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Selbstheilungseffekte in Tongestein bei hohen Temperaturen - Teilvorhaben WP 4.4 des Integrated Project NF-PRO des 6. Rahmenprogramms der Europäischen Kommission

Das Projekt "Selbstheilungseffekte in Tongestein bei hohen Temperaturen - Teilvorhaben WP 4.4 des Integrated Project NF-PRO des 6. Rahmenprogramms der Europäischen Kommission" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Butec Umwelttechnik GmbH, Niederlassung Eschborn durchgeführt. Durch die Einlagerung wärmeentwickelnder Abfälle (hochradioaktive Abfälle und abgebrannte Brennelemente) in Tongestein wird das Nahfeld der Einlagerungsbereiche durch Effekte wie Kriechen, Wiederaufsättigung und Quellen des Tongesteins verändert. Dies kann Selbstheilungsprozesse initiieren, die zum schnellen Verschliessen von Rissen und Spalten führen. Ziel ist die Quantifizierung dieser Effekte in Tongestein. Tonsteinproben werden unter hohen Temperaturen mit aus Vorhaben 02E9340 (Untersuchung von Salz und Salzgrus) vorhandenen Autoklaven und hochpräzis temperierbaren Messkammern auf Selbstheilungseffekte untersucht. Wegen der umfangreichen Erfahrung des Projektleiters aus ähnlichen Untersuchungen bei Salz und Salzgrus bestehen hohe Aussichten auf Erzielung aussagekräftiger Ergebnisse für Tongestein.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IBU - tec advanced materials AG durchgeführt. Ziel des Projekts 'Solardetox' ist die Entwicklung und Erprobung von schwimmfähigen photokatalytischen Substraten zum Abbau von mineralischen Kohlenwasserstoffen (MKW) im Wassern. Anwendungsbeispiele sind verschmutze Hafenbecken oder belastete Regenrückhalteräume. Es sollen aufgeschäumte Materialien aus mineralischen Werkstoffen (Blähglas, Blähton) mit photokatalytischen Beschichtungen auf Titandioxidbasis versehen werden. Bei der Photokatalyse kann diese Beschichtung durch den UV-A Anteil der Sonnenstrahlung aktiviert werden wodurch reaktive Sauerstoffspezies entstehen (Hydroxylradikale, Superoxidanionen). Durch diese, sowie die direkte Oxidation an Elektronenlöchern im Halbleiterband, können die MKW abgebaut werden. Ziel ist die vollständige kalte Verbrennung der MKW zu Wasser und Kohlendioxid. Für die Entwicklung sind drei Schwerpunkte definiert. A) es muss eine verfahrenstechnische Lösung zur Beschichtung des Grundmaterials gefunden werden, welche mechanisch stabile Titandioxid Coatings mit einer hohen spezifischen Oberfläche erzeugt. Für diese Technologieentwicklung kommen beispielsweise thermische Beschichtungsverfahren im Drehrohrofen oder Pulsationsreaktor in Frage. B) Entwicklung von mechanischen Lösungen, welche das Abtreiben des beschichteten Materials auf der Wasseroberfläche verhindern. C) Entwicklung der Analytik für die Prüfung der Materialfunktion und zur Quantifizierung der transzendenten Abbauleistung im Labormaßstab sowie im Feldtest. Letztlich sollen ein Produkt bzw. ein technisches System für den passiven Abbau von MKW entstehen, welches durch vollständigen Abbau ohne Reststoffe einen Beitrag zum Umweltschutz leisten kann.

Hot gas-cleaning

Das Projekt "Hot gas-cleaning" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH durchgeführt. General Information: Descriptions of the individual parts of the project are given below. Removal of trace elements in hot gas cleaning systems (CSIC). Study of the capture of trace elements by a range of different sorbents - mainly metal mixed oxides, clay materials and alkaline-earth carbonates but also some alumina and siliceous materials - in two laboratory scale reactors (a fixed bed and a fluidised bed) at temperatures between 550 and 750 degree C. Different compositions of the simulated coal gas stream will also be tested. Different sorbents, temperatures and stream gas composition will be studied during each of three periods of six months in each of the three years of the programme. Hot H2S Removal by using waste products as solvents (TGI). Testing of red mud (a residue from aluminium manufacture) and electric arc furnace dust (a residue from steel making) as sorbents for hot dry desulphurisation of coat derived fuel gas. These materials have been chosen as containing potential sorbents including calcium, iron, zinc and manganese oxides. Tests will be carried out in a laboratory-scale pressurised reactor. Use of carbon materials and membranes for hot gas clean up (DMT). Study of the potential use of carbon materials for removing trace metals and sulphur compounds from hot gasification gases (also potentially the separation of light gases such as hydrogen), taking advantage of the stability of carbon at high temperature and in corrosive atmospheres. A bed of carbon (or, where appropriate, another material) alone or in combination with a carbon filtering membrane installed in a laboratory gas circuit will be used: - to study the effect on composition of passing gas from a gasifier through a bed of activated carbon or a carbon molecular sieve at various temperatures, pressures and flow rates. - to repeat the studies as above with a filtering membrane made from carbon added. - to study the combination of sorption/filtration and catalytically active materials (i.e. using catalysts for the CO shift and for hydrogenation). The use of other compounds such as zeolitic membranes or granular beds will also be considered and the advantages of using combined gas clean up systems will be reviewed in the light of the data obtained. Development of improved stable catalysts and trace elements capture for hot gas cleaning in advanced power generation (CRE Group). Studies will be carried out on existing equipment to improve and assess catalysts based on iron oxide on silica and titania with mixed metal oxides to remove ammonia, hydrogen cyanide, hydrogen chloride, arsine, hydrogen sulphide and carbonyl sulphide. Selected catalysts will be tested at pressures up to 20 bar and temperatures in the range 500 - 800 degree C using simulated atmospheres. ... Prime Contractor: Deutsche Montan Technologie, Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH (DMT); Essen; Germany.

Teilprojekt 11

Das Projekt "Teilprojekt 11" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Xylem Services GmbH durchgeführt. Charakterisierung, Kommunikation und Minimierung von Risiken durch neue Schadstoffe und Krankheitserreger im Wasserkreislauf (TransRisk) Im AP 4 besteht die Hauptaufgabe von ITT in der Optimierung der Verfahrenskonzepte für die Kombination der Ozonung mit biologischen Prozessen. Im Pilotmaßstab wird eine Ozonungsstufe, die für diese Versuche neu konzipiert wird, mit verschiedenen biologischen Prozessstufen getestet. Dazu zählt die Kreislaufführung mit biologischen Stufen wie Belebtschlammbiologie mit klassischer Nachklärung sowie Belebtschlammbiologie mit Membranen (MBR). Ziel hier ist die optimierte Dosierung von Ozon zur Teiloxidation der unerwünschten Schadstoffe und Krankheitserreger und anschließender biologischer Weiterbehandlung. So kann die Ozondosis minimiert werden und eventuell entstehende Nebenprodukte der Oxidation können biologisch weiter abgebaut werden. Weiterhin sollen auch mögliche positive Effekte auf den Betrieb der Membran im MBR (verbesserte Spülrate, Flux-Rate) getestet werden. Neben der Kreislaufführung sollen auch die Abläufe der biologischen Stufe mit Ozon behandelt werden und die Kombination mit nachfolgenden biologisch aktiven Filterstufen (A-Kohle, Blähton) optimiert werden. Die Innovation ist in einer neuartigen Kombination von Biologie und Ozonung zu sehen, wobei ITT die Bedingungen der Ozonung einstellt und derart optimiert, dass die Risiken durch Schadstoffe und Krankheitserreger minimiert werden.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-6: Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit durchgeführt. Das interdisziplinäre Vorhaben 'iCross' bündelt F+E Expertisen in der Helmholtz Gemeinschaft zu den Themen Nuklear-, Geo-, Biowissenschaften sowie Umweltsimulationen in einem forschungsbereichsübergreifenden Projekt. Dabei werden bislang nicht vollständig verstandene Prozesse von der molekularen Ebene bis zur regionalen Skala untersucht, bewertet und beschrieben. Ziel ist es, gezielt Laborexperimente zu planen und durchzuführen, Parameter abzuleiten, und relevante Abläufe skalenübergreifend mit fortgeschrittenen Simulationsmethoden zu beschreiben ('Upscaling'). Die Validierung der Simulationen erfolgt experimentell, teils in Untertagelabors (URL). Schwerpunkt der Arbeiten in URLs liegt auf Mt. Terri (Tonstein), wo derzeit mit starker deutscher Beteiligung ein neuer Experimentaltunnel entsteht. Weitere Beteiligungen an Experimenten im Grimsel Felslabor (Kristallingestein) sind vorgesehen. Die Arbeiten konzentrieren sich damit auf Wirtsgesteine, die in der Vergangenheit nicht im Fokus der deutschen Endlagerforschung standen. Das Vorhaben gliedert sich in Arbeitspakete: AP 1: Laborexperimente; AP 2: Feldexperimente in URLs; AP 3: Simulation. In AP 3 ist u.a. vorgesehen, Visualisierungswerkzeuge zu entwickeln und zu nutzen, um komplexe Vorgänge anschaulich darzustellen und damit auch der interessierten Öffentlichkeit zugänglich und begreiflich zu machen. Innerhalb des Vorhabens sind intensive Interaktionen zwischen den jeweiligen Arbeitsgruppen erforderlich. In einem weiteren AP erfolgt die Abstimmungen zwischen den APs. Ein weiterer Fokus liegt auf der Einbindung und Vernetzung junger Wissenschaftler/innen. Das hier beantragte Projekt ist als Teilprojekt zu verstehen und fokussiert primär auf geowissenschaftliche Fragestellungen im Fernfeld eines Endlagers. Ein zweites Teilprojekt, das sich auch mit Nahfeldprozessen befasst wird von der Helmholtz Gemeinschaft gefördert. Beide Projektteile werden inhaltlich und personell sehr stark verknüpft sein.

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hydro-Technik Lübeck GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts 'Solardetox' ist die Entwicklung und Erprobung von schwimmfähigen photokatalytischen Substraten zum Abbau von mineralischen Kohlenwasserstoffen (MKW) im Wassern. Anwendungsbeispiele sind verschmutze Hafenbecken oder belastete Regenrückhalteräume. Es sollen aufgeschäumte Materialien aus mineralischen Werkstoffen (Blähglas, Blähton) mit photokatalytischen Beschichtungen auf Titandioxidbasis versehen werden. Bei der Photokatalyse kann diese Beschichtung durch den UV-A Anteil der Sonnenstrahlung aktiviert werden wodurch reaktive Sauerstoffspezies entstehen (Hydroxylradikale, Superoxidanionen). Durch diese, sowie die direkte Oxidation an Elektronenlöchern im Halbleiterband, können die MKW abgebaut werden. Ziel ist die vollständige kalte Verbrennung der MKW zu Wasser und Kohlendioxid. Für die Entwicklung sind drei Schwerpunkte definiert. A) es muss eine verfahrenstechnische Lösung zur Beschichtung des Grundmaterials gefunden werden, welche mechanisch stabile Titandioxid Coatings mit einer hohen spezifischen Oberfläche erzeugt. Für diese Technologieentwicklung kommen beispielsweise thermische Beschichtungsverfahren im Drehrohrofen oder Pulsationsreaktor in Frage. B) Entwicklung von mechanischen Lösungen, welche das Abtreiben des beschichteten Materials auf der Wasseroberfläche verhindern. C) Entwicklung der Analytik für die Prüfung der Materialfunktion und zur Quantifizierung der transzendenten Abbauleistung im Labormaßstab sowie im Feldtest. Letztlich sollen ein Produkt bzw. ein technisches System für den passiven Abbau von MKW entstehen, welches durch vollständigen Abbau ohne Reststoffe einen Beitrag zum Umweltschutz leisten kann.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Institut für Ressourcenökologie durchgeführt. Bisher ist es nicht gelungen, alle relevanten expandierten Daten zum Langzeitverhalten von Bentoniten (B) im Kontakt zu Lösungen unter Endlagerbedingungen mit einem einheitlich abgesicherten Modell zu erklären. Dies liegt an den Vorgehensweisen der Arbeitsgruppen, und an der komplexen Analytik. Es sollen milieuabhängige Lösungs- und mikrostrukturelle Alterationsprozesse und deren Auswirkungen auf die hydromechanischen Eigenschaften kompaktierter B unter vergleichbaren Randbedingungen ermittelt werden. - Chem. und min. Analysen von 15 B - Dialyse der B für definierten einheitliche Startbedingungen für die nachfolgenden Reaktionen mit zwei Formationslösungen - Herstellung einer NaCl-CaSO4-gesättigten Lösungen und einer Opalinustonporenlösungen - Kompaktion der B und Bestimmung der Ausgangswerte von Quelldruck und Permeabilität - Batchversuche in Glasampullen mit 200 g B bei 25°C, 90°C und 120°C, Schüttelung mit 400 mL Formationslösungen über 12 und 24 Monate - Öffnen der Glasampullen, Abtrennen der Lösungen. und Dialysierung der reagierten B - Kompaktion der reagierten und dialysierten B und erneute Best. von Quelldruck und Permeabilität. - Chem. Analytik von dialysierten Feststoffen und Reaktionslösungen aus den Glasampullen nach Ende Reaktionszeit - Versuche zur Untersuchung des Einflusses mikrobieller Effekte auf die Alteration von B durch Reduktion von Fe(III) zu Fe(II) bei 25°C, 60°C und 90°C - Entwicklung einer quantenmechanisch unterstützten Modellvorstellung zur Tonmineralumwandlung in B - Zusammenfassung und Berichterstattung.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Geowissenschaften, Abteilung Geochemie und Lagerstättenkunde durchgeführt. Ziel des Teilprojektes ist es die Rolle von Eisensulfiden bei der Immobilisierung des Radionuklids Selen zu charakterisieren. Im Speziellen soll die Stabilität von Se-dotierten Eisensulfiden unter variablen Eh/pH-Bedingungen untersucht werden. Selen-dotierte Eisensulfide werden mit Hilfe unterschiedlicher Verfahren synthetisiert (Batch, Durchflussreaktor, Dampftransport). Die Konzentration und Speziation von Se in den Eisensulfiden wird mit Synchrotronmethoden untersucht. In einer elektrochemischen Zelle werden die Sulfide variablen Eh/pH-Bedingungen ausgesetzt , die ein realistische Szenario bei der Migration aus anoxischen Porenwässern des Opalinustons in oxische Grundwasser widerspiegeln. Aus einem Vergleich der Konzentration und Speziation von Selen in den Sulfiden vor und nach dem Experiment können Erkenntnisse über die Stabilität von Se in den Eisensulfiden gewonnen werden.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Nukleare Entsorgung (INE) durchgeführt. Das interdisziplinäre Vorhaben 'iCross' bündelt F+E Expertisen in der Helmholtz Gemeinschaft zu den Themen Nuklear-, Geo-, Biowissenschaften sowie Umweltsimulationen in einem forschungsbereichsübergreifenden Projekt. Dabei werden bislang nicht vollständig verstandene Prozesse von der molekularen Ebene bis zur regionalen Skala untersucht, bewertet und beschrieben. Ziel ist es, gezielt Laborexperimente zu planen und durchzuführen, Parameter abzuleiten, und relevante Abläufe skalenübergreifend mit fortgeschrittenen Simulationsmethoden zu beschreiben ('Upscaling'). Die Validierung der Simulationen erfolgt experimentell, teils in Untertagelabors (URL). Schwerpunkt der Arbeiten in URLs liegt auf Mt. Terri (Tonstein), wo derzeit mit starker deutscher Beteiligung ein neuer Experimentaltunnel entsteht. Weitere Beteiligungen an Experimenten im Grimsel Felslabor (Kristallingestein) sind vorgesehen. Die Arbeiten konzentrieren sich damit auf Wirtsgesteine, die in der Vergangenheit nicht im Fokus der deutschen Endlagerforschung standen. Das Vorhaben gliedert sich in Arbeitspakete: AP 1: Laborexperimente; AP 2: Feldexperimente in URLs; AP 3: Modellentwicklung, Simulation. In AP 3 ist u.a. vorgesehen, Visualisierungswerkzeuge zu entwickeln und zu nutzen, um komplexe Vorgänge anschaulich darzustellen und damit auch der interessierten Öffentlichkeit zugänglich und begreiflich zu machen. Innerhalb des Vorhabens sind intensive Interaktionen zwischen den jeweiligen Arbeitsgruppen erforderlich. In einem weiteren AP erfolgt die Abstimmungen zwischen den APs. Ein weiterer Fokus liegt auf der Einbindung und Vernetzung junger Wissenschaftler/innen. Das hier beantragte Projekt ist als Teilprojekt zu verstehen und fokussiert primär auf geowissenschaftliche Fragestellungen im Fernfeld eines Endlagers. Ein zweites Teilprojekt, das sich auch mit Nahfeldprozessen befasst wird von der Helmholtz Gemeinschaft gefördert. Beide Projektteile werden inhaltlich und personell sehr stark verknüpft sein.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hessische Industriemüll, Bereich Altlastensanierung (ASG) durchgeführt. Die Untersuchungen an 2,4,6-Trinitrotoluol(TNT)-kontaminierten Boeden zeigten, dass mikrobielle Verfahren wie Bioreaktor- oder in-situ-Verfahren prinzipiell zur Sanierung solcher Boeden geeignet sind. Die mikrobiologische Standortcharakterisierung zeigte, dass die vorhandene Mikroflora in der Lage ist, TNT zu transformieren. Da eine Mineralisierung in Gegenwart von Boden nicht erreicht werden kann, besteht fuer beide Verfahren die einzige Moeglichkeit, TNT zu eliminieren, in einer Humifizierung, d.h. einem kovalenten Einbau in die Huminstoffmatrix. Fuer die Humifizierung ist die Aktivitaet von Mikroorganismen notwendig; nach Reduktion von TNT zu 2,4-Diamino-6-Nitrotoluol kann dieses z.B. mittels des Enzyms Peroxidase eingebaut werden. So gebundene Metabolite sind auch unter drastischen Umweltbedingungen nicht freisetzbar. Ob ein bakterieller Abbau der Huminstoffe eine laengerfristige Freisetzung verursacht, konnte nicht geklaert werden. Eine Bindung von TNT und dessen Metaboliten an Tonminerale spielt bei den Sanierungsverfahren nur insofern eine Rolle, als sie Sanierungsdauer und erreichbare Sanierungsziele beeinflusst (Reste des TNT bleiben anscheinend irreversibel gebunden). Eine Simulation der in-situ-Sanierung in Saeulenversuchen und in-situ-Box-Modellen zeigte, dass eine Aktivierung der Mikroorganismen (Zufuehrung von C- und N-Quellen) die Elution der Schadstoffe drastisch verringert und die Humifizierung foerdert. Das in-situ-Verfahren wurde so weit entwickelt, dass eine Uebertragung in den Pilotmassstab ratsam erscheint.Im zweiten Teil der Untersuchungen wurde ein zweistufiges anaerobes/aerobes Bioreaktorverfahren zur Behandlung von Bodensuspensionen entwickelt, bei dem TNT teilweise bis Triaminotoluol (TAT) reduziert wird, welches irreversibel an die Bodenmatrix bindet und unter aeroben Bedingungen polymerisiert. Daneben laufen wahrscheinlich die gleichen Reaktionen ab wie beim in-situ-Verfahren.

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