Ziele: Verringerung der organischen Belastung von Molkereiabwaessern durch Chitosan; weitere Nutzung der ausgefuellten Milchbestandteile. Ergebnisse, vorlaeufig: Entfernung von 96 Prozent Fett und 60 Prozent Eiweiss aus Modellabwasser, CSB-Reduktion um ca. 50 Prozent.
Das Ziel von Hydrofichi ist die Modifikation textiler Oberflächen mittels nachwachsender Rohstoffe zur Substitution von umweltschädlichen und toxischen Agenzien. Hierzu wird eine Chitosan-basierte hydrophobe und schmutzabweisende Veredlung von Textilien zur Substitution von perfluorierten Chemikalien (PFCs) entwickelt. Insbesondere bei Textilkleidung für den Outdoor- und Freizeitbereich, sowie für Arbeitskleidung, ist eine wasser- und schmutzabweisende Funktionalität von Textilien bei gleichzeitiger Luftdurchlässigkeit bei hoher mechanischer Beanspruchung und starkem Regen von den Kunden gewünscht. Derzeit werden die weit verbreiteten und funktionalen PFCs zur Oberflächenbeschichtung genutzt. Die Verwendung dieser perfluorierten Kohlenwasserstoffe ist ökologisch fragwürdig. J.G. Knopfs Sohn GmbH & Co. KG ist beteiligt in den Arbeitspaketen 1, 3, 4, 5. AP 1: Projektmanagement AP 2: Chitosanmodifikation AP 3: Untersuchung der maßgeschneiderten hydrophoben Chitosane AP 4: Anwendungsspezifische Untersuchungen der Textilbeschichtungen AP 5: Feldtests und Herstellung von Musterproben.
Das Ziel von Hydrofichi ist die Modifikation textiler Oberflächen mittels nachwachsender Rohstoffe zur Substitution von umweltschädlichen und toxischen Agenzien. Hierzu wird eine Chitosan-basierte hydrophobe und schmutzabweisende Veredlung von Textilien zur Substitution von perfluorierten Chemikalien (PFCs) entwickelt. Insbesondere bei Textilkleidung für den Outdoor- und Freizeitbereich, sowie für Arbeitskleidung, ist eine wasser- und schmutzabweisende Funktionalität von Textilien bei gleichzeitiger Luftdurchlässigkeit bei hoher mechanischer Beanspruchung und starkem Regen von den Kunden gewünscht. Derzeit werden die weit verbreiteten und funktionalen PFCs zur Oberflächenbeschichtung genutzt. Die Verwendung dieser perfluorierten Kohlenwasserstoffe ist ökologisch fragwürdig. Mit einer Kombination aus chemischen und biotechnologischen Prozessen wird Chitosan mit der Oberfläche verknüpft und hydrophobe Eigenschaften auf das Textil aufgebracht (IGB). Beide Ansätze ergänzen sich bezüglich Chemoselektivität und Art der Modifikation. So kann eine Vielzahl von Funktionalitäten anvisiert werden. Ob eine simultane Verknüpfung (Hydrophobisierung und Beschichtung) oder ein sequentieller Ansatz verfolgt wird ist Gegenstand des Projektes. Eine potentielle Kopplung des modifizierten Chitosans mit Biopolymeren oder chemischen Kopplungsagenzien wird nach Aufbringen auf das Textil bezüglich Waschresistenz und Abriebfestigkeit untersucht (Dr. Petry). In physikalisch-chemischen Untersuchungen werden die gebildeten Copolymere und Derivatisierungen vorher jedoch auf ihre Eignung hin untersucht, als funktionale Beschichtung für Textilien zu fungieren (ITV, Dr. Petry, Knopf's Sohn, Lauffenmühle). Die als geeignet befundenen Chitosan-Polymere und -derivate werden nachfolgend in anwendungsorientierten Tests zur finalen Prüfung auf Garne und Gewebe aufgetragen und auch hier die textilspezifischen Charakteristika bestimmt (ITV Denkendorf, Dr. Petry, Knopf's Sohn, Lauffenmühle).
Das Ziel von Hydrofichi ist die Modifikation textiler Oberflächen mittels nachwachsender Rohstoffe zur Substitution von umweltschädlichen und toxischen Agenzien. Hierzu wird eine Chitosan-basierte hydrophobe und schmutzabweisende Veredlung von Textilien zur Substitution von perfluorierten Chemikalien (PFCs) entwickelt. Insbesondere bei Textilkleidung für den Outdoor- und Freizeitbereich, sowie für Arbeitskleidung, ist eine wasser- und schmutzabweisende Funktionalität von Textilien bei gleichzeitiger Luftdurchlässigkeit bei hoher mechanischer Beanspruchung und starkem Regen von den Kunden gewünscht. Derzeit werden die weit verbreiteten und funktionalen PFCs zur Oberflächenbeschichtung genutzt. Die Verwendung dieser perfluorierten Kohlenwasserstoffe ist ökologisch fragwürdig. Mit einer Kombination aus chemischen und biotechnologischen Prozessen wird Chitosan mit der Oberfläche verknüpft und hydrophobe Eigenschaften auf das Textil aufgebracht (IGB). Beide Ansätze ergänzen sich bezüglich Chemoselektivität und Art der Modifikation. So kann eine Vielzahl von Funktionalitäten anvisiert werden. Ob eine simultane Verknüpfung (Hydrophobisierung und Beschichtung) oder ein sequentieller Ansatz verfolgt wird ist Gegenstand des Projektes. Eine potentielle Kopplung des modifizierten Chitosans mit Biopolymeren oder chemischen Kopplungsagenzien wird nach Aufbringen auf das Textil bezüglich Waschresistenz und Abriebfestigkeit untersucht (Dr. Petry). In physikalisch-chemischen Untersuchungen werden die gebildeten Copolymere und Derivatisierungen vorher jedoch auf ihre Eignung hin untersucht, als funktionale Beschichtung für Textilien zu fungieren (ITV, Dr. Petry, Knopf's Sohn, Lauffenmühle). Die als geeignet befundenen Chitosan-Polymere und -derivate werden nachfolgend in anwendungsorientierten Tests zur finalen Prüfung auf Garne und Gewebe aufgetragen und auch hier die textilspezifischen Charakteristika bestimmt (ITV Denkendorf, Dr. Petry, Knopf's Sohn, Lauffenmühle).
Im Vorhaben sollen Struktur-Wirkungsbeziehungen zwischen f-Elementen und naturstoffrelevanten Derivate, strukturanlogen tripodalen Ligandsystemen und Liganden auf Basis von funktionalisierten Chitosan in Hinblick auf eine mögliche Mobilisierung in der Umwelt untersucht werden. Zur Aufklärung solcher Wechselwirkungsmuster werden verschiedene Teilaspekte bearbeitet, die von der Synthese der verschiedenen Ligandentypen über experimentelle und theoretische Studien zum Komplexbildungsverhalten in Lösung bis hin zu exakten Bestimmung thermodynamischer Kenngrößen sowie der Beschreibung von Verteilungs- und Transportmechanismen in umweltrelevanten Systemen reichen und eine Ableitung der geltenden Struktur-Wirkungsbeziehungen erlauben. Zur Verwirklichung dieser Ziele müssen sowohl synthetische Arbeiten zur Darstellung der Liganden und deren Metallkomplexe als auch verschiedene Charakterisierungsmethoden für die Identifizierung der in Lösung und im festen Zustand vorliegenden Spezies durchgeführt werden: a) Synthese und Charakterisierung der vorgesehenen Ligandentypen sowie entsprechender Materialien b) Darstellung und Charakterisierung ausgewählter Ln- und Ac-Komplexe sowohl im festen Zustand (Kristallstrukturanalyse, TGA-DSC, Festkörper-NMR) als auch in Lösung (MS-, IR- Raman-, UV/Vis- und NMR-Spektroskopie, sowie Flüssig-Flüssig-Extraktion). c) Um ein möglichst vollständiges Bild von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der neu synthetisierten Komplexe zu erhalten, sind insbesondere auch die Bestimmung und Modellierung thermodynamischer Standarddaten der Komplexbildung erforderlich. Vor allem von Interesse sind in diesem Zusammenhang thermogravimetrische und dynamische differenzkalorimetrische Untersuchungen, um Aussagen über die Stabilität, Phasengleichgewicht und Zersetzungserscheinungen der synthetisierten Verbindungen und Komplexe treffen zu können.
Ziel des FunChi-Projektes ist die Entwicklung eines alternativen Pflanzenschutzmittels auf Basis von Chitosan aus den Zellwänden des Pilzes Aspergillus niger, die in großen Mengen bei biotechnologischen Fermentationen anfallen. Diese Myzelien stellen ein hochwertiges, aber auch hochkomplexes Ausgangsmaterial dar, da das Chitin kovalent in die Matrix der Zellwand eingelagert ist. Wir werden einen Enzymcocktail entwickeln, mit dessen Hilfe wir das pilzliche Chitin/Chitosan mit guter Ausbeute und in hoher Qualität aus den Zellwänden extrahieren können. Parallel werden wir einen Aspergillus-Stamm entwickeln, dessen Chitin leichter zu isolieren ist und der gleichzeitig verbesserte Fermentationseigenschaften aufweist, unter Erhalt der ursprünglichen Produktivität, um so den Gesamtprozess energetisch und stofflich zu optimieren. Die Effizienz des Chitosans als Pflanzenschutzmittel oder als synergistische Verstärkung eines anderen Wirkstoffs, z.B. Kupfer, wird durch enzymatische Modifikation optimiert. Mit dem Teilvorhaben 1b/c zur Fermentierung und Down-Stream-Processing (DSP) des pilzlichen Myzels als Ausgangsmaterial für die Extraktion des Chitins, steht das KMU WeissBioTech (WBT) am Anfang der geplanten Wertschöpfungskette. Während der Schwerpunkt der anderen Arbeitspakete auf der Entwicklung neuer Aspergillus-Stämme sowie auf der Produktoptimierung für die landwirtschaftliche Nutzung liegt, befasst sich dieses Arbeitspakets mit der Fermentierung und der Abtrennung des Chitins. Dafür soll der Fermentationsprozess so optimiert werden, dass eine Abtrennung des Myzels kosten- und energieeffizient möglich ist. Zum anderen ist WBT für das Upscaling der Chitin-Extraktion und - Aufreinigung verantwortlich um ausreichende Mengen an Chitin für die Konsortialpartner zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig testet und optimiert WBT im weiteren Verlauf des Projektes die Fermentation der neu entwickelten Aspergillus-Stämme unter Industriebedingungen.
Das FunChi-Projekt leistet einen Beitrag für eine nachhaltige Rohstoff- und Energiebereitstellung, indem es pilzliches Chitin aus den Zellwänden von Myzelien, die bei der biotechnologischen Produktion von z.B. Enzymen und organischen Säuren in zunehmend großem Maße anfallen, als wertvollen nachwachsenden Rohstoff erschließt. Es entlastet die Umwelt durch Ressourcenschutz und CO2-Emissionsverminderung, da aus dem so erhaltenen Chitosan ein alternatives, besonders umweltverträgliches Pflanzenschutzmittel entwickelt werden soll, das bisherige, ressourcen- und energieaufwändige sowie umweltbelastende chemische Mittel partiell ersetzen bzw. ergänzen kann. Gleichzeitig stärkt das Projekt so die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Landwirtschaft sowie der vor- und nachgelagerten Bereiche der Agro- und Nahrungsmittelindustrie, insbesondere im Bereich des biologischen Pflanzenbaus. Ausgangsmaterial für die Herstellung des Chitosan-basierten, alternativen Pflanzenschutzmittels sind Zellwände des Pilzes Aspergillus niger, die in großen Mengen bei biotechnologischen Fermentationen anfallen. Diese Myzelien stellen ein hochwertiges, aber auch hochkomplexes Ausgangsmaterial dar, da das Chitin kovalent in die Matrix der Zellwand eingelagert ist. Wir werden einen Enzymcocktail entwickeln, mit dessen Hilfe wir das pilzliche Chitin/Chitosan mit guter Ausbeute und in hoher Qualität aus den Zellwänden extrahieren können. Parallel werden wir einen Aspergillus-Stamm entwickeln, dessen Zellwände mehr Chitin enthalten, welches leichter zu isolieren ist, und der gleichzeitig verbesserten Fermentationseigenschaften aufweist, unter Erhalt der ursprünglichen Produktivität, um so den Gesamtprozess energetisch und stofflich zu optimieren. Die Effizienz des Chitosans als Pflanzenschutzmittel oder als synergistische Verstärkung eines anderen Wirkstoffs, z.B. Cu++, wird durch enzymatische Modifikation optimiert.
Hydraulikfluide werden zur Kraftübertragung in hydraulischen Funktionseinheiten eingesetzt werden. Der jährliche Gesamtverbrauch dieser Gruppe von Schmierstoffen beträgt in Deutschland rund 150.000 t. Ein Großteil der heute eingesetzten Hydraulikflüssigkeiten enthält Mineralölfraktionen oder Komponenten. Die Nutzung der endlichen Ressource Mineralöl ist mit drastisch steigenden Rohstoffpreisen verbunden. Auch aufgrund der Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt sollte der Einsatz von Mineralöl möglichst vermieden werden. Da ein erheblicher Teil der Flüssigkeiten durch Leckagen, Havarien etc. in die Umwelt gelangt und stellt dort samt seinen Additiven eine Kontaminationsgefahr für Wässer und Böden dar. Mit der Entwicklung eines Hydraulikfluids auf der Basis von Glycerin, Chitosan und Wasser soll ein Fluid mit technisch guter Performance aber ohne die zuvor genannten Nachteile der Mineralölprodukte zur Verfügung gestellt werden. Es wird die Möglichkeit eröffnet Mineralöl durch den nachwachsenden Rohstoff Glycerin zu ersetzen, der in großer Menge (500.000 t/a) als Beiprodukt in der Esteröl-/Biodieselherstellung anfällt und für den derzeit sinnvolle Verwendungsmöglichkeiten gesucht werden. Es ist abzusehen, dass Aspekte wie Nutzung, Recycling und Entsorgung deutlich umweltgerechter gehandhabt werden können. Außerdem ist die Eingliederung in eine kaskadische Nutzung denkbar. Glycerin ist unschädlich für den Menschen und macht dennoch eine Biozidadditivierung des Hydraulikfluids überflüssig, was bei den konventionellen Hydraulikfluids bereits durch die Umweltschutz-orientierte Gesetzgebung (EU-Pestizidverordnung; REACH) zu einem schwerwiegenden Problem geworden ist und zukünftig für sie einen Wettbewerbsnachteil gegenüber dem Glycerinfluid darstellen wird. Die Entwicklung eines neuen Hydraulikfluids erfordert neben einer technischen Bewertung auch eine ökonomische Lebensweganalyse. In der technischen Bewertung werden anhand von Verschleißtest und in der Nutzung des Fluidsin einer Modellhydraulik die technische Leistungsfähigkeit der wässrigen Glycerin-Chitosan-Lösung sowie die optimale Additivierung abgeleitet. Ferner wird das umweltentlastende Potential des Glycerinfluids im Vergleich zu mineralölhaltigen KSS im Rahmen eines Life Cycle Assessment (LCA) analysiert.
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