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Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Nukleare Entsorgung (INE) durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist es, ein fundamentales Verständnis hinsichtlich der Abtrennung von langlebigen Radionukliden aus nuklearem Abfall zu erlangen. Das Projekt beinhaltet eine starke Komponente der Aus- und Weiterbildung junger Wissenschaftler in Forschungsthemen zur nuklearen Entsorgung sowie ihre Vernetzung in der europäischen Forschungslandschaft. Dies wird entscheidend zu einem sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der hierzu notwendigen Kompetenz beitragen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die beteiligten Verbundpartner aus Universitäten und nationale Forschungseinrichtungen ihre Expertise und Aktivitäten in Synthese, Spektroskopie, Technologie und Theorie bündeln, um zu einem tieferen Verständnis der auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozesse für Actiniden auf molekularer Größenskala zu gelangen. Durch die starke Beteiligung von Nachwuchswissenschaftlern trägt das Projekt direkt zum Erhalt der Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie der sicheren Nuklearen Entsorgung bei. Die Synthese neuer N- und S-Donor-Extraktionsmittel und deren Charakterisierung mit 'state-of-the-art' experimentellen Methoden werden in vier Arbeitspakete durchgeführt: 1) 'Synthese und Screening-Tests'; 2) 'Synthese und Spektroskopische Untersuchungen'; 3) 'Prozessstudien'; 4) 'Nachwuchsförderung'

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Institut für Ressourcenökologie durchgeführt. Das Gesamtziel des beantragten Projektes 'Spektroskopische Charakterisierung von f Element-Komplexen mit soft donor-Liganden (f-Char)' ist es, das Verständnis der Koordinationschemie der Actinid- und Lanthanidionen mit sogenannten soft donor-Liganden zu vertiefen. Dabei sollen insbesondere die subtilen Unterschiede der Wechselwirkung von soft donor-Liganden mit den chemisch ähnlichen Actinid- bzw. Lanthanidionen weitergehend charakterisiert und quantifiziert werden. Ein weiterer wesentlicher Aspekt des Projektes ist die Ausbildung und Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Bereich der Nuklearen Sicherheitsforschung und Nuklearchemie im Allgemeinen und in Themen der Actinidenchemie im Besonderen. Somit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zum Aufbau, der Weiterentwicklung und dem Erhalt wissenschaftlich-technischer Kompetenz in der nuklearen Sicherheitsforschung. Zu diesem Zweck sollen neue soft donor-Liganden synthetisiert und die ablaufenden Komplexierungsreaktionen im Hinblick auf den Unterschied zwischen Actinid- und Lanthanidionen untersucht werden. Zum Einsatz kommt ein umfangreiches und komplementäres Instrumentarium zur thermodynamischen und strukturellen Charakterisierung der entsprechenden Actiniden- und Lanthanidenkomplexe. Experimentelle Daten finden Eingang in grundlagenorientierte quantenchemische Arbeiten. Sowohl die gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse als auch die neu entwickelten bzw. verbesserten Liganden liefern wertvolle Beiträge zur Entwicklung von innovativen Trennprozessen. So werden die neu synthetisierten Komplexbildner hinsichtlich ihrer Eignung für die Abtrennung von Actiniden (Stichwort: Dekontamination z.B. von Salzlaugen) bzw. von Lanthaniden (Stichwort: Seltenerd-Recycling) untersucht. Weiterhin werden sie in Form ihrer Urankomplexe als Katalysatoren für die Aktivierung kleiner Moleküle (z. B. H2O, CO2, SO2) untersucht. Die zu erzielenden Ergebnisse können aber auch in den Bereich der Radiopharmazie Eingang finden.

Sub project:: Fluxes of redox equivalents in metabolic networks at active zones in aquifers (SP-RIC)

Das Projekt "Sub project:: Fluxes of redox equivalents in metabolic networks at active zones in aquifers (SP-RIC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Isotopenbiogeochemie durchgeführt. The spatial and temporal distribution of reduced and oxidized carbon (e.g. CH4 and CO2), nitrogen, iron, manganese, and sulphur species is commonly used to analyse microbial mediated electron transfer reactions and to characterise the biogeochemical conditions in contaminated aquifers. However, the linkage of carbon, nitrogen, iron an sulphur cycles in aquifers with respect to electron flow mediated by chemolithoautotrophic communities is not thoroughly investigated yet. Reduced products from electron transfer reactions such as NH4+, Fe2+, S2-, and CH4 have the potential to support chemolithoautotrophic and heterotrophic microbial processes as electron donors, thus linking the nitrogen iron sulphur and carbon cycles in aquifers in various microbial mediated interactions. Once formed during organic carbon degradation, methane, ammonia or reduced sulphur species will be transported in the ground water, will leave the zone of formation and become potent electron donors for microbial processes in other geochemical zones of the aquifer. The microflora using these electron donors may compete for electron acceptors with organisms degrading contaminants. We will investigate the cascades of redox reactions coupling electron donor-acceptor interaction of heterotrophic and chemolithoautotrophic microbial processes at geochemical gradients. In particular, the transport of methane, ammonia and reduced sulphur species linking the metabolism of microbial communities over certain distance will be studied with respect to the regulation of carbon and electron lux in contaminated aquifers.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist es, ein fundamentales Verständnis hinsichtlich der Abtrennung von langlebigen Radionukliden aus nuklearem Abfall zu erlangen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die beteiligten Verbundpartner aus Universitäten und nationale Forschungseinrichtungen ihre Expertise und Aktivitäten in Synthese, Spektroskopie, Technologie und Theorie bündeln, um zu einem tieferen Verständnis der auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozesse für Actiniden auf molekularer Größenskala zu gelangen. Das Projekt beinhaltet eine starke Komponente der Aus- und Weiterbildung junger Wissenschaftler in Forschungsthemen zur nuklearen Entsorgung sowie ihre Vernetzung in der europäischen Forschungslandschaft. Dies wird entscheidend zu einem sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der hierzu notwendigen Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie sichere nukleare Entsorgung beitragen. Die Synthese neuer N- und S-Donor-Extraktionsmittel und deren Charakterisierung mit 'state-of-the-art' experimentellen Methoden werden in vier Arbeitspakete durchgeführt: 1) Ligand-Synthese und Screening-Tests; 2) Darstellung von f-Elemente-Komplexen und spektroskopische Untersuchungen; 3) Prozessstudien in Hinblick auf eine Einbindung im Konditionieren; 4) Nachwuchsförderung und europäische Vernetzung

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Department Chemie und Pharmazie, Lehrstuhl für Anorganische und Allgemeine Chemie durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist es, ein fundamentales Verständnis hinsichtlich der Abtrennung von langlebigen Radionukliden aus nuklearem Abfall zu erlangen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die beteiligten Verbundpartner aus Universitäten und nationale Forschungseinrichtungen ihre Expertise und Aktivitäten in Synthese, Spektroskopie, Technologie und Theorie bündeln, um zu einem tieferen Verständnis der auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozesse für Actiniden auf molekularer Größenskala zu gelangen. Das Projekt beinhaltet eine starke Komponente der Aus- und Weiterbildung junger Wissenschaftler in Forschungsthemen zur nuklearen Entsorgung sowie ihre Vernetzung in der europäischen Forschungslandschaft. Dies wird entscheidend zu einem sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der hierzu notwendigen Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie sichere nukleare Entsorgung beitragen. Arbeitsplanung: Die Synthese neuer N- und S-Donor-Extraktionsmittel und deren Charakterisierung mit state-of-the-art experimentellen Methoden werden in vier Arbeitspakete durchgeführt: 1) Ligand-Synthese und Screening-Tests; 2) Darstellung von f-Elemente-Komplexen und spektroskopische Untersuchungen; 3) Prozessstudien in Hinblick auf eine Einbindung im Konditionieren; 4) Nachwuchsförderung und europäische Vernetzung.

Teilprojekt E

Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-6: Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist es, ein fundamentales Verständnis hinsichtlich der Abtrennung von langlebigen Radionukliden aus nuklearem Abfall zu erlangen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die beteiligten Verbundpartner aus Universitäten und nationalen Forschungseinrichtungen ihre Expertise und Aktivitäten in Synthese, Spektroskopie, Technologie und Theorie bündeln, um zu einem tieferen Verständnis der auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozesse für Actiniden auf molekularer Größenskala zu gelangen. Das Projekt beinhaltet eine starke Komponente der Aus- und Weiterbildung junger Wissenschaftler in Forschungsthemen zur nuklearen Entsorgung sowie ihre Vernetzung in der europäischen Forschungslandschaft. Dies wird entscheidend zu einem sicheren Umgang mit radioaktiven Abfällen und zum Erhalt der hierzu notwendigen Kompetenz auf dem Gebiet der Actiniden- und Radiochemie sowie sicheren nuklearen Entsorgung beitragen. Die Synthese neuer N- und S-Donor-Extraktionsmittel und deren Charakterisierung mit 'state-of-the-art' experimentellen Methoden werden in vier Arbeitspakete durchgeführt: 1) Ligand-Synthese und Screening-Tests; 2) Darstellung von f-Element-Komplexen und spektroskopische Untersuchungen; 3) Prozessstudien in Hinblick auf eine Einbindung im Konditionieren; 4) Nachwuchsförderung und europäische Vernetzung.

Sub project:Interaction of iron species and colloids with dissolved organic matter (DOM), dissolved organic sulfur compounds (DOSC) and low-molecular weight acids (LMWA)

Das Projekt "Sub project:Interaction of iron species and colloids with dissolved organic matter (DOM), dissolved organic sulfur compounds (DOSC) and low-molecular weight acids (LMWA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Umweltanalytik durchgeführt. Specific biochemical and co-metabolic pathways of microbial degradation often form unique extracellular intermediates or metabolites, which can be used to indicate in situ electron transfer processes in aquifers. Arylsuccinate derivatives have emerged as potentially universal metabolic biomarkers for the transformation of toluene, xylene, ethylbenzene, and methylnaphthalene under anaerobic conditions. They were identified in laboratory cultures and partly in field samples. Their occurrence and distribution in the field has been neither investigated yet systematically, nor were the geochemical and hydraulic parameters investigated that may influence formation and further turnover of metabolites. Therefore, we will use in this project succinic acid derivatives and other acidic aromatic or aliphatic metabolites to monitor and understand the transformation of organic compounds by electron transfer processes. Data of the occurrence and spatial distribution of metabolites will be further used to elucidate their role as electron donors and to estimate the relevance of the electron donor function. For that purpose we will use column experiments with pure cultures to investigate the formation and turnover of specific metabolites (e.g. arylsuccinates, arylcarboxylic acids, low-molecular weight acids) and influencing parameters. The data obtained from those experiments will be used for reactive transport modeling. The calibrated model will then be used to simulate metabolite occurrence and distribution in different scenarios. Bioreactor experiments will address the question on contaminant degradation and metabolite formation/turnover with an inoculum of non-contaminated peat land under different geochemical conditions (boundary conditions). Metabolite accumulation will be of particular interest in this context. Field measurements will be performed in geochemically reactive zones of the site, where we will investigate metabolite pattern, their spatial distribution and accumulation. Analytical methods mainly with liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS-MS) combined with different derivatization reactions will be developed to guarantee successful metabolite analysis in small sample volumes of column experiments and in groundwater samples of field sites.

Sub project: Identification of polysulfides and their importance as intermediate sulfur species for electron transfers processes in anoxic aquifers

Das Projekt "Sub project: Identification of polysulfides and their importance as intermediate sulfur species for electron transfers processes in anoxic aquifers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften - Umweltgeochemie durchgeführt. The central hypothesis of the project is that polysulfides as intermediate sulfur species are important for electron transfer processes in anoxic aquifers. In the first part of the project, we will establish elemental sulfur and polysulfide separation after derivatization with methyl trifluoromethanesulfonate by reverse-phase chromatography coupled to inductively-coupled plasma mass-spectrometry. Identification, quantification, and detection of analytical artefacts during analysis of derivatized polysulfides will be possible by comparison with synthesized reference materials. Electro-spray mass-spectrometry will be used to confirm the identity of the synthesized dimethyl polysulfides. Speciation of sulfide, thiosulfate, polythionates, sulfite, and sulfate will be achieved based on established anion-exchange-chromatographic methods. In the second part of the project, the importance of polysulfides as electron shuttles for the indirect reduction of both biogenic and abiogenically synthesized ferric iron hydroxide (ferrihydrite) by Sulfurospirillum deleyianum will be investigated. We expect that slight changes in pH influence speciation of intermediate sulfur species and thus the electron transfer mechanisms significantly. Different concentrations of initially present dissolved sulfur species (added alternatively in form of polysulfides, elemental sulfur, or thiosulfate) will be tested to determine the minimum sulfur concentration needed to start the S-cycle-mediated Fe(III) reduction. We will investigate whether total sulfur concentration affects intermediate sulfur speciation within the electron shuttle mechanism. Iron sulfides expected to form as major products at higher total sulfur concentrations will be identified and quantified by X-ray diffractometry and Moessbauer spectroscopy. Reduction of iron (hydr)oxides in direct contact with microorganisms will be compared to reduction in setups where microorganisms are separated from the mineral phase. In the third part of the project, experiments setup by other members of the research group will be used to determine the role of polysulfides as electron acceptors and donors during sulfide oxidation by ferrihydrite reduction in the presence of dissolved organic compounds, during sulfur disproportionation, and finally in an anoxic aquifer in the presence of dissolved organic matter to determine the relevance of the individual processes under natural conditions.

Charakterisierung von Resistenzquellen gegen das Soil-borne cereal mosaic virus - SBCMV und das Wheat spindle streak mosaic virus - WSSMV in genetischen Ressourcen von Roggen sowie deren Nutzung für die Züchtung virusresistenter Sorten

Das Projekt "Charakterisierung von Resistenzquellen gegen das Soil-borne cereal mosaic virus - SBCMV und das Wheat spindle streak mosaic virus - WSSMV in genetischen Ressourcen von Roggen sowie deren Nutzung für die Züchtung virusresistenter Sorten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung durchgeführt. Das Projektziel besteht darin, vorevaluierte Resistenzquellen gegen bodenbürtige Viren im Roggen zu charakterisieren, neue Resistenzdonoren zu finden und für die Sortenzüchtung zu erschließen. Die Virusresistenz kann auf die Wirkung eines einzelnen Gens zurückzuführen sein oder polygen kontrolliert werden. Die Analyse der Resistenzform erfordert die Untersuchung spaltender Populationen. Hierfür stehen im Roggen zum einen durch gezielte Pärchenkreuzung entwickelte Vollgeschwisternachkommen und zum anderen spaltende F2-Populationen mit F3-Linien zur Verfügung. In den Jahren 2008 bis 2011 wird die Virusresistenz in spaltenden Roggenpopulationen charakterisiert. Mit der Evaluierung weiterer Resistenzdonoren werden neue spaltende Populationen und deren Nachkommen erzeugt und für Allelietests spezifische Kreuzungen hergestellt. Dieses Material wird unter Klimakammer- und Feldbedingungen bei Beachtung des Einflusses verschiedener Pathogenpopulationen phänotypisert und die Vererbung der Virusresistenz in den Nachkommen aufgeklärt. Anhand phänotypischer Daten erfolgt die molekulargenetische Identifizierung für die Virusresistenz relevanter Genombereiche mittels QTL-Analyse. Durch Feinkartierung der Gene werden molekulare Marker identifiziert, die eine gezielte Resistenzselektion unterstützen.

Sub project: Diffusion/dispersion-limited mixing and reactions in saturated homogeneous and heterogeneous porous media

Das Projekt "Sub project: Diffusion/dispersion-limited mixing and reactions in saturated homogeneous and heterogeneous porous media" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften, Arbeitsgruppe Hydrogeochemie durchgeführt. Natural attenuation (mainly biodegradation) of organic pollutants in groundwater often depends on mixing of electron donors and acceptors. Mixing in the field is the result of transverse dispersion, which is a function of groundwater flow velocity, the typical length scale in the aquifer (e.g. grain size) and aquifer heterogeneities, and the dynamics of the natural flow system. The objectives of this proposal are twofold: 1) to investigate dispersion-limited reactions in well-controlled bench-scale experiments and 2) to use numerical models to elaborate how heterogeneities and transient conditions at the field scale (in time and space) influence the overall natural attenuation rates of organic pollutants in groundwater. Example reactions limited by transverse dispersion will be investigated in the lab in high resolution in time and space using innovative optical online analysis (with TP 5). The influence of grain scale heterogeneities and transient flow conditions will be quantified and the results will be used for validation of a numerical transport/reaction model (PHT3D). The model accounts for advection, dispersion, sorption, biodegradation (incl. kinetics) and is coupled to a geochemical code (PHREEQC). The validated code is used for scenario specific modeling at the field scale.

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