In einem Well-Stirred-Reaktor wird die Kinetik in Oxyfuel-Atmosphäre, d.h. die Freisetzung von Masse und Energie aus einem Brennstoffpartikel, experimentell und theoretisch untersucht. Aufbauend auf Referenzbedingungen (Luftatmosphäre, reiner Kohlenstoff als Brennstoff) werden in Experimenten Pyrolyse und Koksabbrand getrennt untersucht und die Konzentrationen der gasförmigen Reaktionsprodukte mittels eines FTIR-Spektrometers gemessen. Basierend hierauf sollen existierende Kinetikmodelle für die Pyrolyse und den Koksabbrand auf ihre Eignung in Oxyfuel-Atmosphäre geprüft und bei Bedarf neu formuliert werden. Die Ergebnisse werden mit Teilprojekt A2 abgeglichen.
During the first project period we developed a general approach to quantify soil pore structure based on X-ray micro-tomography Vogel et al. (2010) which is applicable at various scales to cover soil pores larger that 0.05 mm in a representative way. Based on this method we generated equivalent network models to numerically simulate flow and transport of dissolved chemicals. The existing network model was extended to handle reactive transport and infiltration processes which are especially critical for matter flux in soil. The results were compared to experimental findings. The original research question 'what does a particle see on its way through soil' could be answered quantitatively for various boundary conditions including steady state flux and infiltration. However, we identified various critical aspects of the proposed modeling concept which will be in the focus of the second period. This includes 1) the spatial arrangement of interfaces having different quality which is crucial for chemical interactions and pore scale water dynamics, 2) the realistic multiphase dynamics at the pore scale which need to reflect the dynamic pressure and movement of trapped non-wetting phase and 3) the parametrization of structural complexity which need to be developed beyond the measurement of continuous Minkowski functions to allow the development of quantitative relations between structure and function. These aspects will be explored in a joint experiments in cooperation with partners within the SPP.
Aktuelle wissenschaftliche Studien legen nahe, dass die aktuelle Erderwärmung durch Treibhausgasemissionen hervorgerufen wird, die vom Menschen verursacht sind. Um gegen diese Entwicklung geeignete Maßnahmen ergreifen zu können bzw. um zu überprüfen, ob solche Maßnahmen von Erfolg gekrönt sind, ist es notwendig, die Schadstoffkonzentrationen inklusive der zugehörigen Emissionsquellen genau zu kennen. Diese Informationen sind bisher jedoch sehr lückenhaft und beruhen auf sogenannten 'bottom-up' Berechnungen. Da diese Kalkulationen nicht auf direkten Messungen beruhen, weisen sie große Ungenauigkeiten auf und sind außerdem nicht in der Lage, bisher unbekannte Emissionsquellen zu identifizieren. In dem hier vorgestellten Projekt soll ein mesoskaliges Netzwerk für die Überwachung von Luftschadstoffen wie CO2, CH4, CO, NO2 und O3 aufgebaut werden, das auf dem neuartigen Konzept der differentiellen Säulenmessung beruht. Bei diesem Ansatz wird die Differenz zwischen den Luftsäulen luv- und leewärts einer Stadt gebildet. Diese Differenz ist proportional zu den emittierten Schadstoffen und somit eine Maßzahl für die Emissionen, welche in der Stadt generiert werden.Mithilfe dieser Methode wird es in Zukunft möglich sein, städtische Emissionen über lange Zeiträume hinweg zu überwachen. Damit können neue Informationen über die Generierung und Umverteilung von Luftschadstoffen gewonnen werden. Wir werden u.a. folgende zentrale Fragen beantworten: Wie verhält sich der tatsächliche Trend der CO2, CH4 und NO2 Emissionen in München über mehrere Jahre? Wo sind die Emissions-Hotspots? Wie akkurat sind die bisherigen 'bottom-up' Abschätzungen? Wie effektiv sind die Maßnahmen zur Emissionsreduzierung tatsächlich? Sind vor allem für Methan weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen notwendig? Zu diesem Zweck werden wir ein vollautomatisiertes Messnetzwerk aufbauen und passende Methoden zur Modellierung entwickeln, welche u.a. auf STILT (Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport) und CFD (Computational Fluid Dynamics) basieren. Mithilfe der Modellierungsresultate werden wir eine Strategie entwerfen, wie städtische Netzwerke zur Überwachung von Luftschadstoffen aufgebaut werden müssen, um repräsentative Ergebnisse zu erhalten. Außerdem können mit den so gewonnenen städtischen Emissionszahlen z.B. dem Stadtreferat, den Stadtwerken München oder der Bayerischen Staatsregierung Möglichkeiten zur Beurteilung der Effektivität der angewandten Klimaschutzmaßnahmen an die Hand gegeben werden. Das hier vorgestellte Messnetzwerk dient somit als Prototyp, um die grundlegenden Fragen zum Aufbau eines solchen Sensornetzwerks zu klären, damit objektive Aussagen zu städtischen Emissionen möglich werden. Dieses Projekt ist weltweit einmalig und wird zukunftsweisende Ergebnisse liefern.
Teilprojekt B3 konzentriert sich auf die Rekonstruktion vergangener Klima- und Umweltveränderungen entlang des 'östlichen Wanderungsweg'. Ziel ist es, Auswirkungen vergangener Klimaereignisse auf Paläoumwelten und deren Implikationen für menschliche Migration zu verstehen. Durch die Integration von Multiproxydaten aus verschiedenen Paläoumweltarchiven soll ein synoptisches Bild vergangener Klimate (z. B. Temperaturen & Niederschlag) und Umweltbedingungen (z. B. Vegetation) bei einer Auflösung von 8-10 ka modelliert werden. Ergebnisse werden in Zusammenarbeit mit B1, E6 und E7 mit der Präsenz von Homo sapiens in der Region und Migrationen zwischen dem Nahen Osten und SE-Europa korreliert.
Methane (CH4) is a major greenhouse gas of which the atmospheric concentration has more than doubled since pre-industrial times. Soils can act as both, source and sink for atmospheric CH4, while upland forest soils generally act as CH4 consumers. Oxidation rates depend on factors influenced by the climate like soil temperature and soil moisture but also on soil properties like soil structure, texture and chemical properties. Many of these parameters directly influence soil aeration. CH4 oxidation in soils seems to be controlled by the supply with atmospheric CH4, and thus soil aeration is a key factor. We aim to investigate the importance of soil-gas transport-processes for CH4 oxidation in forest soils from the variability the intra-site level, down to small-scale (0.1 m), using new approaches of field measurements. Further we will investigate the temporal evolution of soil CH4 consumption and the influence of environmental factors during the season. Based on previous results, we hypothesize that turbulence-driven pressure-pumping modifies the transport of CH4 into the soil, and thus, also CH4 consumption. To improve the understanding of horizontal patterns of CH4 oxidation we want to integrate the vertical dimension on the different scales using an enhanced gradient flux method. To overcome the constraints of the classical gradient method we will apply gas-diffusivity measurements in-situ using tracer gases and Finite-Element-Modeling. Similar to the geophysical technique of Electrical Resistivity Tomography we want to develop a Gas Diffusivity Tomography. This will allow to derive the three-dimensional distribution of soil gas diffusivity and methane oxidation.
Der SFB 806 'Unser Weg nach Europa', eingerichtet im Jahre 2009, erforscht die Menschheits- und Umweltgeschichte von der Entstehung der anatomisch modernen Menschen vor 190 000 Jahren in Afrika und ihrer Einwanderung nach Europa. Der SFB 806 setzt geowissenschaftliche, kulturwissenschaftliche und archäologische Methoden ein, um die naturräumlichen und kulturellen Kontexte der Ausbreitungs- und Rückzugsbewegungen prähistorischer Populationen zu rekonstruieren. Ähnlich wie in den ersten beiden Phasen des SFB 806 unterscheiden sich die zu untersuchenden Zeitrahmen (MIS 6 bis MIS 1) je nach Region: Es begann in Ostafrika vor etwa 190.000 Jahren (während MIS 6) mit dem ersten Auftreten von AMH in Äthiopien. Seine Ausbreitung in den Nahen Osten (und andere afrikanische Regionen) erfolgte - basierend auf Ergebnissen von unterschiedlichen Forschungsfeldern außerhalb des SFB 806 - während MIS 5 bis MIS 3 in mehreren 'Wellen', die nicht alle erfolgreich waren, d.h. mit der lang anhaltende Vorherrschaft unserer Vorfahren in diesen neuen Regionen verbunden waren. Vor allem im Nahen Osten wurde AMH zunächst von Neandertalern 'zurückgedrängt', kehrte aber während des MIS 4 bis MIS 3 zurück, um sich dann weiter nach SO-Europa auszubreiten. MIS 5 bis MIS 2 sind jeweils relevante Zeitrahmen für die Arbeiten in unserem westlichen Korridor, während sich die Ausbreitung von AMH in Mitteleuropa während MIS 3/4 bis MIS 1 vollzog. Was waren die Hauptfaktoren, die diese Mobilität ermöglichten oder verhinderten? Bisher haben wir deutliche Hinweise, dass es sich um eine Reihe von Faktoren gehandelt haben muss, die zum einen gemeinsam vorkamen, sich andererseits aber in Raum und Zeit unterschieden: Klima, Umwelt und kultureller Kontext sowie Bevölkerungsdichten sind nennenswerte Faktoren. Derzeit wird diskutiert (Stringer 2011: 221), ob Bevölkerungswachstum einer der Faktoren für die Akkumulation und die Erhaltung von neuen Verhaltensweisen in alten menschlichen Gemeinschaften waren. Diese neuen Verhaltensstrategien sollte Menschen dazu befähigt haben, optimal an neue Herausforderungen in neuen Regionen angepasst zu sein.
Zur nachhaltigen Sicherung der Energie- und Stromversorgung wird zukünftig neben Kernenergie und regenerativer Energiebereitstellung weiterhin der Rückgriff auf fossile Brennstoffe, wie Kohle, Öl und Erdgas, unverzichtbar bleiben. Bei konventionellen Kraftwerkstechnologien werden jedoch Treibhausgase freigesetzt, während gleichzeitig deren Reduzierung weltweit hohe Priorität hat. Zur Lösung dieses Zielkonflikts werden 'Carbon Capture and Storage' (CCS)-Methoden diskutiert, wobei die Oxyfuel-Verbrennung eine der vielversprechendsten Technologien zur CO2-Abscheidung darstellt. Bei diesem Verfahren wird der Brennstoff anstelle von Luft mit einem Gemisch aus Sauerstoff und rezirkuliertem Rauchgas verbrannt, um so ein hoch CO2-haltiges Abgas zu erzeugen, das nach weiteren sekundären Reinigungsschritten abgetrennt werden kann. Der Ersatz des Stickstoffanteils der Luft durch CO2 und H2O führt zu einem völlig neuen Verbrennungsverhalten, das auch zu Instabilitäten sowie zum örtlichen Verlöschen der Flamme führen kann. Die korrekte Beschreibung dieses Verbrennungsverhaltens erfordert entsprechende physikalisch und chemisch motivierte Modelle für diese spezielle Gasatmosphäre. Deshalb sollen bis zum Projektende des Sonderforschungsbereichs/Transregio die folgenden Erkenntnisse, Daten und Modelle zur Verfügung stehen: (1) Belastbare Modelle durch grundlegendes Verständnis der beteiligten Prozesse und deren Abhängigkeit von den jeweiligen Einflussparametern, von der Mikroskala bis hin zur skalenübergreifenden Interaktion, (2) Basisdaten zur Vorhersage der Wärmeübertragung von der Flamme an die Wände und Einbauten in Kraftwerkskesseln mit Oxyfuel-Atmosphäre, (3) Verlässliche Berechnungsgrundlagen für die Entwicklung und Auslegung von Brennern und Feuerräumen für Oxyfuel-Kraftwerke mit Feststoffverbrennung. Im Sonderforschungsbereich/Transregio arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH Aachen, Ruhr-Universität Bochum und TU Darmstadt zusammen.
Prehistoric pits are filled with ancient topsoil material, which has been preserved there over millennia. A characteristic of these pit fillings is that their colour is different depending on the time the soil material was relocated. Soil colour is the result of soil forming processes and soil properties, and it could therefore indicate the soil characteristics present during that specific period. To the best of our knowledge, no investigation analysed and explained the reasons for these soil colour changes over time. The proposed project will investigate soil parameters from pit fillings of different archaeological periods in the loess area of the Lower Rhine Basin (NW-Germany). It aims to implement the measurement of colour spectra as a novel analytical tool for the rapid analyses of a high number of soil samples: the main goal is to relate highresolution colour data measured by a spectrophotometer to soil parameters that were analysed by conventional pedogenic methods and by mid infrared spectroscopy (MIRS), with a main focus on charred organic matter (BPCAs). This tool would enable us to quantify the variation of soil properties over a timescale of several millennia, during different prehistoric periods at regional scale and for loess soils in general. Detailed information concerning changing soil properties on a regional scale is necessary to determine past soil quality and it helps to increase our understanding of prehistoric soil cultivation practices. Furthermore, these information could also help to increase our understanding about agricultural systems in different archaeological periods.
In einem Plug-Flow-Reactor soll mit hoher zeitlicher Auflösung untersucht werden, wie der Einfluss der veränderten Spezieskonzentrationen in Oxyfuel-Atmosphären die Pyrolyse und den Koksabbrand beeinflussen. Dazu wird neben Feststoffprobenahme, Gasanalysetechniken und Teeranalysen auch ein optisches Verfahren eingesetzt, um die Koksabbrandphase zu untersuchen. Die Versuche dazu werden unter hohen Temperaturen und Aufheizraten durchgeführt, wie sie typisch sind für die Zünd- und Flammenzone in Oxyfuel-Kohlenstaubbrennkammern. Quantitatives Ziel ist die Ermittlung von Pyrolysefreisetzungs- und Koksabbrandraten. Basierende auf diesen Ergebnissen können Globalkinetiken für Pyrolyse und Koksabbrand zur Integration in CFD Codes formuliert werden.
Soil organic matter (SOM) controls large part of the processes occurring at biogeochemical interfaces in soil and may contribute to sequestration of organic chemicals. Our central hypothesis is that sequestration of organic chemicals is driven by physicochemical SOM matrix aging. The underlying processes are the formation and disruption of intermolecular bridges of water molecules (WAMB) and of multivalent cations (CAB) between individual SOM segments or between SOM and minerals in close interaction with hydration and dehydration mechanisms. Understanding the role of these mediated interactions will shed new light on the processes controlling functioning and dynamics of biogeochemical interfaces (BGI). We will assess mobility of SOM structural elements and sorbed organic chemicals via advanced solid state NMR techniques and desorption kinetics and combine these with 1H-NMR-Relaxometry and advanced methods of thermal analysis including DSC, TGADSC- MS and AFM-nanothermal analysis. Via controlled heating/cooling cycles, moistening/drying cycles and targeted modification of SOM, reconstruction of our model hypotheses by computational chemistry (collaboration Gerzabek) and participation at two larger joint experiments within the SPP, we will establish the relation between SOM sequestration potential, SOM structural characteristics, hydration-dehydration mechanisms, biological activity and biogechemical functioning. This will link processes operative on the molecular scale to phenomena on higher scales.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 617 |
| Wissenschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 612 |
| Text | 1 |
| unbekannt | 5 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 5 |
| offen | 613 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 204 |
| Englisch | 519 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 448 |
| Webseite | 170 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 515 |
| Lebewesen und Lebensräume | 551 |
| Luft | 442 |
| Mensch und Umwelt | 616 |
| Wasser | 439 |
| Weitere | 618 |