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Projekt
Cavity-Ring-Down-Spektrometer (CRDS) / Resonatorabklingzeitspektrometer
Fachliche Zuordnung
Mikrobiologie, Virologie und Immunologie
Förderung
Förderung in 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516693059
Die neuartige Technologie Cavity-Ring-Down Spektroskopie (CRDS) ermöglicht eine schnelle und verlässliche Quantifizierung absoluter Konzentrationen an 13C- und 12C-Isotop CO2 sowie 13C-CH4 und 12C-CH4 in Gasproben. CRDS ist konventionellen Methoden wie der GC-Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie (GC-IRMS) überlegen: Das Instrument ist vergleichsweise klein, robust und leicht zu bedienen und kann auch für Messkampagnen direkt im Feld eingesetzt werden. Diese Gase nicht nur bezüglich des Isotopenverhältnisses, sondern in absoluten Konzentrationen quantifizieren zu können, ist für zwei unserer Forschungsprojekte von entscheidender Bedeutung: (i) Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit neuer Polyethylen-ähnlicher Polymere und (ii) Untersuchung der Prozesse bei der Entstehung, Verteilung und dem Transfer von Methan in Seen. In einem Kooperationsprojekt optimieren wir den mikrobiellen Abbau neuartiger, vollständig recycelbarer, langkettiger Polyestermaterialien, die aus nachwachsenden Rohstoffen synthetisiert werden können. Der vollständige Abbau von Kunststoff durch mikrobielle Gemeinschaften in der Umwelt wird typischerweise über die CO2 Entstehung quantifiziert. Um jedoch dieses CO2 von dem aus der Hintergrundaktivität komplexer Umweltproben (z. B. Böden, Kompost) eindeutig unterscheiden zu können, ist die Markierung der Polymere durch 13C-Kohlenstoffisotope essentiell. An der Universität Konstanz besteht die einzigartige Möglichkeit, ausreichende Mengen an 13C-markierten langkettigen Polyestern für biologische Abbauexperimente herzustellen. CRDS ermöglicht uns dann, den Kunststoff-Kohlenstoff sehr genau entlang die Abbaukaskade hin zum Endprodukt 13C-CO2 auch in komplexen natürlichen Systemen mit hoher Hintergrund-CO2-Produktion zu verfolgen. Dadurch können wir in iterativen Zyklen die Häufigkeit von Esterbindungen und Seitengruppen, die die Kristallinität der Polymere aufbrechen, optimieren, hin zu neuartigen Polymeren, die gute Materialeigenschaften und vollständige biologische Abbaubarkeit innerhalb weniger Jahre, anstatt Jahrzehnte oder Jahrhunderte, vereinen. Zudem ermöglicht CRDS, die räumliche und zeitliche Verteilung und Freisetzung der Treibhausgase CO2 und CH4 in Süßwasserseen wie dem Bodensee in bisher beispiellosen Feldstudien zu bestimmen, z.B. Messkampagnen auf einem Forschungsschiff. Wir können 13C/12C-CH4-Verhältnisse und Konzentrationen erfassen und somit CH4-Produktion (anaerobe und aerobe Methanogenese), Transport (z.B. diffusive Emission) und Transformationsprozesse (z.B. aerobe und anaerobe CH4-Oxidation) unterscheiden, unter anderem mit dem Ziel, den Ursprung des gelösten CH4 in der geschichteten Wassersäule und die Übersättigung von CH4 in der oxischen Wasserschicht von Seen („Methan-Paradox“) zu entschlüsseln. Somit kann CRDS ermöglichen, mehrere seit langem bestehende Fragen zur CH4-Produktion, Umwandlung, Transport und Emission in Süßgewässern zu lösen, um letztendlich auch Klimamodelle zu verbessern.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Cavity-Ring-Down-Spektrometer (CRDS) / Resonatorabklingzeitspektrometer
Gerätegruppe
1890 Optische Spektrometer (außer 180-186)
Antragstellende Institution
Universität Konstanz
