InnoPool Projekte

Der Innovationspool für den Forschungsbereich Erde und Umwelt dient dazu, die Zusammenarbeit zwischen den Zentren zu stärken, neue innovative Ideen in 3-Jahres-Projekten zu fördern, Initiativen von Nachwuchswissenschaftlern zu unterstützen und in Forschungskampagnen flexibel auf neue, gesellschaftlich relevante Themen zu reagieren.

InnoPool Projekte (2025-2027)

ACTUATE: Klimaszenarien zur Reduktion der Folgen von Extremereignissen

In ACTUATE wird mittels eine innovativen Modellierungsansatz untersucht, inwieweit die sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen künftiger meteorologischer Extremereignisse in städtischer und ländlicher Umgebung vorherzusehen und durch entsprechende Anpassungsstrategien verringern werden können.

Projektleitung: Patrick Ludwig (KIT)

ACTUATE zielt darauf ab, Klimaanpassungsszenarien zu untersuchen, um die sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen zukünftiger extremer Wetterereignisse vorherzusagen und zu reduzieren. Mit Hilfe numerischer Modelle werden wir die Auswirkungen verschiedener Arten von Extremereignissen, einschließlich extremer Niederschläge und Dürren, untersuchen und die Grenzen der derzeitigen Modellierungsansätze ausloten. Besonderes Augenmerk wird auf die Auswirkungen und Anpassungsstrategien in städtischen Gebieten und in der Landwirtschaft gelegt, wobei der regionale Schwerpunkt auf Europa liegt. Zu den zentralen Fragen, die wir in diesem Projekt behandeln wollen, gehören: Wie können wir Hitzestress reduzieren und die Luftqualität während zukünftiger Hitzewellen in städtischen Gebieten verbessern? Wie widerstandsfähig sind verschiedene Fruchtfolgen und landwirtschaftliche Managementstrategien gegenüber zukünftigen Extremereignissen? ACTUATE wird eine Hierarchie von globalen, regionalen, Landoberflächen-, hydrologischen, biogeochemischen und urbanen Modellen verwenden, um die Auswirkungen zukünftiger meteorologischer Extremereignisse in einem Storyline-Ansatz zu simulieren. Unser Ziel ist es, die Grenzen heutiger Storyline-Simulationen bei der Reproduktion extremer Niederschlagsereignisse zu überwinden, indem wir globale Storyline-Simulationen mit dem Pseudo-Global-Warming (PGW) Ansatz kombinieren, indem wir strömungsabhängige Anomalien aus den globalen Storyline-Simulationen ableiten. Darüber hinaus werden wir nicht nur beobachtete Extremereignisse in wärmere Klimata übertragen, sondern auch abschätzen, wie ihre Auswirkungen durch Anpassungsstrategien gemildert werden könnten, indem wir spezialisierte Stadtklima-/Landwirtschaftsmodelle anwenden.

Team:

KIT: Patrick Ludwig (Leitung), Joaquim G. Pinto, Tatiana Klimiuk, Soner Bagcaci, Benjamin Fersch, Clemens Scheer, Lioba Martin

AWI: Helge Gößling, Antonio Sanchez Benitez, Marylou Athanas

FZJ: Harrie-Jan Hendricks-Franssen, Christian Poppe, Domenico Taraborrelli

Hereon: Kevin Sieck

beteiligte Zentren:

Karlsruhe Institut für Technologie (KIT)

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Forschungszentrum Jülich (FZJ)

Helmholtz-Zentrum Hereon

AGRIO: Einfluss von anthropogenen Eingriffen und Klimawandel auf Treibhausgasemissionen im Fluss-Ozean Kontinuum

AGRIO beobachtet Treibhausgase (CO₂, CH₄, N₂O) entlang des Fluss-Meer-Kontinuums. Ihre Emissionen, Quellen und Senken werden in biogeochemische Modelle integriert werden. Die grundlegenden Stoffwechselwege und ihre Reaktionen auf anthropogene Veränderungen werden in Freiland-Messungen und Experimente quantifiziert. Fluss-, Ästuar- und Küstenmodelle werden zu einer umfassenden numerischen Plattform für das Elbe-Deutsche-Bucht-System gekoppelt.

Projektleitung: Ingeborg Bussmann (AWI), Tina Sanders (Hereon - Co-Leitung)

Entlang des Fluss - Meer Kontinuums ändern sich die Bedingungen für die Mineralisierung organischer Stoffe grundlegend. Dem Projekt liegt die Annahme zugrunde, dass es einen Unterschied macht, ob organische Stoffe unter Süßwasserbedingungen mineralisiert werden oder ob sie ins Meer transportiert werden, wo sie unter sulfatreduzierenden Bedingungen mineralisiert werden.

Die übergeordneten Fragen lauten, wie viel Treibhausgase innerhalb des Fluss-Ozean-Kontinuums netto emittiert werden, wie sich das Verhältnis zwischen den drei Treibhausgasen entlang des Fluss-Meer-Kontinuums verändert und welche Auswirkungen wasserwirtschaftliche Strategien darauf haben. Anthropogene Eingriffe wie der Bau von Wehren können zu Veränderungen im Sedimentationsregime und in den Treibhausgaskreisläufen führen, welche experimentelle Mesokosmen abgeschätzt werden sollen.

Mit AGRIO werden wir das erste umfassende Modell für das gesamte Elbe-Nordsee-System erstellen, einschließlich der Quellen und Senken für Treibhausgasemissionen. Dieses Modell wird Nutzern „Was-wäre-wenn-Szenarien“ zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und einen belastbaren Weg zum Ausgleich zwischen den anthropogenen Anforderungen an das Fluss-Meer-Kontinuum und den daraus resultierenden Treibhausgasemissionen aufzeigen.

Team:

AWI: Ingeborg Bussmann (Leitung), Androsov Alexey, Danilov Sergey, Sidorenko Vera

Hereon: Tina Sanders (Co-Leitung), Brix Holger, Lemmen Carsten, Pein Johannes

UFZ: Bernhard Vivien, Kamjunke Norbert, Koschorreck Matthias, Rode Michael

beteiligte Zentren:

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Helmholtz-Zentrum Hereon

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

AI MareExplore: Nutzbarmachung von KI für die Entdeckung mariner Enzyme zur Bewältigung von Mensch-gemachten Umweltproblemen

AI MareExplore wird die Vorhersagekraft von künstlicher Intelligenz (KI) nutzbar machen für die Entdeckung neuer mariner mikrobieller Biokatalysatoren für eine künftige blaue und zirkuläre Bioökonomie. Wir werden umfangreiche öffentlich zugängliche marine genomische Datenbanken nutzen, um KI-Sprachmodelle zu trainieren und Biokatalysatoren für verschiedene Anwendungsfälle zu finden.

Projektleitung: Erik Borchert (GEOMAR), Ulisses Rocha (UFZ), Dörte Rother (FZJ)

Unser interdisziplinäres Konsortium wird eine KI-gesteuerte mikrobielle Bioprospektionspipeline entwickeln und mit der computergestützten traditionellen Vorhersage vergleichen und Biokatalysatoren für die großen anthropogenen Herausforderungen (Kohlenstoffabscheidung, Aufwertung von Kunststoffabfällen) auf einer Proof-of-Concept-Ebene liefern. AI MareExplore bringt Partner aus verschiedenen thematischen Clustern zusammen (T5 - Future landscapes, T6 - Marine and polar life, T7 - Bioeconomy, T8 - Georesources) und veranschaulicht so die interdisziplinäre Anwendbarkeit von KI-Werkzeugen. Diese Werkzeuge werden das verborgene mikrobielle Potenzial des Meeres nutzen, um Mensch-gemachte Umweltprobleme zu bewältigen. Sie werden somit zu den folgenden Programmzielen beitragen: PO2 (Klimaschutz und Anpassung), PO5 (Ökosysteme), PO7 (Kreislaufwirtschaft) und PO8 (Umweltverschmutzung). Außerdem werden ökologische (GFZ, UFZ), bioinformatische (UFZ, GEOMAR) und biotechnologische (FZJ, GEOMAR) Ansätze miteinander verknüpft, um eine ganzheitliche Pipeline zu schaffen, die in zukünftigen Projekten auf andere Umweltprobleme und andere Anwendungsbereiche übertragen werden kann. Die in diesem Projekt entwickelten Arbeitsabläufe werden somit so gestaltet, dass sie flexibel und anpassungsfähig und somit leicht übertragbar sind. Die Verflechtung der verschiedenen wissenschaftlichen Bereiche verdeutlicht die komplementäre Expertise, die in diesem Projekt zum Einsatz kommt. Das AI MareExplore Forschungskonsortium wird durch zahlreiche weitere Forschungsverbünde der beteiligten Partner unterstützt, darunter internationale Projekte (ASG, CLUE-TERRA), EU-Projekte (MIX-UP, Uplift, Glaukos, BiodeCCodiNNg, XTREAM) und nationale Projekte (BioPlastiCycle, Fuel Science Center, NFDI4Microbiota, Bioeconomy Science Center). Diese enge Einbindung in die nationale und internationale Forschungslandschaft garantiert die Umsetzung und Verbreitung der Arbeiten und ihrer Ergebnisse.

beteiligte Zentren:

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Forschungszentrum Jülich (FZJ)

GFZ Helmholtz Zentrum für Geoforschung

Team:

CSponge: Landschaften als Kohlenstoffspeicher (Carbon Sponges) – Auf dem Weg zu einer langfristig netto-negativen Landnutzung Programmziele

In CSponge wollen wir ein neues Konzept für die zukünftige Landnutzung und -bewirtschaftung im Landschaftsmaßstab entwickeln, das auf der Nutzung natürlicher Prozesse zur Entfernung von Kohlendioxid basiert, die auf geologischen Zeitskalen ablaufen.

Projektleitung: Dirk Sachse (GFZ), Gesine Mollenhauer (AWI), Oliver Lechtenfeld (UFZ)

Um „Netto-Null“-CO₂-Emissionen zu erreichen, sind natürliche und technische Ansätze zur CO₂-Entfernung (CDR) unerlässlich. Aktuelle natürliche CDR-Techniken, wie die Verbesserung der Kohlenstoffspeicherung im Boden oder die Aufforstung, binden Kohlenstoff nur für Jahrzehnte mit begrenzter Kapazität. Nachhaltige Ansätze zur Stabilisierung von Kohlenstoff über Zeiträume von mehreren Jahrtausenden erfordern den Transport in langfristige marine Depozentren über den Flusstransport. Im Rahmen von CSponge werden wir Modelllandschaften im Nordosten Deutschlands nutzen, um die Fixierung, Speicherung, Stabilisierung und den Export von Kohlenstoff auf Landschaftsebene, ihre natürlichen und anthropogenen Einflussfaktoren und die Zeiträume, in denen sie wirken, systematisch zu bewerten und zu quantifizieren. Unsere Ergebnisse werden dazu verwendet, neue Wege für eine nachhaltige, netto-negative Landnutzung zu entwickeln und den Aufbau einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft zu unterstützen. Wir verwenden organische und anorganische geochemische Methoden, um die Auswirkungen vergangener natürlicher und anthropogener Störungen auf den Kohlenstoffhaushalt von Flusslandschaften zu quantifizieren und zukünftige Wege zu bewerten. Wir geben eine Schätzung des Potenzials zur Kohlenstoffbindung in Flusslandschaften über mehrere Jahrtausende ab und quantifizieren, wie Flüsse den biologischen mit dem geologischen Kohlenstoffkreislauf verbinden – ein entscheidendes Wissen für die Entwicklung von Managementoptionen für eine zukünftige Netto-Null-Landnutzung.

Team:

GFZ: Dirk Sachse (Leitung), Jingjing Wang, Niels Hovius, Torsten Sachs, Susanne Liebner; Cecile Blanchet

AWI: Gesine Mollenhauer (Leitung), Manuel Ruben, Boris Koch, Walter Geibert

UFZ: Oliver Lechtenfeld (Leitung), Evgenia Blagodatskaya, Christian Siebert, Jörg Tittel, UFZ PhD student

beteiligte Zentren:

GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

D-Twins: Digitale Zwillinge für kritische Zonen im Klimawandel

D-Twins wird einen Prototyp für ein digitales Zwillingssystem für die kritische Zone entwickeln, die von Klimaextremen und kaskadierenden Extremereignissen betroffen sind. Unser Ziel ist es, Arbeitsabläufe zu definieren, die nahezu in Echtzeit Daten für kontinuierliche Aktualisierungen verarbeiten und Zukunftsszenarien für die Politik zur Anpassung an den Klimawandel erstellen können.

Projektleitung: Hui Tang (GFZ)

D-Twins zielt auf die Entwicklung eines Prototyps eines digitalen Zwillingssystems (DTS) für die kritische Zone, die Klimaextremen ausgesetzt ist. Die kritische Zone (CZ) ist die dünne Schicht zwischen der Oberfläche des unverwitterten Gesteins und der oberen Grenze der Vegetation, wo Schnee, Gestein, Boden, Wasser, Luft und Organismen zusammenwirken. Dieses lebenswichtige Ökosystem fungiert als „Haut“ der Erde. Es unterstützt die vielfältigen biologischen Gemeinschaften, die zur Gesundheit und Nachhaltigkeit unseres Planeten beitragen, und beherbergt einen Großteil der landwirtschaftlichen Produktion, der Wasser- und Energieressourcen unserer Gesellschaft. Vor allem in den nördlichen Permafrostgebieten dient es als Lebensgrundlage für die lokalen Gemeinschaften. Er ist auch einer der wichtigsten Kohlenstoffspeicher in der arktischen Region und reagiert empfindlich auf den Klimawandel. Ebenso ist die kritische Zone ein entscheidender Kontrollfaktor für verschiedene Gefahren wie Überschwemmungen und Erdrutsche. In kalten Regionen könnte das Auftauen des Permafrostbodens, das durch das Schmelzen des Bodeneises und das Absinken des Bodens gekennzeichnet ist, kritische Infrastrukturen einem erheblichen Risiko aussetzen. Trotz ihrer Nähe ist die kritische Zone einer der am wenigsten gut untersuchten Teile des Erdsystems. Daher wird D-Twins die folgenden Fragen beantworten: Welches sind die besten Methoden zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften in der kritischen Zone? Können wir diese standortspezifischen Messungen auf eine größere Skala übertragen? Können wir auf dieser Grundlage ein DTS aufbauen, um die Auswirkungen verschiedener klimatischer Extreme zu untersuchen? Wie können wir die Rückkopplung zwischen Permafrost und Klima quantitativ verstehen? Und schließlich: Können wir sozioökonomische Auswirkungen und die notwendige Anpassungspolitik für verschiedene Szenarien, insbesondere für Extremereignisse, prognostizieren?

Team:

GFZ: Hui Tang (Leitung), Jean Braun

UFZ: Christian Klassert, Jasmin Heilemann, Luis Samsniego

AWI: Julia Boike

FZJ: Daniel Caviedes Voullieme

beteiligte Zentren:

GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Forschungszentrum Jülich (FZJ)

EXTREME-ADAPT: Quantifizierung der Auswirkungen von Anpassungsmaßnahmen auf räumlich-zeitliche Veränderungen des Hochwasser- und Dürrerisikos

Das übergeordnete Ziel von EXTREME-ADAPT ist es, eine systemische Perspektive auf die historischen und aktuellen Faktoren zu bieten, die das Hochwasser- und Dürrerisiko in Mitteleuropa beeinflussen. Dieses interdisziplinäre Projekt verbindet KI, Ingenieurwesen und Hydroklimatologie, um umsetzbare Erkenntnisse für die Klimaanpassung zu liefern.

Projektleitung: Mariana Madruga de Brito (UFZ)

EXTREME-ADAPT untersucht die zunehmenden Auswirkungen hydrologischer Extreme wie Hochwasser und Dürren, indem die treibenden Faktoren – Gefährdung, Exposition, Vulnerabilität und Anpassung – analysiert werden. Der Fokus liegt auf mitteleuropäischen Flusseinzugsgebieten (z. B. Donau, Rhein, Elbe, Weser, Oder) mit einer dualen zeitlichen Perspektive, die 500 Jahre historische Daten und aktuelle Aufzeichnungen seit 1990 umfasst.

Das Projekt integriert Paläoklimaindikatoren und hydroklimatische Daten, um Gefahren-Hotspots zu identifizieren. Mithilfe Bayesscher Netzwerke und hausinterner Datensätze werden kausale Abhängigkeiten zwischen Gefährdung, Exposition, Vulnerabilität und Auswirkungen in diesen Hotspots untersucht. Diese Verbindung liefert Informationen über die Haupttreiber aktueller Änderungen der Auswirkungen.

Durch die Nutzung der Fülle digitaler Texte (z. B. Klimaanpassungspläne) und modernster Sprachmodelle werden Belege zu implementierten Anpassungsmaßnahmen gesammelt. Interpretierbare maschinelle Lernverfahren und qualitative Analysen dienen schließlich dazu, die Wirksamkeit dieser Maßnahmen auf die Risikominderung zu bewerten.

Die Ergebnisse ermöglichen eine grundlegende Neubewertung von Risikogeneseprozessen und deren zeitlichen Veränderungen. Dies erlaubt es, komplexe Interaktionen zwischen Risikotreibern und umgesetzten Anpassungsmaßnahmen zu entwirren und eine neue Basis für die Bewertung ihrer Effektivität zu schaffen.

Durch die Zusammenarbeit von vier Helmholtz-Zentren wird interdisziplinäre Exzellenz gewährleistet. Die Innovation von EXTREME-ADAPT liegt in der Integration verschiedener KI-gestützter Werkzeuge und Benchmark-Datensätze, die am UFZ, GFZ, AWI und KIT entwickelt wurden.

Team:

UFZ: Mariana Madruga de Brito (Leitung), Larisa Tarasova, Jan Sodoge, Sungju Han, Daniela Peña Guerrero

GFZ: Heidi Kreibich, Danijel Schorlemme

AWI: Monica Ionita, Viorica Nagavciuc

KIT: Uwe Ehret

beteiligte Zentren:

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Karlsruhe Institut für Technologie (KIT)

INNOVA: INNOvative Ansätze für die Kultivierung von UIVA in offenen Gewässern, Valorisierung ihrer Biomasse, klimatische und soziale Vorteile

INNOVA zielt darauf ab, innovative Wege zur Kultivierung der im offenen Ozean schwimmenden Grünalge UIVA zu entwickeln und hochwertige Verbindungen mithilfe eines Bioraffinerie-Ansatzes für die zirkuläre Bioökonomie zu gewinnen.

Projektleitung: Mar Fernandez Mendez (AWI)

Die Algenzucht auf See auf der Grundlage innovativer Techniken kann zu einer nachhaltigen Nutzung der Ressourcen und zur Etablierung der blauen Kreislaufwirtschaft beitragen und ermöglicht den Übergang zu einem Netto-Null-Lebensstil, um sich an den Klimawandel anzupassen und ihn abzuschwächen. Die grüne Meeresalge Ulva spp. wird in Asien und Teilen Europas bereits kultiviert und verzehrt. Darüber hinaus ist sie eine ergiebige Quelle hochwertiger Biomoleküle, die in der Kosmetik-, Pharma- und Nutrazeutikabranche vielseitig eingesetzt werden können. Allerdings sind innovative Aussaatverfahren, einschließlich Kostensenkung durch Automatisierung, sowie wirtschaftlich effiziente Anbaumethoden erforderlich, um die Produktion zu steigern und die Meeresalgen-Aquakultur in europäischen Gewässern zu fördern. Der Übergang zu Offshore-Gebieten, die weniger durch andere Nutzungen belastet sind, ist für die Hochskalierung von entscheidender Bedeutung. Daher zielt dieses Projekt darauf ab, innovative Wege für den Anbau von Ulva im offenen Ozean zu entwickeln, indem neuartige, frei schwimmende Anbautechniken, effiziente Aussaatverfahren und Eindämmungssysteme in Offshore-Gewässern eingesetzt werden. Mit einem Bioraffinerie-Ansatz wollen wir neue Verbindungen charakterisieren und die gesamte Algenbiomasse und ihre chemischen Inhaltsstoffe verwerten. Der kommerzielle Wert dieser Produkte wird auch mit einer Gruppe ausgewählter Interessengruppen aus der Industrie untersucht. Mit ihrem Feedback wird die gesellschaftliche Wahrnehmung der Offshore-Algenzucht und ihr Beitrag zu Ökosystemleistungen im Rahmen der SDGs und PORs untersucht.

Team:

AWI: Mar Fernández Méndez (Leitung), Laurie C. Hofmann, Matthew J. Slater, Wolf Isbert

GEOMAR: Deniz Tasdemir

FZJ: Ulrich Schurr

beteiligte Zentren:

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Forschungszentrum Jülich (FZJ)

SOLVe: SOLare und Vulkanische Fingerabdrücke in vergangenen und zukünftigen Klimata

SOLVe untersucht die Fingerabdrücke extremer solarer/vulkanischer Ereignisse in sich verändernden Klimazonen in den letzten 42 Jahrtausenden sowie deren mögliche Modulation in einem zukünftigen Treibhauszustand. Das Projekt wird die physikalischen Wege extremer solarer und vulkanischer Ereignisse bewerten, eine umfassende regionale Risikobewertung durchführen und deren Unsicherheitsbereich vor dem Hintergrund des zukünftigen anthropogenen Klimawandels quantifizieren.

Projektleitung: Florian Adolphi (AWI)

Sonnenaktivität und Vulkanausbrüche sorgen für natürliche Schwankungen, die das Klima in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft beeinflussen. Die Reaktion des Erdsystems auf diese Einflüsse kann jedoch je nach Klimazustand unterschiedlich ausfallen, da sie dynamische Modulationen der vorherrschenden atmosphärischen und ozeanischen Bedingungen beinhalten, in denen sich extreme Sonnen- und Vulkanereignisse entfalten. Darüber hinaus wurden in Proxy-Archiven extreme solare energetische Partikelereignisse entdeckt, die für unsere technologische Gesellschaft eine ernsthafte Gefahr darstellen könnten, falls sie in Zukunft eintreten sollten.
In diesem Projekt wollen wir untersuchen, wie sich extreme solare/vulkanische Ereignisse in einem „sich verändernden“ Erdsystem manifestieren, indem wir ihre Auswirkungen auf die Klimadynamik und die Atmosphärenchemie unter glazialen, mittelholozänen, gegenwärtigen und zukünftigen Bedingungen modellieren. Darüber hinaus untersuchen wir die Empfindlichkeit der Ablagerung kosmogener Radionuklide, d. h. der Proxies, die für die Rekonstruktion vergangener Sonnenaktivität und extremer Ereignisse verwendet werden, unter diesen Bedingungen, um die Zuverlässigkeit der treibenden Rekonstruktionen selbst zu verbessern.
Das Projekt wird unser Verständnis komplexer Rückkopplungen im Zusammenhang mit Veränderungen des Erdsystems erheblich verbessern. SOLVe wird einen Unsicherheitsbereich für zukünftige Klimaprojektionen festlegen, indem es modernste Klima- und hydrologische Modelle zur Analyse natürlicher/anthropogener meteorologischer, hydrologischer und Strahlungsextreme und -gefahren nutzt.

Team:

AWI: Florian Adolphi (Leitung), Tobias Spiegl, Gerrit Lohmann

GEOMAR: Wenjuan Huo, Stephanie Fiedler

FZJ: Michaela I. Hegglin

Hereon: Eduardo Zorita

GFZ: Sanja Panovska, Maximilian Schanner

UFZ: Stephan Thober

KIT: Miriam Sinnhuber

beteiligte Zentren:

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Forschungszentrum Jülich (FZJ)

Helmholtz-Zentrum Hereon

GFZ Helmholtz Zentrum für Geoforschung

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Karlsruhe Institut für Technologie (KIT)

InnoPool Projekte (2022-2024)

CASCO - Risiko-Workflow für kaskadierende und zusammenwirkende Gefahren in städtischen Küstengebieten

Im Rahmen von CASCO entwickeln wir integrierte Methoden und Modelle für die Risikobewertung mehrerer Gefahren für städtische Küstengebiete, die extremen, sich gegenseitig verstärkenden und/oder kaskadenartigen geophysikalischen und klimatischen Ereignissen ausgesetzt sind. Unser Ziel ist es, solide Arbeitsabläufe zu definieren, die die gesamte Risikokette simulieren, von geophysikalischen und klimatischen Gefahren bis hin zu den Auswirkungen auf die Bevölkerung und die bebaute Umwelt. Unsere Fallstudien-Szenarien spielen in Sizilien, Italien, rund um den Ätna und die Straße von Messina.

Kontakt: Cecilia Nievas (GFZ)

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High CO2 - Metabolische Reaktionen und bioökonomische Möglichkeiten

Die Hauptziele des Projekts sind die Untersuchung der physiologischen Anpassung von mikrobiellen Gemeinschaften und einzelnen Mikroben an sehr hohe CO2-Konzentrationen und die Erforschung der mikrobiellen Nutzung von CO2 für den Aufbau CO2-basierter bioökonomischer Wertschöpfungsketten. Wir verwenden Bohrkernproben aus dem Eger-Graben (ER, terrestrischer Standort, Tschechische Republik) und Proben aus dem Grimsey Hydrothermalfeld (GHF, mariner Standort, nördlich von Island) - zwei Standorte mit extremen Konzentrationen des Treibhausgases CO2. Da die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften von den verfügbaren Substraten zur Erzeugung von Energie und Biomasse abhängt, ist auch die Untersuchung der „Hintergrund“-Mineralogie erforderlich, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen biologischen und geochemischen Prozessen zu verstehen, ein umfassendes Bild der Kopplung zwischen Biosphäre und Geosphäre zu erhalten und das Potenzial der biologischen und mineralischen Ressourcen zu bewerten.

Kontakt: Jens Kallmeyer (GFZ)

Durch die Integration von Fachwissen aus verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen der beteiligten Partnerinstitute (Geophysik ↔ Mineralogie ↔ Chemie ↔ Mikrobiologie ↔ Bioinformatik ↔ Bioingenieurwesen) zielt das Projekt auf ein ganzheitliches Verständnis eines relevanten Erdsystems ab. Konkret zielen die Studien darauf ab, die in den CO2-reichen geologischen Standorten ER und GHF entwickelten biologischen Ressourcen als Grundlage für die Entwicklung biotechnologischer Prozesse zu erforschen, die CO2 als Substrat für mikrobiell synthetisierte Produkte nutzen. Das Projekt untersucht daher potenzielle innovative Ansätze zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks. Darüber hinaus tragen die Untersuchungen am GHF dazu bei, die Rolle von CO2-reichen Fluiden bei der Bildung von marinen Bodenschätzen besser zu verstehen.

P-LEACH - Auswirkungen von Kunststoffen und verwandten Chemikalien auf Ökosystemfunktionen und die menschliche Gesundheit

P-LEACH bewertet die Komplexität von plastik-assoziierten Chemikalien sowie ihre Auswirkungen auf Ökosystemfunktionen und die menschliche Gesundheit. Kunststoffe bilden einen neuer Lebensraum für die Besiedlung („Plastisphäre“) innerhalb von Ökosystemen, und ihre Verwitterung führt zu Fragmentierung und zum Leaching von Chemikalien, einschließlich schädlicher Zusatzstoffe (z. B. Weichmacher, Bisphenole, Metalle). Das multidisziplinäre Konsortium charakterisiert gemeinsam diese Chemikalien und ihre synergistischen Auswirkungen auf Ökosystemfunktionen mit Fokus auf mikrobielle geochemische Zyklen in realistischen aquatischen Umgebungen entlang des Kontinuums Land-Küste-Ozean sowie an Hot Spots (Deutsche Bucht, Nordatlantischer und Nordpazifischer Wirbel). P-LEACH befasst sich auch mit den Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit unter Verwendung menschlicher Zelllinien, simulierter Magen-Darm-Passage und menschlichen Gewebes.

Kontakt: Annika Jahnke (UFZ) | Gunnar Gerdts (AWI)

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SCENIC - Storyline-Szenarien zu extremen Wetter-, Klima- und Umweltereignissen und deren Auswirkungen in einer wärmeren Welt

Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung und Anwendung eines neuartigen Storyline-Ansatzes, um zu untersuchen, wie sich Extremereignisse in verschiedenen Klimazonen entwickeln würden, und damit die klassischen Klimaszenario-Methoden zu ergänzen. Darüber hinaus werden durch die Unterscheidung zwischen dynamischen (mit hoher Unsicherheit behafteten) und thermodynamischen Triebkräften des Wandels neue Wege der Kommunikation von Unsicherheit ermöglicht. Die Ergebnisse machen den Klimawandel und seine Auswirkungen viel greifbarer und unterstützen damit die Bemühungen um Anpassung und Eindämmung.

Kontakt: Helge Goessling (AWI)

Die übergreifende Forschungsfrage ist, wie sich die jüngsten Wetter-, Klima- und Umweltextremereignisse in zukünftigen Szenarien im Vergleich zum heutigen und vorindustriellen Klima entwickeln könnten, bis hin zu den Auswirkungen, die von Bedeutung sind. Mit Schwerpunkt auf Europa wird SCENIC die folgenden Fragen angehen:

Welche Prozesse bestimmen Extreme, und wie werden sich diese Prozesse verändern?

Welche Rolle spielen thermodynamische und dynamische Triebkräfte des Wandels?

Wie gut bilden die Modelle Extremereignisse ab, und was sind die Ursachen für Defizite?

Wie empfindlich reagiert der Ozean auf extreme Grönlandschmelze, und wie würden sich spezifische Extreme wie Kälteperioden bei einer durch die globale Erwärmung veränderten AMOC entwickeln?

Was sind die Ursachen für die Luftverschmutzung während Hitzewellen und Dürreperioden in der Vergangenheit, der Gegenwart und der Zukunft, und was bedeutet dies für Wasserressourcen, Ernteerträge und Wälder?

Wie würden sich diese und andere Extremereignisse auf die Kohlenstoffbindung im Boden, die Emissionen von Nutzpflanzen, Hitzetote, Brände, Verkehrsunfälle und so weiter auswirken?

InnoPool Projekte

InnoPool Projekte (2025-2027)

ACTUATE: Klimaszenarien zur Reduktion der Folgen von Extremereignissen

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AGRIO: Einfluss von anthropogenen Eingriffen und Klimawandel auf Treibhausgasemissionen im Fluss-Ozean Kontinuum

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AI MareExplore: Nutzbarmachung von KI für die Entdeckung mariner Enzyme zur Bewältigung von Mensch-gemachten Umweltproblemen

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CSponge: Landschaften als Kohlenstoffspeicher (Carbon Sponges) – Auf dem Weg zu einer langfristig netto-negativen Landnutzung Programmziele

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D-Twins: Digitale Zwillinge für kritische Zonen im Klimawandel

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EXTREME-ADAPT: Quantifizierung der Auswirkungen von Anpassungsmaßnahmen auf räumlich-zeitliche Veränderungen des Hochwasser- und Dürrerisikos

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INNOVA: INNOvative Ansätze für die Kultivierung von UIVA in offenen Gewässern, Valorisierung ihrer Biomasse, klimatische und soziale Vorteile

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SOLVe: SOLare und Vulkanische Fingerabdrücke in vergangenen und zukünftigen Klimata

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InnoPool Projekte (2022-2024)

CASCO - Risiko-Workflow für kaskadierende und zusammenwirkende Gefahren in städtischen Küstengebieten

High CO2 - Metabolische Reaktionen und bioökonomische Möglichkeiten

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P-LEACH - Auswirkungen von Kunststoffen und verwandten Chemikalien auf Ökosystemfunktionen und die menschliche Gesundheit

SCENIC - Storyline-Szenarien zu extremen Wetter-, Klima- und Umweltereignissen und deren Auswirkungen in einer wärmeren Welt

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