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Zyklon APEX - Entstaubung von Gasströmen (FWF P14739-TEC)

Nachdem in der Vergangenheit der Oberteil des Zyklons rund um den Einlauf und das Tauchrohr eingehend untersucht wurden, ist derzeit die Gestalt des Feststoffaustrags (Apex) Gegenstand der Forschungen. Diese wird entlang zweier Linien betrieben. In der ersten Linie werden experimentelle Untersuchungen mit der am Institut befindlichen Versuchsanlage durchgeführt. Dabei wird dem Luftstrom (bis zu 1000m3/h) eine genau definierte Staubmenge zudosiert und so sehr niedrig bis sehr hoch beladene Zweiphasenströmungen erzeugt. Gemessen wird der - unter den gegebenen Randbedingungen - erzielte Gesamtabscheidegrad und der dazu nötige Druckverlust. Zudem stehen LDA- und PDA- Systeme zur Geschwindigkeits- und Partikelgrößenbestimmung an verschiedenen Orten innerhalb des Zyklons zur Verfügung. Die Messergebnisse mit den verschiedenen gestalteten Feststoffausträgen hilft uns die Abscheidung im unteren Teil des Zyklons besser zu verstehen. In der zweiten Linie werden numerische Simulationen der Strömung (CFD) und der Partikelbewegung im Zyklon durchgeführt. Die Simulationsergebnisse der Strömungsberechnungen stimmen mit den LDA- Messungen sehr gut überein. Zurzeit wird die 2-Phasenströmungen im Zyklon unter Berücksichtigung von Partikel-Lift-Forces, Partikel-Partikel-Kollisionen und Wandrauhigkeit simuliert. Einige Ergebnisse des Forschungsvorhabens (z.B. Fallrohr) werden bereits erfolgreich in der Industrie angewandt.

Aircraft measurements of single particle chemical composition over the Southern Baltic Sea during the BALTIC'15 campaign in 2015

During the BALTIC'15 campaign in August 2015 over the Southern Baltic Sea, measurements of chemical composition and vacuum-aerodynamic diameter of individual aerosol particles were conducted by the Aircraft-based laser ablation aerosol mass spectrometer (ALABAMA) operated by the Max Planck Institute for Chemistry (Particle Chemistry Department). Measurements were performed on board the Alfred Wegener Institute research aircraft Polar 5. Four research flights were conducted: - Scientific flight 1 (SF1) on August 26, 2015 - Scientific flight 2 (SF2) on August 28, 2015 - Scientific flight 3 (SF3) on August 28, 2015 - Scientific flight 5 (SF4) on August 30, 2015. The data set contains sampling time, location, identified particle types, and particle size (if available). For detailed information on data processing and particle type characterization, please refer to the publication by Zanatta et al. (2019) or contact the authors: Franziska Köllner (f.koellner@mpic.de) and Johannes Schneider (Johannes.schneider@mpic.de).

Labor-und Praxisuntersuchungen des Aufschüsselns und Aufwölbens ein- und zweischichtiger Betonfahrbahndecken mit Recyclingzuschlag

Das Aufschüsseln bzw. Aufwölben ein- und zweischichtiger Betonfahrbahndecken soll im Labor überwiegend an 3,0 m langen einseitig eingespannten Betonbalken (freie Kraglänge 2,5 m) untersucht werden. Die Laboruntersuchungen sollen durch Verformungsmessungen mit einem Lasermessgerät in-situ an ein- und zweischichtigen Betonfahrbahndecken überprüft werden. Insbesondere sollen auch jahres- und tageszeitlich sowie witterungsbedingte Schwankungen (Feuchte bzw. Temperatureinfluss) der Verformungen mit erfasst werden. Mit Originalausgangsstoffen der jeweiligen Versuchsstrecken werden Laborprobekörper hergestellt. Der Einfluss des Feuchtezustands von RC-Betonzuschlag beim Einbau (kernfeucht bzw. trocken) auf das Aufschüsseln (Aufwölben) wird an ein- und zweischichtigen Betonbalken untersucht. Die Betonbalken werden an der Unterseite befeuchtet (schlechte Entwässerung) bzw. abgedichtet (gute Entwässerung). An der Oberseite können sie bei unterschiedlichen Luftfeuchten austrocknen und werden zyklisch wiederbefeuchtet, um den Einfluss von Niederschlägen zu erfassen.

Auf dem Weg zu einem besseren DMS-Oxidationsmechanismus (ADOniS)

Wechselwirkungen zwischen dem Ozean und der Troposphäre sind für viele Prozesse in beiden Systemen wichtig. Ein Schlüsselprozess stellt der Austausch von Spurengasen zwischen der Atmosphäre und dem Ozean dar. Die Emission von Dimethylsulfid (DMS) stellt die größte natürliche Quelle für reduzierten Schwefel in die Atmosphäre dar. Dort kann DMS zu Schwefeldioxid, Schwefelsäure oder Methansulfonsäure oxidiert werden. Diese Verbindungen sind wichtige Vorläufersubstanzen für sekundäre Aerosole, die den natürlichen Strahlungshaushalt und die Wolkenbildung beeinflussen können. Die chemische Prozessierung, d.h. die sekundäre Bildung und Oxidation von DMS-Oxidationsprodukten, ist jedoch noch immer schlecht verstanden. Daher ist die Implementierung in aktuelle Multiphasenchemiemechanismen und Klimamodellen begrenzt, wodurch die aktuellen Vorhersagen noch sehr unsicher sind. Um die bestehenden Lücken in unserem Verständnis der DMS-Multiphasenchemie weiter zu schließen, zielt das Projekt ADOniS darauf ab, (i) fortgeschrittene Laboruntersuchungen zur Gas- und Flüssigphasenchemie von DMS-Oxidationsprodukten durchzuführen, (ii) ein fortgeschrittenes Multiphasen-DMS-Chemiemodul zu entwickeln und (iii) Prozess- und 3D-Modelluntersuchungen durchzuführen. Die vorgeschlagenen detaillierten Laboruntersuchungen konzentrieren sich auf die OH-Oxidation von Gasphasenprodukten der ersten Generation, Hydroperoxymethylthioformat (HPMTF) und Dimethylsulfoxid (DMSO), sowie auf die Bildung von DMS-Oxidationsprodukten der zweiten Generation. Die detaillierten mechanistischen Untersuchungen werden mit einem Freistrahl-Strömungsreaktor durchgeführt. Weitere kinetische und mechanistische Untersuchungen werden sich auf die Chemie von DMS-Oxidationsprodukten in der wässrigen Phase konzentrieren. OH Radikalreaktionen von HPMTF-Surrogaten werden mit Hilfe eines Laser Flash Photolysis - Long Path Absorption (LFP-LPA) Systems untersucht. Weiterhin wird die Oxidation von MSA/MS- durch OH(aq) und die Oxidation von MSIA/MSI- durch O3(aq) in wässriger Phase untersucht. Ferner soll die Aufnahme von wichtigen DMS-Oxidationsprodukten an verschiedenen Aerosolpartikeln durch Kammerstudien untersucht werden. Die Bildung von DMS-Oxidationsprodukten in der Gasphase und deren Aufnahme auf injizierten Aerosolpartikeln wird mit einem CI-APi-TOF Massenspektrometer gemessen. Basierend auf den Ergebnissen der Laborstudien wird ein fortschrittliches DMS-Reaktionsmodul entwickelt und anschließend im Multiphasenchemiemodell SPACCIM für detaillierte Prozessstudien eingesetzt. Die gewonnenen Erkenntnisse über die wichtigsten DMS-Oxidationswege werden dann die Grundlage für eine aktualisierte Behandlung DMS in globalen Klimachemiemodellen (CCMs), hier ECHAM-HAMMOZ, bilden. Schließlich werden Simulationen mit ECHAM-HAMMOZ die Auswirkungen des verbesserten DMS-Mechanismus auf die globale atmosphärische DMS-Chemie untersuchen und die Auswirkungen auf das Klima und die zukünftige Sensitivität bewerten.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Auswirkungen von Waldbewirtschaftung auf die räumliche und zeitliche Variabilität des Waldmikroklimas

Die räumliche und zeitliche Variabilität des Waldmikroklimas hat einen starken Einfluss auf die Habitatqualität für verschiedene Tier- und Pflanzenarten und beeinflusst Waldökosystemfunktionen, wie die Nettoprimärproduktion, Evapotranspiration oder den Abbau organischer Substanz. Das Waldmikroklima ist an die Waldstruktur gekoppelt, da die Sonneneinstrahlung durch Baumkronen absorbiert, reflektiert und transmittiert wird, und damit die Lufttemperatur und Luftfeuchte innerhalb eines Waldbestandes im Vergleich zum Offenland verändert. Waldbewirtschaftung steuert die Waldstruktur durch Durchforstungs- und Erntemaßnahmen, sowie die daraus resultierenden Wachstumsreaktionen des verbleibenden Bestandes, was sich auf die räumliche und zeitliche Variabilität des Waldmikroklimas auswirken kann. Das Projekt hat zum Ziel, die (1) Dynamik der dreidimensionalen Waldstruktur durch wiederholte Laserscanaufnahmen zu erfassen und (2) darauf aufbauend zu untersuchen, wie sich die Dynamik der dreidimensionalen Waldstruktur in Abhängigkeit der Bewirtschaftung auf die räumliche und zeitliche Variabilität des Waldmikroklimas auswirkt. Aufbauend auf Erfassungen der dreidimensionalen Waldstruktur der Jahre 2014 und 2019, werden alle 150 Dauerbeobachtungsflächen der Biodiversitäts-Exploratorien (EPs) erneut mit einem terrestrischen Laserscanner erfasst. Die Veränderungen der dreidimensionalen Waldstruktur werden mithilfe von Metriken der strukturellen Komplexität in Abhängigkeit der Bewirtschaftungsintensität und der Baumartenzusammensetzung untersucht. Darauf aufbauend soll die räumliche und zeitliche Variabilität des Waldmikroklimas auf Grundlage von 150 mikro-meteorologischen Messstationen, die seit 2009 Messungen der Lufttemperatur und Luftfeuchte für jeden EP bereitstellen, in Abhängigkeit der Dynamik der dreidimensionalen Waldstruktur untersucht werden. Dabei soll die Hypothese getestet werden, dass unterschiedliche Dynamiken der Waldstruktur, als Ergebnis unterschiedlicher Bewirtschaftungsintensitäten und Baumartenzusammensetzungen, einen Einfluss die räumliche Heterogenität des Mikroklimas (innerhalb eines Bestandes und zwischen Beständen), sowie deren zeitliche Variabilität haben. Das Projekt soll hierdurch einen Beitrag zum besseren Verständnis zu den Auswirkungen von Waldbewirtschaftung auf die Biodiversität und Waldökosystemfunktionen leisten, die sich aus den Veränderungen der Waldstruktur und damit einhergehenden räumlichen und zeitlichen Variabilität des Mikroklimas ergeben.

Spektroskopie von atmosphaerischen Spurengasen

Es werden spektroskopische und laserchemische Untersuchungen an umweltbedeutsamen Substanzen, die z.B. als atmosphaerische Spurengase vorkommen, durchgefuehrt. Stoffe: z.B. Stickoxide, fluorierte und/oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ozon u.a.

KI gestützte, spektroskopische Ermittlung der Alterung von Kunststoffen beim mechanischen Recycling, Teilvorhaben: Entwicklung eines Laser HSI-Systems zur Inline-Bestimmung des Alterungszustandes von ausgewählten Kunststoffen

Terrestrial, UAV-borne, and airborne laser scanning point clouds of central European forest plots, Germany, with extracted individual trees and manual forest inventory measurements

Laser scanning point clouds of forest stands were acquired in southwest Germany in 2019 and 2020 from different platforms: an aircraft, an uncrewed aerial vehicle (UAV) and a ground-based tripod. The UAV-borne and airborne laser scanning campaigns cover twelve forest plots of approximately 1 ha. The plots are located in mixed central European forests close to Bretten and Karlsruhe, in the federal state of Baden-Württemberg, Germany. Terrestrial laser scanning was performed in selected locations within the twelve forest plots. Airborne and terrestrial laser scanning point clouds were acquired under leaf-on conditions, UAV-borne laser scans were acquired both under leaf-on and later under leaf-off conditions. In addition to the laser scanning campaigns, forest inventory tree properties (species, height, diameter at breast height, crown base height, crown diameter) were measured in-situ during summer 2019 in six of the twelve 1-ha plots. Single tree point clouds were extracted from the different laser scanning datasets and matched to the field measurements. For each tree entry, point clouds, tree species, position, and field-measured and point cloud-derived tree metrics are provided. For 249 trees, point clouds from all three platforms are available. The tree models form the basis of a single tree database covering a range of species typical for central European forests which is currently being established in the framework of the SYSSIFOSS project.

Seabed Images at pilot oyster reefs in the Borkum Reef Ground marine protected area taken in May 2024

Video transects were done using the A.IKANBILISTM hovering autonomous underwater vehicle (HAUV) of the company BeeX (https://beex.sg/a-ikanbilis/), which flew over the reefs along predefined transects at a depth of 0.5m above seabed and at a speed of 1 m s-1. From the dive videos of the HAUV, SBIs were extracted every second. Each SBI features two parallel laser lines 30 cm away from each other. The camera used was a GoPro, the videos and pictures were taken perpendicularly to the seabed. The seabed images provide insights into the general composition of key species, higher systematic groups and ecological guilds. The images contain information on how benthic species are associated to each other. Transect files include individual images, whereas metadata of each image includes diving depth, date/time of transect. Geographical coordinates and time of individual images is unavailable, images have a resolution of 300dpi and a size of 9 to 13 MB.

Seabed Images at pilot oyster reefs in the Borkum Reef Ground marine protected area taken in July 2025

Video transects were done using the A.IKANBILISTM hovering autonomous underwater vehicle (HAUV) of the company BeeX (https://beex.sg/a-ikanbilis/), which flew over the reefs along predefined transects at a depth of 0.5m above seabed and at a speed of 1 m s-1. From the dive videos of the HAUV, SBIs were extracted every 5 seconds. SBIs, each SBI features two parallel laser lines 25 cm away from each other. The camera used was a GoPro, the videos and pictures were taken perpendicularly to the seabed. The seabed images provide insights into the general composition of key species, higher systematic groups and ecological guilds. The images contain information on how benthic species are associated to each other. Transect files include individual images, whereas metadata of each image includes diving depth, date/time of transect. Geographical coordinates of some individual images is unavailable, images have a resolution of 300dpi and a size of 7 to 13 MB.

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