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ALIBES - Aluminium-Ionen-Batterie für stationäre Energiespeicher

Native plants and mycorrhizal fungi in wind erosion control in the Kailash-Manasarovar region (Tibet, China)

We study the effects of plants and root-associated fungi on wind erosion within the alpine environment of Tibet. China is one of the countries most affected by desertification processes and Tibet, in particular, a key region in desertification combat. The presented project focuses on the Barkha Plain surrounded by Mount Kailash and the Lake of Manasarovar (Ngari Prefecture). This Western Tibet region experienced little scientific attention but, nowadays, faces rapidly increasing touristic activities and expanding local settlements associated with socio-economic changes that are serious threats to the delicate ecological balance and potential triggers of desertification. It exists almost unanimous agreement that revegetation is the most efficient and promising strategy to combat wind erosion and desertification in the long term. However, re-colonising success is often poor, mainly under extreme environmental conditions. Compared to conventional practices, the approach of the presented project attains better accordance with natural succession processes and promises acceleration of both plant and soil development and, conclusively, more efficient desertification control. The project assesses the potential of native plants and symbiotic fungi to control wind erosion and desertification processes. It aims to identify key plants and fungi that increase soil aggregate stability and efficiently drive succession into a natural and self-maintaining cycle of the ecosystem. Furthermore, it provides crucial information for implementing environmentally compatible and cost-effective measures to protect high-elevation ecosystems against desertification. Within three successional stages (early, intermediate, late), field investigations are performed on the basis of Modified-Whittaker plots. Classic methods of vegetation analysis and myco-sociology are combined with analysis of distribution patterns at different scales (patchiness, connectivity). Comprehensive soil analysis is performed comprising grain size distribution, aggregate stability, pH as well as water and nutrient contents. Additionally, important parameters of wind erosion are measured concurrently and continuously to assess their magnitude and variability with respect to vegetation and soil at different levels of development. The parameters addressed, include sediment transport, air temperature, radiation, precipitation, relative humidity as well as speed and direction of wind. Surface moisture is recorded periodically and roughness described. Species and environmental parameters are checked for spatial correlation. Cutting edge technologies are applied in laboratory work, comprising molecular methods for fungal species identification and micro-tomography to analyse soil structure. Furthermore, successfully cultivated fungi and plants are subject of synthesis experiments and industrial propagation in view of practical implementation in restoration measures.

SYSIPHUS - Systematische Informationen über Produktionsanlagen und Herstellungsverfahren mit umweltrelevanten Schadstoffemissionen

Bei der Bearbeitung von branchenspezifischen und medienübergreifenden Fragen des technischen Umweltschutzes spielen Informationen zu produktionsbezogenen Stoffflüssen eine große Rolle. Schwerpunkt der Anwendung ist die Beschreibung chemischer Verfahren, der wichtigsten Prozeßparameter sowie die Ermittlung der gehandhabten Stoffe, die zur Herstellung eines chemischen Produktes notwendig sind bzw. die als Nebenprodukte und Verunreinigungen anfallen. Zusätzlich sind Angaben über Kapazitäts- und Produktionsmengen sowie Hersteller und Standort der Anlagen enthalten. In der Datenbank sind rund 11.000 Chemieanlagen in Deutschland mit Angaben zu Hersteller, Standort sowie teilweise Kapazitäts- und Produktmengen enthalten. Davon sind etwa 32.000 Produkte mit folgenden Merkmalen enthalten: - teilweise Mengenangaben der Einsatzstoffe, ggf. Zwischenprodukte und Nebenprodukte sowie weitere Stoffe, die zur Synthese eines chemischen Produktes benötigt werden oder zwangsweise anfallen (z.B. Lösungsmittel, Katalysator, Hilfsstoff, Verunreinigung). - Verfahrensbeschreibung der Synthese des Produktes - auch unter Einbeziehung möglicher Prozeßvarianten - Verwendung des Produktes - Emissionsangaben (noch unvollständig) - Energieverbrauch (noch keine Daten) Insgesamt enthält die Datenbank über 50.000 chemische Stoffe (u.a. auch Stoffgemische wie Polymere:Stand: 9/03 ), die direkt einer Anlage (Synthese) zugeordnet werden können. Recherchen können nach Einzelstoffen (Stoffflußanalyse über Einsatz, Synthese und Verbleib der Stoffe als Produkte oder Emissionen) oder Produktgruppen (z. B. Flammschutzmittel, Lösemittel, Riech- und Aromastoffe) oder chemischen Synthesen (z. B. Alkylierung, Carboxylierung, Diazotierung) durchgeführt werden. Beispielhafte Abfragen sind: Bei welcher Synthese bzw. Anlage wird der gesuchte Stoff als Einsatzstoff benötigt oder ist im Nebenprodukt, im Abfall oder in der Abluft enthalten? Wie hoch ist der Energieverbrauch? Wo steht die Anlage und wer stellt den Stoff her? Wie wird der Stoff verwendet? Wie hoch sind die Kapazitäts- bzw. Produktionsmengen? Die Ergebnisse unterstützen bzw. ermöglichen die genaue Analyse des Einsatzes und der Weiterverarbeitung eines Stoffes in Chemieanlagen. Die Analyse der Stoffflüsse innerhalb der chemischen Industrie wird in Zukunft eine noch größere Bedeutung für einen produktionsintegrierten Umweltschutz und ein nachhaltiges Stoffstrommanagement haben.

Sequenzselektive molekulare Erkennung als Wirkprinzip am Beispiel der kleinen GTPasen Rheb und K-Ras

Mutationen in den Ras-GTPasen treten in bis zu 30% aller Krebserkrankungen und bei 90% der bösartigen Magen- und Darmtumore auf. Ras-Proteine werden erst nach posttranslationaler Farnesylierung und Membraneinbettung funktional. Am Beispiel der GTPasen Rheb und K-Ras sollen im geplanten Vorhaben sequenzselektive Liganden für die CaaX-Box - die Erkennungseinheit der Farnesyltransferase -, für die hypervariable C-terminale Region sowie für die Bindungsstellen des Downstream-Effektors Raf-Kinase gefunden werden. Im Falle der C-terminalen CaaX-Box werden Carboxylat-erkennende Kopfgruppen synthetisiert, die dann mittels kombinatorisch-chemischer Methoden in sequenzselektive Rezeptoren für die CaaX-Box umgewandelt werden. Diese bilden mit der CaaX-Box einen supramolekularen Komplex und verhindern dadurch die molekulare Erkennung durch die Farnesyltransferase. Im Falle der weiteren Bindungsstellen soll ein NMR-Fragment-Screening (Kooperation mit der Bio-NMR Gruppe von Raphael Stoll an der Ruhr-Universität Bochum) einen ersten Liganden für die weitere chemische Modifikation liefern. Mittels NMR-spektroskopischer Untersuchungen sollen die Bindungseigenschaften ausgewählter Liganden sowie die Strukturen von Ligand-Protein Komplexen ermittelt werden. Im Erfolgsfall liefert das vorgeschlagene Vorhaben Ras-Subtyp-spezifische und damit toxikologisch unbedenklichere Antitumor-Leitstrukturen.

Synthese, biotechnologische Produktion und Abbau von Polyester

Verschiedene eukaryontische Mikroorganismen sind in der Lage, wasserloesliche, anionische Polyester, die aus Apfelsaeure bestehen, zu synthetisieren. Ziel dieses Projektes ist die Aufklaerung der physiologischen, biochemischen und molekulargenetischen Grundlagen der Synthese von Polymalat und die Erarbeitung biotechnologischer Produktionsverfahren. In gleicher Weise sollen die Grundlagen des mikrobiellen Abbaus von Polymalat aufgeklaert werden und Polymalat-Hydrolasen isoliert und charakterisiert werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2248: Polymer-basierte Batterien; Priority Program (SPP) 2248: Polymer-based batteries, Entwicklung neuer redoxaktiver Polymere auf Basis von Benzimidazol, Benzoxazol und Benzothiazol - ein kombinierter theoretischer und experimenteller Screening-Ansatz

Batterien auf Polymerbasis haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer interessanten Eigenschaften großes Forschungsinteresse auf sich gezogen. Zu ihren Vorzügen zählen ihr geringes Gewicht, die Möglichkeit, auf kritische Metalle zu verzichten, die Nutzung verfügbarer Elemente und ihre bessere Nachhaltigkeit bei Herstellung und Wiederverwertung. In den vergangenen Jahren wurden verschiedene redoxaktive Polymere untersucht, was zu vielen Strukturmotiven führte, die als potenzielle Elektrodenmaterialien identifiziert wurden. Derzeit sind allerdings nur begrenzt verschiedene Anodenmaterialien verfügbar. In diesem Zusammenhang werden in diesem Gemeinschaftsprojekt der FSU Jena und der JLU Giessen neue redoxaktive Polymere entwickelt, die auf drei Strukturmotiven basieren: Benzimidazole, Benzoxazole und Benzothiazole, die alle pyridyl-substituiert sind. Die resultierenden (elektrochemischen) Eigenschaften können durch die Substituenten und das Heteroatom im Fünfring (-NH-, NR-, -O-, -S-) eingestellt werden. Ein kombinierter theoretischer (JLU) und experimenteller (FSU) Screening-Ansatz wird verwendet, um die vielversprechendsten aktiven Materialien zu identifizieren. Zunächst werden geeignete Redox-Einheiten durch Berechnung und theoretisches Screening verschiedener Modellverbindungen mittels DFT untersucht. Darüber hinaus werden Redox-Einheiten mit vielversprechenden Eigenschaften synthetisiert und ihre elektrochemischen Eigenschaften untersucht. Basierend auf diesem ersten Screening werden geeignete Einheiten für die Integration in Polymere ausgewählt. Der zweite Schritt des Projekts ist die Modellierung der Polymere sowie ihre Synthese und die Untersuchung ihrer elektrochemischen Eigenschaften. Die Polymermaterialien mit den besten Eigenschaften werden für die Herstellung von Elektroden verwendet werden. Diese Elektroden werden in (Halb) Zelltests getestet.

Korrosionsempfindliche Dosimetermaterialien zur Überwachung der Umweltbedingungen an Kulturgütern

Die einzelnen Belastungsfaktoren von Kulturgütern können durch apparativ aufwendige und kostenintensive Einzelmessungen mit Hilfe der modernen Analytik genau bestimmt werden. Mit den sogenannten Glassensoren wurde am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) eine elegante und zerstörungsfreie Methode entwickelt, die ohne aufwendige Messungen der einzelnen Parameter die auftretenden Gesamtbelastungen über einen längeren Zeitraum hinweg registrieren kann. Die Verwendung von sensibilisierten Glasflächen als Dosimetermaterial wurde für den bisherigen Anwendungsbereich ausgeschöpft. Ziel dieses Vorhabens ist es, neue korrosionsempfindliche Materialien und Komponenten herzustellen und für den prinzipiellen Einsatz zur Überwachung der Umweltbedingungen an Kulturgütern zu prüfen. Zum einen sollen Granulate der bisherigen Glasmaterialien mit unterschiedlicher Körnung in eine NIR-transparente Trägermatrix aus SiO2-Aerogel eingebracht werden. Zum anderen bietet sich die Modifizierung der inneren Oberfläche von SiO2-Aerogelen an, die dann selbst als detektionsaktive Medien fungieren können. Ein weiterer Syntheseweg soll so gewählt werden, dass Aerogel- oder Xerogelschichten ohne überkritische Trocknung auf Glas als Trägermaterial hergestellt werden. In jedem Fall muss der korrosive Einfluss bestimmter Umweltfaktoren (Feuchte, Temperatur, Schadgase) in einem Expositionsprogramm in Klimakammern, zunächst durch Variation einzelner Parameter und schließlich durch deren Kombination systematisch charakterisiert werden. Nach Abschluss dieser Labortestphase können - bei Projektende - Expositionsprogramme in Museen verwirklicht werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Sub project: Core Projekt 4 - Exploratories for large-scale and long-term functional biodiversity research - zentrales Datenmanagement

The importance of data and their re-use in synthesis and long-term studies is very well acknowledged in the Biodiversity Exploratories. A data policy was already adopted at the start of the project and a central database was implemented at the beginning of the first phase. The early provision of the database and a consistent observance and incorporation of user needs and requirements have resulted in high acceptance. The central data management provides an environment for data interchange and simple data re-use, stimulating and facilitating synthesis. The central database also provides the IT- infrastructure for efficient field resource management needed by the local management teams and the Biodiversity Exploratory Office, as well as a tool to provide information about species occurrence to landowners and a tool to compute the Land Use Intensity Index, LUI, for grasslands, a parameter that is used by many groups. The database secures the interpretability of data and provides the means for data quality control. It functions both as a work-in-progress storage and as a temporary archive. This proposal shall secure the continuation of this strong and, for the overall success of the Exploratories, essential work. In addition to continued provisioning of the infrastructure and user support (in particular with respect to synthesis) the work in the new funding period will focus on the following topcis: development of further research supporting tools, development of features for scientific communication, ensuring FAIRness of data and the repository itself.

Spurenanalyse von Umweltmedien auf die Gegenwart cancerogener N-No-Verbindungen. Synthese kohlenhydratverknuepfter Nitrosamine. Synthese von N-No-Zuckeraminosaeuren

ERA-NET Forest Value: Ein neues Konzept für hochfeste Zellulose-Verbundwerkstoffe (StrongComposite)

Zielsetzung: Deutsche Zusammenfassung der Projektziele: Das beantragte Projekt hat die Entwicklung eines neuartigen Konzepts für hochfeste Zellulose Verbundwerkstoffe zum Ziel. Durch teilweise Delignifizierung der Holzzellwand soll diese unter Erhalt der natürlichen Anisotropie leichter komprimierbar werden. Dadurch wird die Herstellung hochfester Verbunde möglich, die gegenüber derzeitigen nicht-biobasierten Lösungen konkurrenzfähig sind. Die wissenschaftlichen Ziele umfassen ein tiefergehendes Verständnis des Delignifizierunsprozesses, die bevorzugte Anwendung 'grüner' Chemie und Verfahrenstechnik, die Synthese biobasierter Klebstoffsysteme zur Verbundwerkstoffherstellung, sowie die Herstellung von Werkstoffmustern mit hoher Steifigkeit und Festigkeit. Die technologischen Ziele bestehen in der Skalierung der Herstellungsprozesse und der Herstellung von Demonstratorobjekten entsprechend den Anforderungen der geplanten Anwendungsfelder Fahrzeugbau und Möbelbau, und in der geschlossenen Nutzung aller anfallenden Stoffströme, insbesondere Lignin zur Klebstoffsynthese. Bedeutung des Projekts für die Praxis Die Bedeutung des Projekts liegt in der sehr deutlichen Erhöhung der mechanischen Leistungsfähigkeit holzbasierter Materialien im Vergleich zu etablierten technischen Lösungen. Dadurch soll Holz als Werkstoff in Anwendungsfeldern wie dem Fahrzeugbau wieder konkurrenzfähig werden. Bei konkurrenzfähigen mechanischen Eigenschaften wird ein höherer Anteil von nachhaltigen Materialien in Fahrzeugen möglich. Hochleistungsmaterialien aus biobasierten Rohstoffen ermöglichen eine hohe regionale Wertschöpfung, nicht zuletzt auch für die forstwirtschaftliche Primärproduktion.

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