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Plastik - Verbundprojekt REPLAWA: Reduktion des Eintrags von Plastik über das Abwasser in die aquatische Umwelt, Teilprojekt 3

Im REPLAWA-Verbund werden die zentralen Fragen zum Thema Plastik in der Umwelt in Zusammenhang mit der Abwasserableitung und -behandlung untersucht. Das ISWW entwickelt dabei u.a. eine Analysemethodik für die Mikroplastikdetektion in Klärschlämmen. Darauf aufbauend werden großtechnischen Kläranlagen hinsichtlich ihrer Mikroplastikfrachten v.a. in Bezug auf die Schlammbehandlung bilanziert, sowie der Eintrag in die Landwirtschaft durch die Abwasserverregnung und Schlammverwertung evaluiert. Filtrationstechnologien zur Reduktion der Plastikeinträge werden neben der Schlammfaulung gezielt in dotierten halbtechn. Versuchsanlagen untersucht. Aus den Ergebnissen werden Strategien zur Sensibilisierung von Verbrauchern und Betreibern sowie zur Verminderung des Eintrags über das Abwasser abgeleitet. Die sozialwissenschaftliche Forschung des ISW-IB im Projektverbund ermittelt, inwiefern die internationale Debatte um die Regulierung von Plastik geeignet sind, die technisch möglichen Lösungen zu realisieren. Dabei interessiert insbesondere die internationale Normgenese im Bereich Mikroplastik und Abwasser. Es wird untersucht, inwiefern politische Lösungen mit den technischen Problemen und Herangehensweisen korrespondieren, sowie das mögliche Verhältnis von konsumentenorientierten Lösungen zu technischen 'End-of-pipe-Lösungen', die im REPLAWA-Verbund untersucht werden. ISWW: AP1: Methodenentwicklung Schlammaufschluss für Mikroplastikanalyse und Dotierung halbtechn. Versuche AP2: Untersuchung Einträge in Landwirtschaft und Grundwasser im Verregnungsgebiet Braunschweig AP3: Bilanzierung Mikroplastikfrachten auf Kläranlage Braunschweig, Unterstützung der TU Berlin bei Beprobung weiterer Kläranlagen AP4: Durchführung halbtechn. Versuche zur weitergehenden Mikroplastikabscheidung sowie Schlammfaulung AP6: Entwicklung Handlungsempfehlungen Verbund AP7: Verbundworkshops ISW-IB: AP5: Sozialwissenschaftliche Analyse AP6: Entwicklung Handlungsempfehlungen Verbund AP7: Verbundworkshops.

Wirksamkeit und Kosteneffizienz von produktbezogenen und nachgeschalteten Maßnahmen zur Verminderung des Eintrages von Mikroschadstoffen in die Gewässer

Für viele Mikroschadstoffe, wie z.B. Haushaltchemikalien, Einsatzstoffe in KMUs, Arzneimittel oder Biozide stellt der Eintrag über das kommunale Abwassersystem (Einleitung, Mischwasserabschläge und je nach Anwendungsfall auch Regenwassereinleitungen) den dominierenden Eintragspfad in die Gewässer da. In diesem Vorhaben sollen an wichtigen Vertretern, die bereits teilweise als prioritäre Stoffe der Wasserrahmenrichtlinie geregelt wurden oder geregelt werden sollen (z.B. Diuron oder Diclofenac) das exemplarische Zusammenwirken, die Wirksamkeit und Kosteneffizienz von Stoffregulierungen und nachgeschalteten Maßnahmen (gezielte Eliminierungsstufen in der kommunalen Abwasserbehandlung, Verbesserung der Misch- und Regenwasserbehandlung) untersucht werden. Ziel ist es, geeignete Kombinationen von Maßnahmen und ihre Randbedingungen vorzuschlagen, die sich durch eine hohe Kosteneffizienz auszeichnen. Diese Maßnahmenkombinationen sollen einer Wirkungsabschätzung zugänglich und somit gut in den Planungsprozess der Wasserrahmenrichtlinie integrierbar sein.

Umweltfreundliche Phosphorrückgewinnung auf Basis des P-RoC-Verfahrens: Phosphorbilanz und Wirtschaftlichkeit (P-RoCXL)

Weiterentwicklung des Sprühwäscheprozesses zur Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen

Ziel des Projektes ist die wissenschaftliche Untersuchung und Weiterentwicklung der nachgeschalteten CO2-Abtrennung durch einen Sprühwäscheprozess aus Kraftwerksrauchgasen. Der Fokus liegt in der Entwicklung eines effizienten und wirtschaftlichen Sprühabsorptionsverfahrens unter größtmöglicher Lastflexibilität. Dazu soll der Prozess im Versuchsbetrieb im Technikumsmaßstab optimiert werden, während gleichzeitig besonders geeignete Absorptionsmittel gezielt untersucht und verbessert werden. Die energetische und wirtschaftliche Bewertung des Prozesses ermöglicht die Abschätzung des Energiebedarfs und der CO2-Vermeidungskosten. Für die experimentellen Untersuchungen steht die im Vorgängerprojekt installierte Versuchsanlage zur Verfügung, die punktuell modifiziert werden soll. Schwerpunkte der Betrachtungen liegen auf der Abhängigkeit des Absorptionsprozesses vom Lastfall, d.h. von Rauchgasstrom und -zusammensetzung sowie von der Spraycharakteristik. Auch das dynamische Verhalten beim Übergang zwischen Lastzuständen soll untersucht werden. Für die detaillierte Bestimmung der Absorptionsraten unter realistischen Strömungsbedingungen wird ein Tropfenschwarmabsorber in einen Bypass der Versuchsanlage integriert. Die Ergebnisse sollen die Vorteile der Sprühwäsche gegenüber der Verwendung von Packungskolonnen wie z.B. den flexibleren Lastbereich, niedrigeren Druckverlust und die Verwendbarkeit einer größeren Bandbreite an Absorptionsmitteln nutzbar machen. Weiterhin sollen durch den Einbau von unterschiedlichen Zerstäuberdüsen und Wandabstreifern Möglichkeiten für die Prozessintensivierung betrachtet werden. Die Degradation des Absorptionsmittels wird beobachtet, um Rückschlüsse auf das erforderlichen Solvent Management ziehen zu können. Die energetische und wirtschaftliche Bewertung des Prozesses unter Berücksichtigung von Kraftwerksflexibilität, Anlagenkonfiguration und Absorptionsmitteln hinsichtlich Energiebedarf und CO2-Vermeidungskosten schließt das Projekt ab.

JPI Water Verbundprojekt StARE: Vermeidung der Evolution von Antibiotikaresistenzen, Teilprojekt 1: Untersuchungen zur Evolution von medizinisch bedeutsamen Antibiotikaresistenzen in der Umwelt

Das Projekt zielt (1) auf ein besseres Verständnis der Dynamik von Antibiotika-Resistenzgenen im Abwasser sowie (2) die Entwicklung effizienter Technologien zur Reduzierung von Keimzahlen und Antibiotika-Rückständen im Europäischen Abwasser ab. Die Arbeitsgruppe der TU Dresden entwickelt ein konzeptionelles ökologisches Modell, welches den Prozess des Gentransfers sowie den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Ausbreitung resistenter Bakterien in Fließgewässern beschreibt. Die Arbeitsgruppe ist weiterhin mit der praktischen Detektion und Quantifizierung von Antibiotika-Resistenzgenen im Abwasser sächsischer Kläranlagen beschäftigt.

OPUS - Organisationsmodelle und Informationssysteme für den produktionsintegrierten Umweltschutz - Phase II: Anwendung, Verbundprojekt: OPUS-Organisationsmodelle und Informationssysteme fuer einen produktionsintegrierten Umweltschutz

Eines der wesentlichen Aufgabenfelder produzierender Unternehmen ist es zukuenftig, neben Massnahmen zur Steigerung der Produktivitaet auch die Beherrschung bzw. Reduzierung der produktions- und produktbezogenen Umweltbelastungen zu erzielen. Produzierende Unternehmen tragen heute aufgrund des hohen Material- und Energieeinsatzes sowie der entstehenden Reststoffe in betraechtlichem Umfang hierzu bei. Sogenannte 'End-of-pipe'-Technologien reduzieren die Auswirkungen durch additive Massnahmen, ohne jedoch nachhaltige Veraenderungen zu bewirken. Daneben bieten jedoch gerade auch organisatorische und informationstechnische Massnahmen innerhalb der Produktentwicklung, der Arbeitsvorbereitung und Produktionsplanung und -steuerung wichtige Ansatzpunkte, Auswirkungen auf die Umwelt gezielt zu reduzieren. Erst die Integration dieser Bereiche und deren umweltorientierte Ausgestaltung ermoeglichen eine nachhaltige Einbeziehung von Umweltaspekten in die Auftragsabwicklung. Das vom Projekttraeger Umwelttechnik des Umweltministeriums fuer Bildung und Forschung gefoerderte Projekt OPUS widmet sich der Fragestellung, wie eine derartige umweltorientierte Auftragsabwicklung in Unternehmen zu organisieren ist und durch welche informationstechnische Massnahmen und Systeme eine flankierende Unterstuetzung gewaehrleistet werden kann. Die dafuer notwendigen Grundlagen werden in Form von Methoden, Modellen und Prototypen erarbeitet und in einer weiteren Phase in industriellen Anwendungsbetrieben umgesetzt, eingefuehrt und evaluiert.

Natürliche Wassersysteme und Technologien zur Behandlung von Wasserknappheit in urbanen Gebieten in Indien (NaWaTech)

Eine hinreichende Wasserversorgung und ein Abwassersystem zu gewährleisten, ist besonders in Ballungsgebieten eine Herausforderung für Regierungen weltweit. Die prognostizierten dramatischen globalen Veränderungen machen diese Aufgabe noch schwieriger. Bevölkerungswachstum, Verstädterung, die voranschreitenden Industrialisierung, der Klimawandel und ein drastischer Anstieg des Wasserverbrauchs belasten urbane Wasserressourcen massiv. Um die Wasserknappheit in Ballungsgebieten zu regulieren, braucht es einen Paradigmenwechsel vom konventionellen end-of-pipe-Wassermanagement (nachgeschaltete Maßnahmen) hin zu einem integrierten Ansatz. Dieser integrierte Ansatz sollte verschiedene Elemente beinhalten. Hierzu zählen: (i) Maßnahmen für den gesamten städtischen Wasserkreislauf (sowohl Ab- als auch Frischwasser werden hier als Bestandteile von Wasserressourcen im Allgemeinen betrachtet); (ii) Optimierung des Wasserverbrauchs durch die Wiederverwendung von Abwasser und durch das Verhindern der Verunreinigung von Frischwasser; (iii) Priorisierung von natürlichen und technischen Kleinanlagen, die flexibel und kosteneffizient sind und nur einen minimalen Instandhaltungsaufwand erfordern. Solche Anlagen, wie z.B. Pflanzenkläranlagen, Rigolenversickerung, Bodenfilterung und Uferfiltration, fördern die naturnahe Wasserreinigung und -speicherung. Außerdem haben kompakte technische Anlagen wie SBR (Sequencing Batch Reactor) und MBR (Membranbioreaktoren) in den letzten Jahren einen großen Entwicklungsfortschritt gemacht. Darüber hinaus können sie große und stark variierende Schadstoffbelastungen aufnehmen, saisonale Fluktuationen in der Wasserverfügbarkeit ausgleichen und in die Stadtplanung als grüne Infrastruktur, die zusätzliche sozioökonomische Vorteile wie z.B. Erholungsmöglichkeiten bietet, integriert werden. In Europa werden diese Systeme seit vielen Jahren entwickelt und das Potential für ihre Anwendung in Entwicklungs- und neu-industrialisierten Ländern ist weithin anerkannt. Allerdings herrschen in Indien und vielen weiteren Entwicklungs- und neu-industrialisierten Ländern in wärmeren Klimazonen andere Umweltbedingungen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen zielt das Projekt NaWaTech auf die Maximierung des Nutzens von natürlichen und kompakten technischen Systemen und Prozessen für das effektive Management von kommunalen Wasserressourcen, von Wasserversorgung und Abwasserentsorgung und von kommunalen Wasserkreisläufen in städtischen Gebieten in Indien. (Text gekürzt)

Dienstleistungen zur Unterstützung der Weiterentwicklung von Systemen zur Abgaswärmenutzung und Abgasnachbehandlung

Ermittlung des Standes der Technik bei Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln unter Betrachtung von Klimaschutzmaßnahmen

Ausgangslage: Das Umweltbundesamt wird regelmäßig um Mitwirkung und das Einbringen von Expertise bei Projekten im Bereich der Holzmöbelherstellung gebeten. So wirkt das Umweltbundesamt u.a. als wissenschaftlicher Partner bei der Carbon Performance Improvement Initiative (CPI2) und bringt hierfür fachlichen Input zur Berücksichtigung hoher Umwelt- und Klimaschutzstandards ein. Für die Erstellung von fundierten Beiträgen zu solchen Projekten und zur Weiterentwicklung der fachlichen Expertise im Umweltbundesamt ist es notwendig, den deutschen Stand der Technik für die Holzmöbelbranche zu ermitteln. Zielstellung: Ziel des Vorhabens ist es, den Stand der Technik in Deutschland bei Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln zu ermitteln. Zusätzlich sollen auch klimarelevante Umweltentlastungspotentiale identifiziert werden. Es sind konkrete Daten und Beispiele für fortschrittliche produktionsintegrierte und nachgeschaltete Maßnahmen in Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln zu sammeln und zu bewerten. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen u.a die Carbon Performance Improvement Initiative im Bereich der Holzmöbel unterstützen. Methodik: Für die emissionsrelevanten Teilprozesse, wie Beschichtung, Konfektionierung und direkt mit der Möbelherstellung assoziierte Feuerungsanlagen, sind die entsprechenden Emissionen (z.B..Staub, VOC, Formaldehyd, NOx, CO), Verbräuche (Chemikalien-, Wasser-, Energieverbräuche) sowie Emissionsminderungsmaßnahmen zu ermitteln und in Form von fact sheets darzustellen. Zusätzlich sind für den gesamten Prozess der Möbelherstellung Techniken zur Verminderung und Vermeidung von CO2-Emissionen zu beschreiben. Hierfür sind zwei Fachveranstaltungen sowie Anlagenbesichtigungen geplant.

Möglichkeiten der CO2-armen Zementklinkerherstellung auf Basis von CCS Technologien

Das Forschungsvorhaben unterteilt sich in die folgenden Teilschritte: - Prozessanalyse/ Modellbildung: Eine detaillierte Analyse des konventionellen Zementherstellungsprozesses bildet die Basis für alle weiteren Schritte zur Anpassung des Prozesses an die Oxyfuel-Technologie. Die Analyse hat das Ziel, ein realistisches Prozessmodell, hier in AspenPlus®, zu erstellen. Mit dem für eine typische Anlagengröße erstellten Modell ist dann eine stoffliche und energetische Bilanzierung des konventionellen Zementherstellungsprozesses möglich. Die gewonnenen Daten sollen mit den Daten realer Anlagen validiert werden. Mit Hilfe des erstellten Simulationsmodells werden die wesentlichen Einflussparameter auf die CO2- und die Energiebilanz des Gesamtprozesses bestimmt. - Konzeptentwurf auf der Basis der Oxyfuel-Technologie: In einem ersten Entwurf wird die Wärmebereitstellung für den Klinkerherstellungsprozess auf Oxyfuel-Bedingungen umgestellt. Dafür sind unter Wahrung aller typischen Prozessparameter eine Luftzerlegungsanlage und eine Rauchgasrückführung zu ergänzen. Daraus lässt sich bei ansonsten unveränderter Anlagenkonfiguration erkennen, ob und an welcher Stelle des nur leicht modifizierten Prozesses die Abgasqualität die Anforderungen für eine ausreichend hohe CO2-Abtrennrate erfüllt. Dieses erste Simulationsmodell dient als Basis für die weitere energetische Optimierung und der Untersuchung weiterer Konzepte des Zementherstellungsprozesses mit Oxyfuel-Technologie mit Anpassungen an eine maximale CO2-Abtrennrate bei entsprechender CO2-Reinheit. - Bewertung des neu erstellten Konzepts für eine CO2-arme Zementherstellung: Der als realisierbar eingeschätzte Konzeptentwurf wird abschließend hinsichtlich seiner zusätzlichen Kosten für die CO2-Abtrenung und für die Anlagentechnik sowie auf sein Betriebsverhalten (An- und Abfahren, eventuell Laständerungen) mittels des Simulationsmodells untersucht. - Anwendung eines Post-Combustion Prozesses mit chemischem Lösungsmittel auf den Zementherstellungsprozess zur CO2-Abtrennung und Vergleich desselben mit dem Oxyfuel-Prozess: Zum Vergleich mit dem Oxyfuel-Prozess soll auch ein Post-Combustion Prozess mit einem chemischen Lösungsmittel zur CO2-Abscheidung beim Zementherstellungsprozess betrachtet und simuliert werd. Die ermittelten Kennzahlen sollen einen energetischen Vergleich mit dem Oxyfuel-Prozess und eine überschlägige Dimensionierung des CO2-Abtrennungsprozesses ermöglichen. Schlagwörter: Umweltfreundliche Zementherstellung; CO2-Abtrennung; Oxyfuel-Prozess; Post-Combustion Prozess; Modellierung; Integration des Gesamtprozesses

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