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s/wein/WEI/gi

Erstellung einer Kopplungskarte fuer Lein (Linium usitatissium) mit molekularen Markern

First-principles kinetic modeling for solar hydrogen production

The development of sustainable and efficient energy conversion processes at interfaces is at the center of the rapidly growing field of basic energy science. How successful this challenge can be addressed will ultimately depend on the acquired degree of molecular-level understanding. In this respect, the severe knowledge gap in electro- or photocatalytic conversions compared to corresponding thermal processes in heterogeneous catalysis is staggering. This discrepancy is most blatant in the present status of predictive-quality, viz. first-principles based modelling in the two fields, which largely owes to multifactorial methodological issues connected with the treatment of the electrochemical environment and the description of the surface redox chemistry driven by the photo-excited charges or external potentials.Successfully tackling these complexities will advance modelling methodology in (photo)electrocatalysis to a similar level as already established in heterogeneous catalysis, with an impact that likely even supersedes the one seen there in the last decade. A corresponding method development is the core objective of the present proposal, with particular emphasis on numerically efficient approaches that will ultimately allow to reach comprehensive microkinetic formulations. Synergistically combining the methodological expertise of the two participating groups we specifically aim to implement and advance implicit and mixed implicit/explicit solvation models, as well as QM/MM approaches to describe energy-related processes at solid-liquid interfaces. With the clear objective to develop general-purpose methodology we will illustrate their use with applications to hydrogen generation through water splitting. Disentangling the electro- resp. photocatalytic effect with respect to the corresponding dark reaction, this concerns both the hydrogen evolution reaction at metal electrodes like Pt and direct water splitting at oxide photocatalysts like TiO2. Through this we expect to arrive at a detailed mechanistic understanding that will culminate in the formulation of comprehensive microkinetic models of the light- or potential-driven redox process. Evaluating these models with kinetic Monte Carlo simulations will unambiguously identify the rate-determining and overpotential-creating steps and therewith provide the basis for a rational optimization of the overall process. As such our study will provide a key example of how systematic method development in computational approaches to basic energy sciences leads to breakthrough progress and serves both fundamental understanding and cutting-edge application.

Evaluierung genetischer Ressourcen zur züchterischen Verbesserung von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau

Entwicklung eines Ideotyps von Winterlinsen für den Mischfruchtanbau mit geeigneten Stützfrüchten in Deutschland und Erschließung genetischer Ressourcen für Anbau und Züchtung von Winterlinsen für den Mischanbau. Dies erfordert eine umfassende Testung hoch diverser genetischer Ressourcen im Feld an klimatisch unterschiedlichen Standorten, welche die Anbaubedingungen in Deutschland weitgehend repräsentieren. Um eine noch schärfere Selektion unter für die praktische Züchtung einfach realisierbaren natürlichen Bedingungen sicherzustellen, werden Topfversuche bzw. Weihenstephaner Kältekästen eingesetzt. Das im Topf schnell durchfrierende Erdreich stellt einen deutlich höheren Kältestress dar, als er im Feld mit Anschluss an den warmen Unterboden erreicht werden kann. Weitere Ziele sind die Aufdeckung und Überprüfung von Merkmalskorrelationen und das Auffinden morphologischer Marker sowie die Optimierung des Anbaus mit geeigneten Stützfrüchten. Letzteres umfasst sowohl die Steigerung der Konkurrenzkraft der Linse sowie ihrer Fähigkeit, an den Halmen und Stängeln der Stützfrucht emporzuklettern, aber auch die Auswahl standfester aber wenig konkurrierender Stützfruchtarten/-sorten in einer angepassten Aussaatstärke. Grundsätzlich ist die Linse konkurrenzschwach. Winterformen gängiger Stützfrüchte wie Getreide, Brassicaceen und Lein sind hingegen konkurrenzstärker als entsprechende Sommerformen. An drei Standorten sollen im ersten Jahr verschiedene Stützfruchtarten in unterschiedlicher Aussaatstärke mit zwei Linsensorten getestet werden. Die Verbesserung der Ertragsparameter unter geeigneten Anbaubedingungen im Mischanbau ist das Endziel des Projekts. Hierzu werden an zwei ökologisch bewirtschafteten Standorten und einem extensiv konventionell bewirtschafteten im zweiten und dritten Jahr Leistungsprüfungen für Linsengenotypen durchgeführt. Die Ergebnisse gehen in die praktischen Züchtungsarbeiten am Keyserlingk-Institut ein, die bisher auf Sommelinse beschränkt sind.

Biogenic soil structures: feedbacks between bioactivity and spatial heterogeneity of water storage and fluxes from plot to hillslope scale

Soil structure determines a large part of the spatial heterogeneity in water storage and fluxes from the plot to the hillslope scale. In recent decades important progress in hydrological research has been achieved by including soil structure in hydrological models. One of the main problems herein remains the difficulty of measuring soil structure and quantifying its influence on hydrological processes. As soil structure is very often of biogenic origin (macropores), the main objective of this project is to use the influence of bioactivity and resulting soil structures to describe and support modelling of hydrological processes at different scales. Therefore, local scale bioactivity will be linked to local infiltration patterns under varying catchment conditions. At hillslope scale, the spatial distribution of bioactivity patterns will be linked to connectivity of subsurface structures to explain subsurface stormflow generation. Then we will apply species distribution modelling of key organisms in order to extrapolate the gained knowledge to the catchment scale. As on one hand, bioactivity influences the hydrological processes, but on the other hand the species distribution also depends on soil moisture contents, including the feedbacks between bioactivity and soil hydrology is pivotal for getting reliable predictions of catchment scale hydrological behavior under land use change and climate change.

Diffusion and advection with sorption of anions, cations and non-polar molecules in organo-clays at varying thermo-chemical conditions - validation by analytical methods and molecular simulation

The sorption of anions in geotechnical multibarrier systems of planned high level waste repositories (HLWR) and of non-ionic and organic pollutants in conventional waste disposals are in the center of recent research. In aquatic systems, persistent radionuclides such as 79Se, 99Tc, 129I exist in a form of anions. There is strongly increasing need to find materials with high sorption capacities for such pollutants. Specific requirements on barrier materials are long-term stability of adsorbent under various conditions such as T > 100 C, varying hydrostatic pressure, and the presence of competing ions. Organo-clays are capable to sorb high amounts of cations, anions and non-polar molecules simultaneously having selectivity for certain ions. This project is proposed to improve the understanding of sorption and desorption processes in organo-clays. Additionally, the modification of material properties under varying chemical and thermal conditions will be determined by performing diffusion and advection experiments. Changes by sorption and diffusion will be analyzed by determining surface charge and contact angles. Molecular simulations on models of organo-clays will be conducted in an accord with experiments with aim to understand and analyze experimental results. The computational part of the project will profit from the collaboration of German partner with the group in Vienna, which has a long standing experience in a modeling of clay minerals.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1315: Biogeochemische Grenzflächen in Böden; Biogeochemical Interfaces in Soil, Importance of soil organic carbon and mineral particle size fractions for the fate of soil supplied organic chemicals and their microbial transformations

The biogeochemical interface (BGI) in this project is defined as the organo-mineral surface of soil particles colonized by microorganisms. In the preceding project it was demonstrated that the different soil particle size fractions were associated with specifically structured microbial communities, a characteristic amount of soil organic carbon, and a specific capacity for adsorption of the organic chemicals phenol and 2,4-dichlorophenol, respectively. While the diversity of the microbial community was responsive to fertilization-determined additional organic soil carbon in the larger particle size fractions, it was unaffected in clay. Stable isotope probing with 13C-labelled phenol and 2,4-dichlorophenol revealed that the soil organic carbon in the BGIs also affected the diversity of microorganisms involved in the degradation of these chemicals. All these results are yet only based on studying one soil with three organic carbon variants (Bad Lauchstädt) and only two organic compounds. The objective of this 2nd phase project is to apply the innovative technology developed in the 1st phase for studying the BGI processes with soil organic carbon variants from another soil (Ultuna, SPP 1315 site) and with the chiralic anilide Fungicide metalaxyl as an additional compound. This 2nd phase SPP 1315 project will also, in a collaborative effort with two other SPP 1315 partners, investigate (1) the importance of BGIs for the entantio-selective degradation of metalaxyl and (2) the role of soil microorganisms in the formation of bound residues, respectively. Furthermore, the project will utilize stable isotope probing and next-generation DNA sequencing to link the structural and functional diversity of the microbial communities responsible for metabolism of organic chemicals in the different BGIs determined by particle size fractions and soil organic carbon variants.

Populationsstruktur und Wanderungsaktivitaet von Amhpibien unter besonderer Beruecksichtigung der Knoblauchkroete (Pelobates fuscus) und des Kammolches (Triturus cristatus)

Ein Plastikfolienfangzaun wurde rund um ein Gewaesser auf der Wiener Donauinsel aufgestellt, um die Wanderung saemtlicher Amphibien zu und von diesem Weiher erfassen zu koennen. Dabei sollten Wanderrichtung, Geschlechterverhaeltnis, Gewichts- und Groessenunterschiede sowie Daten ueber Verpaarung und Anzahl der Nachkommenschaft, besonders bei Knoblauchkroete und Kammolch, untersucht werden. Durch Polaroidfotos werden die individuell stark variierenden Ruecken- bzw. Bauchflecken von Kroeten bzw. Molchen abgebildet und dienen damit dem Erkennen der Wiederfaenge. Aus den bisherigen Ergebnissen konnte bei der Knoblauchkroete auf ein Geschlechterverhaeltnis (Weibchen zu Maennchen) von 1:2,3 geschlossen werden. Die Anzahl der zwischen Februar 1986 und Juni 1987 individuell erfassten Tiere der Knoblauchkroetenpopulation betraegt 1123 (Stand vom 26.6.1987). Beim Kammolch wurde ein Geschlechtsverhaeltnis von 1:1,1 bei einer Populationsgroesse von 201 Individuen (Untersuchungszeitraum Februar 1987 bis Juni 1987) ermittelt. Daten der Biologie, Oekologie und Populationsstrukturen der Amphibien sind fuer den praktischen Arten- und Feuchtraum-Biotopschutz unerlaesslich. Langfristige Beobachtungen an gut erfassten Populationen ermoeglichen exakte Prognosen fuer zukuenftige Ansiedlungsprojekte und liefern die notwendigen Grundlagen fuer naturschutzrelevante Fachgutachten. Eine Fortfuehrung des 1986 mit einer Dissertation (S.E. Endel) begonnenen Projektes ist ueber mehrere Jahre geplant.

Aenderung der Bodenfauna bei minimaler Bodenbearbeitung

Bei minimaler Bodenbearbeitung mit Grubbern bzw. durch Fraessaat ist mit einer Veraenderung der Bodenfauna zu rechnen. Mit Hilfe von Feldversuchen soll an zwei Versuchsstandorten der Istzustand erhoben werden, wie er nach langjaehriger Bodenbearbeitung mit dem Pflug vorliegt. Der Bestand an Carabiden und Lumbriciden soll festgestellt werden. Im Zuge der Umstellung der Bodenbearbeitungsmethoden soll die Veraenderung der Bodenfauna ueberprueft werden. In Oesterreich liegen noch keine einschlaegigen Forschungsergebnisse vor. Auslaendische Ergebnisse sind nur bedingt auf die oesterreichische Situation anwendbar. Die Versuche sollen in der Naehe von Wien und in der Oststeiermark durchgefuehrt werden.

Mesoskalige Alpine Klimatologie mit VERA (VERACLIM)

Dieses Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, eine Klimatologie für den Alpenraum zu erstellen, deren räumliche und zeitliche Auflösung bisherige klimatologische Untersuchungen im Alpenraum übertrifft. Im Vordergrund stand die Erforschung von Phänomenen wie z.B. Hitzetiefs und Kältehochs, starke Druckunterschiede über den Alpen während Föhnwetterlagen, Um- bzw. Überströmung der Alpen, die mittlere Verteilung der Temperatur zu jeder beliebigen Tages- und Jahreszeit, aber auch die mittleren Windverhältnisse im Bereich der Alpen. Die klimatologischen Untersuchungen basieren auf Temperatur-, Druck- und Windanalysen bei einer zeitlichen Auflösung von 3 Stunden, die für einen Zeitraum von 22 Jahren berechnet wurden. Das dabei verwendete Analysesystem wurde in den letzten Jahren am Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Wien entwickelt. Die Eingangsdaten stammen vom Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersagen (EZMW). Im Laufe dieses Projekts konnte die typische Druckverteilung über den Alpen bei ausgeprägten Hitzetiefs bzw. Kältehochs bestimmt werden. Es zeigte sich auch, dass Nordstau-Situationen in den Alpen etwa zwei- bis dreimal häufiger vorkommen als Südstau-Situationen. Die mittlere Verteilung der Temperatur der Niederungen wurde für jeweils 10 Tage im Jahr berechnet und als Temperaturkarte dargestellt. Der so entstandene Kartensatz wurde als Klimaatlas veröffentlicht und eignet sich gut für Vergleiche der aktuellen Temperaturverteilung mit der mittleren Temperaturverteilung der Periode 1980-2001. Im Rahmen der Untersuchung von thermisch ausgelösten Luftströmungen im unmittelbaren Bereich der Alpen ('Alpine Pumping') konnte Intensität und der zeitliche Verlauf dargestellt werden. Es wurde auch für jeden der 2752 Gitterpunkte des untersuchten Gebietes eine klimatologische Untersuchung der Windstärken und Windrichtungen erstellt. Die Ergebnisse dieses Projekts sind nicht nur ein wertvoller Beitrag zur Erforschung des alpinen Klimas, sondern finden auch Anwendungsmöglichkeiten in Tourismus und Wirtschaft.

Herstellung holzbasierter Schäume zur Substitution petrochemischer Rohstoffe

Die neu gegründete Butterweck Holzstoffe GmbH & Co. KG ist über die Gesellschafterstruktur mit der Butterweck Rundholzlogistik GmbH & Co. KG verbunden. Das mittlerweile in zweiter Generation geführte Familienunternehmen in Lehe/Ems ist als Dienstleister in der Forstwirtschaft tätig und bietet Beratung bei der Waldbepflanzung sowie der Waldbetreuung, -pflege und -vermessung an, unterstützt bei der bestandschonenden Holzernte und der Transportlogistik und vertreibt darüber hinaus Brenn- und Rundholz sowie Hackschnitzel und Rindenmulch. Die Butterweck Holzstoffe GmbH & Co. KG plant die erstmalige großtechnische Realisierung einer Anlage zur Herstellung von Holzschaumplatten ohne Verwendung von synthetischen Bindemitteln. Die vom Wilhelm-Klauditz-Institut in Braunschweig entwickelten holzbasierten Schäume sind ein neuer Werkstoff und werden in Deutschland noch nicht großtechnisch hergestellt. Sie sollen Verwendung als Dämmplatten, Möbel- und Sandwichelemente oder als Torfsodenersatz finden. Die Holzschaumplatten sollen konventionelle Holzfaserplatten, erdölbasierte Schäume sowie Verbunddämmmaterialien ersetzen, deren Herstellung mit schädlichen Umweltauswirkungen verbunden sind. So werden Holzfaserplatten in Deutschland üblicherweise mit synthetischen Bindemitteln, wie pMDI oder Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, hergestellt. Die Bindemittel führen während und vor allem nach der Herstellung z.B. zu Formaldehydemissionen. Die Herstellung der Holzschaumplatten kommt hingegen ohne die Verwendung synthetischer Bindemittel aus. Insbesondere soll bei der Herstellung dieses neuartigen Werkstoffes die Ressourceneffizienz gegenüber der Herstellung konventioneller Produkte gesteigert und der Chemikalieneinsatz reduziert werden. Zur Herstellung des Holzschaums werden Holzhackschnitzel in verschiedenen Verfahrensschritten zellular aufgeschlossen. Die dadurch entstandene wässrige Suspension wird unter Zugabe eines Treibmittels im Intensivmischer aufgeschäumt. Ferner werden Proteine eingesetzt, die den Schäumungsprozess unterstützen und dabei denaturieren. Abhängig vom geplanten Anwendungsbereich der Platten werden ggf. auch Graphite als Flammschutzmittel und/oder Wachse als Hydrophobierungsmittel zugegeben. Auf synthetische Bindemittel kann vollständig verzichtet werden. Der Holzschaum wird anschließend auf ein spezielles Förderband in Plattenform aufgebracht und mittels einer innovativen elektromagnetischen Trocknungsanlage auf die erforderliche Endfeuchte getrocknet. Diese Trocknung zeichnet sich durch einen sehr schnellen Wärmeeintrag und einen hohen Wirkungsgrad aus. Je nach Mahlgrad, eingesetzter Faser- und Additivmenge können unterschiedliche Plattenrohdichten für unterschiedlichste Anwendungen erzeugt werden. Die so hergestellten Holzschaumplatten können wie konventionelle Holzwerkstoffplatten nachbearbeitet werden, z.B. durch Sägen, Schleifen und Beschichten. Fehlerhafte Platten können in den Produktionsprozess zurückgeführt oder zu Torfsodenersatz weiterverarbeitet werden. Die Umweltentlastungen des Vorhabens beruhen auf der umweltschonenderen Herstellung der Holzschaumplatten im Vergleich zur Herstellung von konventionellen Werkstoffen. Die Herstellung der Holzschaumplatten besitzt eine höhere Materialeffizienz als die Herstellung vergleichbarer Holzfaserplatten. Die konkrete Holzeinsparung ist abhängig vom Referenzprodukt. Ausgehend vom geplanten Produktportfolio nach Inbetriebnahme werden Holzeinsparungen in Höhe von 14.813 Tonnen pro Jahr erwartet, was rund 68 Prozent pro Jahr entspricht. Als Rohstoff für die Holzschaumplatten kommt sämtliche hölzerne Biomasse in Betracht (z.B. Nadel- & Laubholz, Altholz, Sägerestholz, Flachs oder Maisspindeln), wodurch die Kaskadennutzung unterstützt wird. Auch die Laubholznutzung wird dadurch gefördert. Für Holzfaserdämmplatten wird zurzeit ausschließlich Nadelrundholz eingesetzt. Bei der Holzschaumherstellung wird die Trocknungsluft im Kreislauf gefahren (Umluft), so dass bei diesem Prozessschritt keine Abluft entsteht und Emissionen vollständig vermieden werden. Gemäß den Ergebnissen der Vorversuche ist die elektromagnetische Trocknung darüber hinaus sechsmal energieeffizienter als eine konventionelle Trocknung. Das Prozesswasser wird ebenfalls im Kreislauf gefahren und innerbetrieblich gereinigt. Nach dem Anfahren der Produktionsprozesse wird unter normalen Betriebsbedingungen kein Frischwasser benötigt, da durch das Frischholz ausreichend Wasser in den Prozess nachfolgt. Das Vorhaben kann insbesondere auf Anlagen der Holzwerkstoffindustrie, aber auch auf die Sägeindustrie oder Holzpelletindustrie übertragen werden, bei denen die vor- und nachgelagerten Prozesse der Holzverarbeitung bereits vorhanden sind und die Prozesse der Holzschaumherstellung ergänzt werden können. In Anbetracht knapper werdender Holzressourcen besitzt das Vorhaben außerdem Modellcharakter für eine ressourceneffiziente und abfallfreie Nutzung von Biomasse. Die elektromagnetische Trocknung als Einzeltechnik kann auch auf Anlagen anderer Branchen übertragen werden, insbesondere wenn instabile Produkte mit hohem Wasseranteil getrocknet werden müssen. Branche: Holzverarbeitung Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Butterweck Holzstoffe GmbH & Co. KG Bundesland: Niedersachsen Laufzeit: seit 2023 Status: Laufend

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