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Kontakt

 

 

Wissenschaftlicher Sprecher:

Prof. Dr. Frank Schilling
AGW
Telefon: +49 721 608-44725
 
Leiterin der Geschäftstelle:

Dr. Kirsten Hennrich
KIT Zentrum Klima und Umwelt
Karlsruhe Institut für Technologie KIT
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Phone: +49 721 608-28592
Fax: +49  721 608-23949

 

 

Preisträger des 36. Sparkassen-Umwelt-Preises 2015

Die Umweltstiftung der Sparkasse Karlsruhe und das Karlsruher Institut für Technologie haben mit dem 36. Sparkassen-Umweltpreises 2015 die Diplom- und Masterarbeiten von Natascha Savic, Matthias Leschok und Laure Cuny und die Dissertationen von Dr.-Ing. Georg Lieser und Dr.-Ing. Stephan Hilgert ausgezeichnet. Die Preise wurden im Rahmen der Jahrestagung des KIT-Zentrums Klima und Umwelt feierlich überreicht.

 

Pressemitteilung des KIT

 

hinterste Reihe: Stephan Fuchs

vorletzte Reihe: Markus Delay, Petra von Both, Harald Horn , Harald Saathoff

zweite Reihe: Oliver Kraft, Michael Huber, Michael Hoffmann, Thomas Leisner, Klaus Stapf

vorderste Reihe: Georg Lieser, Stephan Hilgert, Laure Cuny, Matthias Leschok, Natascha Savic

Foto: A. Drollinger

 

Natascha Savic: Einfluss von Biodieselkraftstoffzusammensetzungen auf Morphologie und Mikrostruktur von Dieselrußpartikeln

 

Zusammenfassung der Masterarbeit

 

Dieselmotorenemissionen, insbesondere Rußpartikel und Stickoxide, haben aufgrund ihrer negativen Einflüsse auf Umwelt und Gesundheit in den letzten Jahren erhöhte Aufmerksamkeit auf sich gezogen und Besorgnis erregt. Chronische Belastung mit solchen Schadstoffen kann zu schweren Atemwegserkrankungen führen. Diese Auswirkungen auf die Gesundheit stehen im Zusammenhang mit der Oberflächenbeschaffenheit der Rußteilchen. Je größer ihre Oberfläche, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass sie toxisch sind. Der Einsatz von alternativen Kraftstoffen, wie Biodiesel, stellt eine Möglichkeit zur Minderung dieser Risiken dar.

 

Im Rahmen ihrer Masterarbeit hat Natascha Savic die äußere Form und Mikrostruktur von Diesel- und Biodieselrußpartikeln untersucht. Dazu wurden verschiedene Arten von Biodiesel in variierenden Konzentrationen mit mineralischem Dieselkraftstoff gemischt und in zwei verschiedenen Motoren eingesetzt. Die dabei emittierten Rußpartikel wurden nach Größe, Struktur und Form mithilfe von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass Rußpartikel, die aus Biodieselkraftstoff entstehen, deutlich kleiner und runder sind als diejenigen, die aus mineralischem Dieselkraftstoff hervorgehen. Zusätzlich wurde eine Analyse der chemischen Zusammensetzung mittels Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) durchgeführt, welche einen erhöhten Sauerstoffgehalt auf der Oberfläche von Biodieselpartikeln aufzeigen konnte. Beide Nachweise sind maßgebliche Gründe geringerer Schadstoffemissionen. Aufbauend auf vorherige Forschungsergebnisse, dass die Reaktionsfähigkeit von Rußpartikeln von der Mikrostruktur der primären Teilchen abhängig ist, wurde die innere Struktur unter Verwendung der TEM-Bilder untersucht und gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Biodieselteilchen leichter oxidieren als diejenigen von mineralischem Dieselkraftstoff. Dadurch sinken sowohl die Partikelemissionen, als auch ihre Schädlichkeit für Mensch und Umwelt deutlich.

 

Matthias Leschok: MYZEL - responsive Architektur

 

Zusammenfassung der Diplomarbeit

 

Die Diplomarbeit ist eine interdisziplinäre Auseinandersetzung von Rapid Prototyping Technologien und lebendigen Materialien aus dem Bereich der Biologie und Biochemie. Sie widmet sich der Frage, welche Verbindungen digitale und biologische Fertigungen aufweisen können und welche potentiellen Möglichkeiten sich daraus für das Themengebiet der Architektur im Sinne von biologischem, ökologischem Bauen ableiten lassen.

 

Mit zunehmender Technisierung der Gesellschaft konnten Baumaterialien geschaffen werden, die den Menschen vor der Natur mit ihren Lebewesen und vor Witterungsverhältnissen schützen können und durch die sich der Mensch damit mehr und mehr von der Natur abgegrenzt. Bezogen auf unsere heutige Gesellschaft stellt sich die Frage, ob es möglich ist, die voranschreitende Technik und die neuen Technologien, wie Rapid Prototyping, mit lebenden Ausgangsmaterialien, im Sinne neuer Baumethodik zu vereinen und somit eine neue Ausgangslage im Kontext Natur, Technik und Mensch zu schaffen.

 

Bei dem Wort Pilz denkt man normalerweise nur an die sichtbaren Fruchtkörper oberhalb der Erde. Das Myzel, als unterirdisches Pilzgeflecht, vergleichbar mit den Wurzeln eines Baumes, erwies sich in Kombination mit einem Substrat auf Holzbasis als ein geeignetes biologisches Baumaterial. Auf dieser Grundlage entstanden mehrere Versuche, diese biologischen Bauelemente auf architektonische Maßstäbe zu übertragen. So stellte sich heraus, dass ein mit Myzel durchwachsener Substratblock einen besseren Druckwiederstand als herkömmliches Styropor aufweist, nicht brennbar und wie bereits bekannt ist, nahezu identische Dämmeigenschaften aufweist. Würden Bauteile bis hin zu ganzen Gebäuden aus organischem Material hergestellt, welches zu 100 Prozent recycelbar ist, wäre ein häufigerer Austausch dieser Komponenten weniger umweltbelastend als herkömmliche Baupraktiken. Die besonderen Vorteile ergeben sich durch den bereits angesprochenen Aspekt der Recyclebarkeit und dadurch, dass die Entstehungsprozesse dieser Baustoffe ohne Energiezufuhr von außen ablaufen und lediglich einer regelmäßigen Kontrolle unterliegen müssen. Ein weiterer Faktor ist, dass solche Baustoffe mithilfe landwirtschaftlicher Abfallprodukte (z.B. zerkleinerte Holzabfälle) problemlos lokal produziert werden können. Darüber hinaus wird in der Diplomarbeit aufgezeigt, welche aktuellen Baupraktiken sich durch Myzelwerkstoffe ersetzen lassen könnten und worin der Vorteil z.B. gegenüber erdölbasierten Baustoffen besteht.

 

Laure Cuny: Transportverhalten von Nanopartikeln in wassergesättigten porösen Medien – Einfluss von refraktärer organischer Materie und Visualisierung mittels Magnetresonanztomographie (MRT)

 

Zusammenfassung der Diplomarbeit

 

In der Nanotechnologie liegt derzeit ein besonderes Augenmerk auf superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPION), die verstärkt in biomedizinischen Anwendungen im menschlichen Körper eingesetzt oder auch zur Sanierung von verunreinigten Grundwasserleitern genutzt werden. Bei beiden Anwendungen stellt sich die Frage nach der Mobilität der NP, die auch bei Produktoptimierung und Risikoabwägung eine wichtige Rolle spielt. Ziel dieser Arbeit war es daher ein tieferes Verständnis über das Transportverhalten von SPION in natürlichen Systemen zu entwickeln. Dabei wurde sowohl der Einfluss der Partikeleigenschaften (primäre Partikelgröße und Oberflächenfunktionalisierung), als auch die Auswirkung der ubiquitären natürlichen organischen Materie analysiert. Die Untersuchung des Partikeltransportes erfolgte mittels Säulenversuchen, mit Quarzsand als Modell für wassergesättigte poröse Medien. Konventionelle Durchbruchskurven, bei denen die eluierten Partikel am Säulenausgang detektiert werden, wurden mit Magnetresonanztomographie (MRT) kombiniert, um die SPION auch im Inneren der Säule zu visualisieren. Die Ergebnisse zeigen deutlich den starken Einfluss der Oberflächen-eigenschaften der SPION auf das Transportverhalten. Die MRT konnte nicht nur die Ergebnisse der Durchbruchskurven bestätigen, sondern lieferte wichtige Zusatzinformationen bezüglich des Partikeltransports. Dieser Ansatz ist auch auf andere poröse Systeme übertragbar und leistet einen Beitrag zu einem besseren Verständnis des Partikeltransportes in ökologischen und technischen porösen Medien.

 

 

Dr.-Ing. Georg Lieser: Synthese und Charakterisierung von Lithiummetallfluoriden als positive Elektrodenmaterialien für Lithiumionenbatterien

 

Zusammenfassung der Dissertation

 

Die Energiewende stellt den Aufbruch in das Zeitalter der Erneuerbaren Energien dar. Die Notwendigkeit für dieses Konzept ist angesichts der schwindenden fossilen Rohstoffe offensichtlich, die konkrete Umsetzung hingegen wirft Fragestellungen auf: Da die erzeugte Energie nicht immer zu dem Zeitpunkt benötigt wird, zu dem sie entsteht, existiert die Notwendigkeit der effizienten Energiespeicherung. Elektrochemische Energiespeicher wie Lithiumionenbatterien zeichnen sich durch ihren vergleichsweise hohen Wirkungsgrad bei sowohl stationären als auch mobilen Anwendungen und der daraus resultierenden Effizienz aus. Die Weiterentwicklung von Lithium-Ionen Batteriezellen wird derzeit vor allem durch neue Materialien bzw. verbesserte oder neuartige Zellkonzepte geprägt.

Das Ziel der Dissertation, welche Bestandteil der Helmholtz-Initiative für Energiespeicher war, bestand darin, die Materialklasse als Kathodenmaterialen für zukünftige Anwendungen in Lithiumionenbatterien zu evaluieren. Hierzu wurde ein neuartiger Sol-Gel Prozess entwickelt, der es ermöglicht, ohne toxische Fluorierungsreagenzien Lithiummetallfluoride mit hoher Phasenreinheit herzustellen. Nach der erfolgreichen Synthese wurden die hergestellten Verbindungen bzgl. ihrer Phasenreinheit und Morphologie umfassend charakterisiert, zu Nanokompositen weiterverarbeitet und als Elektrodenmaterialien erstmalig elektrochemisch charakterisiert. Bei allen Nanokompositen gelang es, Lithium reversibel zu zyklieren. Neben der geringen Elektrodenpolarisation, welche ein Maß für eine effiziente Lithiuminsertion eines Kathodenmaterials ist, konnte selbst bei anwendungsrelevanten Entladeraten eine hohe Leistungsfähigkeit nachgewiesen werden. Der effiziente Lithium-Insertionsmechanismus konnte mittels aufwendigen In-situ und Ex-situ Analytikmethoden an Prototypen aufgeklärt werden. Die vergleichende Untersuchung von unterschiedlichen Strukturtypen und Stöchiometrien zeigte, dass die Insertionsspannung für unterschiedliche Strukturtypen sehr ähnlich ist. Die hieraus abgeleitete Elektrochemie-Struktur-Eigenschaftsbeziehung ist ein bedeutender Schritt für die zukünftige elektrochemische Charakterisierung von Lithiummetallfluoriden.

 

 

Dr.-Ing. Stephan Hilgert: Analyse der raum-zeitlichen Heterogenität von Methan-Emissionen aus Stauseen mit Hilfe der Korrelation hydroakustischer mit Sedimentparametern

 

Zusammenfassung der Dissertation

 

Das weltweite Phänomen der Unterbrechung von Flusssystemen durch den Bau von Dämmen führt zu gravierenden Veränderungen der biogeochemischen Kreisläufe. Stauhaltungen wirken als Speicher für alle transportierten Stoffe, indem sie Flüsse in Seen umwandeln. Alle aufgestauten Wasserkörper haben gemeinsam, dass sie Teile des eingetragenen organischen Kohlenstoffs in Treibhausgase und insbesondere in Methan umsetzten. Durch die flächenmäßige Vergrößerung der anthropogen geschaffenen Wasserkörper in den letzten Jahrzehnten wurde die Quantifizierung der dort ausgestoßenen klima-relevanten Gase zu einem Forschungsfocus.

 

Die Forschungsarbeit zielt auf die Verbesserung der relevanten Methoden sowie auf die Erweiterung des nötigen Systemverständnisses im Kontext heterogener Emissionsmuster. Das übergeordnete Ziel der Arbeit war die Identifikation von „Hot-Spots“ der Methan-Entstehung in brasilianischen Stauseen. Es wurden drei unterschiedliche Messansätze im Kontext der Methanentstehung kombiniert, um die temporale und räumliche Heterogenität zu erfassen.

 

Während hydroakustischer Messungen mit einem 38/200 kHz Single Beam Echolot wurden morphometrische Daten der Stauseen erhoben. Des Weiteren wurde eine Klassifizierung des Seebodens, gemeinsam mit Sedimentbohrkernen durchgeführt. Dies erlaubte eine räumliche Interpolation auf Basis der Verschneidung der Echolot- mit den Sedimentinformationen. Somit war es möglich, die Sedimentverteilung im Reservoir mit geochemischen Qualitätsparametern zu verbinden und die gewonnen Ergebnisse mit Methanentstehungsbedingungen zu korrelieren. Gestützt auf diese Ergebnisse konnten Bereiche des Reservoirs hohen oder niedrigen Methan-Entstehungspotentialen zugewiesen werden. Hierdurch ist eine Vorhersage der Emissionsmessungen möglich, womit der statistische Fehler der Messungen reduziert werden kann.