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Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Algivore Cercozoa prägen die Zusammensetzung der Gemeinschaft von Bodenkrusten, der dominanten Vegetation in Polarregionen

Räuber-Beute-Beziehungen zwischen Bakterien und ihren eukaryotischen Räubern werden seit langem in der terrestrischen Ökologie untersucht, jedoch werden die Interkationen zwischen Mikroeukaryoten oft vernachlässigt. Mikroalgen nehmen eine Schlüsselposition als phototrophe Organismen in den marinen und Süßwasserökosystemen der Antarktis und Arktis ein; die meiste Energie und die meisten Nährstoffe werden durch diese zu höheren trophischen Ebenen kanalisiert. In diesem Kontext fehlen Studien in den terrestrischen Ökosystemen der Antarktis. Die terrestrische Vegetation der Antarktis wird dominiert durch kryptogamen Bewuchs mit einer Vielzahl und hoher Abundanz von Mikroalgen. Bis zu 55% des eisfreien Bodens der antarktischen Halbinsel und bis zu 70% im arktischen Spitzbergen werden von biologischen Bodenkrusten (Biokrusten) bedeckt. Diese Zahlen werden zukünftig auf Grund des Klimawandels und der daraus folgenden Erwärmung der Polarregionen steigen (“Arctic Greening”). Man kann daher annehmen, dass ein großer Anteil der Primärproduktion in den Polarregionen durch Mikroalgen in Biokrusten realisiert wird. Dennoch fehlt die Verbindung zu höheren trophischen Ebenen; insbesondere, wenn man bedenkt, dass in der Antarktis algenfressende Metazoen selten und artenarm sind. Cercozoa sind eine der häufigsten algenkonsumierenden einzelligen Eukaryoten (Protisten) in terrestrischen Systemen; vorläufige Ergebnisse zeigen: algenkonsumierende Cercozoa dominieren die mikrobielle Gemeinschaft in den Biokrusten der Polarregionen. Wir werden zum ersten Mal die Räuber-Beute-Beziehung in Biokrusten zwischen den Algen als Primärproduzenten und den wichtigsten Algenkonsumenten erforschen, um so ein vollständigeres Bild des terrestrischen Nahrungsnetzes in den beiden Polarregionen zu erhalten. Um das zu erreichen, kombinieren wir einen Barcode-basierten Hochdurchsatz-Illumina Ansatz mit klassischen Kulturexperimenten, welche Aufschluss über ökologische Funktionen der einzelnen Organismen liefern. Damit erhalten wir erstmalig ein umfassendes Bild der Räuber-Beute-Beziehung zwischen Mikroalgen und ihren Räubern, den Cercozoa, für das terrestrische Ökosystem in Arktis und Antarktis. Diese Daten werden zur Beantwortung der folgenden Fragen beitragen: Wie wichtig ist das terrestrische Nahrungsnetz in den Polarregionen? Und hat die Klimaerwärmung das Potential diese Interaktionen zu verändern?

Klimaschutz

Mit dem Projekt 'Klimaschutz' wird die Arbeit von Prof. Dr. Peter Hennicke als Sachverstaendigen in der Enquete-Kommission 'Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphaere' wissenschaftlich unterstuetzt. Die Unterstuetzung erfolgt prinzipiell auf den zwei Gebieten 'Energie' (Kohlendioxid) und 'Chemie' (v.a. Ozonabbau/FCKW), jeweils durch Beratung, Teilnahme und Vorbereitung von Anhoerungen und durch Erstellung von Positionspapieren bzw. Klein-Gutachten. Diese werden erst im Laufe des Projektes genauer bestimmt.

Klimaneutralität bis 2050 - Teilvorhaben 2: Auswertung von Atmosphärendaten von Schwefelhexafluorid und Stickstofftrifluorid im europäischen Raum

Schwefelhexafluorid (SF6) und Stickstofftrifluorid (NF3) gehören zu den Stoffen mit dem höchsten Treibhauspotential (SF6-GWP= 23500, NF3-GWP= 16.100). Da SF6 im Focus der Politik ist (Verordnung (EU) 517/2014), wird häufig auf NF3 ausgewichen. In diesem zweiten Teil des Globalvorhabens soll eine Zuwendung auf Antrag vergeben werden. Es sind eine Trajektorie und eine Ausreißeranalyse aus SF6 und NF3-Messwerten dreier Luftmessstationen durchzuführen, mit dem Ziel Emissionsquellen in Europa zu ermitteln und die Erkenntnisse in die UNFCCC Berichterstattung einfließen zu lassen. Da dies bisher für diese Stoffe nicht durchgeführt wurde, sind Methoden und Analyseverfahren für die Auswertung zu erarbeiten. In einer Konferenz zu 'SF6 und NF3 als vergessene Treibhausgase' sollen die Ergebnisse beider Teilvorhaben mit Anwendern, Berichterstattern und Atmosphärenchemikern diskutiert und anschließend in einer peer reviewed Publikation in Zusammenarbeit mit den FG II 4.5 und V I.6 veröffentlicht werden.

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich. Dabei hat Methan ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Diese Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Sie können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen

Sauerstoffabnahme im Ozean: Implikationen für die N2O Produktion und die Atmosphäre

N2O ist ein wichtiges Treibhausgas und seine atmosphärische Lebensdauer ist ausreichend lang, um in die Stratosphäre zu gelangen wo es an ozonabbauenden photochemische Reaktionen beteiligt ist (de Bie et al. 2002). Der Ozean ist eine bedeutende Quelle von N2O und macht etwa 35% der natürlichen Quellen aus. Die mikrobielle Produktion von N2O (NH4+-Oxidation, Nitrifizierer-Denitrifikation, Denitrifikation) wird weitgehend über die Konzentration von gelöstem Sauerstoff (DO) reguliert. Unterhalb einer bestimmten, aber ungenau definierten DO-Konzentration, findet deutlich erhöhte N2O Produktion statt. Die Hinweise auf sinkende DO-Konzentrationen im Ozean häufen sich und dies wird zu einer erhöhten ozeanischen N2O Produktion und somit zu einer erhöhten N2O-Emission in die Atmosphäre führen. Bevor dies geschieht ist entscheidend, dass wir 1) die aktuellen N2O Bedingungen im Ozean identifizieren (d.h. N2O-Verteilung, Produktion und Produktionswege) und 2) bestimmen, wie sich die N2O Bedingungen unter verschiedenen Szenarien zukünftiger DO-Konzentrationen ändern werden. Für Punkt 1 werden Arbeiten im nordöstlichen tropischen Atlantik durchgeführt, da dort DO-Konzentrationen herrschen, die für den größten Teil des Ozeans charakteristisch sind. Für Punkt 2 werden wir Arbeit in zwei extremen Sauerstoffminimumzonen (OMZ) durchzuführen (im südöstlichen tropischen Pazifik und in einem low oxygen eddy im nordöstlichen tropischen Atlantik), wo die DO-Konzentrationen wesentlich niedriger sind als im Großteil des Ozeans. In beiden Regionen werden wir: 1) N2O-Konzentrationen messen; 2) del15N, del18O und 15N Site Preference von N2O messen, um die relative Bedeutung, die die verschiedenen Produktionswege von N2O an der Gesamtkonzentration haben, zu bestimmen; 3) N2O-Produktionsraten für jeden der verschiedenen Produktionswege mittels der 15N-Tracer-Technik bestimmen. Zusätzliche Molekularanalysen werden helfen, die verschiedenen N2O-produzierenden Organismen zu charakterisieren und zu quantifizieren. Um die Auswirkungen zu studieren, die eine erhöhte N2O-Produktion im Ozean (als Folge der abnehmenden DO-Konzentration) für die Atmosphäre hat, ist es wichtig, dass wir die Faktoren die den Gasaustausch von N2O beeinflussen, besser verstehen. Mittels der Eddy-Kovarianz-Technik werden wir N2O Flüsse aus dem Meer direkt messen und mit physikalischen, chemischen und biologischen Parametern vergleichen.

Auswirkungen von biotischen Störungen auf C-Dynamiken und C-Speicherung von Waldböden

Biotische Störungen in Wäldern sind klima-sensitiv. In diesem Projekt werden die Auswirkungen von klimatisch begünstigten Insektenkalamitäten auf die C-Dynamiken und die C-Speicherung im Boden analysiert und die resultierenden Rückkopplungseffekte zwischen Waldvegetation, Boden und Atmosphäre quantifiziert. Das Projekt konzentriert sich auf die wichtigsten Prozesse des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs, in enger Koppelung mit den Stickstoffumsätzen. Durch kombinierte Feldexperimente werden die C- und N-Vorräte und deren Umsatzrate in Böden mittels Chronosequenzen befallener und nicht befallener Laub- und Nadelwälder erfasst und die C-Sequestierung bewertet. Mit räumlichen Modellen werden aktuell (und zukünftig) vulnerable Bestände simuliert und bilanziert, Risikogebiete identifiziert sowie deren relativer Beitrag zum Treibhauseffekt durch Emissionen von CO2, N2O und VOCs abgeschätzt ('global warming potential').

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger, Teilvorhaben 1: Wissenschaftliche Begleitung, ökonomische und ökologische Gesamtbeurteilung

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich. Dabei hat Methan ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Diese Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Sie können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen

Aus der Atmosphäre in den Boden - wie Druckfluktuationen den Gastransport im Boden beeinflussen

Gasaustausch findet in der Atmosphäre primär durch turbulenten und laminaren Fluss statt. Im Boden dagegen spielt advektiver Gastransport eine untergeordnete Rolle, stattdessen dominiert Diffusion die Transportprozesse. Trotz der Unterschiedlichkeit und scheinbaren Unabhängigkeit dieser Prozesse wurde während Freilanduntersuchungen ein Anstieg von Gastransportraten im Boden um mehrere 10 % während Phasen starken Windes beobachtet. Dieser Anstieg ist auf wind-induzierte Druckfluktuationen zurückzuführen, die sich in das luftgefüllte Porensystem des Bodens fortpflanzen und zu einem minimal oszillierenden Luftmassenfluss führen (Pressure-pumping Effekt). Durch den oszillierenden Charakter des Luftmassenflusses ist der direkte Beitrag zum Gastransport sehr gering. Die damit einhergehende Dispersion führt jedoch zu einem Anstieg der effektiven Gastransportrate entgegen des Konzentrationsgradienten. Wird der Pressure-pumping (PP) Effekt bei der Bestimmung von Gasflüssen mit der Gradienten- und Kammermethode nicht berücksichtigt, kann dies zu großen Unsicherheiten in der Bestimmung von Bodengasflüssen führen. Insbesondere für das langfristige Monitoring von treibhausrelevanten Gasflüssen stellen diese Unsicherheiten ein zentrales Problem dar. Wir stellen vier Hypothesen auf:(H1) Der PP-Effekt ist abhängig von Bodeneigenschaften.(H2) Die Ausprägung von Luftdruckfluktuationen ist abhängig von der Rauigkeit verschiedener Landnutzungen (Wald, Grasland, landwirtschaftliche Kulturen, Stadt)(H3) Kammermessungen werden durch Luftdruckfluktuationen beeinflusst.(H4) Der Austausch und Umsatz von Methan in Böden von Mittelgebirgswäldern wird durch den PP-Effekt verstärkt. Die Hypothesen 1, 3 und 4 werden mittels Laboruntersuchungen von Proben verschiedener Böden und Bodenfeuchtebedingungen überprüft. Die Hypothese 2 wird durch Freilandmessungen an verschiedenen Standorten überprüft. Ziele des Vorhabens sind: (Z1) Modelle zu entwickeln, die die Quantifizierung des Einflusses der Bodenstruktur auf den PP-Effekt ermöglichen, (Z2) den Effekt der Oberflächenrauigkeit auf Luftdruckschwankungen zu quantifizieren, (Z3) Schwellenwerte zu definieren, die die Bestimmung von Standorten mit ausgeprägtem PP-Effekt ermöglichen, (Z4) Faktoren für die Berücksichtigung des PP-Effekts für Kammermessungen zu entwickeln, (Z5) Faktoren für die Berücksichtigung des PP-Effekts für die Gradienten Methode zu entwickeln, (Z6) den Einfluss des PP-Effekts auf die Methanaufnahme von Böden in Mittelgebirgswäldern zu bestimmen. Ein besseres Verständnis des bisher nur unzureichend untersuchten PP-Effekts wird wesentlich dazu beitragen, die Verlässlichkeit und Präzision von Messungen von Bodengasflüssen zu steigern, die die Grundlage für weitergehende Forschung darstellen.

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger, Teilvorhaben 4: Rechtliche Rahmenbedingungen

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich. Dabei hat Methan ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Diese Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Sie können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen. Innerhalb des Verbundvorhabens ist renergie Allgäu e.V. dafür zuständig, die rechtlichen und insbesonderen genehmigungsrechtliichen Rahmenbedigungen zu analysieren und wesentlich dazu beizutragen die Genehmigungsfähigkeit zu erreichen. Außerdem ist renergie Allgäu e.V. als Praxispartner dafür zuständig, die spätere Übertragbarkeit in die landwirtschaftliche Praxis sicherzustellen und zu verbessern.

Entwicklung ökologisch und bauphysikalisch optimierter Deckenkonstruktionen für mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise

Zielsetzung: Körperschallanregungen durch technische Anlagen oder Trittschall werden im Holzbau aufgrund des geringen Eigengewichts als besonders störend wahrgenommen. PIRMIN JUNG setzt daher in vielen Projekten die Holz-Beton-Verbunddecke ein, die aufgrund der hohen Masse einen guten Schallschutz aufzeigt. Jedoch wird mit Einbringen von Beton auch das Treibhausgaspotenzial von mehr als 100 kgCO2-eq/m²Decke im Vergleich zu Holzbalken- oder Massivholzdecken deutlich erhöht und gleichermaßen ist dessen Rückbaubarkeit bzw. Recyclingfähigkeit erschwert. Im Rahmen des DBU-Projektes entwickeln PIRMIN JUNG und das FG-Bauphysik der RPTU deshalb erstmalig ökologisch und bauphysikalisch optimierte Deckenkonstruktionen für mehrgeschossige Gebäude, die ohne die Verwendung von Frischbetonen oder gebundenes Schüttmaterial auskommen und trotzdem einen hinsichtlich der Bauakustik angenehmen Wohnkomfort bieten sollen. Der Modellcharakter des neuen Lösungsweges besteht aus den folgenden Punkten: - Entwicklung von Deckenaufbauten unter Verwendung rückbaubarer, recycelter und ökologischer Deckenbeschwerungen, - Überprüfung der Deckenaufbauten im Hinblick der tieffrequenten Schallübertragung von Körperschall (Trittschall, technische Anlagen), - Erweiterung der Datengrundlage von Bauteilen in Holzbauweise im mehrgeschossigen Wohnungsbau und - Entwicklung eines Planungstools zur Anpassung der neu entwickelten Holzdecken an verschiedene akustische Situationen. In Summe soll der Schallschutz von Holzkonstruktionen mit Hilfe der neuen ökologischen Deckengestaltung deutlich erhöht werden, um die Akzeptanz des Holzbaus insgesamt zu steigern und den bestehenden Nachteil des geringen tieffrequenten Schallschutzes im Vergleich zur Massivbauweise zu beseitigen. Zudem soll durch geeignete Gestaltung der Deckenkonstruktion das Treibhausgaspotenzial der Holzdecke auf unter 80 kgCO2-eq/m²Decke gesenkt werden, bei gleichzeitiger Verbesserung des bauakustischen Verhaltens und der sortenreinen Rückbaubarkeit.

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