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Entwicklung eines Verfahrens zur Wiederaufbereitung von Polyolefinabfaellen

Abfaelle aus polyolefinischen Materialien fallen einerseits in grossen Mengen in Form von Verpackungsmaterial oder Ein-Weg-Gebrauchsgegenstaenden beim Endverbraucher an. Andererseits werden auch bei der Herstellung von Polyolefinen, je nach Herstellungsverfahren und -bedingungen niedermolekulare und wachsartige Nebenprodukte erhalten, die nur zum geringen Teil Verwendung finden. Diese Abfaelle - sowohl die Nebenprodukte aus der Produktion als auch die Abfaelle aus dem Endverbrauch - werden zum groessten Teil verworfen und finden nur zum geringen Teil Anwendung, z.B. bei der Dampferzeugung in Kraftwerken oder Muellverbrennungsanlagen. Mit dem Forschungsprojekt soll daher geprueft werden, wie weit aus diesen Polyolefinabfaellen die Rohstoffe - Aethylen oder Propylen - oder andere Komponenten der chemischen Grundstoffproduktion - z.B. Acetylen - gewonnen werden koennen.Bei den entwickelten Verfahren wurden, im Gegensatz zu den mechanisch-thermischen Aufbereitungsverfahren, die Polyolefine einer partiellen Oxidation unterworfen. Bei dem Forschungsprojekt wurde zunaechst von ataktischem Polypropylen ausgegangen. Dies wurde aufgeschmolzen und in einem Injektionsbrenner zerstaeubt und anschliessend in einer Brennkammer mit Sauerstoff partiell oxidiert. Der Oxidationsvorgang wird dabei durch die Eigenschaften des Brennstoffnebels - Troepfchengroesse, Relativgeschwindigkeit Troepfchen/Gas- und durch die Menge des im Unterschuss eingesetzten Sauerstoffs beeinflusst. Hierdurch laesst sich die Produktverteilung bei der partiellen Oxidation, insbesondere die Konzentration an Olefinen und Acetylen, in relativ weiten Grenzen steuern.

Nutzung von Lignocellulosereichen Substraten zur Biogas- und Faser, bzw. Cellulosegewinnung mittels innovativer Verfahren

Eine Substitution fossiler durch biogene Rohstoffe für stoffliche Anwendungen ist ein maßgeblicher Schritt zur Reduktion der anthropogenen CO2 Emissionen. Dabei sollte Biomasse im Sinne der Bioökonomie möglichst ganzheitlich und effizient genutzt werden, um die Flächeneffizient und den Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels zu maximieren. Die hochwertige Verwendung von bisher kaum genutzten landwirtschaftlichen Reststoffen ist eine vielversprechende Methode zur Effizienzsteigerung. Die stoffliche Nutzung von Agrarreststoffen ist allerdings problematisch. Biogene Stoffe haben stets eine schwankenden Produktqualität. Deshalb ist eine Vorbehandlung und Auftrennung der Reststoffe auf verwertbare Bestandteile notwendig und ein entscheidender Schritt für die Weiternutzung. Deutschland und Taiwan stellen zwei Technologieführer mit hohem Umweltbewusstsein in ihrer jeweiligen Klimazone dar. Deutschland befindet sich in der gemäßigten Klimazone, während Taiwan sich in der (sub-)tropischen Klimazone befindet. Besonders vielversprechende landwirtschaftliche Reststoffe, die sich für eine stofflich Nutzung eignen und daher untersucht werden sollen, sind in der gemäßigten Klimazone Getreidestroh und in der (sub-)tropischen Klimazone Kakao- und Bananenschalen, sowie Reisstroh. Zudem fallen Tomatenpflanzenreste in beiden Klimazonen an. Im angestrebten Projekt wird der landwirtschaftliche Reststoff zunächst in einem hydrothermalen Aufbereitungsverfahren aufgeschlossen, um die anaerob kaum abzubauenden Fasern von den sehr gutvergärbaren Bestandteilen zu trennen. Dies wird in Deutschland mittels Thermodruckhydrolyse realisiert und in Taiwan mittel Überkritischer Wassermethode. Anschließend folgt eine Auftrennung in einem Flüssig/Fest-Separator. Der faserreiche Feststoff soll als Torfersatzprodukt und als Substrat zur mikrobiellen Zelluloseproduktion genutzt werden. Torf findet insbesondere im Gartenbau Anwendung, da er diverse Vorteile besitzt. Allerdings bildet sich Torf in Mooren nur sehr langsam und zur Gewinnung müssen die CO2-bindende Moore entwässert werden. Im Projekt soll untersucht werden in wie weit die produzierten Fasern Torf ersetzen können. Ein zweiter zu untersuchender Ansatz im Projekt ist es die Feststofffraktion als Nährmedium für Bakterienkulturen zu verwenden, die gezielt mikrobielle Zellulose produzieren. Die Flüssigkeit soll mithilfe innovativer zweistufiger Biogasanlage energetisch genutzt werden soll. Die Nutzung der Organik zur Biogasproduktion soll die Prozessenergie der energieintensiven Aufbereitung bereitstellen. Der TS-Gehalt der flüssigen Fraktion ist sehr gering, was bei herkömmlichen volldurchmischten Reaktoren eine lange Verweilzeit und somit ein sehr großes Reaktorvolumen verursacht. Um diese Nachteile zu reduzieren, sollen im Projekt zweistufige Reaktorsysteme untersucht werden. Während in Taiwan beide Fermenter volldurchmischt betrieben werden, wird in Deutschland der Methanreaktor als Festbettfermenter ausgeführt.

Veredelung von Nassgrünland-Biomasse zu Plattformchemikalien, Verpackungen, Faserguss und Papier, Teilvorhaben 2: Entwicklung und exemplarische Realisierung von Verfahren zur Gewinnung und Aufbereitung von Faserrohstoffen für den Einsatz im Sektor Pulp & Paper

EDELNASS fokussiert auf die stoffliche Verwertung von Aufwüchsen von wiedervernässten Moor-Grünland, welches heterogen in der Artenzusammensetzung ist und oft Bewirtschaftungseinschränkungen unterliegt (z.B. Erntezeitpunkt). Biomasse und ihre Standortparameter von 5 Moorstandorten in ganz Deutschland werden analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in 2 Verwertungsverfahren untersucht, getestet und bewertet: (i) Umwandlung in Bioraffinerien zu den biobasierten, hochwertigen Basischemikalien HMF und Furfural und der Optimierung der Verfahren an der Universität Hohenheim. Ebenso wird Lignin als weiteres Produkt hergestellt. Das HMF kann zur Herstellung des recyclebaren, biobasierten Hochleistungskunststoff PEF weiterverarbeitet werden, woraus die Hochschule Albstadt-Sigmaringen nachhaltige Verpackungslösungen entwickelt, (ii) Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie stellt zusammen mit seinen Partnern Faserstoffe aus der Biomasse her und verarbeiten diese weiter zu Papieren und Fasergussformteilen. Kopplungspotentiale von Stoffströmen der Rohstofffraktionen zwischen den Verfahren untersucht, indem Zwischen- und Nebenprodukte der Verfahren in die jeweils anderen Prozesse eingespeist werden. Ziel der Untersuchungen ist es, neue Wertschöpfungsketten auf der Grundlage von Nasswiesen-Bewirtschaftung zu entwickeln, die eine produktive Nutzung von Nassgrünland mit dem Erreichen von Naturschutz- und Klimaschutzzielen verbindet. Für eine zukünftige Honorierung von Ökosystemdienstleistungen vernässter Moore werden Datengrundlagen erstellt: CO2-Bilanz der Verfahren und möglicher Produkte (inkl. bodenbürtiger Emissionen), Entwicklung von Artenvielfalt und Wasserqualität. Die Kosten von der Rohstoffbereitstellung bis zum Endprodukt werden analysiert, um geeignete Betriebsmodelle für die einzelnen Verfahren abzuleiten und beispielhaft in Moorregionen zu projektieren.

Weiterentwicklung eines (teil-)autonomen Multiplattform-Fahrzeugs für die drohnengestützte Exploration und robotergesteuerte Anwendungen in der Rohstoffgewinnung in rauem Umfeld, Teilvorhaben 4: Monitoring

Biomasse

Ein Projektkonsortium bestehend aus u.e.c. Berlin Umwelt- und Energie-Consult GmbH UEC und dem Institut für Energie- und Umweltforschung (IFEU) Heidelberg bestimmte im Zeitraum März 2023 bis April 2024 das Biomasseaufkommen in Berlin. Ziel des Projekts war es, Abschätzungen für eine zukünftige Nutzung der Biomasse in Berlin zu treffen, sowie Optimierungspotenziale und Instrumente zur Steuerung der Biomassenutzung (mit Schwerpunkt auf energetische Verwertung) zu entwickeln. Im Fokus standen biogene Abfall- und Reststoffe, die im Bezugsjahr 2020 in Berlin z.B. in privaten Haushalten, in öffentlichen Grünanlagen, Restaurants oder bei Gewerbebetrieben anfielen. Dabei handelte es sich im Wesentlichen um Organik aus dem Haus- und Geschäftsmüll (HGM), getrennt gesammelte Küchen- und Gartenabfälle, Altholz sowie Baum- und Strauchschnitt (holzige Biomasse), Mähgut und Laub (Weichorganik), Rückstände aus den Klärwerken, Speisereste und Fette sowie Tiermist. In Berlin sind im Jahr 2020 ca. 1,16 Mio. Tonnen biogene Abfall- und Reststoffe angefallen; über die Hälfte davon in privaten Haushalten, die separat über die Biotonne, auf dem eigenen Kompost oder zusammen mit dem Hausmüll entsorgt wurden. Für das Jahr 2045 wird das Biomasseaufkommen auf ca. 1,18 Mio. t/a prognostiziert. Vor allem die steigenden Bevölkerungszahlen sowie abfallplanerische Maßnahmen wie z.B. zur Abfallvermeidung beeinflussen das künftige Biomasseaufkommen. Vor dem Hintergrund der Bestrebungen des Landes Berlin, das HGM-Aufkommen insbesondere durch Reduzierung des Organikanteils deutlich zu senken, wird im Prognosezeitraum eine Verschiebung organischer Abfälle in die Biotonne erwartet. Etwa 62 % der Biomasse wurden im Jahr 2020 energetisch verwertet (Verbrennung), während 13 % einer Vergärung mit energetischer Nutzung des erzeugten Biogases zugeführt wurden. Kompostiert wurde ein Anteil von 16 ; weitere 7 % wurden stofflich in Form von Futtermittel oder Mulchmaterial verwertet. Die Verwertung der Berliner Biomasse erfolgte zu rund 54 in Berlin; der Rest wurde jeweils zur Hälfte in Brandenburg und weiter entfernten Bundesländern verwertet. Im Land Berlin stehen unter Berücksichtigung künftig geplanter Anlagen oder Anlagenerweiterungen für die Verwertung von Biomasse bis 2045 insgesamt rund 1,1 Mio. t/a zur Verfügung, das entspricht in etwa einer Verdopplung im Vergleich zum Jahr 2020. Resultierend aus der Tatsache, dass im Jahr 2020 bereits 75 % der Berliner Biomasse zur Energiegewinnung verwertet werden, erfolgte im Rahmen der Studie eine Einstufung dieses ermittelten Teilpotenzials als das bereits erschlossene Potenzial (BEP – ca. 863.400  t/a). Zukünftig erschließbar und für die Wärmewende potenziell zusätzlich nutzbar wären die Biomassearten, die aufgrund ihrer Beschaffenheit grundsätzlich für eine Vergärung oder den Einsatz als Brennstoff geeignet sind und derzeit kompostiert oder als Mulchmaterial genutzt werden (ZEP – ca. 281.000 t/a). Außerdem besteht ein nicht erschließbares Potenzial (NEP – ca. 17.000 t/a), welches jene Biomassearten umfasst, die derzeit entweder stofflich z.B. zur Herstellung von Futtermittel oder Produkten verwertet werden oder aus Sicherheitsgründen nicht mobilisierbar sind. Anhand von stoffspezifischen Heiz- und Biogasertragswerten wurde zudem das Energiepotenzial bestimmt. Dabei handelt es sich um die in der jeweiligen Biomasse insgesamt gebundene Energie, welche zwingend von der in Wärmenetze einzuspeisenden Endenergie zu unterscheiden ist: Die zukünftig zusätzlich erschließbare Biomasse enthält ein Energiepotenzial von ca. 221 GWh/a. Gemeinsam mit dem Energiepotenzial der bereits erschlossenen Biomasse stehen rund 2.000 GWh/a gebundene Energie zur Verfügung. Wahrscheinlicher sind jedoch Biomasse- und Energiepotenziale, die sich aus der Szenario-Betrachtung ergeben: ca. 618.000 t/a bis 754.000 t/a bzw. 1.520 GWh/a bis 1.600 GWh/a (jeweils BEP + ZEP). Zur Erschließung der Biomasse- und Energiepotenziale für die Berliner Wärmeversorgung werden verschiedene Maßnahmen empfohlen. Als zentral werden Maßnahmen zur gesteigerten Getrenntsammlung einerseits von in Haushalten anfallenden Küchen- und Gartenabfällen, andererseits von Mähgut, Laub und Baum- und Strauchschnitt aus öffentlichen Grünanlagen angesehen. Gleichzeitig wird der Ausbau von geeigneten Aufbereitungsverfahren für Laub und Verwertungskapazitäten zur Vergärung und Mitverbrennung von Laub dringend empfohlen. Zudem sollten Instrumente zur Stoffstromlenkung zu Gunsten einer anfallortsnahen Verwertung genutzt und im Rahmen eines zentralen Verwertungskonzeptes für Berlin gebündelt werden. Alternative Verwertungstechniken (z.B. Herstellung von Pflanzenkohle) sowie Ansätze, die dezentral auf Bezirks- oder Quartiersebene wirken, sollten Berücksichtigung finden und die zentralen Maßnahmen flankieren.

Seawater carbonate chemistry and behavioural trait expression of polar invertebrates

Here, we examine the ecosystem ramifications of changes in sediment-dwelling invertebrate bioturbation behaviour—a key process mediating nutrient cycling—associated with nearfuture environmental conditions (+ 1.5 °C, 550 ppm [pCO2]) for species from polar regions experiencing rapid rates of climate change. This dataset is included in the OA-ICC data compilation maintained in the framework of the IAEA Ocean Acidification International Coordination Centre (see https://oa-icc.ipsl.fr). Original data were downloaded from Polar Data Centre (see Source) by the OA-ICC data curator. In order to allow full comparability with other ocean acidification data sets, the R package seacarb (Gattuso et al, 2024) was used to compute a complete and consistent set of carbonate system variables, as described by Nisumaa et al. (2010). In this dataset the original values were archived in addition with the recalculated parameters (see related PI). The date of carbonate chemistry calculation by seacarb is 2024-07-11.

Marine Dateninfrastruktur Deutschland (MDI-DE)

Die Marine Dateninfrastruktur Deutschland (MDI-DE) hat das Ziel, Daten und Informationen aus dem Küsteningenieurwesen, dem Küstengewässerschutz, dem Meeresumweltschutz und dem Meeresnaturschutz über ein gemeinsames Internetportal nachzuweisen. Mithilfe von Metadaten und Webservices werden die Suche nach Daten und deren Nutzung unterstützt. Dabei baut MDI-DE synoptische Verzeichnisse mariner Datenbestände mit einer einheitlichen fachlichen Datengrundlage auf. Damit steht ein qualitätsgesichertes Informationsangebot zur deutschen Küstenzone von Nord- und Ostsee sowie den angrenzenden Meeresgebieten zur Verfügung. Dieser standardisierte Zugang zu Fachdaten entlastet die Partnerdienststellen von Dienstleistungs-Routinearbeiten bei der Bedienung von Nutzeranfragen, Maßnahmenplanung und unterstützt die Interoperabilität. Die MDI-DE ist als operationelles Verfahren für den dauerhaften Einsatz der integrativen Datenbereitstellung und Aufbereitung konzipiert. Die Entwicklung und Implementierung internetbasierter integrierter multidisziplinärer Werkzeuge ermöglicht die gezielte Datenrecherche und die Erfüllung bestehender Informationspflichten. Mit den standardisierten Metadaten zur Dokumentation und den zugehörigen OGC-konformen Webservices zur Nutzung mariner Daten erleichtert MDI-DE wesentlich die Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen von INSPIRE und anderer EG-Richtlinien. Die dort geforderten Informationsflüsse werden von der MDI-DE-Informationsinfrastruktur optimal unterstützt. Dadurch hilft MDI-DE den Behörden in der Küstenzone bei der Erfüllung ihrer Berichtspflichten für EU-Rahmenrichtlinien wie MSRL und INSPIRE.

Strategien für die Probenahme von Feststoffen aus überwachungsbedürftigen Rückständen zur Bestimmung der spezifischen Aktivität natürlicher Radionuklide mittels gammaspektrometrischer Analyse : Vorhaben 3622S12291

Bei industriellen oder bergbaulichen Prozessen wie z. B. bei der Gewinnung, Verarbeitung und Aufbereitung von Erdöl und Erdgas und aus der Tiefengeothermie, aus der Grundwasseraufbereitung, aus der Gewinnung und Aufbereitung von Erzen und Mineralien oder der Roheisenherstellung können Rückstände entstehen, die natürlich vorkommende Radionuklide enthalten. Diese Rückstände können strahlenschutzrechtlich überwachungsbedürftig sein, und ihre weitere Handhabung ist im Strahlenschutzgesetz geregelt.Die Rückstände sind für eine geplante Entsorgung (d.h., Verwertung oder Beseitigung) strahlenschutz-fachlich zu beurteilen, und unter anderem sind dafür die spezifischen Aktivitäten natürlich vorkommender Radionuklide zu bestimmen. Nach derzeitigem Stand von Wissenschaft und Technik ist die Gammaspektrometrie das in vielen praktischen Anwendungen am besten geeignete Messverfahren für die Aktivitätsbestimmung. Für die Aussagekraft der Aktivitätsbestimmung ist jedoch vorrangig die Probenahme entscheidend, denn die Zusammensetzung der Rückstände ist meist inhomogen, und die spezifischeAktivität kann je nach Art und Herkunft des Materials oder seiner Entstehung (z.B. des Aufbereitungsverfahrens) schwanken.

Daily averaged physical parameters from the Multidisciplinary BASS Mesocosm Study at Wilhelmshaven, 2023

This dataset contains daily averaged physical and chemical parameters measured during a mesocosm experiment conducted at Sea Surface Facility (SUR) in Wilhelmshaven, Germany (53.5148° N, 8.1461° E) in 2023. Parameters include daily average air temperature, Daily Average Incoming Solar Irradiance, Daily Average Reflected Solar Irradiance, and Daily Average Albedo derived from in situ measurements. The dataset provides an overview of environmental conditions throughout the experiment, supporting the interpretation of biogeochemical and ecological processes described in the related publication Bibi et al., 2025.

Entwicklung einer Methode zur Aufarbeitung gebrauchter und minderwertiger nativer Fette und Öle zu Treibstoff für Dieselmaschinen

Gebrauchte oder minderwertige native Fette und Öle sind eine interessante Energiequelle für Dieselmaschinen, die sich durch eine ausgezeichnete Ökobilanz auszeichnen und nicht in Konkurrenz zu Nahrungs- oder Futtermitteln stehen. Dem Einsatz in Dieselmschinen stehen der i.d.R. hohe Gehalt an Schlackebildnern (Ca, Mg, Na, K, P) und an freien Fettsäuren entgegen. Ziel des Vorhabens ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die o.g. Rohstoffe so aufzuarbeiten sind, dass sie ohne weiteres in Dieselmaschinen eingesetzt werden können. Dazu wurde der Rohstoff einer sauer katalysierten Veresterung mit biogenem Ethanol unterworfen, mit dem die Gehalte sowohl an freien Fettsäuren, als auch an den genannten Schlackebildnern soweit gesenkt werden konnten, dass die Maßgaben der DIN-VN 51 605 erfüllt werden. Abgesehen davon, dass die so gewonnen Treibstoffe aus rein biogenen Rohstoffen bestehen, weisen sie Stockpunkte von teilweise unter -20 Grad Celsius auf.

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