RECIPE (Hydralab+)

RECIPE -  REpresenting Climate Change In Physical Experiments

RECIPE ist ein Verbundvorhaben (Joint Research Activity, JRA) innerhalb des EU-Projektes  HYDRALAB+. RECIPE ist insbesondere der Fragestellung gewidmet, wie man die Auswirkungen des Klimawandels in physikalischen Modellversuchen am Besten berücksichtigt. Dies bezieht sich in erster Linie auf die Simulation längerer Zeiträume, wie beispielsweise die Effekte einer Sequenz von Sturmfluten oder die Auswirkung jahreszeitlicher Veränderungen von Vegetation auf Wellen und Strömungen. Daher liegt ein besonderes Augenmerk darauf, wie sich morphologische und biologische Prozesse in hydraulischen Laborexperimenten beschleunigen lassen. Bei Letzteren wird in HYDRALAB+ ein Schwerpunkt auf den stabilisierenden Effekten durch Biofilmen liegen, die daher auch am FZK vorrangig untersucht werden.

Biofilme bestehen aus Mikroorganismen (z.B. Algen, Bakterien) und deren Ausscheidungsprodukten, den sogenannten extrazellulären polymeren Substanzen (EPS). Man kann sich diese, auch Biopolymere genannten Substanzen, als natürlichen Klebstoff vorstellen, der die einzelnen Sedimentkörner verklebt und somit den Widerstand gegen angreifende Strömungskräfte erhöht. Da das Ausmaß der Biostabilisierung von vielen unterschiedlichen Umweltbedingungen (z.B. Licht, Hydrodynamik, Temperatur, Nährstoffverfügbarkeit aber auch der Jahreszeit) und außerdem auch stark von der Wachstumsdauer  abhängt sind physikalische Modellversuche die längere Zeiträume simulieren sollen mitunter schwierig zu realisieren.

Um dennoch diese Untersuchungen unter Laborbedingungen durchführen zu können werden im Zuge des RECIPE Verbundvorhabens Ersatzstoffe untersucht, mit dem Ziel, dass diese dem natürlichen „Klebstoff“ EPS mechanisch möglichst ähnlich sind. 

In diesem Zusammenhang werden unterschiedliche Verdickungsmittel, wie sie in der Lebensmittelbranche eingesetzt werden, hinsichtlich ihrer Klebrigkeit (Adhäsionskraft),  Dichte und Viskosität untersucht. Während Dichte und Viskosität mit traditionellen Messinstrumenten gemessen werden können, wird zur Adhäsionsanalyse ein relativ neues Verfahren angewendet: Magnetic Particle Induction – Image Processing (MagPI-IP). Eine Fotografie des MagPI-IP Aufbaus ist oben auf der Seite verfügbar.

In der nächsten Phase wird untersucht wie man die wichtigsten Eigenschaften die zur Stabilisierung beitragen während laufender Experimente verändern kann um z.B. den Einfluss der Saisonalität bzw. Jahreszeit oder Auswirkungen des Klimawandels innerhalb kurzer Experimentlaufzeiten zu simulieren. Mögliche Stellschrauben sind das Hinzufügen von Mineralien oder chemischen Substanzen oder die Veränderung der Temperatur.

Abschließend werden dann noch Experimente durchgeführt in denen gezeigt werden soll a) das der Einsatz der Ersatzstoffe dazu geeignet ist um die biostabilisierende Wirkung über einen längeren Zeitraum in physikalischen Experimenten zu untersuchen und b) welche Vorgehensweise in Versuchslaboren Anwendung finden könnte (Protokoll).