Das Projekt "IBÖ-04: OLOEL - Grüne Olefine aus Pflanzenölen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC), Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) durchgeführt. Das eingereichte Projekt verfolgt das Ziel, einen alternativen, nachhaltigen Weg zur Herstellung wichtiger Grundchemikalien der industriellen Chemie auf der Basis von biogenen Rohstoffen zu erschließen. Leichte Olefine wie Ethen und Propen zählen mengenmäßig zu den herausragenden Basischemikalien, die in komplexen Wertschöpfungsketten zu unverzichtbaren Massenprodukten unseres Alltags verarbeitet werden. Im hier vorgestellten Projekt ist geplant, die bislang ausschließlich erdölbasierte Gewinnung von Ethen und Propen durch einen vollkommen neuen Ansatz des katalytischen Crackens von Pflanzenölen und tierischen Fetten oder ihres chemischen Bausteins Glycerin zu ersetzen. Dabei sollen Bioabfälle als Ausgangsmaterial für die Gassynthese eingesetzt und Versuche zur Optimierung der verschiedenen Katalysatoren durchgeführt werden. Die Ergebnisse werden anhand von Gaschromatographie, thermogravimetrische Analyse sowie Licht - und Elektronenmikroskopie bewertet. Ein Upscaling der Prozesse und das kommerzielle Potential des Vorhabens werden geprüft.
Das Projekt "Geräte für die Erhöhung der Verwertbarkeit fett- und ölhaltiger Abwässer in Biogasanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Umwelttechnik, Lehrstuhl Abfallwirtschaft durchgeführt. Das Projekt 'Erhöhung der Verwertbarkeit fett- und ölhaltiger Abwässer in Biogasanlagen' dient der Vergrößerung des Einsatzspektrums von Substraten in Biogasanlagen. Hierbei soll die Verwertung von organischen Abwässern, insbesondere von industriellen Produktionsrückständen wie z.B. flüssige Abfälle von Schlachtbetrieben oder Rohglycerin aus der Biodieselproduktion im Fokus stehen. Solche Abwässer mit hohem Anteil organischer Substanzen weisen häufig einen erheblichen Fett- oder Ölanteil auf. Fett besitzt aufgrund seiner chemischen Struktur einen hohen Energiegehalt. Es können bis zu 1.225 Normliter Biogas pro Kilogramm organischer Trockenmasse gewonnen werden. Dies ist mit Abstand das Substrat, welches die höchsten Biogaserträge liefert. Grundsätzliches Ziel ist es daher, diese fettreichen, flüssigen Rückstände einer energetischen Nutzung durch Biogasgewinnung zuzuführen. Aus der Praxis ist bereits bekannt, dass der Einsatz von fettreichen Substraten ohne Vorbehandlung aufgrund der Dichteunterschiede zwischen Flüssigkeit und Fett zur Ausbildung einer Schwimmschicht im Fermenter führt. Dadurch ist der fetthaltige Anteil für die Mikroorganismen nur schwer zugänglich und kann größtenteils nicht in Biogas umgesetzt werden. Insgesamt wirkt sich eine Schwimmschicht auf der Flüssigkeitsoberfläche negativ auf den Prozess aus bzw. führt außerdem zu erheblichen Störungen im verfahrenstechnischen Ablauf. Aufgrund dieser Probleme und dem hohen Energieverbrauch von Rührern zur Unterbindung der Schwimmschichtbildung ist der Einsatz von Substraten mit hohen Fettgehalten für Biogasanlagen bisher wirtschaftlich uninteressant. In diesem Projekt soll durch den Einsatz eines Emulgators ein Verfahren entwickelt werden, dass eine energetische Verwertung fettreicher Abwässer ermöglicht. Durch Emulgieren werden die Fettpartikel zerkleinert und mit der übrigen wässrigen Prozessflüssigkeit zu einer stabilen Öl-in-Wasser-Emulsion vermischt. Dies soll die Schwimmdeckenbildung unterbinden und außerdem die Fettoberfläche bzw. Reaktionsfläche für die Bakterien vergrößern. Damit sind Fette und Öle besser zugänglich und deren Abbau in der Hydrolyse wird intensiviert. Zusätzlich werden im Projekt die Fermentationsprozesse an das fetthaltige Substrat angepasst. In diesem Fall bietet sich ein zweistufiges Biogasverfahren mit räumlicher Trennung von Hydrolyse und Methanstufe an. Dadurch kann die Stufe der Hydrolyse, in welcher die Spaltung der Fettmoleküle in Fettsäuren und Glycerin stattfindet, separat gesteuert und der Fettabbau überwacht werden. Die Hydrolyse erfolgt in einem Festbettreaktor der vom emulgierten Substrat durchströmt wird. Durch den Verfahrensschritt der Emulgierung ist davon auszugehen, dass der Gesamtprozess verbessert werden kann und eine höhere Biogasausbeute erzielt wird. Eine Emulgator-Einheit könnte in bereits bestehende Biogasanlagen bzw. beim Neubau von Anlagen integriert werden. Die Technologie könnte verstärkt für die Vergärung von Abwässern eingesetzt
Das Projekt "Recycling und Aufarbeitung von Abfaellen aus der Herstellung von synthetischem Glycerin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Solvay-Akali, Werk Rheinberg durchgeführt. Die bei der Herstellung von synth. Glycerin anfallenden Rueckstaende, die hauptsaechlich Di- und Polyglycerin und bis zu 40 v.H. anorg. Salze und Verunreinigungen enthalten, sollen nicht wie bisher in eine Untertagedeponie verbracht sondern recycliert und aufgearbeitet werden. Dazu soll eine Versuchsanlage erprobt werden, die im wesentlichen aus den Stufen a) Verduennung und Vorentsalzung, c) Eindampfung und d) Destillation und Abfuellung besteht. Kernstueck ist die Entsalzungsstufe, die insbesondere die Fortentwicklung des Ionenaustauschverfahrens fuer stark salzhaltige und verunreinigte Loesungen beinhaltet. Bei Gelingen des Vorhabens entfallen ca. 500 t/a Abfall, und es werden die Produkte Di- und Polyglycerin gewonnen.
Das Projekt "KSI: SNG und LPG aus biogenen Reststoffen - technische Machbarkeit und Verwertungspotenzial" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Thema: Dieses Vorhaben untersucht die prinzipiell möglichen, aber bisher noch nicht technisch realisierten Nutzungspfade biogener, fett- und ölbasierter Reststoffe und Koppelprodukte durch katalytisches Cracken in hochwertige gasförmige Kohlenwasserstoffgemische wie Erdgassubstitut ('Substitute Natural Gas' - SNG) und Flüssiggas ('Liquified Petroleum Gas'- LPG). Auf ihre Eignung geprüft werden Einsatzstoffe wie Abscheideröle, Glycerin aus der Biodieselproduktion und Fettsäure- und Ölrückstände aus der Fettsäureherstellung sowie der Pflanzenölverarbeitung. Ziele: Die Anwendung des katalytischen Crackens zur gezielten Konversion pflanzlicher Öle und Fette und ihrer Derivate in hochkalorige Brenngase soll hier erstmals als Nutzungspfad für biogene Reststoffe und Koppelprodukte untersucht werden. Am Ende des Projektes sollen belastbare Informationen darüber vorliegen, welche Einsatzstoffe sich hierfür eignen, wie die Katalysatoren und Prozessbedingungen ausgewählt werden sollten und welche Produktqualitäten erzielbar sind. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen sollen in einer Potenzialstudie die wichtigsten Endprodukte und ihre Anwendungen aufgezeigt und miteinander sowie mit den konkurrierenden Verwertungsrouten der Einsatzstoffe verglichen werden. Neben den sonstigen Brenngasanwendungen deckt das Projekt mit den Produkten 'Bio-SNG' und 'Bio-LPG' insbesondere auch beide technisch relevanten Gasgemische des Mobilitätssektors (Erdgasantriebe, Autogasantriebe) ab. Ein spezielles Zielprodukt des Vorhabens ist ein Brenngasgemisch (LPG oder ähnliche Gaszusammensetzung), mit welchem Biomethan zu netzeinleitbaren Erdgasqualitäten aufgewertet werden kann. Damit soll eine Möglichkeit zur wirtschaftlichen Herstellung von komplett biogenem, spezifikationsgerechtem SNG aufgezeigt werden. Schließlich soll im Rahmen einer Verfahrensentwicklung auf Basis der Laborergebnisse die Umsetzung des Prozesses in den Technikums- und Produktionsmaßstab konzipiert und eine erste belastbare Abschätzung erwartbarer Produktionskosten vorgelegt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 7: 3.1.1. Hydrotreating (HT) von Rapsoel; Teilvorhaben 10: 3.1.4 Derivatisierung von Glycerin zu Kraftstoffkomponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Veba Öl AG durchgeführt. Der Einsatz von Rapsoel in einer Mineraloelraffinerie wurde in Vorprojekten, die mit Unterstuetzung des Landwirtschaftsministeriums von Niedersachsen durchgefuehrt wurden, untersucht. Dabei wurde die technische Machbarkeit einer Gemischfahrweise mit Mineraloelkomponenten in konventionellen Hydrotreatinganlagen nachgewiesen. Erste wirtschaftliche Berechnungen zeigen, dass die Verarbeitungskosten in der gleichen Groessenordnung wie bei der RME-Route liegen. Die bei der Hydrierung erhaltenen Produkte entsprechen aber den DIN-DK-Spezifikationen und fuegen sich daher problemlos in die entsprechenden Distributionsstrukturen ein.
Das Projekt "Teilvorhaben: Vergleich der Verfahren zur Umesterung von Triglyceriden zu Methylester und zur Aufreinigung des HaupTeilprojekt roduktes und des Nebenproduktes Glycerin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Entwicklungstechnologie durchgeführt. In einer vergleichenden und bewertenden Studie werden Verfahren zur Erzeugung von Methylester aus Rapsoel einem Vergleich unterzogen. Hierbei wird der gegenwaertige Stand der Anlagentechnik, die Erfahrungen aus realisierten Anlagen (soweit verfuegbar) sowie neuere Entwicklungen beruecksichtigt. Die Verfahrenstechnik, die urspruenglich fuer den Bedarf der fettchemischen Industrie entwickelt wurde, wird unter den Gesichtspunkten beurteilt, die fuer die Anwendung zur Produktion von Dieselkraftstoff auf der Basis nativer Pflanzenoele notwendig ist. Es werden typische Projektmodelle vorgestellt und bezueglich ihrer Kostenstruktur, Energie- und CO2-Bilanz und der Vermarktungsmoeglichkeiten untersucht. Dem Problem des Glyzerinanfalls bei der Umesterung und dessen Verwertung auch bei steigendem Marktvolumen wird in besonderer weise Rechnung getragen.
Das Projekt "Subletale Wirkungen von Oxalsäure in Kombination mit Zuckerwasser oder Glycerin auf Apis mellifera: Untersuchung der Toxizität, der Pharmakodynamik, des Verhaltens und der Lebensdauer sowie der Rückstände auf Bienen und Beutenmaterial" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Institut für Biologie, Neurobiologie durchgeführt. Die durch die parasitäre Milbe Varroa destructor ausgelöste Varroose stellt heute eines der größten Probleme in der Bienenzucht und -haltung dar. Um die Anzahl der Parasiten im Bienenvolk unterhalb der Schadensschwelle zu halten und eine Ausbreitung der Milben zu vermeiden, müssen die Völker vom Imker gegen die Varroose behandelt werden. Oxalsäure als Wirkstoff stellt eine wichtige Komponente dieser Behandlungen dar. In meiner Diplomarbeit konnte ich bereits subletale Effekte der Säure auf die Bienen zeigen. Da das Medikament in der Praxis durch Kombination von Oxalsäuredihydrat mit Zuckerwasser angesetzt wird, kann eine orale Aufnahme der Lösung durch die Bienen nicht ausgeschlossen werden. Diese kann zu einer erhöhten Mortalität durch die orale Toxizität der Säure führen und somit die Effekte der Säure auslösen oder verstärken. Um Bienen von den nicht auszuschließenden Nebenwirkungen beim breiten Einsatz des Medikamentes zu schützen und Nachteile für die Völker auszuschließen, war es das Ziel dieser Arbeit die subletalen Effekte der klassischen Behandlung mit Oxalsäuredihydrat in Kombination mit Zuckerwasser (OAS) aber auch in Kombination mit dem Zuckerersatzstoff Glycerin 45% (OAG) auf das Volk und die Einzelbiene in einem möglichst weiten Spektrum zu erfassen. Für alle Versuche, mit Ausnahme der Rückstanduntersuchungen am Volk, wurden die Bienen individuell im Labor behandelt. Dabei erhielt jede Biene 5 Mikro l OAS bzw. OAG auf die Unterseite des Abdomens aufgeträufelt (Oxalsäuredihydrat Dosis:175 Mikro g/Biene). Die Kontrollen erhielten Glycerin 45% (G) oder Zuckerwasser (K). In der Arbeit wurden möglichst verschiedene Parameter untersucht: Für Veränderungen in Futteraufnahme wurden Honigblase, Mittel- und Enddarm präpariert und auf einer Feinwaage gewogen (n=80) sowie die Futteraufnahme pro Tier in Einzelfütterungen ermittelt (n=125). Die Empfindlichkeit gegenüber Wasser und aufsteigende Zuckerkonzentrationen wurde mit Hilfe der Proboscis Extension Reaction (PER) überprüft (n=100). Die motorische Aktivität der Tiere wurde in einer vertikal aufgestellt, von oben beleuchtet Box untersucht aufgenommen (n=40). In einem Schauvolk wurden Verhalten und Lebensdauer unter volksähnlichen Bedingungen erfasst. Parallel dazu wurde die Lebensdauer auch unter Laborbedingungen aufgenommen (n=100). Die Aufnahme des Flugverhaltens erfolgte mit Radio Frequenz Identifikation, mit der Daten über das Aus- und Heimflugverhalten der Bienen gesammelt wurden (n=100). Neben den subletalen Effekten der Säure wurden auch ihre Rückstände auf der Einzelbiene optisch unterm Binokular und quantitativ mit dem Oxalsäure-Kit Enzytec™ erfasst (n=60). Durch Computertomographie erfolgten die Visualisierung der Verteilung im Volk und Dichtemessungen an der Einzelbiene (n kleiner gleich 600). (Text gekürzt)
Das Projekt "C. glutamicum als Plattform-Organismus für neue und effiziente Produktionsverfahren (BioProChemBB) - Teilvorhaben 4: Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-1: Biotechnologie durchgeführt. Corynebacterium glutamicum wird seit Jahrzehnten erfolgreich für die biotechnologische Produktion von mehr als drei Millionen Tonnen Aminosäuren pro Jahr eingesetzt. Aufgrund der nachgewiesenen Eignung für die großtechnische Produktion hat sich C. glutamicum zu einem intensiv beforschten Modellorganismus in der Weißen Biotechnologie entwickelt. Das Ziel des ERA-IB-Verbundprojektes BioProChemBB bestand darin, C. glutamicum zu einem Plattform-Organismus weiterzuentwickeln, der nicht nur für die Produktion von Aminosäuren, sondern auch anderer industriell relevanter Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt werden kann. Im Fokus von BioProChemBB standen dabei verschiedene Dicarbonsäuren, die im Rahmen einer Studie des U.S. Department of Energy als vielversprechende chemische Bausteine aus nachwachsenden Rohstoffen identifiziert worden waren. Das Ziel des vorliegenden Teilprojekts 4 war die Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat. Succinat ist eine Plattform- Chemikalie, aus der eine Reihe bisher petrochemisch hergestellter 'Bulk'-Chemikalien synthetisiert werden können, wie z.B. 1,4-Butandiol, Tetrahydrofuran oder g-Butyrolacton. Itaconat ist eine ungesättigte C5-Dicarbonsäure, die unter anderem für die Herstellung von Polymeren von Interesse ist und z.B. petrochemisch erzeugtes Acrylat oder Methylacrylat ersetzen könnte. Für die Succinat-Produktion sollten sowohl die aerobe als auch die anaerobe Herstellung aus Glucose sowie aus Glycerin, einem Nebenprodukt der Biodiesel-Herstellung, etabliert werden. Die entsprechenden Stämme sollten rational über 'metabolic engineering' konstruiert werden, basierend auf dem umfangreichen Wissen zum Stoffwechsel und seiner Regulation in C. glutamicum. Für die Itaconat-Produktion sollte erstmals ein bakterieller Produktionsstamm entwickelt werden, der Vorteile gegenüber dem natürlichen Produzent Aspergillus terreus bieten könnte.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Anlagenkonzeption und -betrieb, Produktaufarbeitung und -isolierung, wirtschaftliche Bewertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Prignitzer Chemie durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Planung und der Aufbau einer Pilotanlage zur Herstellung von 1,3-Propandiol aus Glycerin mittels Biokonversion. Das Vorhaben baut auf den im Vorhaben 96NR105 der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) erzielten Ergebnissen auf, in dem das Screening und die Immobilisierung von Mikroorganismen zur Überführung von Glycerin in 1,3-Propandiol (PD) im Mittelpunkt stand. Voraussetzung für eine wettbewerbsfähige Umsetzung des Verfahrens in den industriellen Maßstab ist ein kostengünstiges Ausgangsmaterial. Im Rahmen des abgeschlossenen Vorhabens wurde als Nährmedium für die Kulturen mit Wasser verdünntes Glycerin (80Prozentig) verwendet. Dieses Glycerin wird durch Reinigung in einem mehrstufigen Prozess erhalten. Ein kostengünstigeres Ausgangsmaterial wäre dagegen das ungereinigte Rohglycerin, das bei unterschiedlichen technischen Prozessen anfällt. Ziel des Vorhabens ist es, fundierte Aussagen über den Einsatz von Rohglycerin unterschiedlicher Herkünfte zur biotechnischen 1,3-PD-Produktion zu machen. Durch diese Untersuchungen soll die Voraussetzung für eine industrielle Anlage zur biotechnischen Produktion von 1,3-PD geschaffen werden. Am Institut für Technologie der FAL soll eine kleine Technikumanlage errichtet werden. Neben der Untersuchung der verschiedenen Glycerin-Rohstoffquellen sollen zum einen die Prozessparameter der Biokonversion und zum anderen die Immobilisierungsanlage konstruktiv optimiert werden. Darüber hinaus erfolgt eine wirtschaftliche Bewertung, die über die Errichtung einer Pilotanlage beim Verbundpartner Prignitzer Chemie entscheiden wird. Das Vorhaben wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Umweltforschung Schlieben, dem Institut für Technologie der FAL und der Prignitzer Chemie GmbH durchgeführt.
Das Projekt "Mobilität, Verhalten und Verbleib ausgewählter Nanomaterialien in verschiedenen Umweltmedien in Abhängigkeit von Form, Größe und Oberflächengestaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. durchgeführt. In dieser Studie wurden zwei verschiedene Fragestellungen bearbeitet. Die erste Untersuchung betraf die Entwicklung einer Prüfmethode zur Beurteilung der Stabilität von Beschichtungen auf TiO2-Nanopartikeln. Dazu wurden zwei verschieden funktionalisierte TiO2-Nanomaterialien untersucht, NM103 (Handelsname: UV Titan M262) mit einer Aluminiumoxid und einer hydrophoben Dimethicone Beschichtung und NM104 (Handelsname: UV Titan M212) mit einer Aluminiumoxid und einer hydrophilen Glycerin Beschichtung. Die Stabilität der Beschichtung wurde in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren, wie dem Energieeintrag zur Herstellung der Suspension und den Umgebungsbedingungen wie pH-Wert, Ionenkonzentration und dem gelösten organischen Kohlenstoff (DOC), getestet. Im zweiten Teil der Studie wurde die 'Carrier'-Funktion von P25 für Kupfer sowie 14C Triclocarban (TCC) in drei verschiedenen Bodenarten untersucht. Die Stabilität der Beschichtung der zwei beschichteten TiO2 Nanomaterialien wurde auf verschiedene Arten getestet: a) durch die quantitative Bestimmung des freigesetzten Beschichtungsmaterials, b) durch die quantitative Bestimmung des Beschichtungsmaterials auf dem Trägermaterial vor und nach dem Belastungstest sowie c) indirekt durch die Untersuchung der Änderungen im Verhalten der ENMs. Die Messergebnisse zeigen, dass die Dimethicone und Glycerol Beschichtungen größtenteils von der Oberfläche des Materials freigesetzt wurden. Die Aluminiumoxid-Schicht bleibt hingegen bei beiden ENMs intakt auf der Oberfläche. Des Weiteren wurde gezeigt, dass sowohl die Ionenstärke als auch die DOC Konzentration einen Einfluss auf das Zeta-Potential der ENMs haben. Speziell der Einfluss des DOC (hier Aldrich humic acid - AHA), welcher in dieser Studie zu einer (sterischen) Stabilisierung der ENMs führte, scheint für das weitere Verhalten in der Umwelt von Bedeutung zu sein. Im zweiten Teil dieser Studie wurde die Mobilität von Kupfer und TCC und der 'Carrier' Effekt von P25 auf diese Substanzen analysiert. Das P25 zeigte eine geringe Mobilität in den getesteten Böden und nur mittels REM / EDX konnte ein Transport vereinzelter P25 Agglomerate nachgewiesen werden. Tendenziell zeigten die mit P25 beaufschlagten Bodensäulen einen geringeren Transport der beiden Substanzen als die Säulen ohne P25 und können daher zur Ausbildung von Akkumulationsschichten im oberen Bodenbereich führen. Dieses ist bedeutsam für Bodenorganismen welche sich vornehmlich in diesen Schichten aufhalten, wie zum Beispiel Regenwürmer. Ökotoxikologische Untersuchungen mit Eisenia fetida, welche im Rahmen dieser Studie durchgeführt wurden, zeigten, dass, bei Anwesenheit von P25 mehr TCC in den Darm der Organismen aufgenommen wurde, dieses aber einen geringeren negativen Effekt zeigte. Nichtsdestotrotz wurde gezeigt, das ENMs hier speziell TiO2 einen Einfluss auf das Verhalten von Schadstoffen haben.
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