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Wassernutzung privater Haushalte

<p>Im Schnitt nutzt jede Person in Deutschland täglich 126 Liter Trinkwasser im Haushalt. Für die Herstellung von Lebensmitteln, Bekleidung und anderen Bedarfsgütern wird dagegen so viel Wasser verwendet, dass es 7.200 Litern pro Person und Tag entspricht. Ein Großteil dieses indirekt genutzten Wassers wird für die Bewässerung von Obst, Gemüse, Nüssen, Getreide und Baumwolle benötigt.</p><p>Direkte und indirekte Wassernutzung</p><p>Jede Person in Deutschland verwendete im Jahr 2022 im Schnitt täglich 126 Liter <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/wasserwirtschaft/oeffentliche-wasserversorgung">Trinkwasser</a>, etwa für Körperpflege, Kochen, Trinken, Wäschewaschen oder auch das Putzen (siehe Abb. „Trinkwasserverwendung im Haushalt 2023“). Darin ist auch die Verwendung von Trinkwasser im Kleingewerbe zum Beispiel in Metzgereien, Bäckereien und Arztpraxen enthalten. Der überwiegende Anteil des im Haushalt genutzten Trinkwassers wird für Reinigung, Körperpflege und Toilettenspülung verwendet. Nur geringe Anteile nutzen wir tatsächlich zum Trinken und für die Zubereitung von Lebensmitteln.</p><p>Die tägliche Trinkwassernutzung im Haushalt und Kleingewerbe ging von 144 Liter pro Kopf und Tag im Jahr 1991 lange Jahre zurück bis auf täglich 123 Liter pro Kopf im Jahr 2016. 2019 wurden von im Schnitt täglich 128 Liter pro Person verbraucht, 2022 waren es 126 Liter. Der Anstieg im Vergleich zu 2016 begründet sich durch den höheren Wasserbedarf in den jeweils heißen und trockenen Sommermonaten (siehe Abb. „Tägliche Wasserverwendung pro Kopf“).</p><p>Doch wir nutzen Wasser nicht nur direkt als Trinkwasser. In Lebensmitteln, Kleidungstücken und anderen Produkten ist indirekt Wasser enthalten, das für ihre industrielle Herstellung eingesetzt wurde oder für die Bewässerung während der landwirtschaftlichen Erzeugung. Dieses Wasser wird als virtuelles Wasser bezeichnet. Virtuelles Wasser zeigt an, wie viel Wasser für die Herstellung von Produkten benötigt wurde.</p><p>Deutschlands Wasserfußabdruck</p><p>Das virtuelle Wasser ist Teil des <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/wasser-bewirtschaften/wasserfussabdruck">„Wasserfußabdrucks“</a>, der die direkt und indirekt verbrauchte Wassermenge einer Person, eines Unternehmens oder Landes angibt. Das Besondere des Konzepts ist, dass die Wassermenge, die in den Herstellungsregionen für die Produktion eingesetzt, verdunstet oder verschmutzt wird, mit dem Konsum dieser Waren im In- und Ausland in Verbindung gebracht wird. Der Wasserfußabdruck macht deutlich, dass sich unser Konsum auf die Wasserressourcen weltweit auswirkt. Der durch Konsum verursachte, kurz konsuminduzierte Wasserfußabdruck eines Landes, wird auf folgende Weise berechnet; in den Klammern werden die Werte des Jahres 2021 für Deutschland in Milliarden Kubikmetern (Mrd. m³) ausgewiesen:</p><p><strong>Nutzung heimischer Wasservorkommen – Export virtuellen Wassers (= 30,66 Mrd. m³)&nbsp;+ Import virtuellen Wassers (188,34 Mrd. m³) = konsuminduzierter Wasserfußabdruck (219 Mrd. m³)</strong></p><p>Bei einem Wasserfußabdruck von 219 Milliarden Kubikmetern hinterlässt jede Person in Deutschland durch ihren Konsum einen Wasserfußabdruck von rund 2.628 Kubikmetern jährlich – das sind 7,2 Kubikmeter oder 7.200 Liter täglich. 86 % des Wassers, das man für die Herstellung der in Deutschland konsumierten Waren benötigt, wird im Ausland verbraucht. Für Kleidung sind es sogar nahezu 100 %.</p><p>Grünes, blaues und graues Wasser</p><p>Beim Wasserfußabdruck wird zwischen „grünem“, „blauem“ und „grauem“ Wasser unterschieden. Als „grün“ gilt natürlich vorkommendes Boden- und Regenwasser, welches Pflanzen aufnehmen und verdunsten. Als „blau“ wird Wasser bezeichnet, das aus Grund- und Oberflächengewässern entnommen wird, um Produkte wie Textilien herzustellen oder Felder und Plantagen zu bewässern. Vor allem Agrarprodukte haben einen großen Anteil am blauen Wasserfußabdruck von Deutschland (siehe Abb. „Sektoren mit den höchsten Beiträgen blauen Wassers zum Wasserfußabdruck von Deutschland“). Der graue Wasserfußabdruck veranschaulicht die Verunreinigung von Süßwasser durch die Herstellung eines Produkts. Er ist definiert als die Menge an Süßwasser, die erforderlich ist, um Gewässerverunreinigungen so weit zu verdünnen, dass die Wasserqualität die gesetzlichen oder vereinbarten Anforderungen einhält.</p><p>Bei den nach Deutschland eingeführten Agrarrohstoffen und Baumwollerzeugnissen sind die Anteile an grünem, blauem und grauem Wasser auch bei gleichen Produkten je nach Herkunft unterschiedlich hoch:</p><p>Bei der Entnahme von blauem Wasser zur Bewässerung von Plantagen kann es zu ökologischen Schäden und lokalen Nutzungskonflikten kommen. Ein bekanntes Beispiel ist der Aralsee: Der einst viertgrößte Binnensee der Erde war im Jahr 1960 mit einer Fläche von 67.500 Quadratkilometern nur etwas kleiner als Bayern. Heute bedeckt er aufgrund gigantischer Wasserentnahmen für den Anbau von Baumwolle und Weizen nur noch etwa 10 % seiner ehemaligen Fläche. Bis 2014 verlor er 95 % seines Wasservolumens bei einem gleichzeitigen Anstieg des Salzgehalts um das Tausendfache. Auch in weiteren Gebieten auf der ganzen Welt trägt der Konsum in Deutschland dazu bei, dass deren Belastbarkeit überschritten wird (siehe Karte „Hotspots des Blauwasserverbrauchs mit Überschreitung der Belastbarkeitsgrenzen durch Konsum in Deutschland“).</p>

Weiterentwicklung des Online-Portals für die Gewässerbeobachtung der Zukunft - Bewertung von NTS Daten für Umwelt- und Chemikaliengesetze

Ziel des Projekts 'Weiterentwicklung des Online-Portals für die Gewässerbeobachtung der Zukunft - Bewertung von NTS Daten für Umwelt- und Chemikaliengesetze (GdZ II)' ist es, Bewertungsoptionen für NTS Daten zu entwickeln und die fachlichen und technischen Voraussetzungen für den dauerhaften Austausch qualitätsgesicherter Daten zwischen dem Umweltbundesamt (UBA) und der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) für eine umfassende Unterstützung der Umwelt- und Stoffgesetze sowie des Spurenstoffzentrums und weiterer Institutionen zu schaffen. Bisher fehlen die notwendigen Ansätze zum Datenaustausch, sodass grundlegende Erkenntnisse zwischen den beiden Bundesoberbehörden UBA und BfG gesammelt werden sollen. Die Verknüpfung von relevanten Stoff- und Monitoringdaten bietet die Möglichkeit, eine Bewertung zu erstellen, die das Umweltverhalten von priorisierten Stoffen und Stoffgemischen abdeckt und Lösungsansätze zur Verbesserung des Chemikalienmanagements aufzeigen kann. Zentrales Element der GdZ II ist das NTS Portal, das die BfG im Auftrag des UBA im REFOPLAN FKZ 3720 222 010 entwickelt hat. Es enthält NTS Messungen des Bundes und der Länder aus der Gewässerbeobachtung. Im Laufe des Projektes werden Möglichkeiten geschaffen, das Portal interessierten Anwender*innen innerhalb des UBAs leicht verständlich zugänglich zu machen.

Baustoffkreislauf im Massivbau (BiM), Hochwertige Verwertung schwer rezyklierbarer Baustoffe

Die heute übliche Aufbereitung von Bauschutt beschränkt sich weitgehend auf einer Zerkleinerung des angelieferten Abbruchmaterials. Dabei fallen stofflich heterogene Gemische an. Diese sollen mit Hilfe der Setzmaschinentechnologie in mehrere stofflich homogenere RC-Baustoffe aufgetrennt werden, um sie einer höherwertigen Verwertung zuführen zu können.

Nachbewilligung zur Dritten Phase des Projektes: Entwicklung eines zweistufigen biologischen Verfahrens zur Reinigung von Deponiesickerwasser und industriellen Abwässern mit komplexen Stoffgemischen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel der letzten Projektphase war es, mit einer Langzeit-Praxiserprobung das zweistufige biologische Verfahren zur Deponiesickerwasserreinigung als Stand der Technik zu etablieren und zu bilanzieren. Nach der Inbetriebnahme des Technikums am Deponiestandort Schöneiche ging es in der zwölfmonatigen Laufzeit des Projektes AZ 14996/04 in den Langzeitversuchen um die Validierung der Laborergebnisse im technischen Maßstab, die verfahrenstechnische Optimierung der Anlage und um eine damit verbundene mögliche Kostenreduzierung des Systems. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Nach dem ersten Technikums-Probebetrieb wurde eine Reihe von Optimierungsmaßnahmen durchgeführt: - der Umbau des Rohsickerwasserzulaufs, - die Verwendung von Soda statt Bicarbonat für die Ammoniumoxidation in Reaktor 2, - der Einsatz von Membrandosierpumpen mit integrierten Rückschlagventilen für die Zugabe von Soda und Essigsäure, - der Einbau von zusätzlichen Polyurethan-Festbetten zur Vergrößerung der Oberfläche für die Besiedlung mit Mikroorganismen, - die Einstellung des Sollwerts für Reaktor 4 auf einen pH-Wert von 6,5, - ein Update der SPS-Steuerung der Nanofiltration zur freien Programmierung der Spülzyklen, - der Einbau eines Absperrhahns vor den Nanofiltrations-Vorfilter - und die Trennung des Nanofiltrationsablaufs vom Reaktoren-Sammelablauf zur Behälterleerung. Es wurde sowohl Rohsickerwasser der MEAB-Deponie Schöneiche als auch Sickerwasserkonzentrat der Deponie Vorketzin behandelt. Fazit: Wegen der durchgeführten Optimierungsmaßnahmen ist es prinzipiell gelungen, das Schöneicher Rohsickerwasser gemäß Anhang 51 der Abwasserverordnung aufzureinigen. In Vorketzin wurde die organische Belastung über 70% und Stickstoff über 80% reduziert. Nach Rückgang der Calciumfracht sollte es zukünftig möglich sein, mit der Zweistufen-Biologie das Sickerwasserkonzentrat ausreichend zu reinigen, da organische Belastung und Stickstoffgehalt geringer als im Schöneicher Rohsickerwasser sind. Um das Verfahren als Stand der Technik, vor allem für die Behandlung von Sickerwasserkonzentraten, zu etablieren, müssten die Laborvorgaben mit den Erfahrungen des Technikumsbetriebs kombiniert und in einer weiteren Versuchsreihe unter optimierten Bedingungen verifiziert werden.

Untersuchungen zur heterogen-katalysierten Dimerisierung von Olefinen an meso-/mikroporösen Katalysatoren auf Alumosilicat-Basis

Die Oligomerisierung der Kohlenwasserstoffe der C4 -Fraktion wird bereits seit einigen Jahrzehnten intensiv erforscht. Die n-Butene fallen vor allem bei thermischen und katalytischen Crack-Verfahren als Nebenprodukte in dem sogenannten C4 -Schnitt an. Dieser setzt sich aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen zusammen, welche alle vier Kohlenstoffatome besitzen. Die Aufarbeitung dieses Gemisches ist aufgrund der vielen Teilprozesse zum Abtrennen bzw. Anreichern einzelner Komponenten äußerst energieaufwendig. Eine Gesamtverwertung der C4 -Fraktion ist daher von großem wirtschaftlichen Interesse. Ein möglicher Prozess auf dem Weg zur Verarbeitung einer Gesamtfraktion ist die Oligomerisierung der Butene. Im Ergebnis der Untersuchung werden vertiefte Kenntnisse über die Wirkungsweise von metallbeladenen mikro/mesoporösen Alumosilicaten in der Olefinoligomerisierung erwartet.

Hydroflux Synthesen - Reaktionen in ultrabasischen Medien bei moderaten Temperaturen

Hydroflux ist ein vielversprechender neuer, ressourceneffizienter Syntheteseansatz für bekannte und neue Verbindungen, insbesondere, aber nicht ausschließlich Oxide und Hydroxide. Hierbei kommen Mischungen von Alkalimetallhydroxiden und Wasser in Molverhältnissen von etwa 1:1, d.h. ultrabasische Medien, zum Einsatz. Die Bedingungen des Hydroflux' liegen zwischen denen der konventionellen Hochtemperatur-Alkaliflussmittel-Synthesen und Hydrothermalsynthesen. Die benötigten Temperaturen im Hydroflux liegen typischerweise bei 180 Grad C bis 230 Grad C und damit deutlich niedriger als bei alkalischen Flussmittelsynthesen. Der sich entwickelnde Druck ist viel geringer als bei der solvothermalen Synthese, daher werden keine Hochdruck-Autoklaven benötigt. Die Reaktionen sind innerhalb von Stunden vollständig abgelaufen, also viel schneller als die meisten traditionellen Hochtemperaturreaktionen. Unser Ziel ist es, das nur teilweise erschlossene Potenzial der Hydrofluxsynthese zu erforschen und weitere Erkenntnisse über die entscheidenden Reaktionsparameter und die Redoxprozesse zu gewinnen. Der Fokus auf Oxo- und Hydroxometallate magnetischer Kationen bietet eine zusätzliche Sonde für Oxidationszustände. Dazu sollen wesentliche chemische, strukturelle und physikalische Eigenschaften der erhaltenen Materialien bestimmt werden. Da sich die Redoxchemie des Sauerstoffs und auch die Basizität mit dem Alkalimetall ändert, sind diverse Alkali- und Erdalkalimetallhydroxide sowie deren Gemische zu prüfen. Darüber hinaus sind der Einfluss des Wassergehalts und das Vorhandensein von molekularem Sauerstoff zu bewerten. Typische Kristallzüchtungstechniken, wie z. B. die Verwendung von Temperaturgradienten und Keimkristallen, sind an Hydrofluxreaktionen anzupassen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1488: Planetary Magnetism (PlanetMag), Structure and electronic transport properties of metallic liquids at conditions of planetary cores

Electrical conductivity is a key parameter in models of magnetic field generation in planetary interiors through magneto-hydrodynamic convection. Measurements of this key material parameter of liquid metals is not possible to date by experiments at relevant conditions, and dynamo models rely on extrapolations from low pressure/temperature experiments, or more recently on ab-initio calculations combining molecular dynamics and linear response calculations, using the Kubo-Greenwood formulation of transport coefficients. Such calculations have been performed for Fe, Fe-alloys, H, He and H-He mixtures to cover the interior of terrestrial and giant gas planets. These simulations are computationally expensive, and an efficient accurate scheme to determine electrical conductivities is desirable. Here we propose a model that can, at much lower computational costs, provide this information. It is based on Ziman theory of electrical conductivity that uses information on the liquid structure, combined with an internally consistent model of potentials for the electron-electron, electron-atom, and atom-atom interactions. In the proposal we formulate the theory and expand it to multi-component systems. We point out that fitting the liquid structure factor is the critical component in the process, and devise strategies on how this can be done efficiently. Fitting the structure factor in a thermodynamically consistent way and having a transferable electron-atom potential we can then relatively cheaply predict the electrical conductivity for a wide range of conditions. Only limited molecular dynamics simulations to obtain the structure factors are required.In the proposed project we will test and advance this model for liquid aluminum, a free-electron like metal, that we have studied with the Kubo-Greenwood method previously. We will then be able to predict the conductivities of Fe, Fe-light elements and H, He, as well as the H-He system that are relevant to the planetary interiors of terrestrial and giant gas planets, respectively.

Bestimmung ausgewählter Komponenten in Mineralölprodukten

Um das Beratergremium Umweltrelevanter Altstoffe (BUA) bei der Erstellung von Stoffberichten zu unterstützen, wurden die Konzentrationen ausgewählter Verbindungen in Mineralöl-Prozentprodukten ermittelt. Für die Untersuchungen wurden Proben der 3 Ottokraftstoffsorten (Normal, Super und SuperPlus) sowie von Dieselkraftstoff, Jet A 1 und Heizöl EL im Dezember 2001 (Winterware) und im Februar 2002 (Übergangsware) durch 10 deutsche Raffinerien zur Verfügung gestellt. Für jedes Produkt wurden diese Proben zu einer Durchschnittsprobe zusammengeführt, wobei der Produktausstoß der jeweiligen Raffinerie für das Mischungsverhältnis zugrunde gelegt wurde. Die so gebildeten 12 Durchschnittsproben (6 Produkte, 2 Jahreszeiten) wurden in drei Laboratorien auf die durch das BUA namentlich genannten Verbindungen untersucht. Zusätzlich zu den Konzentrationen der Verbindungen in der Flüssigphase wurde die Gleichgewichtskonzentration in der Gasphase für zwei Temperaturen mit einer rechnerischen Methode ermittelt..

FP6-SUSTDEV, Integration of European Wetland research in a sustainable management of water cycle (EUROWET)

The final goal of the EUROWET project is to integrate the substantial multidisciplinary European research in wetlands to help attain the sustainable management of the water cycle. This will be achieved by the translation of state-of-the art science developed at both national and European levels, into practical guidance for end-users. This will be achieved by a comprehensive review, expert assessment and a focussed dissemination strategy. There is considerable scientific knowledge and technical experience gained in diverse aspects of wetland science and management including hydrology, biogeochemistry, ecology restoration, socio-economic and policy analysis. However the results of research and management experience are still too fragmentary and not sufficiently orientated to problem-solving or simply inadequately framed to be effectively transferred to, or used by, stakeholders and policy-makers. Simultaneously the general outcome of the scientific research has been increased awareness of the significance of wetlands in delivering goods and services important for human welfare including quality of life, biodiversity conservation and maintenance or enhancement of environment quality. Despite this wetlands continue to be degraded and lost throughout Europe without adequate consideration of the wider benefits to be achieved from this management. The new Water Framework Directive (WFD) promotes a unique opportunity to redress this problem by means of the holistic, integrated approach to water management. There is currently in preparation horizontal guidance on Wetlands as part of the Common Implementation Strategy (CIS) process. There is however work still to be done on providing more specific scientific and technical guidance on the effective implementation of the Directive with respect to wetlands. This is particularly the case in relation to Integrated River Management, the CIS cluster within which wetlands are being considered in the WFD.

Forschergruppe (FOR) 2401: Optimierungsbasierte Multiskalenregelung motorischer Niedertemperatur-Brennverfahren, Teilprojekt: Numerische Methoden zur optimierungsbasierten Regelung zyklischer Prozesse

Das Gesamtziel der Forschergruppe ist die Entwicklung von optimierungsbasierten Regelungen für Niedertemperatur-Verbrennungsmotoren. Die untersuchte Anwendung stellt einen schnellen, zyklischen und stark nichtlinearen Prozess dar. In TP2 werden für schnelle nichtlineare zyklische Prozesse die grundlegenden Methoden erarbeitet, die es erlauben, die auftretenden Optimalsteuerungsprobleme effizient zu formulieren und in Echtzeit, was für schnelle Prozesse innerhalb weniger Millisekunden bedeutet, auf eingebetteter Regelungshardware numerisch zu lösen. Als Basisregelstrategie soll die Methode der iterativ lernenden Regelung (ILC) mit der Methode der nichtlinearen modellbasierten prädiktiven Regelung (NMPC) kombiniert werden. Das Ergebnis soll ein Echtzeititerationsschema für iterativ lernende NMPC (IL-NMPC) sein, das als Zustands- und Parameterschätzer einen Moving Horizon Beobachter (MHE) nutzt. Um die Herausforderung der Echtzeitfähigkeit zu lösen, sollen die in den IL-NMPC-Optimierungsproblemen vorkommenden Strukturen gezielt in der Numerik genutzt werden. Dies betrifft unter anderem die Ausnutzung der Periodizität in der linearen Algebra der MHE- und NMPC-Probleme und die Entwicklung neuer impliziter Integrationsmethoden, die sich durch eine Verzahnung der Ableitungsgenerierung und den IL-NMPC-Optimierungsiterationen auszeichnen. Zunächst soll die IL-NMPC auf Zyklus-zu-Zyklus Basis arbeiten, also mit einer Abtastzeit von 10-60 ms, die der Zyklusdauer entspricht. Hierbei ist entscheidend, dass die Verzögerung des Stelleingriffs wesentlich kürzer als ein Zyklus sein muss, was durch ein Echtzeititerationsschema mit Aufteilen der Rechenzeit in Vorbereitungs- und Feedbackphase ermöglicht wird. In einem zweiten Schritt soll die IL-NMPC um die Fähigkeit des Stelleingriffs auf verschiedenen Zeitskalen erweitert werden. Dies bedeutet, dass nun auch innerhalb des Zyklus Stelleingriffe durchgeführt werden. Zu diesem Zweck sollen Konzepte unterschiedlicher Komplexität erarbeitet werden. Diese reichen bis hin zu der Entwicklung von maßgeschneiderten Multi-Level-Echtzeititerationsschemata, die eine optimierungsbasierte Regelung im kHz-Bereich ermöglichen sollen. Die in dem Teilprojekt entstehenden numerischen Methoden werden für die Anwendung in Verbrennungsmotoren optimiert, sind aber auch applikationsübergreifend für andere zyklische Prozesse einsetzbar. Daher sollen sie im Rahmen eines Tools zur automatischen Codegenerierung der Allgemeinheit zur Verfügung gestellt werden.

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