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Plastik - Verbundprojekt EmiStop: Identifikation von industriellen Plastik-Emissionen mittels innovativer Nachweisverfahren und Technologieentwicklung zur Verhinderung des Umwelteintrags über den Abwasserpfad, Teilprojekt 1

In EmiStop werden industrielle Plastikpartikeln-Emissionen über den Abwasserpfad systematisch erfasst und Verfahrenstechniken zur Entfernung von Plastikpartikeln aus Abwasserströmen evaluiert. Ziel ist es, geeignete Technologien auszuwählen und dahingehend zu optimieren, dass diese Emissionen gestoppt werden. Dazu wird die gesamte Wertschöpfungskette berücksichtigt. Begonnen wird bei Plastik-Pellets und Synthetikfasern. Industriebetriebe aus geeigneten Branchen sind als direkt assoziierte Partner beteiligt. Für ein konsistentes Gesamtbild werden systematisch weitere Industriezweige betrachtet, bewertet und in den sozioökonomischen Zusammenhang gebracht. Dazu kommen verschiedene analytische Methoden, Korrelationen mit Summenparametern und ein Tracer-Test zum Einsatz.

Black Carbon: Literaturstudie zur Aufarbeitung des Wissensstandes; Untersuchung der standortspezifischen Korrelation mit PM10 und PM2.5; messbasierte Studie zur Zunahme der Konzentration durch Holzverfeuerung

Black Carbon (BC), eine Komponente des Feinstaubs, zeigt negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und wird gleichzeitig zu den kurzlebigen klimawirksamen Schadstoffen (SLCP) gezählt. Ziel des Vorhabens ist die Aufarbeitung des Wissensstandes zu BC, die Analyse der allgemeinen Korrelation zwischen BC und PM10 bzw. PM2.5 sowie die Untersuchung des Einflusses von Holzverfeuerung auf BC- und PAK-Konzentrationen. Der Wissenstand soll in einem einführenden Schritt mit Hinblick auf verschiedene Definitionen von BC, relevante Emissionsquellen, Gesundheitsrelevanz und Strahlungsantrieb in Abhängigkeit von der Vertikalverteilung in der Atmosphäre aufbereitet werden. In einem weiteren Schritt soll dann empirisch bestimmt werden, ob signifikante Korrelationen zwischen BC und PM10 bzw. PM2.5 bestehen. Außerdem soll untersucht werden, welchen Einfluss Kleinfeuerungsanlagen durch die Zunahme der Holzverfeuerung an den Immissionskonzentrationen von BC und polyaromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) haben. Messungen der partikelgebundenen BC- und PAK-Konzentrationen im PM10 und PM2.5 an für den urbanen und ruralen Hintergrund repräsentativen Standorten liefern hierzu die Daten. Sie sollen eine Quellzuordnung über Messung verschiedener Elemente (insbesondere K) und organischer Verbindungen (neben BC und PAKs insbesondere Levoglucosan) und anschließender PMF (Positive Matrix Factorisation) ermöglichen. Dabei kann auf insbesondere bei der Auswahl der Messstellen auf Ergebnisse aus dem UFOPLAN-Vorhaben 'Modellrechnungen zu Immissionsbelastungen von Biomassefeuerungsanlagen der 1. BImSchV' zurückgegriffen werden.

IAGOS-D HaupTeilprojekt hase, Aufbau einer Infrastruktur zur Messung der Atmosphärenzusammensetzung mit instrumentierten Verkehrsflugzeugen^Teilvorhaben 3: Durchführung von Spurengasmessungen (Ozon, Wasserdampf, Wolkenwasser, Wolkeneis, Methan, isotopische Zusammensetzungen etc.), Teilvorhaben 2: Treibhausgasmessungen

1.Vorhabenziel: Ziel des Vorhabens ist es, eine Infrastruktur für langfristige Messungen von Treibhausgasen an Bord einer Flotte von Passagierflugzeugen im Rahmen von IAGOS-D aufzubauen. Dabei sollen in dieser Hauptphase die in der Pilotphase gemachten Erfahrungen mit dem erstmaligen Betrieb des auf ein Flugzeug installierten Treibhausgasmesssystems für den Aufbau des kompletten aus 5 Messsystemen bestehenden Beobachtungsnetzes genutzt werden. Hochgenaue und operationelle Messungen der Vertikalprofile von CO2 und CH4, mit Übertragung der Daten zu der zentralen Datenbank von in nahezu Echtzeit für inverse Modellierung von Treibhausgasbudgets, ermöglichen eine genauere Bestimmung der Quellen und Senken. Darüber hinaus liefern solche Messungen wichtige Informationen über atmosphärische Transportprozesse sowie zur Validierung von satellitengestützten Treibhausgasbeobachtungen. 2. Arbeitsplanung: Flugzeuggestützte Messungen von Treibhausgasen im Routinebetrieb erfordern den Aufbau eines robusten, autonomen Messsystems, das über mehrere Monate unbeaufsichtigt funktioniert. Für diese Hauptphase von IAGOS-D werden dazu Cavity-Rindown-Spektrometer verwendet, die zusammen mit einer Kalibriereinheit in Luftfahrt-qualifizierter Art und Weise zu einem Gesamtsystem aufgebaut werden. Es werden vier Systeme auf Airbus A-340 Flugzeugen installiert, die operationelle Wartung und Qualitätssicherung der Geräte eingerichtet, und ein Datenmanagement-System adaptiert, um die Daten im Routinebetrieb auszuwerten.

Plastik - Verbundprojekt EmiStop: Identifikation von industriellen Plastik-Emissionen mittels innovativer Nachweisverfahren und Technologieentwicklung zur Verhinderung des Umwelteintrags über den Abwasserpfad, Teilprojekt 3

EmiStop - Identifikation und Reduktion von MikroPlastik in industriellen Abwässern. Forschungsschwerpunkt 'Plastik in der Umwelt - Quellen - Senken -Lösungsansätze': Industrielle Abwässer gehören zu den Eintragspfaden für Mikroplastik in die Umwelt. Wie viel Mikroplastik in den Abwässern unterschiedlicher Industriebranchen enthalten sind, erforscht seit Januar 2018 das Verbundprojekt EmiStop. Die Hochschule RheinMain, die TU Darmstadt, die inter 3 GmbH und die BS-Partikel GmbH erfassen unter der Leitung der EnviroChemie GmbH Kunststoffemissionen in industriellen Abwasserströmen mit innovativen Nachweisverfahren. Mikroplastik in industriellem Abwasser stammt vermutlich vor allem aus der Herstellung und Verarbeitung von Kunstfasern und Kunststoffpellets. Daher werden zunächst Abwässer untersucht, die in industriellen Wäschereien und in Industriebetrieben anfallen, die Kunststoffe produzieren, transportieren oder weiterverarbeiten. Dabei kommen zwei Analysemethoden zum Einsatz: 1. An der Hochschule RheinMain werden mittels Raman-Spektroskopie Größe und Art des Kunststoffs der Mikroplastik-Partikel im Abwasser bestimmt. Die häufige Anwendung in der Gewässerforschung ermöglicht den Vergleich der Industrieabwasseranalysen mit den Mikroplastik-Funden in Gewässern. 2. Mittels dynamischer Differenzkalorimetrie werden an der TU Darmstadt die Konzentrationen von Mikroplastik-Partikeln ermittelt. Vermeidung und Entfernung industrieller Mikroplastik-Emissionen. Zur Vermeidung der industriellen Mikropastik-Emissionen setzt EmiStop im Industriebetrieb selbst an: Gemeinsam mit den Industriebetrieben werden Möglichkeiten zur Reduktion an der Entstehungsstelle evaluiert und nach Möglichkeit Maßnahmen zur Vermeidung des Eintrags von Mikroplastik ins Abwasser ergriffen. Daher wird in einer Expertenbefragung identifiziert, welche Rahmenbedingungen die Umsetzung solcher Maßnahmen fördern oder hindern. Wenn Vermeidungsansätze nicht möglich oder ausreichend sind, kann Mikroplastik durch effiziente Reinigungsmethoden wieder aus dem Abwasser entfernt werden. Welche Reinigungsmethoden für welche industriellen Abwasserarten geeignet sind, wird in EmiStop mittels magnetischer Tracerpartikel untersucht. Abgerundet werden die Untersuchungen zur Entfernung von Mikroplastik aus Abwasser durch die Entwicklung von Flockungsmitteln. Diese sollen gezielt Mikroplastik im Abwasser zu großen Mikroplastik-Flocken verbinden und so die Effizienz aller Reinigungsmethoden verbessern. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Verbundprojekt EmiStop im Forschungsschwerpunkt 'Plastik in der Umwelt - Quellen, Senken, Lösungsansätze' mit über 400.000 Euro. Der Forschungsschwerpunkt ist Teil der Leitinitiative Green Economy des BMBF-Rahmenprogramms 'Forschung für Nachhaltige Entwicklung' (FONA3).

Plastik - Verbundprojekt EmiStop: Identifikation von industriellen Plastik-Emissionen mittels innovativer Nachweisverfahren und Technologieentwicklung zur Verhinderung des Umwelteintrags über den Abwasserpfad, Teilprojekt 2

EmiStop - Identifikation und Reduktion von Mikroplastik in industriellen Abwässern. Forschungsschwerpunkt 'Plastik in der Umwelt - Quellen - Senken -Lösungsansätze': Industrielle Abwässer gehören zu den Eintragspfaden für Mikroplastik in die Umwelt. Wie viel Mikroplastik in den Abwässern unterschiedlicher Industriebranchen enthalten ist, erforscht seit Januar 2018 das Verbundprojekt EmiStop. Die TU Darmstadt, die Hochschule RheinMain, die inter 3 GmbH und die BS-Partikel GmbH erfassen unter der Leitung der EnviroChemie GmbH Kunststoffemissionen in Abwässern von kunststoffverarbeitenden Industrieunternehmen mittels innovativer Nachweisverfahren. Ziel ist es, geeignete Technologien auszuwählen und dahingehend zu optimieren, dass diese Emissionen gestoppt werden. Dazu wird die gesamte Wertschöpfungskette berücksichtigt. Begonnen wird bei Plastik-Pellets. Industriebetriebe aus geeigneten Branchen sind als direkt assoziierte Partner beteiligt. Für ein konsistentes Gesamtbild werden systematisch weitere Industriezweige betrachtet, bewertet und in den sozioökonomischen Zusammenhang gebracht. Dazu kommen verschiedene analytische Methoden, Korrelationen mit Summenparametern und ein Tracer-Test zum Einsatz. An der TU Darmstadt arbeiten zwei Fachgebiete im Projekt EmiStop. Im Fachgebiet Abwassertechnik werden unter der Leitung von Prof. Dr. Engelhart unter Anderem Korrelationen zwischen wasserchemischen Summenparametern und Mikroplastikkonzentrationen untersucht. Relevante Branchen entlang der Wertschöpfungskette von Kunststoffprodukten werden identifiziert, potenzielle Eintragspfade ermittelt und die Mikroplastikemission mit Hilfe der im Projekt erhobenen Daten bilanziert. Prozessoptimierungen und Vermeidungsstrategien zur Reduzierung der Mikroplastikemission in die Umwelt werden entwickelt. Der Rückhalt von Mikroplastik durch bekannte Abwasserbehandlungen wird evaluiert. Im Fachgebiet Abwasserwirtschaft wird unter der Leitung von Prof. Dr. Lackner eine Methodik zur Bestimmung von Mikroplastikfrachten in Abwasserströmen mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie entwickelt. Zur Validierung von Abscheidetechniken von Mikroplastik wird ein Tracer-Test entwickelt. Hierzu werden magnetisch dotierte Mikroplastikpartikel verwendet und mittels magnetischer Suszeptibilitätswaage detektiert.

THG-Minderungspotenziale in der europäischen Gasinfrastruktur

Ausgangslage: Methan hat eine mehr als 20 Mal stärkere Wirkung auf den Treibhauseffekt als CO2. Deswegen gilt es die Leckagen in der Erdgasinfrastruktur nicht nur aus ökonomischer, sondern auch aus ökologischer Perspektive zu minimieren. Bisher liegen wenige Erkenntnisse vor, welche Minderungspotenziale zur Reduktion von Methanemissionen bei der Gewinnung, des Transport, der Lagerung und Verteilung von Erdgas existieren. Zielstellung/Methodik: Es sollen gängige Leckagen identifiziert sowie konkrete Empfehlungen technischer Art für Maßnahmen und Instrumente zur Reduktion der kontinuierlichen und störfallbedingten Methanemissionen während der Gewinnung, des Transports, der Lagerung und Verteilung von Erdgas, mit Schwerpunkt auf der europäischen Gasinfrastruktur, entwickelt werden. Hierunter fallen bspw. Standards für technische Einrichtung (Ventile, Verdichterstationen, Rohre, LPG-Terminals etc.). Zudem soll eine Kostenabschätzung dieser Maßnahmen erfolgen.

Wasserwirtschaftliche Copernicus-Dienste zur Bestimmung von Stoffeinträgen in Gewässer und Talsperren im Rahmen des Umweltmonitorings - WaCoDiS -, Teilvorhaben: Hochschule Bochum

Auswirkungen des Klimawandels sowie die Intensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung führen bereits heute zu erhöhten Nährstoffeinträgen in Fließgewässer und Talsperren. Wasserbehörden, Wasserwirtschafts- und Abwasserverbände sowie Kommunen stehen somit vor neuen Herausforderungen. Um auch zukünftig eine effiziente und umweltschonende Gewässerbewirtschaftung gewährleisten zu können, sind Anpassungen an die sich verändernden Rahmenbedingungen erforderlich. Das Forschungsvorhaben WaCoDiS hat daher das Ziel der Quantifizierung und präzisen Verortung von Stoffausträgen sowie einer qualitativ optimierten Modellierung von Sediment- und Schadstoffeinträgen in Fließgewässer und Talsperren. Hierzu werden Lösungsstrategien zur Kombination verschiedener Datenquellen (mit dem Fokus auf Copernicus Satellitendaten), bestehender webbasierte Informationssysteme und neuer Modellkomponenten entwickelt.

Impact of waste and pollutants on environment and climate: Proposal for a collaborative research study of the wastewater discharge impact in the BEGA-TIMIS river sub-basin (Romania)

In the following a collaborative research study of the Department of Applied Chemistry and Engineering of Inorganic Compounds and Environment from 'Politehnica' University of Timisoara (UPT) in Romania and the Institute for Ecopreneurship of the School of Life Sciences, University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland (FHNW) is proposed. The research study will develop a comprehensive framework for Romania to assess the wastewater discharge impacts on receiving water bodies and validate the framework in the BEGA-TIMIS river sub-basin (Romania). In this catchment area there are substantial pollution point sources, e.g. municipal wastewater treatment plants, as well as non-point sources, e.g. from agriculture. The goal is to develop a methodology for the optimal selection and implementation schedule of water pollution control measures under uncertainty in a consistent Driver-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR) framework. The main drivers and resulting pressures will be identified and characterised with indicators based analysis, overall environmental objectives will be clarified with stakeholder analysis including a willingness to pay/accept-approach, state and impacts in the main rivers will be assessed and modelled. Eco-efficient measures (technologies, operational and organisational options) to improve the situation will be identified with a multi-criteria analysis methodology. This combination is new as in general the focus has been on the deployment of technical systems and not comprehensively analysing the situation using a consistent DPSIR framework in combination with stakeholder involvement and uncertainty analysis. Purely technology driven decisions were therefore often not leading to timely and sustainable implementation of efficient measures. To achieve the goal of the research study the following work packages will be completed: - Methodology development - Analysis of pollution sources, status and performance of the current wastewater treatment; - Risks and impacts of the current and future emissions on the environment; - Identification of eco-efficient environmental measures and technologies; - Stakeholder analysis, information and capacity building; - Dissemination of research results. Both partners have a large experience in water quality analysis, monitoring and wastewater treatment technologies. Swiss partners have additional experience in river basin analysis and modelling. Both institutes have been and are currently involved in national as well as international research in this field. As Romania will have to improve the status of the water bodies by 2015 according to the European water framework directive, this project will allow research on major contemporary issues, including improvement of the overall life quality of the local population. Furthermore will this project foster knowledge transfer between Romanian and Swiss partners and increase research and teaching capacities.

WTZ Indonesien SPICE III: MABICO - Einfluss von Meeresverschmutzung auf Biodiversität und den Lebensunterhalt von Küstenbewohnern, Teilprojekt 5: Quellen und Risiken der organischen und anorganischen Schadstoffbelastung

Fisch und Meeresfrüchte sind eine wichtige Protein- und Einkommensquelle für die Bevölkerung an den Küsten Indonesiens. Gleichzeitig ist der Verzehr dieser Lebensmittel ein möglicher Aufnahmeweg für organische und anorganische Kontaminanten, wie Pestizide und Schwermetalle. Wirtschaftlich wichtige Fisch- und Benthosarten aus Küstengebieten wie der Bucht von Jakarta sind möglicherweise so stark belastet, dass internationale Grenzwerte überschritten werden. Dies stellt ein Risiko für die menschliche Gesundheit dar. Daher ist es unser Ziel, die Qualität von Fisch und Meeresfrüchten aus der Bucht im Hinblick auf deren Schadstoffbelastung zu untersuchen und die Eintragsquellen dieser Belastung zu erfassen. Es wird ein Untersuchungsansatz angewendet, der die Einträge aus den Zuflüssen untersucht sowie die Verteilung der eingetragenen Kontaminanten in der Bucht und deren Anreicherung in Fisch und Benthos erfasst. Dazu werden Kontaminanten identifiziert, die charakteristisch für die verschiedenen Eintragsquellen in die Bucht sind. Deren Konzentrationen in Wasser, Sedimenten und ausgewählten Fisch- und Benthosarten wird ermittelt. Die Menge potentiell gesundheitsgefährdender Kontaminanten, die von Menschen aus Fisch und Meeresfrüchten aufgenommen wird, soll abgeschätzt werden. Die indonesischen Partner übernehmen die Analyse von Schwermetallen. Die deutschen Partner untersuchen organische Kontaminanten, z.B. gesundheitsgefährdende Stoffe gemäß der Stockholmer Konvention.

Toxikologische, physikalisch-chemische und gesellschaftliche Erforschung innovativer Materialien und Prozesse der Optoelektronik (TEMPO)^Teilvorhaben: Expositionspotenzialerforschung von GaAs, GaN und Sic im Rahmen einer industriellen Halbleiterherstellung, Teilvorhaben: Stoffflussanalyse und Freisetzungen von Halbleiterstoffen über den gesamten Lebenszyklus

Deutsche Unternehmen der Opto- und Elektronikindustrie sind auf den Einsatz von Spezialwerkstoffen der Hochtechnologie angewiesen. Deutschland hat sich im Bereich der Opto- und Elektronikindustrie aufgrund aufwendiger, langjähriger Forschungsarbeit eine herausragende internationale Position erarbeitet. Es folgt darin auch den Ansprüchen der europäischen und deutschen Chemikaliengesetzgebung an Gesundheits- und Umweltschutz sowie Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit. In den letzten Jahren wurden Verfahren zur Bewertung, Einstufung und Kennzeichnung solcher nach Tonnage eher kleiner, technologisch aber hoch bedeutender Materialien (z.B. Galliumarsenid, Indiumphosphid) durch die Fachbehörden der Europäischen Union nach REACh/CLP durchgeführt. Diese Materialien sind die Funktionswerkstoffe in Leuchtdioden, Lasern in Medizin und Materialbearbeitung, Datennetzen, Mobilfunktechnik, Auto- und Flugzeugradar und konzentrierter Photovoltaik. Die Einstufungsverfahren bilden die Grundlage für mögliche nachfolgende Regulierungs- und Beschränkungsprozesse unter REACH und die Ausstrahlung in ca. 20 weitere Rechtsgebiete. Forschung und Industrie stimmen darin überein, dass die von den EU-Fachbehörden zur Umsetzung der CLP-Verordnung verwendete Informationsbasis für die Bewertung und Einstufung der Materialien in vielen Fällen unzureichend ist. So stehen beispielsweise Bewertungs- und Einstufungsergebnisse zum Schlüsselwerkstoff Galliumarsenid im Widerspruch zu übereinstimmenden Empfehlungen beteiligter Toxikologen wie auch aktuellen wissenschaftlichen Veröffentlichungen. Die europäischen Ansprüche an nachhaltige Chemikaliennutzung, Gesundheits- und Umweltschutz als auch industrielle Wettbewerbsfähigkeit in Balance zu bringen, erfordert deshalb zwingend, weitere wissenschaftliche Grundlagen zu erarbeiten, die eine fachlich korrekte Bewertung und Einstufung der Materialien und Ihrer industriellen und gesellschaftlichen Anwendungspraxis ermöglichen. Das Ziel des vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojekts TEMPO (Toxikologische, physikalisch-chemische und gesellschaftliche Erforschung innovativer Materialien und Prozesse der Optoelektronik) besteht darin, diese wissenschaftliche Grundlage für die Stoffe Galliumnitrid, Galliumarsenid, Siliziumcarbid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und Galliumantimonid substanziell mit einem ganzheitlichen Ansatz zu vertiefen. Dazu wird vorhandenes (Material-)Wissen konzentriert, es werden Wissensdefizite identifiziert und durch experimentelle Untersuchungen, u.a. zu toxikologischen Schlüsselfragen wie Lungenwechselwirkungen und Bioverfügbarkeit, geschlossen. Der Projektschwerpunkt liegt darüber hinaus auch auf der Analyse der Expositionsrisiken und der vorhandenen Risikomanagementpraxis während des ganzen Lebenszyklus der betreffenden Stoffe von den Arbeitsplätzen bei der Herstellung bis hin zum Produktrecycling.

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