Permafrost regions are strongly affected by ongoing global warming. The widely distributed Arctic patterned ground of polygonal wetlands underlain by permafrost is considered to be sensitive to environmental and climate changes. In a combined ecological and palaeo-ecological approach, modern, sub-recent and fossil ice-wedge polygons will be studied at three representative sites along a geographical gradient in the northeast Siberian lowlands in order to understand the temporal and spatial variations of polygon dynamics and their relation to climate change. In the proposed study design limnological, (palaeo-)ecological, pedological and cryological methods are tightly interconnected to assess modern and palaeo-environmental conditions and their main forcing parameters thoroughly. Terrestrial and aquatic species communities will be studied and cryogenic processes affecting polygonal landscape will be observed and evaluated. Results from the proposed project will allow predicting future environmental dynamics in permafrost regions. Extensive preparatory work including methodological tests, site visits and cooperation arrangements was performed by the applicants to ensure the feasibility of the project. The project will bring together German and Russian expertise in Arctic ecology and permafrost science complemented by international partners.
Das Teilvorhaben der H-BRS legt ihren Fokus auf die Erstellung von 2D FEM Modellen in einer Multiphysik Umgebung und der Berechnung von stationären Feldproblemen im zweidimensionalen und dreidimensionalen Raum zur Auslegung des 250 kW vollsupraleitenden Demonstrator Generators (DG) auf den Entwurf eines 10 MW Generators. Die erarbeiteten Erkenntnisse aus dem Vorläuferprojekt SupraGenSys werden für die Auslegung des 250 kW DGs verwendet. In enger Abstimmung mit der Kryotechnik soll das Kältesystem ausgearbeitet werden. Dadurch sind Anpassungen am Entwurf unvermeidbar, welche anhand von 2D und 3D FEM-Berechnungen der H-BRS abgeglichen werden müssen. Die H-BRS wird den Entwurf des DG in der Multiphysik Umgebung der Software COMSOL als Modell implementieren und FEM-Berechnungen erstellen. Neben dem elektromagnetischen Grobentwurf wird der DG auch für die zu erwartenden thermischen und mechanischen Anforderungen ausgelegt. Die HBRS wird daher ihre Untersuchungen auf die systemübergreifenden Berechnungen konzentrieren, wie der Nutkräfte oder der elektromagnetischen Kraftwirkung im Luftspalt. Weiter sollen Feldeffekte auf die Spulen untersucht werden. Sowohl für den DG als auch für den Multimegawatt Generatorentwurf werden relevante Betriebsfälle berechnet. In einem weiteren Arbeitspaket wird die H-BRS die erweiterten Berechnungen in das Auslegetool integrieren, unter Berücksichtigung des Kühlkonzepts und hinsichtlich der Konstruktion des DGs. Außerdem wird die H-BRS bei der erweiterten Konzeptstudie für Voll-HTS Generatoren unterstützen, in welcher die neusten Trends und Entwicklungen in der Supraleitungstechnik für das 10 MW Voll-HTS Generatorkonzept einfließen.
Die Verteilungen vieler Spurengase wie HNO3, O3 und ClONO2 im polaren Vortex werden durch polare Stratosphärenwolken (PSCs) beeinflusst. NAT (Nitric Acid Trihydrate)-Teilchen, die ein Typ von PSC-Teilchen sind, können auf Größen anwachsen, die zu einem Absinken der Teilchen führen und somit zu einer Umlagerung von NOy. In denitrifizierten Luftmassen dauert der Ozonabbau länger an, da die Chlordeaktivierung dort verlangsamt abläuft. Wenn man die Verteilung der wichtigen Spurengase möglichst genau simulieren möchte, muss man diese Prozesse verstanden und im Modell berücksichtigt haben. Vor allem Bildung und Wachstum der NAT-Teilchen ist dabei sehr wichtig, da diese Prozesse in Modellen nur auf Basis von Messungen parametrisiert, aber bis jetzt noch nicht komplett verstanden sind. Selbst bei verbesserten Parametrisierungen treten immer noch Abweichungen zwischen Simulation und Messung (z.B. Größenverteilung der NAT-Teilchen, NOy Umlagerung) auf.Messungen des flugzeuggetragenen Infrarot-Limbsounders CRISTA-NF (CRyogenic Infrared Spectrometers and Telescope for the Atmosphere - New Frontiers) werden verwendet, um mehr über die relevanten Prozesse zu lernen. CRISTA-NF misst Höhenprofile der thermischen Emission verschiedener Spurengase im mittleren Infrarot. Die Messungen ermöglichen die Herleitung 2-dimensionaler Vorhänge der Mischungsverhältnisse unterschiedlicher Spurengase (z.B. HNO3, CFC-11, O3, ClONO2) und zudem die Detektion verschiedener PSCs (NAT, STS (Supercooled Ternary Solution) und Eis). Kleine NAT-Teilchen (Radius größer als 3 mym) verursachen eine spektrale Signatur, die zur Detektion verwendet wird. Neue Ergebnisse zeigen, dass es zu einem Verschub der Signatur kommen kann und dass die Stärke des Verschubs von der Größenverteilung der Teilchen abhängt. In der bestehenden Detektionsmethode wird der Verschub nicht berücksichtigt und die Methode wird verbessert werden, um Fehlinterpretationen zu reduzieren. Zudem wird die neue Methode die Herleitung von Informationen über die Größenverteilung kleiner NAT-Teilchen ermöglichen. Weiterhin soll der Strahlungseinfluss aufgrund der PSCs im Retrieval berücksichtigt werden, was die Herleitung von Spurengasmischungsverhältnissen in der Gegenwart von PSCs deutlich verbessert.Innerhalb des Projekts werden Simulationen des Chemie-und-Transport-Modells ClaMS (Chemical Lagrangian Model of the Stratosphere) verwendet werden. Vergleiche zwischen den CRISTA-NF Beobachtungen und den Modellergebnissen werden genutzt, um die wichtigen Prozesse besser zu verstehen. Detaillierte Vergleiche ermöglichen die Untersuchung verschiedener Aspekte, wie den Einfluss eines möglichen Temperaturbias oder Temperaturschwankungen auf die NAT Bildung und den Einfluss der Modellauflösung (zeitlich und räumlich). Vor allem kann man aber die Bildung von und die HNO3-Aufnahme durch NAT- und STS-Teilchen, die zur selben Zeit vorhanden sind, untersuchen sowie die Konsequenzen auf die Größenverteilungen und NOy Umlagerung.
Die Umweltprobenbank des Bundes bildet ein zentrales Element der Umweltbeobachtung in Deutschland. Seit mehr als 30 Jahren liefert sie dem Bundesministerium für Umwelt. Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) eine wichtige wissenschaftliche Grundlage. um Maßnahmen im Umwelt- und Naturschutz ergreifen und deren Erfolg kontrollieren zu können. Die Umweltprobenbank ist eine permanente Einrichtung des BMU und arbeitet unter der Ägide des Umweltbundesamtes (UBA). Die Arbeitsgruppe Umweltprobenbank des Bundes - Humanproben des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik (IBMT) sammelt im Auftrag des UBA seit Januar 2012 jährlich an vier Standorten in der Bundesrepublik (Münster, Halle, Ulm, Greifswald) Blut- und Urinproben von jeweils 120 freiwilligen Probandinnen und Probanden für die Umweltprobenbank des Bundes. Jährlich gewinnt das Fraunhofer IBMT somit bis zu 13 200 Einzelproben, die für die Untersuchung der Belastung des Menschen durch Umweltschadstoffe eingesetzt werden können. Ein Teil der Proben wird im Anschluss an die Probenahme auf klinische Parameter (wie z. B. den Cholesteringehalt) hin analysiert. Eine analytische Erstcharakterisierung im Hinblick auf chemische Belastungen wird vom Institut und der Poliklinik für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin (IPASUM) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführt. Der Großteil der jährlich gesammelten Proben wird jedoch vom Fraunhofer IBMT für eine spätere retrospektiven Analyse auf umweltrelevante Chemikalien und Verbindungen in kryokonservierter Form unbefristet und veränderungsfrei in der Umweltprobenbank gelagert. Die Humanproben der Umweltprobenbank des Bundes erlauben einen Überblick über die umweltbedingte Schadstoffbelastung des Menschen. Die wiederholte Untersuchung von vergleichbaren Personengruppen in regelmäßigen Zeitabständen ermöglicht die langfristige Verfolgung von Schadstofftrends, die von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung von gesetzlichen Maßnahmen und deren Erfolgskontrolle sind. Mit der zeitlich unbefristeten Kryokonservierung der gesammelten Proben und den damit gegebenen veränderungsfreien Bedingungen wird zudem die Voraussetzung geschaffen, auch zu späteren Zeitpunkten rückblickende Untersuchungen durchzuführen oder Untersuchungen mit neueren und möglicherweise sensibleren Messtechniken zu wiederholen. Somit lassen sich auch noch nach Jahrzehnten retrospektiv Substanzen nachweisen, die zum Zeitpunkt der Einlagerung der Proben noch nicht bekannt oder analysierbar waren bzw. bislang nicht für bedeutsam gehalten wurden.
DC-Hochstromtrassen sind in einem breiten Spektrum industrieller Anwendungen Kern der betrieblichen Infrastruktur mit Kapazitäten bis zu einigen 100 kA. Heute werden diese durch Kupfer- oder Aluminiumschienen großen Querschnitts realisiert. Die Minimierung der dabei anfallenden elektrischen Verluste ist vielfach erfolgskritisch für den Betrieb der Anlagen. Eine Minimierung der Querschnitte kann für industrielle Anwendungen ebenfalls Vorteile mit sich bringen. Ziel des Projektes sind Entwicklung und Bau einer entsprechenden DC-Trasse auf Basis von Supraleitern. Dabei soll in einer optimierten technischen Realisierung die Machbarkeit gezeigt sowie das Einsparungspotential dieser Technologie erfasst werden. Ziel des Projektes ist die Fertigung einer 20 m langen Demonstratorstrecke mit einem Nennstrom von 20 kA. Den Anwendungen entsprechend soll ein Teil der Strecke mit supraleitenden, der andere Teil mit normalleitenden Kupfer- und Aluminiumschienen realisiert werden. Entsprechend muss auch eine geeignete Verbindungstechnik entwickelt werden. In dieser Dimensionierung würde das Projekt bereits konkreten Anwendungsfällen entsprechen.
Ziele des Teilprojektes RevAl an der Arbeitsstelle Mülheim sind die Synthese, die strukturelle Charakterisierung und die kinetische Optimierung neuer reversibler Wasserstoffspeichermaterialien basierend auf AlH3-Stickstoffverbindungen. Generell sind viele dieser Verbindungen unter Normalbedingungen nicht stabil und zerfallen unter Abgabe von Wasserstoff. Um solche instabilen Verbindungen dennoch synthetisieren und untersuchen zu können, sind tiefe Temperaturen und/oder hohe Gasdrücke erforderlich. Damit sind aber auch besondere Anforderungen an die instrumentelle Ausstattung, das Probenhandling und die Synthese notwendig. Diese Expertise soll im Laufe des Projektes entwickelt und optimiert werden. Um Erfahrungen bei der Synthese und Charakterisierung zu sammeln, werden zunächst stabilere Systeme der Aminoalane im Fokus der Untersuchungen stehen. Diese werden im Laufe des Projektes auf die instabilen Systeme ausgeweitet. In der ersten Projektphase wird neben der Synthese die instrumentelle Entwicklung von Tieftemperaturzellen zur strukturellen Charakterisierung mit Hilfe von Röntgenpulverdiffraktometrie im Vordergrund stehen. Im folgenden Projektschritt werden instabile System synthetisiert, strukturell charakterisiert und optimierte Bedingungen für die Wiederbelebung (Rehydrierung) ggf. mit Hilfe von Katalysatoren ermittelt und die Materialien für die Anforderungen eines Feststoffwasserstoffspeichers für Brennstoffzellenfahrzeuge optimiert.
Ziel des Gesamtprojektes sind Entwicklung und Bau einer DC-Schiene auf der Basis von Hochtemperatursupraleitern. Dabei soll in einer optimierten technischen Realisierung die Machbarkeit gezeigt, sowie das Einsparungspotential dieser Technologie erfasst werden. Die Ergebnisse des Projektes werden es auch ermöglichen zu prüfen, inwieweit diese Technologie als Teil einer innovativen Netzstruktur genutzt werden kann, etwa bei der Anbindung regenerativer Energien. Die für das Gesamtvorhaben erfolgskritischen Teilziele des KIT im Rahmen dieses Projektes sind - Das konzeptionelle Design - Die Auswahl des supraleitenden Materials, - die Entwicklung elektrischer Kontakte mit ausreichender Homogenität, - die Anordnung der notwendigen Zahl paralleler Leiter in der Schiene, - Auslegung, Design, Herstellung und Test eines entsprechenden Labormodells. Diese Ziele, insbesondere die Charakterisierung des Materials unterschiedlicher Anbieter bzgl. mechanischer, elektrischer und elektrothermischer Eigenschaften, die Entwicklung geeigneter Kontakte sowie deren Validierung in einem anwendungsnahen Labormodell, erfolgt in den dafür gut ausgerüsteten Labors des ITEP. Daneben wird die Expertise des KIT den Partnern für die von ihnen verantworteten Aufgaben jederzeit zur Verfügung stehen, insbesondere hinsichtlich Kryotechnik, bei der Fertigung der Schiene, sowie beim Test des fertiggestellten Demonstrators.
Ziel des Vorhabens ist der Funktionsnachweis einer passiv impedanzveränderlichen Kurzschlussstrombegrenzungsspule in einem einphasigen 10 MVA Testaufbau auf Mittelspannungsebene. Die stromabhängige Impedanz wird durch einen supraleitenden Abschirmeinsatz in einer normalleitenden Drosselspule realisiert. Mit diesem neuartigen Betriebsmittel könnten Netze in allen Spannungsebenen enger vermascht und neue Erzeugungsanlagen angeschlossen werden bei zumindest gleichbleibender Stabilität des Netzes, aber ohne unzulässig hohe Steigerung der Kurzschlussströme. Dies bewirkt niedrigeren Spannungsfall an der Impedanz im Normalbetrieb und ermöglicht u.a. eine höhere Einspeiseleistung von regenerativen Energien, ohne Verletzung des Spannungsbandes, was sonst in der Regel einen aufwändigen Netzausbau erfordern würde. Ausgehend vom konzeptionellen Entwurf des supraleitenden Einsatzes und der normalleitenden Primärspule wird zunächst das Betriebsverhalten in einem beispielhaften Energieverteilnetz simuliert. Parallel dazu erfolgt anhand der Messung der supraleitenden Eigenschaften die Auswahl geeigneter HTS- Bänder mit denen dann Versuche zur niederohmigen Kontaktierung durchgeführt werden. Die Bänder sind wesentlicher Bestandteil der Komponenten des Abschirmeinsatzes, die entwickelt, getestet und im Kryostat montiert werden müssen. Schließlich werden Kryostat und die normalleitende Primärspule zu einem Testaufbau montiert, der durch dielektrische Prüfungen und Leistungstests validiert wird.
Entwicklung eines frei verfügbaren EROD-Bioassays zur Bestimmung von Dioxin und dioxinähnlichen Verbindungen auf der Basis von kryokonservierten Zellen zur standardisierten Messung. Dies soll es allen Laboren, auch ohne eigenes Zelllabor, ermöglichen den Test kostengünstig durchzuführen, da er frei von jeglichen Schutzrechten etabliert wird. Es sollen folgende 4 Ziele erreicht werden: 1. Adaptierung des Kryoverfahrens auf die Zellen für den EROD-Bioassay. 2. Etablierung des Kryoverfahrens in unabhängigen Laboren. 3. Validierung des Kryo-EROD-Bioassays in unabhängigen Laboren. 4. Veröffentlichung und Verbreitung des Verfahrens. Am Institut für Immunologie der Uniklinik der RWTH Aachen (UKA) und am Dioxin Labor des Helmholtz-Zentrum München (HZM) sollen unter Einhaltung der VO (EG) 1883/2006 in einem Vergleich des Mikro-EROD-Assays mit H4llE-Zellen oder Zellen anderer, geeigneter Zelllinien in normaler Zellkultur mit bei -80°C tiefgefrorenen Zellen auf Praxistauglichkeit für ein Dioxin-Screening geprüft werden. Es soll u.a. überprüft werden, ob im Tiefkühlschrank gefrorene Testplatten mehrere Monate haltbar sind, ohne dass die Zellen ihre Vitalität, Messempfindlichkeit, Spezifität und Robustheit einbüßen. Die Firma acCELLerate adaptiert ihr Kryoverfahren an die H4llE-Zellen oder ggf. andere Zellen für den EROD-Bioassay und reproduziert die Ergebnisse zu einem Standardprotokoll, das dann im UKA und HZM angewendet werden kann. Dabei wird der Einfluss des Einfrier- und Auftauzyklus auf den Metabolismus der Zellen mit dem von Zellen aus der laufenden Kultur hinsichtlich des Anforderungsprofils untersucht.
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