Expert*innen

Prof. Dr. Achim Kopf

Projektkoordinator AIMS3
MARUM, Universität Bremen

Meine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich komplexer geodynamischer Prozesse, und dort insbesondere bei den Wechselwirkungen zwischen Gesteinen und zirkulierender Fluiden (Wässer, Gase). In AIMS3 umfasst das die CO2-Ablagerung in junger ozeanischer Kruste als festes Karbonat und der Überwachung mit Observatorien.

In AIMS3 sind die mittelozeanischen Spreizungszentren, an denen Magma aus dem Erdmantel mit kaltem Meerwasser reagiert, insofern zentral, als dass die Abschreckung zerklüfteten Basalt produziert, der wegen seiner Durchlässigkeit den größten unterirdischen Wasserspeicher der Erde darstellt. Dieses marine Grundwassersystem zu erbohren, zu instrumentieren, und die Poren durch CO2 mit Karbonat zu füllen stellt einen nachhaltigen Weg dar, effektiv Kohlendioxid in „Gestein“ zu verwandeln und es über geologische Zeiträume (Millionen von Jahren) zu binden.

Als technologie-affiner Forscher finde ich es spannend, in diesem Projekt durch so unterschiedliche Methoden wie geophysikalischer Vorerkundung, direkter Probennahme, und dann mittels chemischer, physikalischer und biologischer Untersuchungen das Speicherpotential von Ozeankrustenbasalten zu verstehen und im Rahmen von Experimenten im Labor, am/im Meeresboden und durch Computersimulationen so zu erweitern, dass der gesellschaftliche Nutzen und die entstehenden Kosten einer solchen CO2-Speicherung zu ermitteln. Durch diese Kennzahlen, die dann mit denen zur CO2-Speicherung unter dem Meeresboden der Nordsee verglichen werden können (GEOSTOR), wird man Entscheidungshilfen bekommen, die Chancen und Risiken verschiedener Möglichkeiten zur Entfernung des CO2 aus Ozean und Atmosphäre besser vergleichen und bewerten zu können. Damit möchte ich eine sachliche, gesamtgesellschaftliche Diskussion über die verschiedenen Maßnahmen unterstützen, mit denen nationale und internationale Emissionsminderungsziele erreicht werden können.

Prof. Dr. Eric P. Achterberg

Bereich: Sensorentwicklung
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Ich arbeite in der Forschungseinheit Chemische Ozeanographie am GEOMAR und habe mehr als 265 Forschungspublikationen zur Biogeochemie der Wassersäule mit besonderem Schwerpunkt auf Kohlenstoff- und (Mikro-)Nährstoffkreisläufen und Beziehungen zu physikalischen und biologischen ozeanographischen Prozessen. Die Forschung umfasst die Entwicklung neuartiger Analysetechniken und Sensorsysteme sowie deren Anwendung auf biogeochemische Studien.

Ich bin und war an britischen und deutschen Projekten zur Ozeanversauerung und zum CO2-Treibhausgas, am internationalen GEOTRACES-Programm und an europäischen Projekten zur Entwicklung chemischer Sensoren (SenseOCEAN, Explotect, OceanSensor, ATLANTOS) und zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (STEMM-CCS) beteiligt. Eines meiner Hauptziele ist die Entschlüsselung komplexer Prozesse im Zusammenhang mit der Versauerung der Ozeane, der Karbonatchemie in Schelfmeeren und der CO2-Variabilität im Nordatlantik – einige der großen Herausforderungen für die Gesellschaft infolge des Klimawandels. Die Entwicklung geeigneter, kostengünstiger Sensoren ist ein neues Ziel, zu dem das AIMS3-Projekt beitragen wird.

Prof. Dr. Wolfgang Bach

Bereich: Ozeankruste-Fluid-Wechselwirkung
MARUM, Universität Bremen

Mein Forschungsschwerpunkt liegt auf den Wechselwirkungen zwischen dem Ozeanboden und Meerwasser und deren Auswirkungen auf die Stoffkreisläufe der Erde. Bei diesen Wechselwirkungen werden Energieträger für Chemosynthese freigesetzt. Ich untersuche die zugrunde liegenden Mechanismen und die Bedeutung dieser Vorgänge für mikrobielle Lebensgemeinschaften im Ozeanboden.

Die magmatischen Entstehung des Meeresbodens in der Tiefsee entlang der mittelozeanischen Rücken folgt eine sehr lange Phase der Abkühlung, während der astronomische Mengen von Meerwasser den felsigen Untergrund durchströmen. Diese Vorgänge beeinflussen die Zusammensetzung der Ozeane und der Atmosphäre in starkem Maße. So kommt es beim Austausch zwischen dem Meerwasser und der Ozeankruste zur Freisetzung von Kalzium, das mit dem im Meerwasser gelösten Kohlendioxid reagiert und Karbonatminerale im Ozean bildet. Diese Prozesse laufen auch entlang der Strömungspfade des innerhalb der Kruste zirkulierenden Meerwassers ab, wodurch Karbonatminerale direkt in der Kruste gebildet werden. Diese natürlich ablaufenden Prozesse stellen wichtige CO2-Speicher dar; allerdings kann theoretisch dort viel mehr CO2 gespeichert werden, als dies auf natürlichem Wege geschieht.

Die Nutzung dieser enormen Speicherkapazität im Rahmen von CDR-Maßnahmen liegt extrem nahe, allerdings verstehen wir die Rückkopplungen zwischen der Karbonatfällung und den Durchströmeigenschaften des vulkanischen Substrats noch nicht hinreichend. Durch experimentelle Untersuchungen im Labor und unter Nutzung eines Meeresbodenobservatoriums soll in einem Teilprojekt von AIMS3 diese Kenntnislücke geschlossen werden, damit bessere Vorhersagen zur potenziellen CDR-Nutzung der Ozeankruste gemacht werden können. 

Prof. Dr. Ralf Bachmayer

Bereich: Autonome Monitoringsysteme
MARUM, Universität Bremen

Meine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der Entwicklung neuartiger intelligenter mariner Systeme und deren Einsatzmethodiken. Insbesondere interessiere ich mich für die Forschung an und Nutzung mobiler robotischer Unterwassersysteme im Meereswissenschaftlichen Kontext. Diese Systeme, autonom oder teilautonom, dienen der Erforschung und dem Überwachen wichtiger Prozesse im Meer.

In AIMS3 befasse ich mich mit der Entwicklung eines neuartigen mobilen Systems zur Langzeitüberwachung von Gasaustritten am Meeresboden im Kontext von CO2-Verpressung. 

Prof. Dr. Martin Eickhoff

Bereich: Sensorentwicklung
Institut für Festkörperphysik (IFP), Universität Bremen

Meine Forschungsschwerpunkte liegen auf der Synthese und Analyse moderner Halbleitermaterialien sowie von deren Hetero- und Nano- und Quantenstrukturen. Neben der Untersuchung von Quantenphänomenen in Festkörpern und grundlegenden Materialeigenschaften interessieren mich dabei insbesondere deren Anwendung in Elektronik, Optoelektronik und in (bio-)chemischen Sensoren. Die Anwendung moderner Halbleiter-materialien wie z.B. GaN zur Analyse biologischer Prozesse oder der chemischen Eigenschaften von Flüssigkeiten ist ein interdisziplinäres Forschungsthema, das mich seit langem fasziniert. In AIMS3 wollen wir schnelle und stabile pH-Sensoren auf GaN-Basis als Teil eines multifunktionalen Sensormoduls entwickeln, das zur Überwachung der CO2-Speicherung eingesetzt werden soll.

Die Herausforderung in diesem Projekt ist es, die sensitive Gate-Oberfläche eines mikroelektronischen Bauelementes – eines Feldeffekttransistors (FETs) – so zu verändern, dass sie zum einen eine hohe pH-Sensitivität des Transistors erzeugt, zum anderen eine elektrochemische Degradation des Halbleitermaterials in Wasser verhindert – in einer Umgebung, in der man normalerweise keine mikroelektronischen Bauelemente betreibt. Der hier verwendete Ansatz, GaN-basierte ionensensitive Feldeffekt-Transistoren (ISFETs) zu nutzen, war in der Vergangenheit bereits zur Realisierung von unterschiedlichen Biosensoren erfolgreich. Das Material GaN ist bisher vor allem aus der Anwendung in blauen, ultravioletten und weißen Leuchtdioden bekannt. Wegen der besonderen elektrochemischen Eigenschaften dieses Materialsystems versprechen wir uns in diesem Projekt deutlich verbesserte Ergebnisse im Vergleich zu ähnlichen Ansätzen auf Basis der Siliziumtechnologie. Dieses Vorgehen – die Anwendung einer hochent-wickelten Materialforschung zur Bearbeitung interdisziplinärer Frage-stellungen – verfolge ich seit langem in verschiedenen Forschungsthemen. Es spiegelt auch die Philosophie des Projektes AIMS3 wider – Erkenntnisgewinn durch Bündelung von Expertisen aus unterschiedlichen Fachdisziplinen.

Prof. Dr. Lars Rüpke

Bereich: Geodynamische Modellierung
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Ich bin ein numerischer Modellierer mit dem Schwerpunkt Geodynamik und Mantelkonvektion, der hydrothermale Systeme, Serpentinisierung und die komplexe Interaktion zwischen Fluiden und Mineralen/Gesteinen sowie tiefe Wasserkreisläufe der Erde bearbeitet.

Dr. Mario Esposito

Bereich: Überwachung
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Mein Forschungsinteresse gilt der marinen Biogeochemie und chemischen Ozeanographie mit Schwerpunkt auf Kohlenstoffkreisläufen und der Dynamik anorganischer Nährstoffe. Im Rahmen von AIMS3 werde ich an der Bewertung und Überwachung der Bedingungen in der Wassersäule an der Speicherstätte durch die Analyse diskreter Wasserproben und Sensormessungen beteiligt sein. Außerdem werde ich an der Entwicklung eines neuen Sensors für In-situ-Messungen von gelöstem anorganischem Kohlenstoff (DIC) beteiligt sein.

Die Wechselwirkung von gasförmigen CO2-Molekülen mit Meerwasser führt zu einer Reihe chemischer Reaktionen, die zu einem Anstieg des DIC und des Säuregehalts in der Umgebung führen. Sowohl die Größe des betroffenen Gebiets als auch die Auswirkungen hängen von der Menge und dem Fluss des CO2, der Dauer eines Lecks und auch von den lokalen hydrologischen Bedingungen ab. Um die potenziellen Umweltauswirkungen von Offshore-CCS-Aktivitäten zuverlässig bewerten zu können, sind Überwachungsinstrumente erforderlich. Ein direkter Weg zur Bewertung der Veränderungen der Karbonat-Chemie in der Wassersäule ist die Analyse von gesammelten Wasserproben und In-situ-Messungen durch installierte Sensoren im Laufe der Zeit.

Für mich ist es wichtig zu zeigen, dass die Offshore-Speicherung als eine sichere Strategie zur Verringerung der Umweltverschmutzung angesehen werden kann, wenn CCS-Standorte angemessen überwacht werden.

Dr. Christopher Schmidt

Bereich: Marine Geologie & Geochemie
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Als Mariner Geologe interessiere ich mich für Fluid Dynamiken und den deren geochemische Zusammensetzung. Im Rahmen vom AIMS3 Projekt bin ich für die geochemische Vorerkundung von möglichen Speicherorten für CO2 in Basalten verantwortlich. Dafür werde ich an Schiffsexpeditionen teilnehmen um dort mögliche Fluide Austritte zu charakterisieren.

Für die Speicherung von CO2 in geologischen Formationen ist es außerordentlich wichtig das geologische System und mögliche Fluide Zirkulation zu verstehen. Die erhobenen Daten werden genutzt um die nummerische Modellierung zu unterstützen.

Die Arbeit im AIMS3 Projekt ermöglicht es mir Teil eines spanende Forschungsprojektes zu sein das zum Ziel hat das Pariser Klimaabkommen zu erreichen. 

Dr. Susan Mau

Bereich: Sensorentwicklung
Sea & Sun Technologies

Mit meinen Erfahrungen von Fahrten auf deutschen und amerikanischen Forschungsschiffen in alle Gegenden der Welt weiß ich um die Anforderungen an mit Messinstrumenten ausgestatteten Unterwasserplattformen bei Schön- als auch bei Schlechtwetterbedingungen. Meine bisherigen Arbeiten involvierten Bereiche der Geologie, Ozeanographie, Mikrobiologie und der analytischen Chemie. Dieses Wissen kann ich bei meinem jetzigen Job gut gebrauchen.

Seit 2018 bei Sea & Sun Technology, einem Anbieter von Unterwasser-Sensorik, angestellt als FuE-Projektmanagerin sorge ich gemeinsam mit meinem Kollegen Gerd Seidel für neue innovative Projekte, die vom Wissenstransfer von Universitäten/Hochschulen zu uns als industriellen Partner leben. So suchen wir u.a. nach Möglichkeiten Biofouling an Sensoren zu vermeiden, Kabel unter Wasser im Sediment zu finden, Sedimenttransport an Sperrwerken zu monitoren, Ozeanwirbel hochauflösender zu messen und nun auch nach innovativer den Tiefseebedingungen angepasster Sensorik CCS-Verfahren zu überprüfen.

Ich finde es eine Notwendigkeit, dass Monitoring vervielfältigt, breiter aufgestellt und innovativer gestaltet wird, da nur die Datenbasis uns zeigen kann, wie schnell oder schleichend Umweltbedingungen sich ändern und wie sie interagieren. Dieses altbewährte Lernverfahren kombiniert mit neuen KI-Rechenmethoden kann dafür sorgen uns und unsere Umwelt zu schützen.

Ich freue mich sehr, einen kleinen Teil zum Verständnis, wie unsere Umwelt tickt und wie wir nachhaltiger mit ihr umgehen können, beizutragen.

Dipl. Ing. Gerd Seidel

Bereich: Sensorentwicklung
Sea & Sun Technologies

Seit 1986 beschäftigte ich mich mit der Entwicklung von marinen Messinstrumenten, und bin als Leiter der Entwicklung bei Sea & Sun Technology bestrebt, unsere Produkte stätig weiterzuentwickeln und in Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen neue Technologien für die Sensorik zu finden und somit die zu messenden Parameter schneller, genauer und druckunabhängiger messen zu können.

Ebenso wichtig ist die Weiterentwicklung der Sonden hinsichtlich weiterer Datenschnittstellen, der Leistungsfähigkeit zur Bereitstellung berechneter Daten, zur einfacheren Handhabung sowie die Modularisierung zur einfachen Umrüstung für verschieden Einsätze.

Als Ingenieur versuche ich die Instrumente auf die Herausforderungen der jeweiligen Umgebung anzupassen. Das betrifft hier nicht nur Sonden und Sensoren für die Tiefsee (bis 11.000 m), sondern auch Messinstrumente angebracht an Sperrwerken, in stillgelegten Bergwerken, Sonden zur Messung von kleinskaligen Turbulenzen, den sogenannten Mikrostrukturen (MSS), sowie ein Messsystem von Sonden, das in Echtzeit die Messung eines Querschnittes (2D – vertikale Struktur) ermöglicht (Schleppkette – TIA).

Dr. Raimund Brunner

Bereich: Sensorentwicklung
Fraunhofer IPM, Freiburg

Als Gruppenleiter der Arbeitsgruppe Spektroskopie und Prozessanalytik haben sich bei mir über 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung neuer kundenspezifischer optischer Messmethoden bei Fraunhofer angesammelt. Dabei waren die Anwendungsgebiete sehr vielfältig vom EUV-Solarspektrometer auf der Internationalen Weltraumstation, der Gasanalytik am Elektrostahlofen und (N2O-Monitoring) an Verbrennungsmotoren bis hin zur Flüssigkeitsanalytik mittels Quantenkaskadenlaser- oder ATR-Spektroskopie.

Bei all diesen Arbeiten gab es immer Fragestellung auf dem Hintergrund steigender Umweltbelastungen, Umgang mit den Energieresourcen und die offensichtlichen klimatischen Veränderungen. Für ein tieferes Verständnis der klimatischen Entwicklung auf der Erde und die Ableitung von Trends und Überschreitung kritischer Schwellen werden aufwändige Simulationen und Modelle stetig entwickelt, verglichen und verbessert. Aussagekräftige Modelle benötigen eine umfassende und belastbare Datenbasis, um Vorsorgestrategien einzuführen oder Climate-Engineering durchzuführen.

Ich freue mich, mit der Entwicklung von „cleverer Sensorik“ in Teamarbeit mit meinen Kollegen an dieser Stelle einen Beitrag leisten können.