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Biokunststoffe aus Abfallstoffen der Lebensmittelindustrie

In den letzten Jahren sind biologisch Biokunststoffe immer mehr zum Forschungsinteresse geworden. Die Gründe liegen einerseits in der Suche nach Alternativen zur Verwendung von Kunststoffen auf Erdölbasis angesichts der zur Neige gehenden Erdölreserven und andererseits am Anwachsen der Müllberge und den damit verbundenen Problemen. Biokunststoffe können wie konventionelle Kunststoffe für eine große Vielfalt von Produkten, eingesetzt werden. Vor allem für kurzlebige Güter, wie Verpackungen oder Catering-Artikel sind Produkte aus Biokunststoff in höchstem Maße geeignet. Biokunststoffe werden aus nachwachsenden Quellen gewonnen und sind durch Mikroorganismen, also durch Kompostierung wieder abbaubar. Das vorliegende Projekt befasst sich mit Polyhydroxyalkanoaten (PHA), diese unterscheiden sich von anderen Biokunststoffen durch vorteilhafte Eigenschaften, wie Gasbarriereeigenschaften, Wasseraufnahme und Schmelztemperatur. Im Rahmen des beantragten Impulsprojektes soll ein wirtschaftlicher und ökologischer Prozess zur Herstellung von PHA entwickelt werden. Die Herausforderung liegt darin, ein neues Verfahren zu entwickeln, in dem einerseits auf die gegenseitige Wechselwirkung der einzelnen Grundoperationen bedacht genommen wird und andererseits danach getrachtet wird, Prozessnebenprodukte, nicht als Abfallströme aus dem Prozess ausschleusen zu müssen, sondern durch geeignete Aufbereitung wieder in den Prozess rückzuführen. Maximale Kreislaufschließung soll ermöglichen, ein Produkt, das den Anforderungen an Ressourcenschonung, Deponieentlastung und Abfallverarbeitung genügt, in einem Verfahren der Cleaner Produktion herzustellen.

WD 8 - 192/06 Umweltbelastungen durch Biokraftstoffe

Sachstand des wissenschaftlichen Dienstes des Deutschen Bundestages. 8 Seiten. Auszug der ersten drei Seiten: Umweltbelastungen durch Biokraftstoffe - Sachstand - © 2006 Deutscher Bundestag WD 8 - 192/2006[.. next page ..]Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages Umweltbelastungen durch Biokraftstoffe Sachstand WD 8 - 192/2006 Abschluss der Arbeit: 28.09.2006 Fachbereich WD 8: Umwelt, Naturschutz, Reaktorsicherheit, Bildung und Forschung Ausarbeitungen und andere Informationsangebote der Wissenschaftlichen Dienste geben nicht die Auffassung des Deutschen Bundestages, eines seiner Organe oder der Bundestagsverwaltung wieder. Vielmehr liegen sie in der fachlichen Verantwortung der Verfasserinnen und Verfasser sowie der Fachbereichsleitung. Die Arbeiten der Wissenschaftlichen Dienste sind dazu bestimmt, Mitglieder des Deutschen Bundestages bei der Wahrnehmung des Mandats zu unterstützen. Der Deutsche Bundestag behält sich die Rechte der Veröffentlichung und Verbreitung vor. Diese bedürfen der Zustimmung des Direktors beim Deutschen Bundestag.[.. next page ..]-3- 1. Einleitung 1 Biokraftstoffe finden in Öffentlichkeit, Medien und Politik immer mehr Interesse. Das hängt vor allem mit den stetig steigenden Benzinpreisen zusammen. Aber auch das Wissen um die zu Ende gehenden Erdölreserven hat die Suche nach alternativen Ener- gieträgern intensiviert. Ebenso spielen umweltpolitische Argumente hier eine wichtige Rolle. Immer wieder wird auf die vergleichsweise geringere Umweltbelastung durch die Verwendung von Biokraftstoffen gegenüber fossilen Energieträgern hingewiesen. Dies gilt vor allem für die CO2-Neutralität: „Wie die Bundesregierung betont, verursacht der Verkehr in Deutschland derzeit Kohlendioxid- emissionen von rund 175 Millionen Tonnen pro Jahr. Biokraftstoffe der ersten Generation ver- ringerten diese Emissionen bereits heute deutlich. Unter der Annahme, dass bis 2010 etwa 2,8 Millionen Tonnen Biodiesel und rund eine Million Tonnen Bioethanol verwendet werden, würde das zu einer Verringerung des Kohlendioxidausstoßes im Verkehr von etwa 7,3 Millio- nen Tonnen jährlich führen. Dies wären rund 4,2 Prozent des heutigen Kohlendioxidausstoßes 2 im Verkehr oder rund 0,8 Prozent des gesamten Kohlendioxidausstoßes in Deutschland.“ Weiter heißt es: „Der Ersatz fossiler Kraftstoffe durch Biodiesel führt nach Darstellung der Regierung zu einer Verminderung der Treibhausgasemissionen. Die Regierung schätzt, dass der Nettoenergiege- winn etwa 60 Prozent des Energiegehalts des Biodiesels entspricht. In gleicher Größenordnung würden die Treibhausgasemissionen vermindert. Nach einem Gutachten des IFEU-Instituts zur Erweiterung der Ökobilanz für Biodiesel würden durch jeden Liter Biodiesel 2,2 Kilogramm Kohlendioxid eingespart (…). Darüber hinaus würde der Einsatz von Biodiesel zu einer 40- bis 60-prozentigen Minderung der Feinstaubemissionen führen. Im vergangenen Jahr sei in Deutschland auf einer landwirtschaftlichen Fläche von rund einer Million Hektar Raps angebaut worden. Dies entspreche rund 8,5 Prozent in Deutschland insgesamt zur Verfügung stehenden 3 Ackerfläche (…). “ 1 Zu den Biokraftstoffen werden u.a. gezählt: Bioethanlo, Biodiesel, Biogas, Biomethanol und Bio- wasserstoff. Vgl. dazu ausführlich: http://de.wikipedia.org/wiki/Biokraftstoff 2 http://www.bundestag.de/aktuell/hib/2006/2006_116/07.html 3 Ebenda. Vgl. auch „Biokraftstoffe auf der Basis heimischer Erzeugung könnten die Importabhän- gigkeit vom Erdöl verringern, heißt es in der Antwort. Dazu würde die Einfuhr von Biokraftstoffen beitragen, zumal es hier mehr Erzeugerländer gebe, die zudem nicht zu den politisch instabilen Re- gionen zählten. Darüber hinaus könnte dadurch Beschäftigung in ländlichen Räumen geschaffen werden.“ Ebenda.

Prognose residualer Sättigungen in porösen Medien

Die quantitative Prognose von Restsättigungen ist ein altes Problem der Physik poröser Medien. Fortschritte bei der Lösung dieses Problems sind von zentraler Bedeutung für die Schätzung der produzierbaren Erdölreserven, die Optimierung der Entwässerung von Brennstoffzellen, das Energiesparpotential bei Baustoffen, die Sättigung und Blockade von Katalysatoren und Filtern, die Restfeuchte von Dämmen im Küsten- und Hochwasserschutz, Kapillareffekte bei der Endlagerung radioaktiver Abfälle, oder residuale Schadstoffsättigung nach Altlastensanierung. Die existierende Theorie der Mehrphasenströmungen erlaubt keine Prognose dieser Restsättigungen. Vielmehr gehen die Restsättigungen als Materialparameter in die Gleichungen ein, obwohl experimentell bekannt ist, dass sie raumzeitlich mit den Unbekannten variieren. Vor kurzem wurde erstmals ein geschlossenes Gleichungssystem hergeleitet, in welchem die Restsättigungen nicht als Parameter sondern als Unbekannte auftreten. Wichtig ist dabei, dass die traditionelle Theorie als Grenzfall in den neuen Gleichungen enthalten ist. Die neuen Gleichungen wurden bisher nur in wenigen Spezialfällen analytisch gelöst. Im hier beantragten Projekt sollen die Gleichungen mit Hilfe bekannter numerischer Verfahren gelöst werden. Damit sollen erstmals quantitative Vorhersagen für Restsättigungen aus den Gleichungen gewonnen werden.

„Tüten aus Bioplastik sind keine Alternative“

<p>Landen Plastiktüten in der Natur, belasten sie das Ökosystem auf Jahrhunderte. Biologisch abbaubare Kunststoffe sind aber keine Lösung, sagt Gerhard Kotschik, UBA-Verpackungsexperte.</p><p>Die Vorsilbe „bio“ hat zwei Bedeutungen. Einmal kann sie für biobasiert stehen,&nbsp; also aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, etwa auf Stärkebasis aus Mais oder Kartoffeln. Oder „bio“ bezeichnet die Fähigkeit, dass der Kunststoff biologisch abgebaut werden kann. Ganz wichtig: Nicht jeder Kunststoff aus nachwachsenden Rohstoffen ist biologisch abbaubar. Genauso sind nicht alle biologisch abbaubaren Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.</p><p>Am Material der Tüte kann man das nicht erkennen. Verbraucher haben in der Regel nur die Möglichkeit, auf Angaben auf der Plastiktüte zu achten. Steht also auf der Tüte „biologisch abbaubar“, so bezieht sich dies nur auf die Abbaubarkeit und nicht auf die Herkunft der Rohstofffe. Steht dort „Biokunststoff aus nachwachsenden Rohstoffen“ oder ähnliches so heißt dies nicht, dass die Tüte biologisch abbaubar ist. Auch ist nicht sichergestellt, dass die Tüte aus 100 Prozent nachwachsenden Rostoffen besteht.</p><p>Nein,&nbsp; die Idee, Biokunststoffe herzustellen, ist recycelt: Früher wurden Kunststoffe fast ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, etwa bis in die 30er Jahre des vergangenen Jahrhunderts. Erst seit Ende des Zweiten Weltkriegs nutzt man in der Kunststoffherstellung fossile Rohstoffe wie Erdöl oder Erdgas. Weil fossile Rohstoffe knapper werden und potentiell dem ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>⁠ schaden, setzen einige Hersteller wieder auf die Ursprungsvariante.</p><p>Zum Beispiel in Plastiktüten und Flaschen - diese Produkte haben aber nur geringe Marktanteile. Teilweise werden biobasierte Kunststoffe mit erdölbasierten Kunstoffen kombiniert, sodass die Produkte nicht zu 100 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden.</p><p>Das ist ein bißchen eine Mogelpackung. Bei der Kompostierung zerfallen viele biologisch abbaubare Kunststoffe nämlich nur unter den definierten Bedingungen von industriellen Kompostierungsanlagen. Auf den Komposthaufen zu Hause sollten sie nicht geworfen werden, da hier andere Feuchte- und Temperaturbedingungen herrschen und sie sich dort nicht oder nur mit einer deutlich längeren Zerfallszeit zersetzen. In der Regel entstehen aus biologisch abbaubaren Kunststoffen auch keine wertvollen Bodenbestandteile, sondern es findet lediglich ein Abbau zu ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Kohlendioxid_CO2#alphabar">Kohlendioxid (CO2)</a>⁠ und Wasser statt.</p><p>Teils, teils. Tatsächlich spart die Herstellung biobasierter Tüten und ihre Entsorgung gegenüber den herkömmlichen Tragetaschen CO2 ein. Und auch die Erdölvorräte werden geschont, weil der Produktionsprozess mit weniger Erdöl auskommt. Aber: biobasierte Kunststoffe bringen neue Probleme mit sich. Der Anbau der „Plastikrohstoffe“ wie Mais, Kartoffeln oder Zuckerrohr wirkt sich negativ auf die Umwelt aus. Denn auch hierfür wird Erdöl benötigt, zum Beispiel für die Herstellung von Diesel und Düngemitteln. Zudem wird der Boden oft überdüngt, was dazu führt, dass Nährstoffe in Flüsse und Seen gelangen. Dies beschleunigt das Wachstum von Algen, was die Gewässer belastet und Fische sterben lässt. In der Regel werden beim Anbau ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Pestizide#alphabar">Pestizide</a>⁠ und teilweise gentechnisch veränderte Organismen eingesetzt. Aus den geernteten Pflanzen muss dann in Fabriken Plastik erzeugt werden was wiederum zu Umweltbelastungen führt. Unterm Strich muss man deshalb derzeit sagen: Biobasierte Kunststoffe sind noch längst nicht umweltfreundlicher als herkömmliche Kunststoffe.</p><p>Schaut man auf die Ökobilanz, bringt die biologische Abbaubarkeit bei Kunststoffen keine Vorteile und ein Abbau auf dem eigenen Komposthaufen ist nicht sichergestellt. Da sie sich beim Abbau wie bei der Verbrennung in CO2 und Wasser auflösen und keine wertvollen Bodenbestandteile bilden, schneidet die energetische Verwertung – das Verbrennen in der Müllverbrennung also – sogar besser ab. Biologisch abbaubare Kunststoffe sollten daher, solange sie nicht vernünftig recycelt werden können, energetisch verwertet werden. Die bei der Verbrennung freiwerdende Energie lässt sich so immerhin als Strom oder Wärme nutzen.</p><p>Auch Einwegtüten aus Papier schneiden in Ökobilanzen nicht besser ab als konventionelle Plastiktüten. Am besten für die Umwelt ist daher immer noch der wiederverwendbare Einkaufbeutel, der möglichst lange benutzt wird.</p><p>Mit Mehrwegtaschen sind sie auf der sicheren Seite. Das kann ein Stoffbeutel sein, ein Netz auf Kunststoff, der gute alte Korb oder ein Rucksack. Wirklich umweltfreundlich ist alles, was öfter benutzt wird. Tüten aus Biokunstoffen sind jedenfalls keine umweltfreundliche Alternative.</p>

Foresnab - Sustainable use of forest resources as nano-scale building blocks for functional biocomposites and devices

Short project description: The integration of sustainable and biorenewable resources into functional polymer nanocomposites offers high potential for replacement of traditional polymers based on petroleum derivates, and will have an impact on general concerns about global warming, energy supply and recycling. In this research proposal, the polymeric wood constituents including lignin, hemicellulose and cellulose will be converted into nanomaterials that are created by top-down or bottom-up engineering. The integration of renewable nanocomponents in combination with sustainable interface engineering and biopolymer matrixes will allow to create fully bio-renewable polymer nanocomposites with structural or functional properties. The formulation of the nanoscale cellulose materials and the selection of biopolymer matrixes are presented, but the main focus of this research will be put on fundamental fiber-matrix engineering by introducing novel nanoparticles that control adhesive and hydrophobic properties. The organization of cellulose-based materials into target structures will provide materials with good reinforcement and high functionality. This research balances between different engineering disciplines, ranging from materials science to chemistry and mechanical engineering, ranging from nanoscale to microscale data interpretation.

Nanoscale perovskite-supported catalysts for the exhaust after treatment of natural gas vehicles with very low precious metal content

Palladium-doped perovskite catalysts for natural gas vehicles Alternative low noble metal-content (e.g. palladium) catalysts will be developed for the after treatment of the exhaust of natural gas fuelled vehicles. Material development will be pursued by combining innovative synthesis procedures with catalytic and spectroscopic analyses under close-to-real operation conditions. Background The CO2 risk, scarce oil resources and the increasing number of vehicles as well as the resulting increasingly stringent emission regulations demand for the development of alternative fuels. Natural gas, which contains more than 90Prozent methane, is an alternative fuel with less NOx and CO2 emissions compared to gasoline or diesel; furthermore, it offers the possibility to be blended easily with any amount of biogas. However, a catalytic converter is needed to remove remaining traces of methane from the exhaust. Aim The project aims at developing suitable automotive catalysts with novel formulation, reduced precious metal (e.g. palladium) content and increased long-term stability. The catalytic behaviour of selected materials will be pursued by analysing their structure, chemical state and reactivity under the cyclic reducing-oxidizing conditions typical of automotive catalysts. The intrinsic property of perovskite metal oxides to allow precious metal atoms to enter the crystal lattice and exit to the surface under oxidizing and reducing conditions, respectively, is exploited. Significance The current industrial development of suitable exhaust catalysts for the abatement of pollutant gases from natural gas vehicles is limited to the adaptation of present gasoline vehicle catalysts to natural gas operation. This project will provide a novel concept for the design of alternative automotive catalysts based on the results of combined analysis of catalytic and spectroscopic tests under conditions relevant to operation. Application he selected materials from laboratory tests will be lined on monoliths and tested in a real exhaust to evaluate the competitiveness with present formulations. The results should initiate follow-up work for the production of new effective natural gas vehicle catalysts with low noble metal contents. Due to the increasing interest for the use of natural gas and biogas as alternative fuels for passenger vehicles, city busses and utility vehicles, specific attention must be paid to the development of catalysts for the abatement of methane from the exhaust of natural gas vehicles.

Nachwuchsgruppe: Neue Werkstoffe aus modifizierten Polysacchariden

Das Thema beinhaltet die Polymer-Materialentwicklung auf der Grundlage von nachwachsenden Rohstoffen. Im Zuge der wachsenden Diskussionen über die noch vorhandenen restlichen Erdölreserven ist es von zunehmender Bedeutung, dass Materialien auf Basis petrochemischer Polymere durch geeignete Produkte auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen ergänzt bzw. ersetzt werden. Das Hauptziel des Projektes war die Entwicklung von sowohl Verpackungs- und Konstruktionsmaterialien als auch von Funktionsmaterialien auf Basis von modifizierten Polysacchariden. Der hier verfolgte Ansatz bestand in einem Baukastenprinzip, bei dem neu entwickelte Stärke-Mischderivate (NTPS - Neue Thermoplastische Stärken) als Grundbaustein für Commodity und Strukturmaterialien dienten. Diese zu entwickelnde Materialklasse vereint in sich usw.

AMETHYST - Satellite Hydrographic Monitoring and Assessment of Environmental Trends along the Russian Arctic Coast

Rasche Veränderungen der Küstenlinien, das Fehlen von aktuellen hydrographischen Datenbanken und die oftmals unzulängliche Qualität vorhandener Karten sind bedeutende Hindernisse für eine anhaltende Entwicklung und ein Küstenmanagement in der russischen Arktis. Im Rahmen dieses Projektes werden satellitengestützte hydrographische Überwachungsmethoden zur Erkennung, Messung, Interpretation, Vorhersage und Dokumentation von signifikanten hydrographischen Küstenveränderungen in der westlichen russischen Arktis (WeRA) auf regionaler und lokaler Ebene entwickelt. Tendenzen in der Entwicklung der Küstenlinien werden ermittelt und Expertise bezüglich Perspektiven und Risiken der Seefahrt in der WeRA unter Einbeziehung klimatischer Trends, ökologischer Aspekte und ökonomischer Effekte bereitgestellt. Die Ergebnisse werden in die regionale Küsten-Referenzdatenbank (RECORD) integriert und umfassen: - Die Projektergebnisse sind: - eine Bestandsaufnahme der abnehmenden Eisküsten, - Karten hinsichtlich Navigationsgefahren und schädlicher Eingriffe in das Küsten-Ökosystem, - eine Dokumentation bzgl. bevorzugter Schiffsrouten, - fundierte Empfehlungen für Umweltschutzmaßnahmen und - notwendige kartographische Arbeiten im Studiengebiet. Die Ergebnisse werden sowohl mit Kontrolldaten als auch durch Vergleich mit Ergebnissen aus anderen Untersuchungen verifiziert. Vertrauenswürdige und zeitgemäße Daten über Küstenveränderungen, die Verteilung von Meereis und Eisbergen in Küstengewässern, Gezeiteneffekte, Strömungen etc. werden für die Durchführung langzeitiger ökonomischer Projekte, wie z.B. die Suche und vernünftige Verwertung von Öl- und Gasvorkommen in dieser unwirtlichen Gegend benötigt.

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