Helmholtz Nachwuchsgruppe SiDe-EFFECT

Labor für angewandte Meeresforschung

VISION:

Die AUSWIRKUNGEN des Klimawandels verstehen und LÖSUNGEN für den Klimawandel finden.

Mitten in der Klimakrise müssen wir weiterhin Erkenntnisse über die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf empfindliche Ökosysteme wie die Polarregionen gewinnen und gleichzeitig vom Wissen zum Handeln übergehen, um Wege zur Eindämmung des Klimawandels zu finden.

MISSION:

Das Marine Applied Research Laboratory will unser Verständnis der Prozesse verbessern, die zur Kohlenstoffbindung im Ozean führen: von der Primärproduktivität an der Oberfläche bis zum Kohlenstoffexport in die Tiefsee.
Aufbauend auf unserem fundierten Wissen über Messungen der Primärproduktivität, Quantifizierung der Kohlenstoff- und Nährstoffaufnahme, Schätzungen der Artenvielfalt, Weideexperimente und biogeochemische Modellierung wollen wir

1) Untersuchung der Folgen des Klimawandels im Arktischen Ozean für die Primärproduktivität, die Artenvielfalt und die Effizienz des trophischen Transfers.

2) Bewertung des Potenzials von Makroalgen für die langfristige Entfernung und Speicherung von Kohlendioxid im Ozean.

Laufende Projekte:

1.  Helmholtz-Nachwuchsforschergruppe "Silicic acid Decline Effect on Arctic Marine Ecosystems" SiDe- EFFECT (2021-2026)

Der vom Menschen verursachte Klimawandel verändert den Ozean in bisher unvorstellbaren Größenordnungen. Eine der offensichtlichsten Veränderungen ist der rapide Rückgang des arktischen Meereises in den letzten zwei Jahrzehnten. Dies hat direkte Auswirkungen auf die arktischen Mikroorganismen, da mehr Licht zur Verfügung steht und die Nettoprimärproduktivität (NPP) in einigen Gebieten steigt. Doch auch in einer eisfreien Arktis wird die NPP nicht unbegrenzt zunehmen. Die Menge an Nährstoffen, die zu Beginn des Frühjahrs in der euphotischen Zone verfügbar ist, bestimmt weitgehend die Gesamtmenge der jährlichen Neuproduktion. Darüber hinaus führt die Erwärmung der Ozeane zu Veränderungen in der winterlichen Mischschicht im Nordatlantik, wodurch die Menge an Kieselsäure, die in den Arktischen Ozean gelangt, in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen ist. Dies wird sich auf die Kohlenstoffaufnahmekapazität der Primärproduzenten und die Zusammensetzung ihrer Gemeinschaften auswirken, was wiederum kaskadenartige Auswirkungen auf die Zusammensetzung des Zooplanktons, die Fischerei und den Kohlenstoffexport haben wird.
Ziel des SiDe-EFFECT-Projekts ist es, die Folgen des Rückgangs der Kieselsäure für das marine Ökosystem der Arktis und die dafür verantwortlichen Mechanismen zu verstehen.

Um zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf den Arktischen Ozean auswirkt, werden wir neuartige und klassische Ansätze kombinieren, um die Physiologie des Phytoplanktons, die Artenvielfalt und die Interaktionen des Zooplanktons zu untersuchen und die Genauigkeit aktueller Modellprojektionen in unserer SiDe-EFFECT Hemholtz Young Investigator Group zu verbessern. Unser universitärer Partner ist die Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, und wir arbeiten auch mit internationalen und nationalen Institutionen zusammen.

 

2.   Sea4soCiety- Sargassum (2021-2024)

Das Marine Applied Research Laboratory verbessert nicht nur unser Wissen über die Auswirkungen des Klimawandels in den Polarregionen, sondern erforscht auch potenzielle naturbasierte Lösungen zur CO2-Bindung, um diese Auswirkungen abzumildern. Wir sind der Meinung, dass wir im Meer nach Lösungen suchen müssen, um die Klimakrise so schnell und in diesem Ausmaß lösen zu können. Von allen Ocean Carbon Dioxide Removal (OceanCDR)-Strategien werden wir insbesondere das Potenzial der schwimmenden Makroalge Sargassum zur Bindung von Kohlenstoff untersuchen.

Sargassum fluitans und natans haben einen rein pelagischen Lebenszyklus, ein hohes Kohlenstoff-Nährstoff-Verhältnis und produzieren möglicherweise persistente Exsudate, die schwer abbaubar sind. Daher ist pelagisches Sargassum ein guter Kandidat für die Kohlenstoffbindung im Ozean, wenn der Kohlenstoff dauerhaft gespeichert werden kann oder zumindest über einen langen Zeitraum im Meeresboden verbleibt. Um den Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf im Zusammenhang mit pelagischem Sargassum zu erforschen, werden wir eine Kombination aus Wachstumsexperimenten, In-situ-Probenahmen, Luftüberwachung mit Drohnen und Modellierung einsetzen. Im Rahmen des sea4soCiety-Sargassum-Projekts, das Teil der CDRmare-Forschungsmission (https://cdrmare.de/en/) ist, werden wir das Potenzial von Sargassum für die CDR im Ozean quantifizieren und den Zusatznutzen dieser Art unter Berücksichtigung der gesellschaftlichen Wahrnehmung untersuchen.

3. C-CAUSE (Chemical CArbon Utilization through Sargassum Economy), finanziert von SPRIN-D im Rahmen der Carbon to Value Challenge. Phase I: Mai 2022 bis Mai 2023.

Gemeinsam mit unseren Partnern von GEOMAR, Seafields und Carbonwave und mit Unterstützung von BASF wird unsere Gruppe am AWI neuartige Überwachungsinstrumente entwickeln, um die Kohlenstoffbindung durch Sargassum-Aquafarmen im offenen Ozean zu quantifizieren und zu verifizieren. Das C-CAUSE-Konsortium befasst sich mit einer der wichtigsten Herausforderungen der Dekarbonisierung - der Bereitstellung biologischer, erneuerbarer Kohlenstoff-Rohstoffe für die chemische Industrie. Unsere Idee ist es, Meeresalgen zu verwenden, die weder Land noch Süßwasser oder Kunstdünger benötigen und Kohlenstoff durch Photosynthese aufnehmen. Die Vision ist, riesige Aquafarmen mit der schnell wachsenden, frei schwimmenden Meeresalge Sargassum im offenen Meer anzulegen. Um Sargassum-Aquafarmen für die Kohlenstoffbindung in großem Maßstab zu betreiben, müssen wir den optimalen Kompromiss zwischen einer schnellen Wachstumsrate und einem hohen Kohlenstoff-Nährstoff-Verhältnis finden und innovative Techniken zur Überwachung großer Ozeanflächen anwenden. 

Unsere Gruppe wird Inkubationen durchführen, bei denen die durch die Verarbeitungsschritte nach der Ernte zurückgewonnenen Nährstoffe hinzugefügt werden, und die Kohlenstoffaufnahme und Nährstoffspeicherung in der Sargassum-Biomasse mit Hilfe stabiler Isotope messen. Unsere Partner werden die Algen verarbeiten, um durch Fermentation Ethanol zu gewinnen und durch anaerobe Vergärung Biomethan zu erzeugen. Das Ethanol kann zur Herstellung langlebiger technischer Kunststoffe verwendet werden, die den Kohlenstoff jahrzehntelang speichern, und das Methan kann als Treibstoff für den Betrieb verwendet werden, so dass ein kohlenstoffnegativer Ansatz entsteht, bei dem CO2 aktiv in wertvollen Produkten gebunden wird.

 

 

Team

Team-Mitglieder des Marine Applied Research Laboratory im August 2022. Von links nach  rechts: Nicola Schwehm, Dr.  Julia Schnetzer, Dr. Miriam Philippi, Dr. Lena Eggers (Technische Assistentin), Dr. Mar Fernández Méndez (Gruppenleiterin, vorne)

Nachwuchsgruppen-Leitung:
Dr. Mar Fernández-Méndez

Technische Assistenz:
Dr. Lena Eggers

PostDoc:
Dr. Miriam Philippi

Projektmanagement C-Cause Consortium Project SPRIND-D
Dr. Julia Schnetzer

Umwelttechnik Seafields Solutions, Gastwissenschaftler:
Nicola Schwehm



Kontakt:
0471-4831-1895
mar.fernandez-mendez@awi.de