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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.

Ressortforschungsplan 2024, Beyond Life Apex - Systematische Nutzung von Monitoringdaten im Chemikalienmanagement zur Belastung und Anreicherung von Stoffen in Spitzenprädatoren, Beutetieren und Umgebungsmedien

Anknüpfung an das EU LIFE APEX Projekt mit dem Fokus auf systematischer Nutzung von Monitoringdaten zur effizienten Ermittlung regulatorisch belastbarer Daten für die Identifizierung prioritärer Stoffe und zur Aufdeckung blinder Flecken in der Umweltbewertung. Mittels modernster Analytik sollen regulierungsbedürftige Chemikalien in terrestrischen und aquatischen Nahrungsnetzten identifiziert und ein Konzept und Leitfaden entwickelt werden, wie solche Monitoringdaten systematischer unter REACH u.a. Vollzügen genutzt werden können. Ein Schwerpunkt liegt auf anreichernden Stoffen, die mit etablierten Methoden der Bioakkumulationsbewertung nicht erfasst werden, beispielsweise sehr hydrophobe Stoffe oder solche die verstärkt in Luftatmern anreichern aber nicht in Fischen. Die Daten werden in Europäische Datenbanken (NORMAN/ IPCHEM) eingespeist, mit laufenden EU Projekten (z.B. PARC) vernetzt und unterstützen laufende Arbeiten aller Vollzüge sowie zur Bodenstrategie 2030.

Beeinflussen Chemikalien Ökosystemfunktionen im Sediment?

Der Energiehaushalt von Bachoberläufen in bewaldeten Einzugsgebieten hängt stark vom Eintrag allochthonen organischen Materials (bspw. Laubstreu) ab. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, zu verstehen, wie die in diesem Material gebundene Energie für das Nahrungsnetz verfügbar gemacht werden. Dies istbesonders vor dem Hintergrund des stetig zunehmenden Drucks durch Schadstoffe von Signifikanz. Obwohl sich ca. 90 % dieses organischen Materials im Hyporheal akkumulieren, wurden die Auswirkungen von chemischem Stress auf dessen Abbau fast ausschließlich in der benthischen Zone untersucht. Die Bedeutung dieser Wissenslücke wird durch die fehlende Übertragbarkeit der beobachteten Auswirkungen von Schadstoffen auf diesen ökosystemaren Prozess zwischen benthischen auf hyporheische Habitat unterstrichen. Darüber hinaus unterscheiden sich innerhalb des hyporheische Habitats die Umweltbedingungen zwischen Zonenmit ab- bzw. aufsteigendes Oberflächen- bzw. Grundwasser deutlich, was eine Verallgemeinerung der Beobachtungen zusätzlich erschwert. INFUSED tritt an unser Verständnis über die Auswirkungen von Schadstoffen auf den Abbau organischen Materials besser zu verstehen, indem das Projekt über benthische Systeme hinaus geht. INFUSED wird die Auswirkungen von Fungiziden und Antibiotika auf die Zersetzung organischer Stoffe in den auf- und absteigenden Zonen des Hyporheal experimentell untersuchen und diese Beobachtungen den Auswirkungen in der benthischen Zone gegenüberstellen; letztere dient als Referenzpunkt. Die indirekten Auswirkungen dieser antimikrobiellen Schadstoffe auf Detritivorenwerden durch Nahrungswahlversuche und anschließende Langzeit-Fütterungstests adressiert. Ein Folgeexperiment wird sich auf Insektizide konzentrieren, die sich direkt auf die Aktivität von Detritivoren auswirken können. Diese Studie testet die Hypothese, dass die Aktivität der Detritivoren sich ins Sediment einzugraben negativ beeinflusst wird, was sich auf ihre Fähigkeit auswirkt, vergrabenes organisches Material zu erreichen und folglich zu konsumieren. Durch die Kombination beider Ansätze werden direkte und indirekte Effekte in einem naturnahen Nahrungsnetz untersucht. Durch die Nutzung von organischem Material, markiert durch stabile Isotopen, kann INFUSED die relative Bedeutung dieser Nahrungsquelle für komplexe Nahrungsnetze quantifizieren. INFUSED basiert somit auf der Hypothese, dass Fungizide und Antibiotika sowohl den Abbau organischen Material als auch dessen Qualität als Nahrung für Detritivore (in)direkt beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu wirken sich Schadstoffe welche Detritivoren beeinflussen (z. B. Insektizide) top down auf den Abbau organischen Materials aus. Folglich wird INFUSED unser Verständnis der möglichen Auswirkungen von Schadstoffen auf den Abbau organischen Materials im Hyporheal deutlich erweitern.

Langfristige Nachwirkungen („legacy“) und Grenzen der Trockentoleranz von Buchen-/Fichtenbeständen Teil A - Auswirkungen von wiederkehrender Trockenheit und Erholung nach Trockenstress auf das Wachstum von Rein- und Mischbeständen - Analyse über zeitliche und räumliche Skalen

Das „Kranzberg Forest Roof Project“ (KROOF) wird seit 2013 durch die DFG gefördert. Die Expertise der drei, der TUM zugehörigen Gruppen, decken die Waldwachstumskunde, Ökophysiologie und Rhizosphärenbiologie ab. Im Rahmen des Weave-Programmes ist die Universität Innsbruck beteiligt. In der ersten Förderperiode (KROOF 1) wurde in einem adulten Buchen/Fichten-Mischbestand in Süddeutschland ein Austrocknungsexperiment mit ca. 100 Bäumen konzipiert und die Auswirkungen von mehrjähriger Sommertrockenheit auf Bäume und deren Ektomykorrhizen erfasst. Vergleichend wurde die Anpassung an langjährige Trockenheit an fünf Standorten entlang eines Niederschlagsgradienten untersucht. In der zweiten Förderperiode (KROOF 2) stand die Erholung der Bestände im Zentrum des Interesses. In der nun beantragten dritten Förderperiode soll die Vorbehandlung durch Trockenheit genutzt werden, um die Bäume einem erneuten Trockenstress auszusetzten. Dadurch soll geklärt werden, ob die Bestände durch die vorangegangene Trockenheit angepasst, d.h. weniger empfindlich, gegenüber dem erneuten Trockenstress sind, oder ob die Vorbehandlung zu einer Vorschädigung geführt hat und die Bäume dadurch früher an die Grenzen ihrer Trockentoleranz stoßen und letale Schädigungen erleiden. Durch die induzierte, potentiell letale Trockenheit sollen Mechanismen der Trockenheitsresistenz und Prozesse des Absterbens der Bäume erarbeitet werden. Im Zentrum stehen die folgenden Hypothesen:„Mixing“-Hypothese: Mischbestände profitieren von der strukturellen Heterogenität und asynchroner Ressourcennutzung bei Trockenheit.„Weakest link“-Hypothese: Die Anpassung an Wassermangel wird bei extremer Trockenheit durch den Zusammenbruch des schwächsten Glieds des Wassertransports entlang des Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum außer Kraft gesetzt.„Legacy“-Hypothese: Baumbodensysteme, die einer früheren Trockenheit ausgesetzt waren, kommen besser mit erneuter Trockenheit zurecht als solche die zum ersten Mal extreme Trockenheit erleiden.Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die vielschichtigen Reaktionsweisen von Rein- und Mischbeständen aus Fichte und Buche auf wiederholte Trockenheitsereignisse zu untersuchen. Es nutzt Daten aus KROOF 1 und KROOF 2 und wird durch neue Messungen ergänzt. Das Vorhaben beleuchtet Akklimatisierungsmechanismen von der Organ- bis zur Bestandsebene und analysiert die Folgen wiederholter Dürre auf Baumwachstum und Sterblichkeit. Das Ziel besteht darin, die empirischen Ergebnisse in das prozessorientierte Einzelbaumwachstumsmodell BALANCE zu integrieren. Dies ermöglicht präzise Simulationen und Untersuchungen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Dimensionen. Entscheidende Einblicke in das dynamische Zusammenspiel zwischen Wäldern und ihrer sich verändernden Umwelt können gegeben werden, was sowohl der Wissenschaft als auch der nachhaltigen Waldbewirtschaftung zugutekommen wird.

Alternativmethoden: Validierung des Hyalella azteca Bioakkumulationstests als Alternativmethode für die Bewertung des Bioakkumulationspotentials von Nanomaterialien (Nano-HYBIT-2)

REACH Mindestanforderungen PBT

Konkretes Management von Substanzen von hoher Besorgnis im Rahmen von REACH; Exemplarische Beschreibung an Fallbeispielen.

Scientific and technical assistance for the maintenance and further development of indicators to monitor environmental and health benefits of the EU chemicals legislation

Ressortforschungsplan 2024, Validierung von ‚New Approach Methods‘ (NAMs) zur Entwicklung einer OECD Test Guideline für die Identifizierung und Bewertung von Endokrinen Disruptoren (ED)

Zahlreiche in vitro Methoden für die Identifizierung von endokrinen Disruptoren (ED) sind in der Prävalidierungsphase; - Es fehlen konkrete Validierungsprojekte, um die prävalidierten Methoden als OECD Test Guidelines zu standardisieren; - Um Chemikalien unter den einschlägigen EU Verordnungen (z.B. REACH, PPP, BP) zu regulieren, müssen die Daten mit standardisierten OECD Test Guidelines erhoben werden. - Insbesondere für neue Endpunkte des Hypophysen-Schilddrüsen Regelkreises (HPT-Achse) fehlen bisher validierte OECD Test Guidelines; - Ziel dieses Projektes ist es daher eine für die Regulation von PPP, BP, REACH-Chemikalien besonders relevante in vitro Methode, die die 'Readiness-Kriterien' für eine Validierung erfüllt, auszuwählen und den Validierungsprozess zu starten und zu koordinieren; - Die Auswahl erfolgt durch die Vernetzung des UBAs mit der französischen PEPPER-Plattform unter Berücksichtigung der Ergebnisse der OECD Thyroid Disruptor Method Expert Group und dem EURION Forschungscluster.´

Member States' use of revenues from the auctioning of EU ETS allowances

This series of data provides information on how EU Member States spend the revenues from auctioning EU ETS emission allowances in one calendar year. More information on the EU Emissions Trading System (EU ETS) can be found here. The revenues from the auctioning of these allowances represent an increasing income source for Member States. This data is being collected under Article 19 of the Governance Regulation. The Regulation’s aim is to help the EU reach its 2030 climate and energy targets by setting common rules for planning, reporting and monitoring.

Distribution and concentration of nutrients, carbon compounds and methane in water samples in the southern German Bight (North Sea) in February 2025 , during MOSES Sternfahrt 13

Previous Sternfahrten were mainly conducted in spring and summer. To cover the seasonal aspects more thoroughly, including a winter situation, Sternfahrt 13 was conducted in February 2025 (10–12 February). We used the RV Heincke (cruise HE653/2) instead of the RV Uthörn. The Heincke's draught is greater, so we could not reach all of our previous stations. Surface and bottom water samples were taken with a rosette; in the event of stratification in the water column, an additional sample was taken from the middle.

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