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Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), NAWDEX - North Atlantic Waveguide and Downstream Impact Experiment

The North Atlantic Waveguide and Downstream Impact Experiment (NAWDEX) aims to provide the foundation for future improvements in the prediction of high impact weather events over Europe. The concept for the field experiment emerged from the WMO THORPEX program and contributes to the World Weather Research Program WWRP in general and to the High Impact Weather (HIWeather) project in particular. An international consortium from the US, UK, France, Switzerland and Germany has applied for funding of a multi-aircraft campaign supported by enhanced surface observations, over the North Atlantic and European region. The importance of accurate weather predictions to society is increasing due to increasing vulnerability to high impact weather events, and increasing economic impacts of weather, for example in renewable energy. At the same time numerical weather prediction has undergone a revolution in recent years, with the widespread use of ensemble predictions that attempt to represent forecast uncertainty. This represents a new scientific challenge because error growth and uncertainty are largest in regions influenced by latent heat release or other diabatic processes. These regions are characterized by small-scale structures that are poorly represented by the operational observing system, but are accessible to modern airborne remote-sensing instruments. HALO will play a central role in NAWDEX due to the unique capabilities provided by its long range and advanced instrumentation. With coordinated flights over a period of days, it will be possible to sample the moist inflow of subtropical air into a cyclone, the ascent and outflow of the warm conveyor belt, and the dynamic and thermodynamic properties of the downstream ridge. NAWDEX will use the proven instrument payload from the NARVAL campaign which combines water vapor lidar and cloud radar, supplemented by dropsondes, to allow these regions to be measured with unprecedented detail and precision. HALO operations will be supported by the DLR Falcon aircraft that will be instrumented with wind lidar systems, providing synergetic measurements of dynamical structures. These measurements will allow the first closely targeted evaluation of the quality of the operational observing and analysis systems in these crucial regions for forecast error growth. They will provide detailed knowledge of the physical processes acting in these regions and especially of the mechanisms responsible for rapid error growth in mid-latitude weather systems. This will provide the foundation for a better representation of uncertainty in numerical weather predictions systems, and better (probabilistic) forecasts.

Entwicklung einer innovativen wasserstoffbasierten Ofentechnologie zur Herstellung tonkeramischer Werkstoffe, Teilprojekt 7: Entwicklung Brennwerttechnik und Wasserstoffbrenner

Entwicklung einer innovativen wasserstoffbasierten Ofentechnologie zur Herstellung tonkeramischer Werkstoffe, Teilprojekt 1: Erforschung der brennatmosphärischen Einflüsse auf das Sinterverhalten keramischer Schamotten im Wasserstoffbrand und Entwicklung geeigneter Rezepturen

Reduktion von (V)VOC-Emissionen aus NawaRo-Dämmstoffen unter besonderer Berücksichtigung neu aufkommender Schadstoffe

Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in der Reduktion der Emission insbesondere neu aufkommender Schadstoffe aus NawaRo-Dämmstoffen. Für einige dieser Stoffe sind noch keine eindeutigen Wege der Generierung identifiziert worden. Dies gilt insbesondere für neu aufgekommene Stoffe wie VVOC. Die Entwicklung von Minderungsmaßnahmen steht folglich zumindest zum Teil noch aus. Ziel des Projektes ist es daher, VOC- und VVOC-Emissionen weiter zu senken, um Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen mehr Verwendungsmöglichkeiten zu eröffnen. Als Hauptkomponenten wurden in Vorarbeiten organische Säuren, Aldehyde, Alkohole und andere, meist polare Verbindungen sowie SVOC identifiziert. Um die zur Reduzierung dieser Emissionen sinnvollen Entwicklungsschritte definieren zu können, fehlen zum Teil vertiefte Kenntnisse zu deren Entstehung aus Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dies gilt insbesondere für Substanzen wie Alkohole, VVOC und SVOC (Semi Volatile Organic Compounds). Außerdem sind viele dieser Dämmstoffe mit Flammschutzmitteln ausgerüstet. Inwieweit das das Emissionsverhalten möglicherweise indirekt beeinflusst, z.B. durch deren Einfluss auf den Feuchtehaushalt, ist nicht bekannt. Aus den bestehenden und zusätzlich gewonnenen Erkenntnissen zur Generierung der Emissionen sollen mindernde Veränderungen im Herstellprozess abgeleitet werden. Dabei kann auf Erkenntnisse aus dem Bereich der Herstellung von Holzwerkstoffen aufgebaut werden. Eine weitere Möglichkeit der Emissionsminderung ergibt sich aus dem Zusammenwirken verschiedener Materialien, z.B. Dämmstoffen und Folien. Vorkenntnisse über das Diffusionsverhalten von Wasserdampf und einiger weniger (V)VOC sind vorhanden, bedürfen aber einer Vervollständigung. Konkret soll daher die Möglichkeit dampfbremsender Folien, den Übergang solcher Stoffe in die Innenraumluft zu behindern, über die o.g. Stoffe hinaus geprüft werden.

Rueckkuehlung des Kuehlwassers von Kraftwerken unter Vermeidung grosser Kuehltuerme und Verringerung der Wasserdampfemission

Kraftwerkkuehltuerme beeinflussen zumindest das Landschaftsbild negativ; ihre Einfluesse auf das Kleinklima sind umstritten. Aus frueheren Arbeiten des Institutes ist bekannt, dass gleiche Kuehlleistungen mit rotierenden Waermeaustauschern moeglich sind, deren Abmessungen etwa um den Faktor 150 kleiner sind. Dabei hat sich gezeigt, dass auch die Wasserdampfemission in die Umgebung erheblich geringer ist, als bei offenen Kuehltuermen.

Kreislauffähige antimikrobielle Verpackungen für pflanzliche Lebensmittel aus Rohstoffen pflanzlichen Ursprungs, Teilprojekt 1

Führen elektrochemische Prozesse in der Eisphase in hochreichender Konvektion zur Bildung von Partikeln in der oberen Troposphäre?

Der Klimawandel stellt eines der größten Probleme unserer Gesellschaft der nächsten Jahrzehnte dar. Verlässliche Klimaprognosen sind in diesem Zusammenhang von enormer politischer und sozioökonomischer Relevanz. Genaue Vorhersagen sind jedoch derzeit durch ein noch begrenztes Verständnis wichtiger atmosphärischer Parameter, wie zum Beispiel der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre, der Aerosolbelastung, den Zirruswolken und Zirkulationsrückkopplungen in der oberen Troposphäre/unteren Stratosphäre (OTUS) nur sehr eingeschränkt möglich. Insbesondere unser Wissen über die wichtigsten klimarelevanten atmosphärischen Bestandteile wie z.B. der Wasserdampf, Eis- und Aerosolpartikel ist unvollständig.Kürzlich wurden in der OTUS starke Partikelneubildungsereignisse beobachtet, in einer Region, in der Eisbildung und tiefe Konvektion vorherrschen. Es scheint, dass die Region überhalb troposphärischen Wolken ein günstiger Ort für die Bildung neuer Teilchen ist. Der zugrunde liegende Bildungsmechanismus ist jedoch nur sehr qualitativ verstanden. Diese Partikelneubildungsereignisse sind möglicherweise mit der Bildung von kondensierbaren Dämpfen in großer Höhe verbunden und nicht nur mit dem Aufsteigen verschmutzter Luftmassen, die diese enthalten. Partikelneubildung erfordert somit eine Quelle von atmosphärischen Oxidationsmitteln, die die Flüchtigkeit von Vorläufergasen reduzieren, um Partikel im unteren Nanometerbereich durch Gas-zu-Partikel-Umwandlung zu bilden. Diese Oxidationsmittelquelle muss stark genug sein, um mit den durch die bereits vorhandenen Partikel induzierten Kondensationssenken zu konkurrieren.Wir vermuten, dass die Bildung von Eispartikeln durch das Gefrieren von unterkühltem flüssigem Wasser, gefolgt von Wasserkondensation, Quellen von H2O2 oder HOx-Radikalen in der OTUS sind, die zur Partikelneubildung führen Es ist bekannt, dass das Gefrieren wässriger Lösungen elektrische Felder erzeugt (sogenannter Workman-Reynolds-Effekt). In ähnlicher Weise wurde kürzlich gezeigt, dass die bevorzugte Orientierung der Wassermoleküle an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser ein elektrisches Grenzflächenpotential induziert. Solche lokalisierten elektrischen Felder können elektrochemische Prozesse in oder auf den Eispartikeln induzieren, die H2O2 oder HOx produzieren und erheblich zur Oxidationskapazität der Atmosphäre beitragen, wodurch die Bildung neuer Partikel und Wolken und schließlich der Strahlungshaushalt und das Klima der Erde beeinflusst werden. Diese Hypothese wird durch einige sehr aktuelle aktuelle Messungen gestützt.Dieses Projekt hat zum Ziel, diese Oxidationsprozesse zu charakterisieren und quantifizieren.

Strombasierte, energieeffiziente und intelligente Trocknung mit überhitztem Wasserdampf als Beitrag für die Dekarbonisierung in der Industrie, Teilvorhaben: Optimierung eines Turboverdichters zum Einsatz für Hochtemperaturrückgewinnungsprozesse mit Dampf als Arbeitsmedium

Das Ziel des Vorhabens 'LowCarbDry' ist die Entwicklung eines strombasierten, energieeffizienten und intelligenten Dampftrocknungsverfahrens, der zur Dekarbonisierung in der Industrie beiträgt. Die Hauptidee der Entwicklung besteht darin, die Technologie der Heißdampftrocknung (Superheated Steam SHS in engl.) mit der mechanischen Brüdenverdichtung (Spezialform der Wärmepumpe mit Wasser als Kältemittel) zu kombinieren, um den Energieverbrauch der Trocknung deutlich zu reduzieren (Faktor 2 bis 4 in Abhängigkeit von der angestrebten Prozesstemperatur) und gleichzeitig eine Kopplung zwischen dem Wärme- und Stromsektor zu erreichen (Shift von fossilen zu regenerativen Energien). Ein Schwerpunkt des Vorhabens liegt auf der Weiterentwicklung und Optimierung der SHS-Technologie für die Sprühtrocknung von Kieselsäure. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung eines innovativen Verdichtungssystems, das durch die Konstruktion neuartiger Turbokompressoren und einer mehrstufigen Konfiguration einen Hochtemperaturlift (50-60K) ermöglicht. Um eine optimierte Integration beider Systeme zu ermöglichen, stellt ein weiterer Schwerpunkt des Projekts die Entwicklung modellprädiktiven Regelungsstrategien zur Optimierung der Energieeffizienz und Erhöhung des grünen Anteils der Energieinput durch die Nutzung von Echtzeit-Stromprognose. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird eine Demonstrationsanlage (ca. 40 kg/h Verdampfungsleistung) für die Sprühtrocknung von Kieselsäure entwickelt, gebaut und demonstriert. Schließlich wird ein Konzept für das Scale-up der Technologie entwickelt, um einen schnellen und effizienten Einsatz in der Produktion zu ermöglichen und einer erfolgreichen Verwertung der Ergebnisse zu erzielen.

Strombasierte, energieeffiziente und intelligente Trocknung mit überhitztem Wasserdampf als Beitrag für die Dekarbonisierung in der Industrie

Das Ziel des Vorhabens 'LowCarbDry' ist die Entwicklung eines strombasierten, energieeffizienten und intelligenten Dampftrocknungsverfahrens, der zur Dekarbonisierung in der Industrie beiträgt. Die Hauptidee der Entwicklung besteht darin, die Technologie der Heißdampftrocknung (Superheated Steam SHS in engl.) mit der mechanischen Brüdenverdichtung (Spezialform der Wärmepumpe mit Wasser als Kältemittel) zu kombinieren, um den Energieverbrauch der Trocknung deutlich zu reduzieren (Faktor 2 bis 3 in Abhängigkeit von der angestrebten Prozesstemperatur) und gleichzeitig eine Kopplung zwischen dem Wärme- und Stromsektor zu erreichen (Shift von fossilen zu regenerativen Energien). Ein Schwerpunkt des Vorhabens liegt auf der Weiterentwicklung und Optimierung der SHS-Technologie für die Sprühtrocknung von Kieselsäure. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung eines innovativen Verdichtungssystems, das durch die Konstruktion neuartiger Turbokompressoren und einer mehrstufigen Konfiguration einen Hochtemperaturlift (50-60K) ermöglicht. Um eine optimierte Integration beider Systeme zu ermöglichen, stellt ein weiterer Schwerpunkt des Projekts die Entwicklung modellprädiktiven Regelungsstrategien zur Optimierung der Energieeffizienz und Erhöhung des grünen Anteils der Energieinput durch die Nutzung von Echtzeit-Stromprognose. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird eine Demonstrationsanlage (ca. 40 kg/h Verdampfungsleistung) für die Sprühtrocknung von Kieselsäure entwickelt, gebaut und demonstriert. Schließlich wird ein Konzept für das Scale-up der Technologie entwickelt, um einen schnellen und effizienten Einsatz in der Produktion zu ermöglichen und einer erfolgreichen Verwertung der Ergebnisse zu erzielen.

Begleitung und Erforschung von Renaturierungsmaßnahmen von Moorgebieten durch Treibhausgas-Lasersensorik und Modellierung, Teilvorhaben: Einsatz von LTA-UAVs zur Überwachung, Quantifizierung und Optimierung von Renaturierungsmaßnahmen in Moorgebieten

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