ChargeHet – Elektrostatische Wechselwirkungen und elektrostatische Heterogenität: die verborgene Kontrolle des Schadstofftransports im Grundwasser

• Antragsteller: Professor Massimo Rolle, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537283170

Die meisten Schadstoffe im Grundwasser sind elektrostatisch geladen, und Coulombsche Wechselwirkungen sind im Untergrund allgegenwärtig. Ziel dieses Projekts ist die Erforschung der grundlegenden Kopplung elektrostatischer Wechselwirkungen mit der Physik der Strömung und des Transports in komplexen heterogenen Medien sowie mit der Chemie wässriger Lösungen und von Festkörper-Lösungs-Grenzflächen. Der neuartige Ansatz basiert auf der experimentellen Untersuchung von elektrostatischen Wechselwirkungen in verschiedenen sandigen und tonigen porösen Medien und auf einer Nernst-Planck-Formulierung für den Transport von hauptsächlich vorkommenden Ionen und geladenen Tracern. Die geplanten Experimente umfassen mehrdimensionale Durchflussexperimente in physikalisch, chemisch und elektrostatisch heterogenen porösen Medien sowie Batch-Untersuchungen von Feststoff-Lösungs-Wechselwirkungen zwischen geladenen Verbindungen und geladenen Oberflächen. Die Experimente werden mit numerischen Simulationen quantitativ interpretiert, die sowohl auf der Poren-Skala als auch auf der Kontinuum-Skala durchgeführt werden, und auf einer genauen Beschreibung der Coulombschen Wechselwirkungen im Porenwasser, der diffusiven Schichtprozesse und der Oberflächenkomplexierungsreaktionen, beruhen. Die entwickelten numerischen Simulatoren werden dazu beitragen, die mechanistischen Erkenntnisse der Untersuchung über die von den Experimenten abgedeckten räumlichen und zeitlichen Skalen hinaus zu erweitern, so dass wir Szenarien im Feldmaßstab mit komplexer Verteilung der physikalischen, chemischen und elektrostatischen Eigenschaften untersuchen können. Das ChargeHet-Projekt wird das Verständnis für die globale Herausforderung der Grundwasserverunreinigung verbessern, indem es diese als ein elektrostatisches Umweltproblem betrachtet und die steuernde Rolle mikroskopischer Coulombscher Wechselwirkungen, die Bedeutung der Dimensionalität und die übersehene Bedeutung chemischer und elektrostatischer Heterogenität aufdeckt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Finnland
• Kooperationspartner: Muhammad Muniruzzaman, Ph.D.