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Transportwege von Feuchte und Wasserdampfisotopologe

Das Zusammenspiel von atmosphärischem Wasser und Zirkulation über Beeinflussung des Strahlungshaushalts, den Transport latenter Wärme und Rückkopplungsmechanismen von Wolken ist eines der bedeutendsten Hindernisse für das Verständnis des Klimasystems. Ein Vergleich zwischen Modellen verschiedener Auflösungen und Parameterisierungen kann wertvolle Einblicke in die Problematik geben. Jedoch werden für aussagekräftige Modelltests Messdaten benötigt. In diesem Zusammenhang können Isotopologen des troposphärischen Wasserdampfs eine wichtige Rolle spielen. Das Isotopologenverhältnis reflektiert die Bedingungen am Ort des Feuchteeintrags sowie verschiedene Umwandlungsprozesse (z.B. in Wolken). Während der letzten Jahre gab es großen Fortschritt beim Modellieren und Messen der Isotopologenverhältnisse, so dass kombinierte Untersuchungen nun global zeitlich und räumlich hochaufgelöst durchführbar sind. Das Ziel dieses Projektes ist es, Wasserdampfisotopologe als neue Methode zu etablieren, um modellierte atmosphärische Feuchteprozesse zu testen und damit einige der größten Herausforderungen der aktuellen Klimaforschung anzugehen. Um statistisch robuste Untersuchungen zu ermöglichen, werden wir eine große Anzahl von (H2O, deltaD)-Paaren messen (deltaD ist das standardisierte Verhältnis zwischen den Isotopologen HD16O und H216O). Zum ersten Mal wird dann ein validierter Beobachtungsdatensatz zur Verfügung stehen, der große Gebiete, lange Zeiträume und verschiedene Tageszeiten abdeckt. Gleichzeitig wird ein hochauflösendes meteorologisches Modell, welches die Isotopologe simuliert, benutzt, um zu untersuchen inwiefern sich Eintrag und Transport von Feuchte in den Isotopologen wiederspiegeln. Diese Kombination von Messung und Modell ist einzigartig zum Testen der Modellierung von Feuchteprozessen. Das Potential der Isotopologen wird anhand von drei klimatisch interessanten Regionen aufgezeigt. Für Europa wird unser Ansatz einen wertvollen Einblick in den Zusammenhang zwischen Feuchteeintrag und den Isotopologen im Falle hochvariablen Wettergeschehens geben. Über dem subtropischen Nordatlantik werden wir Mischprozessen zwischen der marinen Grenzschicht und der freien Troposphäre untersuchen. Die verschiedenartige Einbindung dieser Prozesse in Modelle ist sehr wahrscheinlich ein Grund für die große Unsicherheit bei Rückkopplungsmechanismen von Wolken. Über Westafrika wird die Modellierung des Monsuns getestet (horizontaler Feuchtetransport, Feuchterückfluss von Land in die Troposphäre, und Tagesgänge in Zusammenhang mit vertikalen Mischprozessen). Die Frage, wie organisierte Konvektion die Monsunzirkulation und die Feuchtetransportwege beeinflusst, wird dabei von besonderem Interesse sein. In Kombination werden die Ergebnisse helfen, Defizite in aktuellen Wetter- und Klimamodellen aufzuspüren und besser zu verstehen, und dadurch einen wichtigen Beitrag für zukünftige Modellverbesserungen liefern.

Potentiale einer am Kreislaufgedanken orientierten Wasserbewirtschaftung in urbanen Oekosystemen

Die bestehende Stadtentwaesserung ist auf die schnelle Ableitung von Abwaessern inkl. des Niederschlagswassers optimiert. In einem extrem dicht besiedelten und durch vielfaeltige Flaecheninanspruchnahme gekennzeichneten Gebiet wird abgeschaetzt, welches Potential die am Prinzip von Nachhaltigkeit und Kreislauffuehrung von Stoffen orientierten alternativen Vorgehensweisen der Wasserbewirtschaftung besitzen. Dabei werden die Wahrung des Entwaesserungskomforts und die Preisgestaltung beruecksichtigt.

Pore water data of laboratory incubation experiments on enhanced benthic weathering in organic rich Baltic Sea sediments

Enhanced mineral dissolution in the benthic environment is currently discussed as a potential technique for ocean alkalinity enhancement (OAE) to reduce atmospheric carbon dioxide (CO2) levels. This study explores how biogeochemical processes affect the dissolution of alkaline minerals in surface sediments during laboratory incubation experiments (January - May 2022). These involved introducing dunite and calcite to organic-rich sediments from the Baltic Sea under controlled conditions in an oxic environment. The sediment cores were incubated with Baltic Sea bottom water. Eight sediment cores were placed in a rack in an upright position. The bottom water was carefully removed via suction and replaced with a known volume (1.5 l – 2.0 l) of filtered (0.2 µm) Baltic Sea bottom water in order to remove pelagic auto- and heterotrophs and suspended particles. The volume of water added depended on the height of sediment in each core which varied slightly due to the recovery method. After this procedure, a gaseous headspace of ca. 10 cm was left in each core. Furthermore, the cores were equipped with adjustable stirring heads that contained ports for inserting optodes to continuously record pH and oxygen (O2) concentrations in the overlying water. In order to prevent anoxic conditions developing, ambient air was bubbled into the water column. The water column in each core was slowly and continuously flushed with a constant throughflow of 40 µl min-1 from a single reservoir of bottom water. The residence time of the water inside the cores was thus about 4 to 5 weeks. At the end of the experiments, the bottom water was removed via suction and the cores were sliced for pore water analysis. The pore waters were recovered by centrifuging each respective sediment layer in 50 ml falcon tubes at 3000 rpm for 10 minutes. Afterwards, the supernatant water was transferred to polyethylene (PE) vials in an Ar-filled glove bag to minimize contact with oxygen. Samples for TA were analyzed directly after sampling by titration of 1 ml of bottom/pore water with 0.02N HCl. Titration was ended when a stable purple color appeared. During titration, the sample was degassed by continuous bubbling with nitrogen to remove any generated CO2 and H2S. The acid was standardized using an IAPSO seawater standard. Anion element concentrations (SO42-, Cl-, Br-) were determined using ion chromatography (IC, METROHM 761 Compact, conductivity mode). Acidified sub-samples (30 μl suprapure HNO3- + 3 ml sample) were prepared for analyses of major and trace elements (Si, Na, K, Li, B, Mg, Ca, Sr, Mn, Ni and Fe) by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES, Varian 720-ES). In addition to the parameters listed above, pore waters were analyzed for sulfite (H2S) and Fe2+. For the analysis of dissolved Fe2+ concentrations, sub-samples of 1 ml were taken within the glove bag, immediately stabilized with ascorbic acid and analyzed within 30 minutes after complexation with 20 μl of Ferrozin. For H2S, an aliquot of pore water was diluted with appropriate amounts of oxygen-free artificial seawater and the H2S was fixed by immediate addition of zinc acetate gelatin solution.

Energieeffizienteres Recyclingverfahren von Altpapier

Die Papierfabrik Palm GmbH & Co. KG, mit Unternehmenssitz in Aalen (Baden-Württemberg), plant Wellpappenrohpapier aus Altpapier zukünftig äußerst energieeffizient bei hoher Qualität herzustellen. Im Vergleich zu konventioneller Technik wird der Energieverbrauch mit einer neuen Technologie um 27 Prozent reduziert. Das Pilotprojekt wird aus dem Umweltinnovationsprogramm mit über 770.000 Euro gefördert. Wellpappenrohpapiere, die das Ausgangsprodukt für Verpackungen sind, werden in einem ständig optimierten Recyclingprozess zu 100 Prozent aus verschiedenen Sorten Altpapier hergestellt. Dabei kommt es vor, dass auch noch wertvolle verwertbare Fasern gemeinsam mit den im Altpapier vorhandenen Störstoffen aussortiert werden und dem Prozess verloren gehen. Daher ist es sinnvoll, die Auflöseaggregate den jeweiligen Festigkeitseigenschaften der verwendeten Altpapiere anzupassen. Mit einer neuartigen Zerfaserungstechnologie für Altpapier soll das bei der Papierfabrik Palm umgesetzt werden. Ziel des innovativen Projektes ist es, die Faserausbeute bei geringerem Energieeinsatz auf nahezu 100 Prozent zu erhöhen. Die technische Lösung hinter dem optimierten Recyclingprozess ist das 'Green Pulping Concept', bei dem zwei Pulpingtechnologien miteinander verknüpft werden. Bei einer jährlichen Produktionsmenge von 750.000 Tonnen Wellpappenrohpapiere kann das Familienunternehmen so 7.440 Megawattstunden Energie einsparen und als Folge dessen den Ausstoß von CO2-Emissionen um 2.403 Tonnen verringern. Bedingt durch die hohe Festigkeit des aufbereiteten Papiers werden zudem weniger chemische Additive eingesetzt und das Kreislaufwasser wird entlastet. Die innovative Technologie ist grundsätzlich auch auf andere Papierfabriken übertragbar, sodass ein Multiplikatoreffekt für die gesamte Branche möglich ist. Mit dem Umweltinnovationsprogramm wird die erstmalige, großtechnische Anwendung einer innovativen Technologie gefördert. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben.

Messsystem mit plasmonischem Sensor für die Vor-Ort-Analyse der E. coli-Belastung für die Wasserwiederverwendung, Teilvorhaben: Anwendungsbedingungen und praktische Erprobung des E. coli-Sensors für Zwecke der Wasserwiederverwendung und weiterer Anwendungsfelder

Messsystem mit plasmonischem Sensor für die Vor-Ort-Analyse der E. coli-Belastung für die Wasserwiederverwendung, Teilvorhaben: Mikrofluidik - Entwicklungen im Ecoplas Messsystem

Durchlässigkeits- und Fluxmessungen in porösen Aquifern

Die Kenntnis von hydraulischen Durchlässigkeiten wie auch von Wasser- und Verunreinigungsfluxen in porösen Grundwasserleitern ist von großer Bedeutung in vielen hydrogeologischen Belangen wie z.B. Beregnung, Versickerung, quantitative und qualitative Wasserwirtschaft, Risikoabschätzung bei Verunreinigungen, usw. Derzeit ist keine theoretisch gut fundierte Methode zur Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in der gesättigten Zone verfügbar und Methoden zur Messung von gesättigten Durchlässigkeiten in der ungesättigten Zone sind beschränkt, zeitaufwendig und fallweise unzuverlässig. Außerdem ist gegenwärtig keine Methode zur direkten Messung vertikaler Wasser- und Verunreinigunsfluxe in porösen Grundwasserleitern oder am Übergang zwischen Grund- und Oberflächengewässern bekannt. Das dargelegte Projekt basiert auf der Entwicklung einer exakten Lösung des Strömungsfeldes für das Ein- oder Auspumpen von Wasser durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Filterabschnitten entlang eines ansonsten undurchlässigen Filterrohres bei verschiedenen Randbedingungen. Diese Lösung erlaubt die Ermittlung von Formfaktoren der Strömungsfelder, die zur Berechnung hydraulischer Durchlässigkeiten aus Einpressversuchen nötig sind. Die derzeit angewendeten Formeln können mit der genauen Lösung verglichen und der Einfluss anisotroper Durchlässigkeiten kann miteinbezogen werden. Eine doppelfiltrige Rammsonde wird zur bohrlochfreien Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in verschiedenen Tiefen unter dem Grundwasserspiegel vogeschlagen. Der Test besteht aus zwei Teilen: (1) Einpressen durch beide Filterabschnitte und (2) Zirkulation zwischen den Filtern. Die gleiche Sondenkonfiguration wird für die direkte und gleichzeitige Messung lokaler, kumulativer, vertikaler Wasser- und Verunreinigungsfluxe nach dem passiven Fluxmeter-Prinzip vorgeschlagen. Ohne zu pumpen werden die beiden Filterabschnitte hiebei durch eine mit Tracern geladene Filtersäule hydraulisch verbunden. Der vertikale Gradient im Testbereich treibt einen Fluss durch den Filter, der kontinuierlich Tracer auswäscht und Verunreinigungen im Filter hinterlässt. Aus der Analyse des Filtermaterials zur Bestimmung der Tracer- und Verunreinigungsmengen nach dem Test werden mit Kenntnis des Strömungsfeldes um die Sonde die Wasser- und Verunreinigungsfluxe bestimmt. Eine kegelförmige, doppelfiltrige Rammsonde wird weiters vorgeschlagen, um gesättigte Durchlässigkeiten sowohl über als auch unter dem Grundwasserspiegel direkt messen zu können. Die Methode basiert auf stationärer, gesättigt/ungesättigt gekoppelter Strömung aus kugelförmigen Hohlräumen. Die Möglichkeit einer transienten einfiltrigen Methode und einer Methode zur Messung anisotroper Durchlässigkeiten wird beurteilt. Die vorgeschlagenen theoretischen Konzepte werden ausgearbeitet und anhand von Laborversuchen überprüft.

COHP: Aufbau eines Niedertemperatur-Warmwassersystems mit 45 Grad Celsius Vorlauftemperatur aus industrieller Abwärme

Die Roche-Gruppe mit Hauptsitz in Basel, Schweiz, betreibt am Standort im oberbayrischen Penzberg auf einer Fläche von 590.000 Quadratmetern (83 Fußballfeldern) eines der größten Biotechnologie-Zentren Europas mit ca. 7.500 Mitarbeitenden. Hier werden für den Weltmarkt diagnostische Proteine, Reagenzien und Einsatzstoffe sowie therapeutische Proteine biotechnologisch hergestellt. Roche Penzberg hat im Rahmen dieses Projekts ein innovatives Konzept zur nachhaltigen Wärmeversorgung umgesetzt. Kern ist der Ausbau eines bestehenden Wärmerückgewinnungsnetzes zu einem flächendeckenden Niedertemperaturnetz mit 45/20°C (NT45-Netz). Als Wärmequelle dienen eine Vielzahl werksinterner Abwärmequellen, z.B. von Energieerzeugungsanlagen, Produktionsprozessen. Die Vorlauftemperatur von 45 Grad Celsius wird durch den Umbau elektrisch betriebener Kompressionskältemaschinen zu Niedertemperatur-Wärmepumpen sichergestellt. Roche Penzberg nutzt seit ca. 30 Jahren Abwärme von zentralen Energieerzeugungsanlagen mit ca. 30 Grad Celsius. Diese dient zur Vorwärmung der Zuluft in raumlufttechnischen Anlagen. Funktionsweise: Wärmequellen: Abwärme aus Verdichtungsprozessen (Druckluft, Kälte) und Kondensationskühlern von Dampfkesseln. Wasserkreislauf: Der Rücklauf des Niedertemperatur Mediums dient zur Kühlung der Anlagen und wird im Kalt - Becken vorgehalten. Kaltwasser wird aus dem Rücklaufbecken zu den Anlagen gepumpt, dort erwärmt und anschließend in ein Vorlaufbecken zur weiteren Nutzung vorgehalten. Verteilung: Das erwärmte Wasser wird durch Pumpen und Rohrleitungen zu Gebäuden transportiert, deren Lüftungsanlagen die Niedertemperatur zur Lufttemperierung nutzen. Problemstellung: Das bisherige WRG-System kann bis max. 32 Grad Celsius betrieben werden. Das nutzbare Potenzial ist aufgrund der geringen Vorlauftemperatur beschränkt. Die Erhöhung der Vorlauftemperatur von ca. 30 Grad Celsius auf 45 Grad Celsius mit nachhaltigen Wärmeerzeugern ist das Ziel. Mit der Nutzung des zur Verfügung stehenden Potenzials nachhaltiger Wärme aus unvermeidbarer Abwärme und Reduzierung bzw. Substitution von Erdgas erzeugtem Dampf werden: vorhandener Abwärmepotenziale genutzt und Grundlagen für CO 2 -neutrale Wärmeversorgung mit dem Medium 45-grädiges Wasser geschaffen. Durch die umgesetzten Projektmaßnahmen wird die Temperatur der Wärmerückgewinnung mit zwei modifizierten Kältemaschinen von 30°C/20°C auf 45°C/20°C Niedertemperatur angehoben. Die erhöhte Temperaturspreizung ermöglicht es, die doppelte Energiemenge über die Bestandsleitungen zu transportieren. Zwei Kältemaschinen erhöhen die Temperatur WRG von ca. 30 Grad Celsius auf 45 Grad Celsius. Die Leistung der beiden Wärmeauskopplungen beträgt jeweils 1,65 Megawatt (Primärbetrieb Kälteerzeugung). Bei Überschusswärme wird der Pufferbehälter (100 Kubikmeter) geladen. Das 45-grädige Wasser wird über Rohrleitungsnetz verteilt. Durch die Temperaturerhöhung von 30 Grad Celsius auf 45 Grad Celsius können Gebäude nachhaltig beheizt werden. Durch die Nutzung des 45-grädigen Wassers wird der Erdgasverbrauch reduziert. Neben der sofortigen Reduzierung des CO 2 -Ausstoßes und der wirtschaftlichen Abwärmenutzung schafft dieses Projekt mit dem 45-grädigen Wasser die Basis für eine werkweite CO 2 -neutrale Wärmeversorgung. Von Oktober 2024 bis Mai 2025 wurden 6.979 Megawattstunden Wärme rückgewonnen. Hierdurch wurden ca. 50.000 Kilowattstunden Strom und ca. 15.000 Kubikmeter Wasser durch Vermeidung des Betriebs der Kühltürme eingespart. Wenn man diese Werte auf ein Jahr hochrechnet, erhält man eine Einsparung von 2.280 Tonnen CO 2 pro Jahr. Die Nutzung von Abwärmepotenzialen aus der Kälteerzeugung stellt eine innovative und effiziente Methode dar, Energie nachhaltig zu verwenden und Wärmesenken mit Niedertemperaturwärme zu versorgen. Diese Technologie ist branchenübergreifend anwendbar und eignet sich für Unternehmen jeder Größe, in denen ein simultaner Bedarf an Kälte und Wärme besteht. Durch die effiziente Nutzung beider Energiesenken kann die Effizienz des Erzeugerequipments maximiert werden. Insbesondere durch die gleichzeitige Erzeugung von Kälte und Wärme (Combined Heating and Cooling) wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht. Branche: Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse, Gummi- und Kunststoffwaren Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: Roche Diagnostics GmbH Bundesland: Bayern Laufzeit: 2022 - 2024 Status: Abgeschlossen

Major and trace elements during laboratory incubation experiments on enhanced benthic weathering in organic rich Baltic Sea sediments

Enhanced mineral dissolution in the benthic environment is currently discussed as a potential technique for ocean alkalinity enhancement (OAE) to reduce atmospheric carbon dioxide (CO2) levels. This study explores how biogeochemical processes affect the dissolution of alkaline minerals in surface sediments during laboratory incubation experiments (January - May 2022). These involved introducing dunite and calcite to organic-rich sediments from the Baltic Sea under controlled conditions in an oxic environment. The sediment cores were incubated with Baltic Sea bottom water. Eight sediment cores were placed in a rack in an upright position. The bottom water was carefully removed via suction and replaced with a known volume (1.5 l – 2.0 l) of filtered (0.2 µm) Baltic Sea bottom water in order to remove pelagic auto- and heterotrophs and suspended particles. The volume of water added depended on the height of sediment in each core which varied slightly due to the recovery method. After this procedure, a gaseous headspace of ca. 10 cm was left in each core. Furthermore, the cores were equipped with adjustable stirring heads that contained ports for inserting optodes to continuously record pH and oxygen (O2) concentrations in the overlying water. In order to prevent anoxic conditions developing, ambient air was bubbled into the water column. The water column in each core was slowly and continuously flushed with a constant throughflow of 40 µl min-1 from a single reservoir of bottom water. The residence time of the water inside the cores was thus about 4 to 5 weeks. Bottom water samples were taken from the outflow of each core over a time period of several hours. Thus, samples represent the average outflow over the respective time period. Sampling intervals increased from daily during the first two weeks to every three to four days and weekly towards the end of the experiment. All samples were filtered through a 0.2 µm cellulose membrane filter and refrigerated in 25 ml ZinsserTM scintillation vials. Anion element concentrations (SO42-, Cl-, Br-) were determined using ion chromatography (IC, METROHM 761 Compact, conductivity mode). Acidified sub-samples (30 μl suprapure HNO3- + 3 ml sample) were prepared for analyses of major and trace elements (Si, Na, K, Li, B, Mg, Ca, Sr, Mn, Ni and Fe) by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES, Varian 720-ES).

Total alkalinity during laboratory incubation experiments on enhanced benthic weathering in organic rich Baltic Sea sediments

Enhanced mineral dissolution in the benthic environment is currently discussed as a potential technique for ocean alkalinity enhancement (OAE) to reduce atmospheric carbon dioxide (CO2) levels. This study explores how biogeochemical processes affect the dissolution of alkaline minerals in surface sediments during laboratory incubation experiments (January - May 2022). These involved introducing dunite and calcite to organic-rich sediments from the Baltic Sea under controlled conditions in an oxic environment. The sediment cores were incubated with Baltic Sea bottom water. Eight sediment cores were placed in a rack in an upright position. The bottom water was carefully removed via suction and replaced with a known volume (1.5 l – 2.0 l) of filtered (0.2 µm) Baltic Sea bottom water in order to remove pelagic auto- and heterotrophs and suspended particles. The volume of water added depended on the height of sediment in each core which varied slightly due to the recovery method. After this procedure, a gaseous headspace of ca. 10 cm was left in each core. Furthermore, the cores were equipped with adjustable stirring heads that contained ports for inserting optodes to continuously record pH and oxygen (O2) concentrations in the overlying water. In order to prevent anoxic conditions developing, ambient air was bubbled into the water column. The water column in each core was slowly and continuously flushed with a constant throughflow of 40 µl min-1 from a single reservoir of bottom water. The residence time of the water inside the cores was thus about 4 to 5 weeks. Bottom water samples were taken from the outflow of each core over a time period of several hours. Thus, samples represent the average outflow over the respective time period. Sampling intervals increased from daily during the first two weeks to every three to four days and weekly towards the end of the experiment. All samples were filtered through a 0.2 µm cellulose membrane filter and refrigerated in 25 ml ZinsserTM scintillation vials. Samples for total alkalinity (TA) were analyzed directly after sampling by titration of 1 ml of bottom/pore water with 0.02N HCl. Titration was ended when a stable purple color appeared. During titration, the sample was degassed by continuous bubbling with nitrogen to remove any generated CO2 and H2S. The acid was standardized using an IAPSO seawater standard.

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