum) bis zu wärmer als heute (z.B. Marines Isotopen Stadium, MIS 5.5). Die Untersuchungen geben Hinweise zur (1) Sensitivität des antarktischen Ökosystems auf den Eintrag von Mikronährstoffen (Eisendüngung), (2) Oberflächenwasserstratifizierung und (3) 'Silicic-Acid leakage'-Hypothese, und tragen damit zur Überprüfung verschiedener Hypothesen zur Klimawirksamkeit von SO-Prozessen bei. Die neuen Proxies bilden überdies Oberflächen-Salzgehaltsanomalien ab, die Hinweise zur Stabilität des WAIS unter verschiedenen Klimabedingungen geben. Darüber hinaus kann die Hypothese getestet werden, nach der der WAIS während MIS 5.5 vollständig abgebaut war. Die Projektergebnisse sollen mit Simulationen mit einem kombinierten biogeochemischen (Si-Isotope beinhaltenden) Atmosphäre-Ozean-Zirkulations-Modell aus einem laufenden SPP1158-DFG Projekt an der CAU Kiel (PI B. Schneider) verglichen werden. Damit sollen die jeweiligen Beiträge der Ozeanzirkulation und der biologischen Produktion zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre getrennt und statistisch analysiert werden. Informationen zu Staubeintrag, biogenen Flussraten, physikalischen Ozeanparametern und zur Erstellung von Altersmodellen stehen durch Zusammenarbeit mit anderen (inter)nationalen Projekten zur Verfügung.
Silizium (Si) spielt eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die Si-Verfügbarkeit in Ökosystemen ist dabei sehr unterschiedlich, abhängig von Ökosystemtyp, Ausgangsgestein, Vegetation und weiteren Faktoren. Aktuelle Forschung hat gezeigt, dass die Si-Verfügbarkeit entscheidend für Nährstoffgehalt und Nährstoffstöchiometrie von pflanzlicher Streu ist; besonders deutlich ist dieser Zusammenhang in Gräser-dominierten Systemen. Bedeutend in dem Zusammenhang ist eine gesteigerte Abbaurate von organischem Material bei gesteigerter Si-Verfügbarkeit. Pflanzenstreu mit geringen Nährstoffgehalten wird bekanntermaßen langsamer abgebaut als nährstoffreiche Streu. Allerdings konnte kürzlich gezeigt werden, dass nährstoffarme Streu mit hohen Si-Gehalten schneller abgebaut wird als nährstoffreiche Streu mit wenig Si. Dabei wurde gleichzeitig durch die Erhöhung des Si-Gehaltes der Streu die Biomasse der abbauenden Pilze stark reduziert. Dies beweist die Bedeutung von Si für den Kohlenstoffkreislauf und die mikrobielle Abbaugemeinschaft in von Gräsern dominierten Ökosystemen. Niedermore, als wichtige Kohlenstoffspeicher und bedeutende Treibhausgas-emittenden, sind solche von Gräsern dominierten Ökosysteme mit einem potentiell hohen Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf. Eine Vorabstudie, welche den Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf in einem Niedermoor untersuchte, zeigte eine verstärkte Respiration mit einer Vordopplung der Methangehalte im Torfkörper auf Si gedüngten Flächen. Allerdings wurde gleichzeitig zu den erhöhten Respirationsraten auch ein Anstieg der Phosphorgehalte (P) in der Bodenlösung gemessen. Eine Erhöhung des verfügbaren P führt bekanntermaßen ebenfalls zu einer Erhöhung der Respiration. Das Ziel des beantragten Projektes ist die direkten Effekte von Si auf den Kohlenstoffkreislauf von den indirekten Effekten (durch die Si bedingte P-Mobilisierung) zu trennen und eine Quantifizierung beider Prozesse vorzunehmen. Unsere Hypothesen sind (i) eine höhere Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung der Respiration organischer Substanz (Torf), durch (ii) direkte Si-Effekte und indirekte Si-Effekte durch eine Steigerung der P-Verfügbarkeit, (iii) die Steigerung der Respiration durch Si wird vorrangig durch Bakterien als durch Pilze erzielt und (iv) eine Steigerung der Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung von P und N Verfügbarkeit, Umsatz und Aufnahme durch Pflanzen und damit zu labilerer Streu. Die Mechanismen zu verstehen auf welche Weise Si den Kohlenstoffkreislauf in Niedermooren beeinflusst ist ein wichtiger Teil eines verbesserten Verständnisses des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs.
To understand impacts of climate and land use changes on biodiversity and accompanying ecosystem stability and services at the Mt. Kilimanjaro, detailed understanding and description of the current biotic and abiotic controls on ecosystem C and nutrient fluxes are needed. Therefore, cycles of main nutrients and typomorph elements (C, N, P, K, Ca, Mg, S, Si) will be quantitatively described on pedon and stand level scale depending on climate (altitude gradient) and land use (natural vs. agricultural ecosystems). Total and available pools of the elements will be quantified in litter and soils for 6 dominant (agro)ecosystems and related to soil greenhouse gas emissions (CO2, N2O, CH4). 13C and 15N tracers will be used at small plots for exact quantification of C and N fluxes by decomposition of plant residues (SP7), mineralization, nitrification, denitrification and incorporation into soil organic matter pools with various stability. 13C compound-specific isotope analyses in microbial biomarkers (13C-PLFA) will evaluate the changes of key biota as dependent on climate and land use. Greenhouse gas (GHG) emissions and leaching losses of nutrients from the (agro)ecosystems and the increase of the losses by conversion of natural ecosystems to agriculture will be evaluated and linked with changing vegetation diversity (SP4), vegetation biomass (SP2), decomposers community (SP7) and plant functional traits (SP5). Nutrient pools, turnover and fluxes will be linked with water cycle (SP2), CO2 and H2O vegetation exchange (SP2) allowing to describe ecosystem specific nutrient and water characteristics including the derivation of full GHG balances. Based on 60 plots screening stand level scale biogeochemical models will be tested, adapted and applied for simulation of key ecosystem processes along climate (SP1) and land use gradients.
Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung elektrisch leitfähiger Klebstoffe, die speziell auf die Anforderungen einer industriellen Matrix-Schindelverschaltung von Silizium Solarzellen zugeschnitten sind. Ein besonderer Fokus liegt dabei neben der elektrischen / mechanischen Performance solcher Systeme auch auf einer Kostenoptimierung durch Auswahl geeigneter Füllstoffe, um Zugang zu dem preissensitiven PV-Markt zu bekommen.
Solarmodule mit Tandemsolarzellen werden als die nächste Generation von Solarmodulen gesehen, mit denen deutlich höhere Wirkungsgrade als mit heutigen Solarmodulen erreicht werden können. Diese Technologie wird zudem für den Wiedereinstieg Deutschlands in die Herstellung von Solarmodulen entscheidend sein. Große Chancen werden dabei Modulen aus sogenannten monolithischen Perowskit-Silizium Tandem-Solarzellen zugeschrieben, da diese dem jetzigen Standardprodukt im Aufbau sehr ähnlich sind und das Zellkonzept auf der heutigen Silizium Zelltechnologie aufbaut. Voraussetzung für ihren Erfolg wird aber eine vergleichbare Lebensdauer sein. Im Teilvorhaben von Oxford PV geht es um das Herzstück solcher Module nämlich den Perowskit/Silizium Tandemzellen. Diese befinden sich noch in einem vorkommerziellen Stadium bzw. Technology Readiness Level im Gegensatz zu den sonstigen Technologien, die im Verbund erforscht werden. Somit trägt Oxford PV das größte Risiko der Partner. Auf Grund der noch sehr dynamischen Entwicklungen im Feld der Perowskit-Solarzellen sind Änderungen an mehreren Prozessschritten geplant, konkret bei der Metallisierung, welche mit der Verbindungstechnologie von den Modul-Partnern abgestimmt werden muss, bei den Kontaktschichten sowie bei der Absorberschicht.
Erstellung einer neuartigen und (bisher) weltweit einmaligen netzgekoppelten Photovoltaik (PV) Anlage zur Stromerzeugung mit beidseitig lichtausnutzenden (bifacialen) PV-Modulen und einseitigen Standard-PV-Modulen in gleichartig aufgebauten und aufgestaenderten PV-Anlagen im Netzbetrieb. Ziel ist es, den Nachweis zu erbringen, dass bei optimaler Aufstaenderung bifaciale PV-Module auch in groesseren Anlagen mit mehreren Kilowatt Leistung hoehere Ertraege als einseitig lichtempfindliche Module (bezogen auf die Zellflaeche bis zu 30 Prozent) erzielen koennen. Der erstmalige Einsatz von bifacialen PV-Modulen in groesserem Massstab in einem System soll das am ISFH nachgewiesene hohe Potential der bifacialen Siliziumsolarzellen aufzeigen und nutzbar machen. Mehrertraege von 20 Prozent bis 30 Prozent bei gleicher Zellflaeche (in bezug auf herkoemmliche einseitige Module) sind bei der Aufstaenderung der Module vor einem hellen Hintergrund zu erwarten. Die geplante PV-Anlage mit bifacialen PV-Modulen soll insgesamt ca. 2,5 kWp Leistung aufweisen und auf einem Flachdach des Betriebsgebaeudes der Stadtwerke Rinteln in Rinteln verschattungsfrei installiert werden. Die PV-Module sollen dabei in einem lockeren Abstand vor einem hellen Hintergrund auf die vorhandene Aufstaenderung aufgebracht werden. Eine existierende PV-Anlage mit einseitigen (standard) PV-Modulen mit 5 kWp Anschlussleistung, die bereits 1995 am gleichen Standort in Betrieb genommen wurde, ist als Referenzanlage (gleiche Neigung und Ausrichtung) bestens geeignet. Die Stadtwerke Rinteln beteiligen sich wesentlich an der Finanzierung des Projekts. Das ISFH plant die Anlage und ueberwacht den Betrieb, wobei eine kontinuierliche Messwerterfassung, Leistungsmessung und technische Betreuung der installierten PV-Module und Einzelkomponenten die Basis fuer eine Ertragsoptimierung der PV-Anlagen bilden. Ein kritischer Vergleich der Einzelkomponenten und des Gesamtsystems wird durchgefuehrt und Optimierungspotentiale aufgezeigt. Themenschwerpunkte: 1) Entwurf und Planung eines PV-Moduls mit beidseitig lichtempfindlichen Si-Solarzellen in Absprache mit der Firma ASE GmbH in Alzenau. (angestrebter Wirkungsgrad: Vorderseite ca 13-15 Prozent, Rueckseite ca 11-13 Prozent) 2) Fertigung der Module durch Firma ASE. 3) Leistungszertifizierung an bis zu 10 ausgewaehlten PV-Modulen am ISFH (Vorder- und Rueckseitenwirkungsgrad. 4) Entwurf und Bau einer Haltevorrichtung fuer die vorhandene Aufstaenderungseinheit auf einem Flachdach. 5) Installation der PV-Module bei den Stadtwerken Rinteln: Aufstaenderung Richtung Sueden, Neigung 30 Grad; Abstand vor hellem Hintergrund ca. 20-30 Zentimeter; Abstand der Module untereinander ca. 30 Zentimeter. 6) Optimierung der notwendigen elektrischen Systemtechnik: Rest der elektrischen Komponenten; Einsatz eines Input-Outputkontrollers; Vermessung der elektrischen Kennlinie des installierten PV-Generators mit Hilfe des am ISFH entwickelten Kennlinienanalysators....
Das wissenschaftliche und technische Arbeitsziel des Projekts LiverPool ist die Entwicklung von skalierbaren Prozessen zur Abscheidung von Perowskiten und Kontaktmaterialien mittels Vakuumtechnologie für Perowskit-Silicium Tandemsolarzellen. Hierzu sollen folgende Teilziele erreicht werden: - Beschaffung und Aufbau eines Linearverdampfersystems zur Abscheidung von Perowskit-Materialien und von Kontaktschichten für Tandemsolarzellen auf texturiertem Silicium mit einem Durchsatz von mehreren M12-Wafern pro Stunde. Die Anlage soll so ausgestattet werden, dass der Perowskitabsorber sowohl mittels der Vollaufdampf-Route (organische und anorganische Komponenten des Perowskitabsorbers werden vollständig aufgedampft) als auch mit der Hybrid-Route (anorganische Komponenten werden aufgedampft und die organischen Materialien danach mit nasschemischen Methoden aufgebracht) hergestellt werden kann. - Entwicklung von Aufdampfprozessen für die Hybrid-Route und Transfer dieser Prozesse auf das Linearverdampfersystem und Herstellung von Perowskit Silicium Tandemsolarzellen auf M12 Silicium Wafern.
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