OffChEm & OffChEm II (2017 – 2023)
Stoffliche Emissionen aus Offshore-Windanlagen - Mögliche Einflüsse auf die marine Umwelt und deren Bewertung
(Foto: Sabine Billerbeck/Hereon)
Der fortschreitende Ausbau der Offshore-Windenergie in der Nord- und Ostsee ist gleichbedeutend mit einem stärker werdenden Eingriff in die Meeresumwelt. So sind derzeit bereits mehr als 1.500 Offshore-Windkraftanlagen und mindestens 20 Konverter- und Umspannplattformen errichtet (Stand Dezember 2021). Jede Offshore-Installation stellt einen Eingriff in die Meeresumwelt dar. Kaum untersucht sind bisher stoffliche Freisetzungen dieser Anlagen. Hier sind vor allem die notwendigen Maßnahmen zum Korrosionsschutz und der Einsatz von Betriebsstoffen zu nennen. Wissenschaftliche Erkenntnisse über die freigesetzten Mengen und deren Verteilung in den jeweiligen Umweltkompartimenten (Wasser, Sediment, Biota) sind derzeit nur wenig vorhanden. Eine umfassende Bewertung der Auswirkungen auf die marine Umwelt ist nach aktuellem Kenntnisstand daher nur eingeschränkt möglich.
Korrosionsschutz im Fokus
Zum Schutz der Offshore-Anlagen vor Korrosion werden galvanische Anoden (sog. „Opferanoden“) eingesetzt, wodurch große Mengen an Metallverbindungen (insbesondere Verbindungen von Aluminium und Zink) im Laufe des Anlagenbetriebs kontinuierlich in die Meeresumwelt eingetragen werden. Neben den Hauptbestandteilen enthalten galvanische Anoden auch weitere metallische Nebenbestandteile (z.B. Indium, Blei, Cadmium sowie andere Schwermetalle), die beim Abschmelzen der Anoden ebenfalls in die Meeresumwelt eingetragen werden.
Ziele des Projekts
Im Auftrag des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) untersuchte und untersucht das Hereon im Rahmen des Projektes OffChEm und des Nachfolgeprojektes OffChEm II folgende Aspekte:
- Identifikation von potentiellen anorganischen (Schad-)Stoffen, die durch den Korrosionsschutz von Offshore-Anlagen einen relevanten Eintrag in die Meeresumwelt haben könnten.
- Entwicklung von analytischen Methoden und geeigneten Probenahmestrategien zur Bestimmung des Eintrages der potentiellen Stoffe in den verschiedenen Kompartimenten im Nahbereich von Offshore-Anlagen.
- Aus- und Bewertung der Relevanz der ermittelten potentiellen Schadstoffe auf Grundlage ihrer stofflichen Emissionen aus Offshore-Anlagen und ihres Einflusses auf die lokale und regionale Meeresumwelt.
Im Rahmen von OffChEm und OffChEm II wurden und werden Offshore Windparks in der Nord- und Ostsee beprobt. Seit 2016 werden dazu mindestens einmal pro Jahr Probenahmekampagnen auf Forschungsschiffen vom BSH und Hereon durchgeführt um Wasser- und Sedimentproben zu nehmen.
Berichte zu ausgewählten Kampagnen sind unter folgenden Links zu finden:
Kampagne 2019 in der Nordsee: Messkampagne auf der "Atair" und Messkampagne auf der "Atair" - Zweiter Anlauf
Kampagne 2020 in der Nordsee auf der Ludwig Prandtl: Instagram-Highlight „Takeover“
Kampagne 2021 in der Ostsee auf der Ludwig Prandtl: „Ostseekampagne erfolgreich beendet“
Impressionen der Probennahmen
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Im Windpark in der Nordsee (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Umspannplattformen sammeln und transformieren den erzeugten Strom(Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Konverterplattformen wandeln die erzeugte Energie in Gleichstrom zur verlustarmen Übertragung an Land um (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Windparks mit Umspann- und Konverterplattform in der Ferne (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Einer der Arbeitsplätze an Deck des Forschungsschiffs (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Sedimentprobennahme mit Kastengreifer (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Eine frische Sedimentprobe aus dem Kastengreifer (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Homogenisierung und Abfüllung der Sedimentprobe an Deck (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Wasserprobennahme mit Wasserschöpfern an CTD-Rosette (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Wasserprobenahme mit Glaskugel (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Filtration der Wasserproben unter einer Cleanbench im Laborcontainer an Bord (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Schlauchboot "Tümmler" im Windpark (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Forschungsschiff "Ludwig Prandtl" in Cuxhaven (Foto: Anna Ebeling/Hereon) -
Forschungsschiff "Atair" in Bremerhaven (Foto: Anna Ebeling/Hereon)
- (08/2022) Pressemitteilung: Offshore-Windparks: Bestandteile von Korrosionsschutz in der Nordsee nachgewiesen
- (05/2022) Posterpräsentation auf der Wasser 2022: Klein, O., Zimmermann, T., Ebeling, A., Kruse, M., Kirchgeorg, T., Pröfrock, D., Technologie-kritische Elemente - Entwicklung und Anwendung einer ICP-MS/MS basierten Methode zur Messung ihrer zeitlichen Variationen in Nordsee Sedimenten
- (04/2022) Publikation: Klein, O., Zimmermann, T., Ebeling, A., Kruse, M., Kirchgeorg, T., & Pröfrock, D. (2022): Occurrence and Temporal Variation of Technology-Critical Elements in North Sea Sediments - A Determination of Preliminary Reference Values. Arch Environ Contam Toxicol (2022), doi:10.1007/s00244-022-00929-4
- (04/2022) Messkampagne in der Nordsee auf der Atair zusammen mit dem BSH abgeschlossen
- (02/2022) Publikation: Ebeling, A., Zimmermann, T., Klein, O., Irrgeher, J., & Pröfrock, D. (2022): Analysis of Seventeen Certified Water Reference Materials for Trace and Technology-Critical Elements. Geostand Geoanal Res., doi:10.1111/ggr.12422
- (07/2021) „Ostseekampagne erfolgreich beendet“
- (07/2021) Offizieller Start von OffChEm II
- (05/2021) Vortrag im Rahmen des 52th Liege Colloquium on Ocean Dynamics: Towards an understanding and assessment of human impact on coastal marine environments: A. Ebeling (Reese), D. Obergfäll, C. Pehlke, J. Ludwig, M. Kruse, O. Klein, T. Zimmermann, N. Voigt, B. Erbslöh, T. Kirchgeorg, I. Weinberg, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Corrosion protection of offshore wind farms: An emerging inorganic contamination source for the marine environment?
- (04/2021) Messkampagne in der Nordsee auf der Atair zusammen mit dem BSH abgeschlossen
- (01/2021) ESKP-Artikel: Korrosionsschutz für Offshore-Windkraft – Problem für die Umwelt?
- (11/2020) Eingeladener Vortrag im Online-Seminar des Department Allgemeine, Analytische Und Physikalische Chemie der Montanuniversität Leoben, Österreich: A. Ebeling, D. Obergfäll, C. Pehlke, T. Zimmermann, N. Voigt, B. Erbslöh, T. Kirchgeorg, I. Weinberg, J. Irrgeher, D. Pröfrock; Elemental and isotopic analysis for the identification and assessment of emissions from Offshore Wind Farms
- (07/2020) Messkampagne auf der "Ludwig Prandtl" abgeschlossen
- (06/2020) Publikation: Reese, A., Voigt, N., Zimmermann, T., Irrgeher, J., & Pröfrock, D. (2020): Characterization of alloying components in galvanic anodes as potential environmental tracers for heavy metal emissions from offshore wind structures. Chemosphere, Volume 257, 127182, doi:10.1016/j.chemosphere.2020.127182
- (01/2020) Highlight Thema: Windparks als Schadstoffquelle?
- (11/2019) Posterpräsentation und Kurzvortrag auf dem Symposium on marine resources and offshore wind farms 2019, Bremerhaven, Deutschland: A. Reese, D. Obergfäll, N. Voigt, B. Erbslöh, T. Zimmermann, T. Kirchgeorg, I. Weinberg, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Corrosion protection of offshore wind farms: An emerging contamination source for the marine environment?
- (08/2019) Vortrag auf der Goldschmidt 2019 in Barcelona, Spanien: A. Reese, N. Voigt, T. Zimmermann, T. Kirchgeorg, I. Weinberg, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Corrosion protection of offshore wind farms: An emerging inorganic contamination source for the marine environment?
- (07/2019) Die Projektlaufzeit wurde offiziell verlängert bis einschließlich Juni 2021.
- (04/2019) Messkampagne auf der ATAIR - zweiter Anlauf
- (03/2019) Messkampagne auf der ATAIR
- (03/2019) Posterpräsentationen auf der ANAKON 2019 in Münster, Deutschland: A. Reese, N. Voigt, T. Zimmermann, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Characterization of galvanic anode material for corrosion protection of offshore wind farms by (laser ablation) inductively coupled plasma mass spectrometry. T. Zimmermann, A. Reese, N. Voigt, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Online matrix separation coupled to inductively coupled plasma tandem mass spectrometry (ICP-MS/MS) for the ultra-trace analysis of seawater.
- (02/2019) Posterpräsentation auf der EWCPS 2019 in Pau, Frankreich: A. Reese, N. Voigt, T. Zimmermann, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Corrosion protection of offshore wind farms: a new potential source of inorganic contaminants for the marine environment?
- (09/2018) Posterpräsentation auf dem 26. ICPMS-Anwendertreffen in Berlin, Deutschland: A. Reese, N. Voigt, T. Zimmermann, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Charakterisierung galvanischer Anodenmaterialien zur Identifizierung potentieller Tracer für anorganische Kontaminanten aus Offshore-Windparks.
- (06/2018) Artikel in der in2science #6: „Den Sturm erproben“
- (06/2018) Posterpräsentation auf der Nordic Plasma 2018 in Loen, Norwegen: A. Reese, N. Voigt, T. Zimmermann, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Offshore wind constructions: Corrosion protection as a new potential source of inorganic contaminants into the marine environment.
- (08/2017) Posterpräsentation auf der Goldschmidt 2017 in Paris, Frankreich: N. Voigt, T. Zimmermann, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Investigation of the chemical impact of offshore structures on the German North Sea environment.
- (02/2017) Posterpräsentation auf der EWCPS 2017 in St. Anton, Österreich: N. Voigt, T. Zimmermann, J. Irrgeher, D. Pröfrock, Multi-elemental characterization of anode materials used for cathodic protection structures using ICP-MS/MS.
Publikationen
- Klein, O., Zimmermann, T., Ebeling, A., Kruse, M., Kirchgeorg, T., & Pröfrock, D. (2022): Occurrence and Temporal Variation of Technology-Critical Elements in North Sea Sediments - A Determination of Preliminary Reference Values. Arch Environ Contam Toxicol (2022), doi:10.1007/s00244-022-00929-4
- Ebeling, A., Zimmermann, T., Klein, O., Irrgeher, J., & Pröfrock, D. (2022): Analysis of Seventeen Certified Water Reference Materials for Trace and Technology-Critical Elements. Geostand Geoanal Res., doi:10.1111/ggr.12422
- Reese, A., Voigt, N., Zimmermann, T., Irrgeher, J., & Pröfrock, D. (2020): Characterization of alloying components in galvanic anodes as potential environmental tracers for heavy metal emissions from offshore wind structures. Chemosphere, Volume 257, 127182, doi:10.1016/j.chemosphere.2020.127182
Berichte
Abschlussarbeiten
Jonas Ludwig 2021
Bestimmung von Element- und Isotopenmustern in Sedimentproben aus verschiedenen Offshore Windparks der deutschen Nordsee zur Untersuchung möglicher stofflicher Freisetzung aus Korrosionsschutzsystemen, Bachelorarbeit, Hochschule Mannheim
Madita Kruse 2020
Zeitliche Entwicklung technologie-kritischer Elemente in Nordseesediment in Hinblick auf potenzielle Emissionen aus Offshore-Windparks“, Bachelorarbeit, TH Lübeck
Carlotta Pehlke 2020
Untersuchung von Isotopensignaturen in Oberflächensedimenten aus Nordsee- Offshore-Windparks sowie deren Umfeld.
Bachelorarbeit, Leuphana Universität Lüneburg
Svenja Meers 2018
Untersuchung der Elementverteilung in Oberflächensedimenten aus dem Umfeld ausgewählter Offshore Windparks im küstennahen Bereich der Nordsee.
Bachelorarbeit, FH Lübeck
Nathalie Voigt 2017
Multielementcharakterisierung von Anodenmaterial für den kathodischen Korrosionsschutz an Offshore-Strukturen mittels ICP-MS/MS.
Bachelorarbeit, FH Lübeck