Die Nukleation von Eispartikeln spielt eine wichtige Rolle bei der Wolken- und Niederschlagsbildung, mit Konsequenten für die atmosphärische Chemie, die Wolkenphysik und das Erdklima. Für eine Quantifizierung und Vorhersage des Einflusses von Wolken in Wettervorhersage- und Klimamodellen muss die Bildung von Eispartikeln daher in einer realistischen Art und Weise beschrieben werden. Einer der wichtigen Bildungsmechanismen ist dabei die heterogene Eisnukleation im Immersionsmodus, bei dem Eis an der Oberfläche eines in einem wässrigen Tröpfchen suspendierten Eiskeims - zum Beispiel eines Mineralstaub- Partikels - gebildet wird. Wir werden im Rahmen dieses Forschungsprojekts zahlreiche Gefrierexperimente im Immersionsmodus durchführen. So werden eine Reihe verschiedener, als Aerosolpartikel in der Atmosphäre vorkommende Materialien auf ihre Eisnukleationseigenschaften hin untersucht werden. Insbesondere sollen hier die Temperatur- und Zeitabhängigkeit der von diesen Materialien ausgelösten Eisnukleation quantifiziert werden. Dabei werden wir spezielles Augenmerk auf die systematische Untersuchung der von porösen Materialien ausgelösten Eisnukleation legen. Es sollen sowohl synthetische Materialien wie beispielsweise mesoporöse Silikate untersucht werden, als auch natürlich vorkommende Materialien wie etwa mikroporöse Zeolithe.
Eine zentrale Herausforderung zukünftiger Energiesysteme besteht darin, die verfügbare Energie mit der Nachfrage örtlich, zeitlich und quantitativ abzustimmen. Dieser Übergang zu nachhaltigen Systemen setzt Politik, Stadtplaner, Energielieferanten und Netzbetreiber zunehmend unter Druck. In den letzten Jahrzehnten hat die Forschung und Entwicklung (F&E) im Bereich von Gebäudestandards und Gebäudeeffizienz sowie im Bereich von Heizung, Lüftung und Klimatechnik (HLK) Systemen große Fortschritte erzielt; es ist mit keinen Breakthroughs mehr zu rechnen. Die Partizipation der NutzerInnen sowie die Nutzbarmachung von neuen Daten- und Informationsquellen zeigt jedoch noch ein großes Potential für die Energieoptimierung und Planung von Gebäuden, Quartieren und übergeordneten Energiesystemen.
Zentrales Ziel des Projektes GameOpSys ist die Entwicklung einer mobilen Anwendung, welche durch Partizipation des Nutzers und der Nutzerin via Gamification nutzbare Daten und Informationen zur eigenen Kosten- und Energieoptimierung (Strom und Wärme) generiert. Die Kombination von diesen Daten mit Smart-Home Anwendungen und Internet of Things ermöglicht das übergeordnete Ziel zu erreichen: die sektorübergreifende Energieoptimierung und verbesserte Planung von Gebäuden, Quartieren und übergeordneten Energiesystemen. Der transdisziplinäre Ansatz des Projektes hat folgenden Innovationsgehalt gegenüber bestehenden Konzepten und Dienstleistungen: (i) Das Potential der Nutzerpartizipation durch Gamification sowie die Nutzbarmachung von Daten und Informationen wird durch die Integration von mathematischen und computational Methoden in die mobile Anwendung signifikant erhöht. Während relevante Technologien und Entwicklungen (z.B. PEAKapp) auf vereinfachten Modellen (z.B. auf ökonomischen Zeitreihenanalysen) basieren, hat die Integration von detaillierten physikalischen und datengetriebenen Modellen (maschinelles Lernen) in Kombination mit ausgefeilten Optimierungsmethoden signifikante Vorteile: Der Energieverbrauch, Kosten oder Emissionen können basierend auf der Lösung eines dynamischen Optimierungsproblems für die nächsten Stunden und Tage minimiert werden. Dabei können dynamische Effekte und Trägheiten wie die Bauteilaktivierung für Heizung und Kühlung berücksichtigt werden. Der User kann - optional in Verbindung mit Smart-Home Anwendungen - beispielsweise Setpoints für Raumtemperaturen oder Einsatzzeiträume für Haushaltsgeräte definieren. Der Energieversorger hat die Möglichkeit durch Incentives und Reward-Systeme den Prozess der Optimierung zu beeinflussen. (ii) Sozialpsychologische Erkenntnisse des Nutzerverhaltens sind integraler Bestandteil der Entwicklung und (iii) innovative Marktkonzepte (Blockchain etc.) werden berücksichtigt.
Die Anwendung wird hinsichtlich ihrer kommerziellen Weiterentwicklung auf maximale Flexibilität hin implementiert (App-ready, basierend auf Rapid Prototyping Methoden). Ebenso erfolgt eine grundlegende Evaluierung der Entwicklungsplattform & - Architektur um für die geplante Weiterentwicklung (kommerzielle Weiterentwicklung nach Projektende) maximale Flexibilität zu gewährleisten.
Für das Verbundprojekt BEMU (battery electric multiple unit) mit Bombardier Transportation soll ein Talent-Elektrotriebwagen mit Traktionsbatterien ausgestattet werden. Das umgerüstete Fahrzeug wird dann intensiven Labortests unterzogen und anschließend 12 Monate im laufenden Betrieb eines Eisenbahnverkehrsunternehmens getestet, um die Praxis- und Alltagstauglichkeit nachzuweisen. Mit dem Batterietriebzug können dann nichtelektrifizierte Abschnitte überbrückt oder Stichstrecken befahren werden.
Zu diesem Zweck werden Einsatzszenarien für den Batterietriebzug entwickelt sowie Fahrzeit- und Energieverbrauchssimulationen durchgeführt, die im späteren Einsatz validiert werden. Zusätzlich wird eine Umweltbilanz erstellt und eine Lebenszykluskostenbetrachtung durchgeführt. Dem wichtigen Aspekt der Technologieakzeptanz wird durch eine Akzeptanzstudie unter betroffenen Personen (Triebfahrzeugführer, Fahrgäste und weitere Stakeholder) Rechnung getragen.
Erstmalig soll in Deutschland ein genetisches Monitoring für Buche und Fichte etabliert werden. Ziel ist es, die genetische Variation und den Zustand des genetischen Systems sowie deren räumliche und zeitliche Veränderung anhand von Kriterien, Indikatoren und Verifikatoren zu erfassen, um so die Wirkung von Einflussfaktoren, wie z.B. den Klimawandel die Anpassungsfähigkeit von Baumpopulationen abzuschätzen und zu bewerten. Für die Buche soll das Monitoringnetz 14, für Fichte 10 Flächen umfassen. Die Methodik orientiert sich an dem 'Konzept zum genetischen Monitoring für Waldbaumarten in der Bundesrepublik Deutschland' und berücksichtigt auch die Erfahrungen bereits durchgeführter punktueller Pilotstudien. Auf jeder Monitoringfläche werden jährlich Klimaparameter erhoben und phänologische Beobachtungen durchgeführt. Genetische Erhebungen mittels neutraler DNA-Marker erfolgen einmalig an Altbäumen, Naturverjüngung und Samen. Gleichzeitig werden neue Marker entwickelt (SNP), die mit adaptiven phänotypischen Merkmalen korreliert sind. Aus den erhobenen Genotypen werden z.B. genetische Vielfalt, Diversität und Allelverteilungen berechnet. Durch Modellierungsstudien werden neben den Folgen der Klimaänderung Eingriffe des Menschen in das Ökosystem hinsichtlich ihres Einflusses auf die Anpassungsfähigkeit bewertet. Für das Projekt sind insgesamt sieben Arbeitspakete (AP) vorgesehen: AP1 - Koordination und Datenbankmanagement, AP2 - Fortsetzung des Monitorings bei Buche auf bereits eingerichteten Flächen, AP3 - Neuanlage von Flächen zum genetischen Monitoring bei Buche, AP4 - Neuanlage von Flächen zum genetischen Monitoring bei Fichte, AP5 - Genetische Analysen (Buche und Fichte), AP6 - Datenauswertung und Simulationsstudien, AP7 - Methodische Weiterentwicklungen.
Zielstellung: Im Rahmen eines Pilotprojektes werden in Brandenburg seit 2006 umfangreiche Aalbesatzmaßnahmen durchgeführt. Im Jahr 2014 sollten insbesondere die wissenschaftliche Begleitung des Aalbesatzes in der Elbe und das laufende Gelbaalmonitoring in den Versuchsseen fortgesetzt, das Aalbestandsmodell für die Elbe weiterentwickelt sowie die Daten für den 2015 vorzulegenden Umsetzungsbericht zu den Aalmanagementplänen für Elbe und Oder (Teileinzugsgebiet Brandenburg) aufbereitet und ausgewertet werden.
Material und Methoden: Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung des Aalbesatzes wurden relevante Transportparameter erfasst, eine visuelle Einschätzung der Vitalität und möglicher Transportschäden des Besatzmaterials vorgenommen sowie Stichproben für weitere Untersuchungen (Morphometrie, Artzugehörigkeit, Geschlecht, Gesundheitszustand, Kondition) entnommen.
In den Versuchsseen erfolgten neben der Entnahme von Stichproben aus den verschiedenen Besatzjahren auch Markierung-Wiederfang-Versuche zur Abschätzung der Bestandsgröße nach der Lincoln-Petersen-Methode.
Ergebnisse: Im Brandenburger Teileinzugsgebiet der Elbe wurden 2014 rund 8,8 t Farmaale (mittlere Stückmasse 6,0 g) sowie 1,57 t Glasaale (mittlere Stückmasse 0,33 g) und damit insgesamt 6,16 Mio. Stück Jungaale besetzt. Die stichprobenhaften Untersuchungen von insgesamt 990 Aalen aus acht Lieferungen bestätigten eine gute Qualität der Tiere. In den Stichproben des diesjährigen Farmaalbesatzes wurden fast ausschließlich Weibchen festgestellt, jedoch bei einem hohen Anteil von 80 % nicht geschlechtsdifferenzierter Tiere. Damit sind keine gesicherten Aussagen zur späteren Ausprägung des Geschlechterverhältnisses im Gelb- und Blankaalstadium möglich, ein überwiegender Weibchenanteil erscheint jedoch wahrscheinlich. Von den untersuchten 728 Farmaalen waren nur sechs Tiere mit dem Schwimmblasennematoden A. crassus befallen. Die Kondition der Farmaale war mit durchschnittlich 8,4 MJ/kg als ausreichend einzuschätzen. Bei den 2014 durchgeführten Probebefischungen der isolierten Versuchsseen wurden insgesamt 2.209 Aale im Rahmen der Markierung-Wiederfang-Versuche markiert und 758 Aale für Laboruntersuchungen entnommen. Von den 2004 bzw. 2005 besetzten und 2014 wieder gefangenen Aalen waren 5 % Männchen, 62 % Weibchen und 33 % noch nicht geschlechtsdifferenziert. Bei den als Glasaale besetzten Aalen waren in zwei Seen deutlich höhere Anteile an Männchen als unter den vorgestreckten Aalen vertreten. Die summarische Sterblichkeit nach 3 - 10 Jahren schwankte sowohl zwischen den Gewässern als auch zwischen den Jahrgängen innerhalb eines Gewässers außerordentlich stark (Glasaale 50 - 98 %, Farmaale 35 - 99 %).