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Aerosolbelastung in der zukünftigen Atmosphäre (ALFA) - Verbesserung der Vorhersagefähigkeit atmosphärischer Aerosolbelastung durch molekulares Verständnis der Transformation von Emissionen in der Gegenwart und unter zukünftigen Szenarien

Atmosphärische Aerosole wirken auf die menschliche Gesundheit und beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde. Die Quellen, Bildungsmechanismen und Senken sekundärer Aerosole, welche aus der Transformation von organischen und anorganischen Vorläufergasen entstehen, sind nicht ausreichend verstanden, so dass eine genaue Vorhersagbarkeit der Aerosolbelastung unter gegenwärtigen Emissionen und zukünftigen Szenarien nicht möglich ist.Um ein genaueres Prozessverständnis zu erlangen, werden wir neue analytische Methoden entwickeln, die die Messung einzelner aerosolgetragener Moleküle in Echtzeit, sowie die Erstellung molekularer Fingerabdrücke von Aerosolfilterproben, ermöglichen. Hierfür werden wir ein ultra-hochauflösendes (OrbitrapTM) Massenspektrometer (MS) für die Echtzeit-Aerosolmessung adaptieren, um im Rahmen von Messkampagnen an der Simulationskammer SAPHIR am Forschungszentrum Jülich, die Chemie der Aerosole unter zukünftigen Emissionsszenarien zu untersuchen. An der SAPHIR Kammer werden wir VOC-Emissionen von Pflanzen unter Stress und deren Wechselwirkung mit SO2, NOX und NH3 studieren. Die zentrale Fragestellung dieser Experimente ist, inwiefern überschüssiges Ammoniak mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in der Atmosphäre reagiert, und ob es im Aerosol zu einer verstärkten Bildung von absorbierenden organischen Stickstoff-Heterozyklen kommt. Die Relevanz heterogener photochemisch-induzierter Prozesse soll an der SAPHIR Kammer bei atmosphärischen Konzentrationen untersucht werden. Diese Untersuchungen sind nötig um Voraussagen darüber treffen zu können, inwieweit sich verändernde, zukünftige anorganische Emissionen und VOC-Emissionen gestresster Pflanzen einen Effekt auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Aerosolen in der zukünftigen Atmosphäre haben werden.Neben den Kammermessungen in Jülich sollen Feldmessungen an solchen Orten unternommen werden, an denen eine besonders starke Wechselwirkung zwischen organischen und anorganischen Komponenten zu erwarten ist, und somit die Kammerexperimente im Hinblick auf deren atmosphärische Relevanz validiert werden können.Während der Echtzeit-Messungen mit dem online Aerosol-Orbitrap-MS werden wir Aerosolfilterproben sammeln und molekulare Fingerabdrücke der Aerosolzusammensetzung mit Hochleistungs-Flüssigchromatografie / Massenspektrometrie erstellen. Basierend auf Laborstudien zur Oxidation einzelner VOCs werden wir die molekularen Fingerabdrücke der Realproben mit den Laborexperimenten vergleichen. Eine open-access-"Aerosolomics"-Datenbank soll erschaffen werden, die die gemessenen Merkmale einzelner Oxidationsprodukte archiviert und online verfügbar macht. Dies wird eine „top-down“ Klassifizierung von Aerosolproben ermöglichen, mit deren Hilfe man Aussagen darüber treffen kann welche VOCs und welche Prozesse für die sekundäre Bildung von atmosphärischem Aerosol an den untersuchten Orten verantwortlich sind.

Bodenbewertung - Gesamtfilterwirkung (GFW), landesweit einheitlich

Die Gesamtfilterwirkung ist ein Kennwert zur Bewertung des Bodens als Filter für sorbierbare Stoffe und wird über das mechanische und physiko-chemische Filtervermögen bewertet. Unter sorbierbare Stoffe fallen insbesondere Stoffgruppen wie die Kationen der Nährstoffe, Schwermetalle und Organika, die entweder im Bodenwasser gelöst sind oder an kleinen Partikeln haften bzw. selbst in Partikelform vorliegen. In gelöster Form werden die genannten Stoffe an den Austauschern (Bodenmaterial) gebunden und so der Bodenlösung entzogen. In Partikelform werden sie im Boden gefiltert, wenn sie aufgrund mechanischer Hindernisse, wie z. B. am Ende von Wurmröhren, mit dem Sickerwasser nicht mehr weiter transportiert werden können. Die Gesamtfilterwirkung kann in Abhängigkeit von der Kationenaustauschkapazität und der Luftkapazität geschätzt werden. Das Schätzergebnis besteht aus insgesamt 11 Stufen, von denen in Schleswig-Holstein nur 8 relevant sind. Je höher die Stufe ist, desto höher ist die Gesamtfilterwirkung. Sie ist in feinkörnigem Bodenmaterial mit geringer Luftkapazität am größten, wie z. B. in der Marsch und im Östlichen Hügelland, und in grobkörnigem Bodenmaterial mit hoher Luftkapazität am geringsten, wie z. B. in der Vorgeest. Mit der Gesamtfilterwirkung wird eine natürliche Bodenfunktionen nach § 2 Abs. 2 BBodSchG bewertet und zwar nach Punkt 1.c) als Abbau-, Ausgleichs- und Aufbaumedium für stoffliche Einwirkungen auf Grund der Filter-, Puffer- und Stoffumwandlungseigenschaften, insbesondere auch zum Schutz des Grundwassers. Das hierfür gewählte Kriterium ist das mechanische und physiko-chemische Filtervermögen des Bodens mit dem Kennwert Gesamtfilterwirkung. Die Karten liegen für die folgenden Maßstabsebenen vor: - 1 : 1.000 - 10.000 für hochaufgelöste oder parzellenscharfe Planung, - 1 : 10.001 - 35.000 für Planungen auf Gemeindeebene, - 1 : 35.001 - 100.000 für Planungen in größeren Regionen, - 1 : 100.001 - 350.000 für landesweit differenzierte Planung, - 1 : 350.001 - 1000.000 für landesweite bis bundesweite Planung.

Identifizierung von UV-Filter-Anreicherungsgebieten in der Ostsee - Untersuchung von Transportprozessen und Langzeitsenken im Wasser und Sediment

Die Verschmutzung der marinen Umwelt durch organische UV Filter ist wissenschaftlich zunehmend besorgniserregend. Studien haben gezeigt, dass UV Filter potentielle negative Effekte auf Organismen haben können. Dies führte bereits zu ersten Anwendungsverboten einiger UV Filter in Sonnenschutzmitteln auf Palau und Hawaii. Die Ostsee ist eine beliebte Urlaubs- und Freizeitregion. Sie ist einem hohen anthropogenen Druck durch Verschmutzung ausgesetzt. Jener wird zusätzlich dadurch verstärkt, dass eingetragene Schadstoffe sich in der Ostsee anreichern. Zum jetzigen Zeitpunkt gibt es jedoch nur wenige Studien über das Auftreten und das Langzeitverhalten von UV Filtern in der Ostsee. Der Fokus dieses Projektes soll es sein, ein grundlegendes, besseres Verständnis über das Verhalten und den Verbleib von UV Filtern in der Ostsee zu erlangen. Bisher wurden sie nur in Küstennähe (Wasserphase) und der offenen Ostsee (Oberflächensediment) detektiert. UV Filter werden hauptsächlich über die Wasserphase direkt bzw. indirekt in die Ostsee eingetragen. Es ist zurzeit nicht belegt, ob diese in der Wasserphase von küstennahen Gebieten bis in die offene Ostsee transportiert werden, ob sie in Buchten akkumulieren und ob es räumlich stark belastete Gebiete gibt. Der Schlüssel zu einem besseren Verständnis von möglichen Transportprozessen ist die Untersuchung der UV Filterdynamiken zwischen den einzelnen Kompartimenten Wasser, Sediment und Biota. Es ist hinreichend bekannt, dass Schadstoffe wie z. B. persistente organische Schadstoffe mit der Frühjahrs- und Sommerblüte im Meerwasser abgereichert und mit der absinkenden Biomasse im Sediment angereichert werden. Dieser Prozess kann auch für den Transport von UV Filtern aus der Wasserphase ins Sediment von großer Bedeutung sein. Es wird angenommen, dass UV Filter an Sedimenten adsorbieren können, welche somit als Senke für sie fungieren könnten. Die Funktion der Sedimente als langzeitige Senke wurde bisher noch nicht eingehend untersucht. Die Erforschung von UV Filtern in unterschiedlichen Sedimentschichten im Zusammenhang mit einer Altersdatierung der Sedimente ist relevant, um die Bedeutung der Sedimentsenkenfunktion und den Verbleib von UV Filtern in der marinen Umwelt zu studieren. Zusätzlich wird die Möglichkeit eröffnet, die Anreicherung von UV Filtern in der Biomasse zu analysieren, um so den Transportprozess aus der Wasserphase ins Sediment zu untersuchen. Mehrere Kampagnen sind geplant, um die Wasser- und Sedimentphase und die Biomasse (Algenblüten) zu unterschiedlichen Jahreszeiten zu beproben. Die UV Filter-Konzentrationen werden mittels moderner analytischer Verfahren quantifiziert und qualifiziert. Die Ergebnisse werden grundlegend dazu beitragen (i) die regional belasteten Gebiete zu identifizieren, (ii) die Transportprozesse von UV-Filtern zwischen den einzelnen Kompartimenten Wasser, Sediment und Biota besser zu verstehen und (iii) die Bedeutung der Sedimente als Langzeitsenke zu demonstrieren.

Bau eines Massenseparators fuer 'kleine Teilchen'

Durch den Bau eines Flugzeit-Massenseparators wird es moeglich sein, kleine Teilchen der Masse nach zu trennen und nachzuweisen. Damit kann der Gehalt von sehr kleinen Pb-Clustern in Autoabgasen bestimmt werden. Es sollen ausserdem die Bedingungen fuer die Clusterbildung studiert werden und Methoden entwickelt werden, um die Clustergroesse zu variieren. So ist denkbar, dass man durch eine Zunahme der Teilchengroesse mit anschliessendem Filter die schaedliche Wirkung von Fabrikabgasen wesentlich reduziert.

Untersuchungen zur Beeinflussung der Ablagerung von Feststoffteilchen an einer Filterflaeche durch Stroemungsvorgaenge in der Truebe

Experimentelle Untersuchung mit dem Ziel, die Zusammenhaenge zwischen der Ablagerung von Feststoffteilchen auf einer Filterflaeche und den Stroemungsvorgaengen ueber dieser Filterflaeche quantitativ zu erfassen.

Anlage zur Aufbereitung eisenhaltiger Quellwaesser ohne Elektroenergiebedarf - Automatisierung der Filterrueckspuelung in Quellenwasseraufbereitungsanlagen vorzugsweise durch Nutzung von alternativen Energien

Infrarotmessungen auf Biofiltern

Im Bereich der biologischen Abluftreinigung werden zur Desodorierung von geruchsbeladenen Abluftstroemen u.a. Biofilter eingesetzt, in denen die Umwandlung geruchsintensiver Verbindungen in geruchlich nicht mehr wahrnehmbare Verbindungen mittels Mikroorganismen erfolgt. Um die biologische Reinigungsleistung optimal auszunutzen ist es notwendig, dass die Durchstroemung von Biofiltern gleichmaessig erfolgt. Allerdings ist dies in der Realitaet oft nicht der Fall und als Folge ungleichmaessiger Durchstroemung treten lokal ueberlastete Zonen mit hohen Stroemungsgeschwindigkeiten, in denen der Filter durchbricht, sowie kaum durchstroemte Zonen auf. Liegen die Rohgastemperaturen ueber den Temperaturen der Umgebung, sind Inhomogenitaeten der Durchstroemung bereits an der Temperatur erkennbar. Derzeit wird die Eignung von Infrarotmessungen zur Erfassung der Waermezonen und der Durchstroemung von Biofiltern untersucht. Waehrend ueblicherweise die Messung der Temperatur und der Durchstroemung nur lokal begrenzt mit Hilfe eines Messpunkterasters erfolgt, bietet die Thermographie die Moeglichkeit, die Temperaturverteilung ueber eine Flaeche zu ermitteln In experimentellen Untersuchungen werden Infrarotmessungen von Biofiltern durchgefuehrt sowie zusaetzlich die Durchstroemung und die Geruchsemissionen ermittelt. Die Messergebnisse werden dargestellt und ausgewertet sowie hinsichtlich ihrer Korrelation untersucht.

WIR! - Waste2Value - GreenGlue, TP2: Verfahrenstechnische Umsetzung und Optimierung der Komponenten zur synergistischen Produktion von Mikroalgen und hydroponischen Pflanzen

Entwicklung und Erprobung hochtemperaturstabiler, katalytisch aktiver Tiefenfilter zur Emissionsminderung bei der Verwendung von Alternativkraftstoffen als Ersatz fuer Dieseloel

Bedingt durch die klimatischen Bedingungen im mitteleuropaeischen Raum nimmt der Raps als Lieferant des Alternativkraftstoffes Rapsoel eine herausragende Stellung ein. Der nahezu geschlossene CO2-Kreislauf und das gute Verbrennungsverhalten in verschiedenen Motoren praedestinieren Rapsoel als Substitut fuer herkoemmliche Dieselkraftstoffe. Einem breiteren Einsatz stehen bisher u. a. die verhaeltnismaessigen hohen Emissionswerte an Russpartikeln, Kohlenmonoxid und verschiedenen Kohlenwasserstoffen (Aldehyde, Ketone, PAH, Aromaten) entgegen, die zum Teil die Werte bei der Verwendung von handelsueblichem Dieselkraftstoff uebersteigen. Hier sind weitere Entwicklungen zur Emissionsminderung erforderlich, zumal die Potentiale durch motorische Massnahmen sowohl an Diesel- als auch an speziellen pflanzenoeltauglichen Motoren weitgehend ausgeschoepft sind. In dieser Abteilung wird derzeit ein von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefoerdertes Forschungsprojekt mit dem Ziel bearbeitet, hochtemperaturstabile, katalytisch aktive Tiefenfilter zur Emissionsminderung bei der Verwendung von Alternativkraftstoffen als Ersatz fuer Dieseloel zu entwickeln und zu erproben. Gemeinsam mit verschiedenen Kooperationspartnern aus Industrie und Hochschule sollen weitere Ergebnisse und Argumente erarbeitet werden, um die Foerderung der Anwendung und der Akzeptanz von Motor-Kraftstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen (Natur- und Biodiesel) durch Verbesserung des Emissionsverhaltens bei ihrer Verbrennung zu erhoehen. Die im Rahmen dieses Forschungsprojektes zu entwickelnden katalytisch aktiven Tiefenfilter sollen neben der Senkung der Emissionen der z. Zt. gesetzlich limitierten Schadstoffkomponenten auch weitere gasfoermige Kohlenwasserstoffe und insbesondere die Zuendtemperatur des Russes soweit reduzieren, dass ein kontinuierlicher, stationaerer Abbrand der im Filter angesammelten Schadstoffe erfolgt. Es werden verschiedene pflanzenoeltaugliche Motoren in Labor- und Feldversuchen getestet.

Vorbereitungsphase zur Errichtung einer Abluftfilteranlage fuer Raeucheranlagen

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