During microbial turnover of organic chemicals in soil, non-extractable residues (NER) are formed frequently. Studies on NER formation usually performed with radioisotope labelled tracer compounds are limited to localisation and quantitative analyses but their chemical composition is left unknown. Recently, we could show for 2,4-dichlorophenoxyacetic acid and ibuprofen that during microbial turnover in soil nearly all NER were derived from microbial biomass, since degrading bacteria use the pollutant carbon for their biomass synthesis. Their cell debris is subsequently stabilised within soil organic matter (SOM) forming biogenic NER (bioNER). It is still unknown whether bioNER are also formed during biodegradation of other, structurally different compound classes of organic contaminants. Therefore, agricultural soil will be incubated with labelled compounds of five classes of commonly used and emerging pesticides: organophosphate, phenylurea, triazinone, benzothiadiazine and aryloxyphenoxypropionic acid. The fate of the label will be monitored in both living and non-living SOM pools and the formation of bioNER will be quantified for each compound over extended periods of time. In addition, soil samples from long-term lysimeter studies with 14C-labelled pesticide residues (e.g. triazine, benzothiazole and phenoxypropionic acid group) will be also analysed for bioNER formation. The results will be summarised to identify the metabolic conditions of microorganisms needed for bioNER formation and to develop an extended concept of risk assessment including bioNER formation in soils.
Der schnelle Fortschritt der elektronischen Geräte erhöht die Nachfrage nach verbesserten Li-Ionen Batterien. Kommerziell erhältliche Li-Zellen nutzen meist Lithiumkobaltoxid für die positive Elektrode. Doch gerade dieses Material ist ein Hindernis für eine weitere Optimierung, insbesondere für eine Kostensenkung. Vor allem für größere Anwendungen wie Hybrid- oder Elektrofahrzeuge müssen alternative Materialen erforscht werden, die billiger, sicherer und umweltverträglicher sind. Daher wird im ISEA derzeit ein neues Forschungsprojekt ins Leben gerufen und die dafür benötigte Infrastruktur geschaffen. Die Forschung wird sich auf die Untersuchung geeigneter Übergangsmetalloxide und Polyanionen konzentrieren, die besonders gut zur Einlagerung von Li-Ionen geeignet sind. Es werden neue Herstellungsverfahren unter Verwendung wässriger Precurser-Substanzen untersucht, die Verbindungen mit überlegenen Eigenschaften erzeugen und außerdem leicht an eine Massenproduktion angepasst werden können. Ziel der Arbeiten ist, preisgünstiges Elektrodenmaterial zu entwickeln, das eine spezifische Energie von über 200 Wh/kg und eine Leistungsdichte von 400 W/kg aufweist. Außerdem werden Arbeiten im Bereich der physikalisch-chemischen Charakterisierung der neuen Materialien stattfinden sowie elektrochemische Analysen der gesamten Zellen- und Batteriesysteme durchgeführt. Das elektrodynamische Verhalten der neuen Zellen wird u. a. mit Hilfe der elektrochemischen Impedanzspektroskopie analysiert, um präzise und zuverlässige Algorithmen für ein späteres Batteriemonitoring im realen Betrieb zu finden.
norganische Funktionsmaterialien spielen innerhalb der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, etwa im Bereich der Informationstechnik oder der Energieerzeugung und -speicherung, eine zentrale Rolle. Dabei sind komplex strukturierte multifunktionelle Materialien auf rein anorganischer Basis sowie im Verbund mit organischen Anteilen zur Weiterentwicklung dieser Technologien von wesentlicher Bedeutung. Die Erzeugung solcher Materialien mit definierter Struktur und Stöchiometrie über die konventionelle Prozesstechnik, die in der Regel bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken sowie unter erheblichem verfahrenstechnischen Aufwand abläuft, stößt hierbei jedoch an ihre Grenzen. Demgemäß ist die Suche nach neuen Verfahren, die eine Generierung von diesen Materialien bei Umgebungsbedingungen und mit reduziertem prozesstechnischen Aufwand ermöglichen, derzeit Gegenstand weltweiter Forschungsanstrengungen. Für die Bildung von komplex strukturierten anorganischen Festkörpern bei Umgebungsbedingungen liefert die belebte Natur eindrucksvolle Beispiele. So entstehen durch Biomineralisationsprozesse Stoffe wie etwa Calciumphosphat oder -carbonat, deren Bildung genetisch determiniert ist und durch die Wechselwirkung mit Biomolekülen gesteuert wird, wobei unter anderem Selbstorganisationsprozesse eine Rolle spielen. Die hierdurch entstehenden anorganischen Materialien besitzen multifunktionelle Eigenschaften, wobei deren Eigenschaftsspektrum durch den Einbau von bioorganischen Komponenten erweitert wird. Wenngleich viele technisch relevante Materialien bei diesen natürlichen Prozessen keine Rolle spielen, ergeben sich hieraus unmittelbar aussichtsreiche Perspektiven zur Generierung neuer anorganischer Funktionsmaterialien durch spezifische molekulare Interaktionen zwischen bioorganischen und anorganischen Stoffen. Das Hauptziel dieses Schwerpunktprogramms ist daher die Übertragung von Prinzipien der Biomineralisation auf die Generierung von anorganischen Funktionsmaterialien und von deren Hybriden mit bioorganischen Anteilen. Zur Erreichung dieses Ziels werden Arbeiten durchgeführt (1) zur In-vitro- und In-vivo-Synthese anorganischer Funktionsmaterialien und deren Hybride mit bioorganischen Molekülen in Form von Schichten oder 3D-Strukturen, (2) zur Charakterisierung der Bildungsprozesse und der Struktur der Materialien sowie (3) zur Bestimmung und zum Design von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diese experimentellen Untersuchungen werden weiterhin durch Arbeiten zur Modellierung der Materialbildung, -struktur und -eigenschaften begleitet.
The classical point wise Cornell-McGuire probabilistic seismic hazard assessment (PSHA), which is widely used for seismic hazard mapping and development of design codes, does not allow direct estimation of multiple-location hazard for distributed structures and facilities: what is the (annual) probability that specific level of ground motion will be exceeded simultaneously in several sites? It is possible to extent the classical methodology to the multiple sites problem considering also ground-motion correlation. We study multiple-location PSHA, as compared with the classical point wise PSHA, using Monte Carlo simulation. Specific items are:(1) Development of the algorithms for multiple-location PSHA;(2) Analysis of the role of the geometry of multiple sites, correlation of ground motion, and evel of seimicity for multiple-location PSHA;(3) Study of correspondence and differences between multiple-location PSHA and classical point wise PSHA and analysis of possibility of utilization of classical PSHA procedures for simplified multiple-location hazard assessment.The project is innovative because only few attempts have been made so far regarding our research questions.
Non wood fuels for small-scale furnaces have attracted increasing interest in several European countries. New technological approaches are on the way, but the verification of any such developments is difficult and there is a large uncertainty about testing procedures and equipment. While for wood combustion standardized European measuring regulations are available and broadly applied, the testing of cereal fuel combustion is generally not following a commonly accepted procedure. Consequently the results of such measurements are not fully comparable. This applies particularly for the international level, which is here of particular relevance due to the fact that a combustion technology development for a niche application can only be economically viable if a sufficiently large marketing area can be taken into focus. The overall objective of the proposal is therefore to contribute through research to the development of uniform and comparable European procedures for testing of small-scale boilers up to a power out of 300 kW for solid biomass from agriculture like straw pellets and energy grain. The driving forces and barriers will be worked out; existing legal regulation for the installation (approval by the local authorities) in the participating countries will be collected. The state of the art of the non wood biomass boiler technology will be identified; the need for standardized tests for type approval tests and the measures to establish a European Standard will be shown. Measurement methods with special emphasis on efficiency and emissions will be worked out and the requirements and specifications of test fuels will be proposed. Test runs will be carried out following preliminary test procedures based on existing European standards for wood boilers. Based on the results of these test runs a draft for a Europe-wide uniform test procedure will be proposed. Preparatory work for a European standardization process including a round robin test will be done.
Die Ionosphäre ist der ionisierte Teil der Erdatmosphäre, der sich zwischen ca. 60 und 1000 km über der Erdoberfläche erstreckt und in die Plasmasphäre übergeht. Die Photoionisation der Gase erfolgt primär durch solare EUV- und Röntgenstrahlung. Die Erdgeosphäre reagiert auf die Sonnendynamik durch mannigfaltige Veränderungen in der Magnetosphäre, Plasmasphäre, Ionosphäre und Thermosphäre, welche durch komplexe Kopplungsprozesse miteinander in Wechselwirkung stehen. Das Beobachten und Verstehen dieser Prozesse ist von großem Interesse für die Geophysik. Die Elektronendichte der Ionosphäre und Plasmasphäre beeinträchtigt die Übertragung trans-ionosphärischer Radiowellen. Die räumliche und zeitliche Rekonstruktion der Plasmadichte ist deshalb von großer praktischer Bedeutung, insbesondere für Navigations-, Fernerkundungs- und Kommunikationssysteme. Unser Projekt hat das Ziel zum besseren Verständnis der Struktur und Dynamik der Ionosphäre und Plasmasphäre sowie deren Kopplungsprozesse beizutragen. Im Einzelnen konzentrieren sich die Arbeiten auf die Entwicklung einer Methode zur Rekonstruktion des Elektronendichtegehalts der Ionosphäre und Plasmasphäre durch Assimilation von LEO Satellitendaten sowie Einbindung anderer indirekter Zusatzinformationen. Von wesentlicher Bedeutung ist hierfür die Weiterentwicklung des Plasmapausen-Position-Modells auf der Grundlage der SWARM Daten und die Einbeziehung dieses Models in den Rekonstruktionsprozess. Die erzielten Ergebnisse werden mithilfe unabhängiger Elektronendichte-Messungen und Whistler Daten validiert. Anschließend wird das Potenzial der Rekonstruktionen demonstriert und bewertet. Hierfür werden ausgewählte Weltraumwetter-Ereignisse in Kooperation mit anderen Projekt-Teams des DFG Schwerpunktprograms DynamicEarth analysiert.
Wie die HELCOM-Expertengruppe für Meeressäugetiere (EG MAMA; portal.helcom.fi, 2021) feststellt, liegen nur begrenzte Informationen über das Vorkommen, die (Öko-)Toxizität und die potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen von Neuen Schadstoffen bei Meeressäugern vor. Neue Schadstoffe werden durch verschiedene anthropogene Aktivitäten in die Umwelt eingebracht, und einige dieser Stoffe haben das Potenzial, in Meeres-, Süßwasser- und/oder terrestrische Nahrungsnetze zu gelangen, wo sie sich anreichern können. Gegenwärtig fehlen häufig Informationen über die Exposition, und es besteht ein dringender Bedarf an ausreichenden Daten zum Vorkommen und die Auswirkungen, um CEC bewerten und gegebenenfalls Maßnahmen zur Risikominderung einleiten zu können. Ziel des Projekts war das Screening auf potenziell gefährliche Neue Schadstoffe in Meeressäugetieren aus der Ostsee unter Verwendung modernster analytischer Methoden für ein weitreichendes Ziel- und Verdachtsscreening. Zu diesem Zweck wurden 11 gepoolte Leber- und eine nicht gepoolte Muskelprobe von 11 Meeressäugern (Schweinswal (Phocoena phocoena), Gewöhnlicher Delphin (Delphinus delphis), Kegelrobbe (Halichoerus grypus), Seehund (Phoca vitulina)) von HELCOM-Vertragsparteien aus Deutschland, Schweden, Dänemark und Polen zur Verfügung gestellt. Die interessierenden Verunreinigungen wurden aus den gefriergetrockneten Matrizes mit Hilfe allgemeiner Extraktionsmethoden extrahiert, und die endgültigen Extrakte wurden sowohl mit Flüssig- als auch mit Gaschromatographie in Verbindung mit hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS; LC-ESI-QToF und GC-APCI-QToF) analysiert. Die Proben wurden quantitativ auf das Vorhandensein von mehr als 2,500 organischen Schadstoffen untersucht, darunter Verbindungen verschiedener Klassen wie Arzneimittel, Kosmetika, Biozide, Pflanzenschutzmittel, illegale Drogen, Stimulanzien, Süßstoffe und Industriechemikalien (z. B. Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), Flammschutzmittel, Korrosionsinhibitoren, Weichmacher, Tenside) sowie deren Umwandlungsprodukte (TPs). Darüber hinaus wurde eine Methode zur Analyse von 23 Verbindungen entwickelt, die in Sprengstoffen enthalten sind, die in der Vergangenheit in die Ostsee verklappt wurden, wobei ein anderes Verfahren zur Probenvorbereitung verwendet wurde. Eine spezifische Ziel-Screeningmethode, die dieselbe Probenvorbereitung verwendet, wurde auch für 13 neue phosphororganische Flammschutzmittel (OPFR) und zwei Dechloran-plus-Verbindungen angewandt.Das Verdachtsscreening von 65.690 umweltrelevanten Substanzen aus der NORMAN-Stoffdatenbank wurde an allen HRMSRohchromatogrammen durchgeführt. Die Chromatogramme wurden auch in die NORMAN Digital Sample Freezing Platform (DSFP) hochgeladen und stehen somit für das retrospektive Screening von noch mehr Verbindungen zur Verfügung, sobald die Informationen für deren Screening verfügbar sind...
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