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Messungen von Wasserstoff-Isotopenverhältnissen in atmophärischen flüchtigen organischen Verbindungen

Messungen der Verhältnisse stabiler Isotope in flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in der Atmosphäre liefern wichtige Informationen über die Quellen, die photochemische Geschichte, die Aufenthaltszeiten und die Bilanzen dieser Verbindungen. Bisherige Studien haben sich ausschließlich mit den Verhältnissen stabiler Kohlenstoffisotope in diesen Verbindungen beschäftigt. Die Untersuchung der Isotopenverhältnisse anderer Elemente kann dazu beitragen, atmosphärische Prozesse noch besser zu verstehen und zu quantifizieren. Am vielversprechendsten sind dabei die Verhältnisse der stabilen Wasserstoffisotope, weil auf Grund des im Vergleich zu Kohlenstoff höheren Masseverhältnisses deutlich ausgeprägter Isotopeneffekte zu erwarten sind. Wir beabsichtigen, die Verhältnisse stabiler Wasserstoff-Isotope in atmosphärischen VOC mit einem Gaschromatograph-Pyrolyse-Isotopenverhältnis-Massenspektrometer (GC-P-IRMS) zu messen. Dazu haben wir eine Methode entwickelt, die auf einer Modifikation der bisherigen Messungen stabiler Kohlenstoff-Isotope in atmosphärischen VOC beruht. Um die für diese Messungen notwendigen Nachweisgrenzen und Reproduzierbarkeiten zu gewährleisten, ist die Anreicherung der VOC aus einer großen Probenmenge (je nach Konzentration der VOC bis zu 200 L Luft) notwendig. Dazu wurde das vorhandene Probenaufbereitungssystem modifiziert. Die Methode ist inzwischen gut charakterisiert. Wir konnten zeigen, dass die Nachweisgrenzen ausreichen, um die in der Atmosphäre erwarteten Änderungen der Isotopenverhältnisse durch chemische und physikalische Prozesse nachweisen zu können. Erste Messungen von VOC aus der Umgebungsluft ergaben vielversprechende Ergebnisse. Es ist geplant, basierend auf den bisherigen Erfahrungen das Anreicherungssystem umzubauen, um eine bessere Reduzierung von Wasser und Kohlendioxid aus der Luftprobe zu erreichen sowie durch die Wahl neuer Adsorbentien die Anreicherung zu optimieren und das Spektrum der messbaren VOC zu erweitern. Parallel dazu werden fehlende kinetische Isotopeneffekte gemessen sowie Quellstudien durchgeführt. Anschließend sollen in einer einjährigen Studie Tages- und Jahresgänge ausgewählter VOC untersucht werden. Parallel dazu sollen bestehende Interpretationsmethoden und Anwendungsmöglichkeiten weiterentwickelt werden. Die vorgeschlagene Methode ist ein empfindliches Werkzeug, um die Quellen von VOC zu identifizieren, photochemische Prozesse sowie den Einfluss von Chemie und Transport auf ihre Verteilung zu untersuchen und ihre Aufenthaltszeiten in der Atmosphäre zu bestimmen. Unseres Wissens gibt es bisher keine Messungen der Verhältnisse stabiler Wasserstoff-Isotope in VOC in der Umgebungsluft. Diese Messungen werden weitere Bausteine zum Verständnis chemischer und physikalischer Prozesse in der Atmosphäre liefern.

Ermittlung von Kohlenwasserstoffemissionen aus Schwimmdachtanks/Fortschreibung - Messungen nach 5 Jahren Betriebszeit -

Im Zuge des Genehmigungsverfahrens für das MERO-Tanklager in Vohburg wurde festgelegt, zusätzlich zu den Emissionsberechnungen Emissionsmessungen (Gesamtkohlenwasserstoffe, Benzol) an einem der vier Schwimmdachtanks nach Inbetriebnahme und nach etwa fünf Jahren Betriebszeit durchzuführen. Die Emissionsmessungen und Emissionsberechnungen nach Inbetriebnahme wurden 1996 durchgeführt und im DGMK-Forschungsbericht 515 'Ermittlung der Kohlenwasserstoffemissionen aus Schwimmdachtanks' veröffentlicht. Im September 2001 fanden die Wiederholungsmessungen nach 5 Jahren Betriebszeit statt. Im Vergleich zu den 1996 ermittelten geringen Kohlenwasserstoffgehalten in der den Tank an - und vom Tank wegströmenden Luft wurden in 2001 wiederum nur Gehalte um die Messgerätenachweisgrenze oder geringfügig erhöht (1 ppm) gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass bei gut gewarteten Schwimmdach-Randabdichtungen sich das Emissionsverhalten im Laufe der Betriebszeit nicht verschlechtert hat. Die messtechnisch ermittelten Emissionen liegen im Bereich der nach der VDI-Richtlinie 3479 errechneten Werte.

Prozessintegrierte Abgasbehandlung bei der Reifenherstellung durch Nutzung von Einsatzströmen als Sorbenzien, Teilvorhaben: Auslegung einer lokalen Absaugung; Auslegung einer Abluftführung, Bau eines Demonstrator und Verifizierung der Simulationen

Reifen sind unverzichtbare Elemente der Mobilität. Wegen den einzigartigen Eigenschaften werden sie ausschließlich auf Basis von Kautschuken hergestellt. Dem organischen Polymer Kautschuk werden im Herstellungsprozess des Reifens noch weitere organische Materialien (wie z.B. Ruße oder Öle) zugemischt. Neben der Zugabe dieser Komponenten entstehen bei der Herstellung von Reifen entlang einer Mischerlinie und der anschließenden Weiterverarbeitung (bspw. Reifenheizpressen) allerdings auch volatile organische Komponenten (VOCs). Da momentan kein Material bekannt ist, welches die Reifen - Kautschuke ersetzen kann, ist es erforderlich, die Emission von VOCs bei der Reifenherstellung weitestgehend zu minimieren. Die Aufgabe des zur Förderung beantragten Vorhabens ist die Entwicklung einer nachhaltigen und Ressourcen schonenden Behandlung der VOC-haltigen Abgase. Die bislang eingesetzten Technologien (insbesondere Regenerative Nachverbrennung, ggf. mit vorheriger Aufkonzentration der Abgase) erfüllen diese Anforderungen nicht. Sie verursachen nicht nur unmittelbare Kohlendioxidemissionen durch Einsatz von fossilen Brennstoffen, sondern erweisen sich in der industriellen Praxis als betrieblich nachteilig bzw. anfällig. Der zur Förderung beantragte Ansatz ist prozessintegriert, nutzt ohnehin im Mischprozess eingesetzte Stoffströme als Adsorbenzien, kommt ohne fossile Brennstoffe aus und vermeidet betriebliche Probleme bisher eingesetzter Technologien. Mit dem Verfahren lassen sich somit bspw. die Kosten für Energie und CO2-Zertifikate deutlich reduzieren.

Tunnelgeothermieanlage Rosensteintunnel in Stuttgart + Messprogramm

Die Landeshauptstadt Stuttgart (Baden-Württemberg) plant, in der Nähe des Stuttgarter Zoos 'Wilhelma' eine Tunnelgeothermieanlage in den neu zu errichtenden Rosensteintunnel zu implementieren. Ziel des Vorhabens ist, die geothermische Wärme und die Abwärme des Straßenverkehrs zum Beheizen des benachbarten, neu zu errichtenden Gebäudes (z.B. Elefantenhaus), zur Wassertemperierung der Elefantenduschen und der Außenbecken im Zoo 'Wilhelma' zu nutzen sowie gleichzeitig die Tunnelbetriebstechnik zu kühlen. Übertragen wird die Wärme durch neuartige fluiddurchflossene Absorberleitungen, die in dem Teil des Tunnels zwischen dessen Innen- und der Außenschale verlegt werden. Die Wärmetauscherflüssigkeit nimmt die in der Erde und die in der Tunnelluft enthaltene Wärme auf und gibt diese über eine Wärmepumpe reguliert ab. Der jährliche Wärmebedarf für das Elefantenhaus wird mit 1.382 Megawattstunden und der jährliche Strombedarf für die Kühlung der Tunnelbetriebstechnik mit 219 Megawattstunden prognostiziert. Die zu erwartende CO2-Minderung durch die Versorgung des Elefantenhauses und die Eigenversorgung des Tunnels beträgt jährlich insgesamt 201 Tonnen CO2 bzw. 51 Prozent der Gesamtemissionen. Darüber hinaus werden weitere Luftschadstoffe, wie Staub, Kohlenmonoxid und flüchtige organische Kohlenwasserstoffe (VOC), vermieden.

Bestimmung der Aufnahmeraten von VVOCs und Carbonylen aus Raumluft in Passivprobenahmesystemen

Leicht flüchtige organische Verbindungen (VVOC - very volatile organic compounds), die aus Bauprodukten, Möbeln und Konsumprodukten ausgasen, sind in den letzten Jahren zunehmend in Fokus der gesundheitliche Bewertung von Innenraumluft. In Zukunft ist geplant, entsprechende Passivsammler des UBA in großem Umfang insbesondere im Rahmen der Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES) in deutschen Wohnungen zur Gewinnung repräsentativer Daten einzusetzen. Für die Ableitung von Raumluftkonzentrationen der VVOCs aus Passivsammlern ist eine Aufnahmerate erforderlich, welche für jede Verbindung aus dem Spektrum der VVOCs einen substanzspezifischen Wert hat. Dieses Projekt soll die entsprechenden Aufnahmeraten erarbeiten.

Prozessintegrierte Abgasbehandlung bei der Reifenherstellung durch Nutzung von Einsatzströmen als Sorbenzien, Teilvorhaben: Bau einer Pilotanlage, Versuchsdurchführung zur Verfahrensvalidierung und Entwicklung einer intelligenten Absaugung

Reifen sind unverzichtbare Elemente der Mobilität. Wegen den einzigartigen Eigenschaften werden sie ausschließlich auf Basis von Kautschuken hergestellt. Dem organischen Polymer Kautschuk werden im Herstellungsprozess des Reifens noch weitere organische Materialien (wie z.B. Ruße oder Öle) zugemischt. Neben der Zugabe dieser Komponenten entstehen bei der Herstellung von Reifen entlang einer Mischerlinie und der anschließenden Weiterverarbeitung (bspw. Reifenheizpressen) allerdings auch volatile organische Komponenten (VOCs). Da momentan kein Material bekannt ist, welches die Reifen - Kautschuke ersetzen kann, ist es erforderlich, die Emission von VOCs bei der Reifenherstellung weitestgehend zu minimieren. Die Aufgabe des zur Förderung beantragten Vorhabens ist die Entwicklung einer nachhaltigen und Ressourcen schonenden Behandlung der VOC-haltigen Abgase. Die bislang eingesetzten Technologien (insbesondere Regenerative Nachverbrennung, ggf. mit vorheriger Aufkonzentration der Abgase) erfüllen diese Anforderungen nicht. Sie verursachen nicht nur unmittelbare Kohlendioxidemissionen durch Einsatz von fossilen Brennstoffen, sondern erweisen sich in der industriellen Praxis als betrieblich nachteilig bzw. anfällig. Der zur Förderung beantragte Ansatz ist prozessintegriert, nutzt ohnehin im Mischprozess eingesetzte Stoffströme als Adsorbenzien, kommt ohne fossile Brennstoffe aus und vermeidet betriebliche Probleme bisher eingesetzter Technologien. Mit dem Verfahren lassen sich somit bspw. die Kosten für Energie und CO2-Zertifikate deutlich reduzieren.

Entwicklung einer strahlenhärtenden Methodik zur direkten Anbindung der Extraktstoffe an naturfaserbasierte Materialien (Beam Ex)

Kontaminationen durch organische Stoffe in Boeden

Die Untersuchung bezieht sich auf Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe, auf Benzol, Phenole und leichtfluechtige Halogenkohlenwasserstoffe. Dem Verhaltender Stoffe im Boden und ihrer Identifizierung und Quantifizierung durch neue Verfahren wird nachgegangen. Darueber hinaus sollen Zusammenhaenge zwischen Bodentemperatur, Bodenfeuchtigkeit und Stoffkonzentration erfasst werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1685: Ecosystem nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources; Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen, Nanopartikel und Kolloide als Vektoren von P-Verlusten und -Umverteilungen/Verlagerungen im Zuge der Entwicklung von Waldökosystemen

Hintergrund: Obwohl Nanopartikel und Kolloide (NPC) als Vektoren für P-Verluste und P-Neuverteilungen in Waldsystemen fungieren, fehlen grundsätzlichen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen steuernden Umweltfaktoren und dem Schicksal, Transport und der zusammensetzung von NPC und ihrer P-Beladung. Wir postulieren, dass hydrologisch bedingte NPC-Verluste und -umverteilungen eine dreifache Gefahr für das langfristige biogeochemische Recycling von P in Waldökosystemen und damit die Ökosystemernährung darstellen. Projektziel: Aufklärung der Bedeutung und Steuerung von NPC-Verlusten und -umverteilungen für die langfristige Effizienz des P-Recycling in Waldökosystemen. Projekt-Hypothesen: Mobile Kolloide in Waldökosystemen entstammen hauptsächlich dem organischen Oberboden (alle WPs), (ii) Laterale Flüsse vom kolloidalen P während Starkregenereignissen begrenzen langfristig die maximale P-Wiederverwertungseffizienz von Waldökosystemen (WP1), (iii) P ist überwiegend mit organischen Kolloiden assoziiert und größtenteils bioverfügbar, was eine weitere Limitierung der P-Wiederverwertung im Wald darstellt (WP2), (iv) Die Kolloidverlagerung in Wäldern führt zu P-reichen und P-armen Stellen (laterale Umverteilung) bzw. zu einem P-Transfer aus oberflächennahen organischen Horizonten zum mineralischen Unterboden und damit zu einer P-Festlegung in diesem Horizont (WP3), und (v) Abnehmende atmosphärische Einträge von organischen Säuren und Kalkung erhöhen den pH Wert und reduzieren das austauschbare bzw. gelöste Al3+ im Waldoberboden, was die Mobilisierung bzw. den Verlust von kolloidalem P fördert (WP4). Methodik: Wir werden die Konzentration und Zusammensetzung von Kolloiden in den Wasserproben i) aus den Streulysimetern, ii) aus dem lateralen Fluss in Bodeneinschnitte (trenches) und iii) aus den Oberläufen von Bächen an den Versuchsstandorten in Bad Brückenau, Conventwald, Vessertal und Mitterfels bestimmen. Die Kolloide werden mittels Feld Fluss Fraktionierung fraktioniert bzw. isoliert und in Kombination mit ICP-MS, TOC und TN Analyse, sowie TEM gekoppelt mit Energiedispersiver Röntgenspektroskopie charakterisiert. Aufgaben/Arbeitspakete: WP1: Entnahme von Wasserproben aus dem lateralen Fluss in Bodeneinschnitten (trenches) (mit Puhlmann/Weiler und Julich/Feger). Entsprechend unserer Hypothese sollte die Gesamtmenge von NPCs aus präferenziellen Fließwegen, dem lateralen Fluss und den Oberläufen der freigesetzten Menge aus der organischen Bodenoberschicht gleich sein. WP2: Untersuchung der Bioverfügbarkeit der NPC aus dem 'interflow' und den Oberläufen durch Inkubationsexperimente mit Enzymen um Phosphatester und Inositol-Phosphate nachzuweisen (mit Kaiser/Hagedorn/Niklaus). (Text gekürzt)

Field based and laboratory data of sediment cores from the Lower Havel Inner Delta near Lake Gülpe, Brandenburg (Germany)

Sediment cores were recovered using a hand-held Cobra Pro (Atlas Copco) core drilling system with a 60 mm diameter open corer. One-meter segments were retrieved and assessed in the field for sedimentological features, including estimations of grain size, carbonate content, humus content, and redox features (AG Boden 2005, 2024). Colour descriptions were carried out using the Munsell Soil Color Chart. The exact positions of the drilling points were recorded using a differential GPS device (TOPCON HiPer II). The cores were photographed, documented and sampled at 5–10 cm intervals for subsequent laboratory analyses. Bulk samples from five selected cores (RK1, RK3, RK13, RK15, RK17) were freeze-dried, sieved (2 mm), and weighed. Total carbon (TC), total nitrogen (TN), and total sulfur (TS) contents were measured using a CNS analyzer (Vario EL cube, Elementar). Inorganic carbon (TIC) was determined using calcimeter measurements (Scheibler method, Eijkelkamp). Organic carbon (TOC) was calculated as TOC = TC − TIC. For the grain size analyses, sediment samples were first sieved to <2 mm and subsamples of 10 g were treated with 50 ml of 35% hydrogen peroxide (H₂O₂) and gently heated to remove organic matter. Following this, 10 ml of 0.4 N sodium pyrophosphate solution (Na₄P₂O₇) was added to disperse the particles, and the suspension was subjected to ultrasonic treatment for 45 minutes. The sand fraction was analysed by dry sieving and classified into four size classes: coarse sand (2000–630 µm), medium sand (630–200 µm), fine sand (200–125 µm), and very fine sand (125–63 µm). Finer fractions were determined using X-ray granulometry (XRG) with a SediGraph III 5120 (Micromeritics). These included coarse silt (63–20 µm), medium silt (20–6.3 µm), fine silt (6.3–2.0 µm), coarse clay (2.0–0.6 µm), medium clay (0.6–0.2 µm), and fine clay (<0.2 µm).

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