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Umweltprobenbank Probenparameter Nr. H000: Glyphosat

Glyphosat N-(Phosphonomethyl)glycin Formel: C3H8NO5P CAS-Nummer: 1071-83-6 Erläuterung: Weit verbreitetes Herbizid, dessen Gefahrenpotenzial für Gesundheit und Umwelt derzeit diskutiert wird

Glyphosat Biogasanlagen ... Ausgabe 6/2014

Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz August 2012 (mit Ergänzungen insbesondere zu AMPA 06/2014) Glyphosat in niedersächsischen Oberflächengewässern – Beeinflussung durch vermehrten Betrieb von Biogasanlagen? 1. Allgemeines Das Pflanzenschutzmittel Glyphosat (N-(Phosphonomethyl)glycin) wird insbesondere unter den Markennamen „Roundup“ vertrieben und findet als Herbizid sowohl in der Landwirtschaft (u.a. Getreide, Mais) als auch in Baumschulen, im Nichtkulturland (Gleisanlagen) und bei Hobbygärtnern eine sehr breite Anwendung. Es sind in Deutschland insgesamt 45 Handelsprodukte zugelassen, die Glyphosat enthalten. Dieser Wirkstoff hemmt ein bestimmtes, für den Stoffwechsel der meisten Pflanzen notwendiges Enzym (ESP-Synthetase), welches zur Herstellung von lebenswichtigen aromatischen Aminosäuren benötigt wird. Glyphosat wird seit etwa 30 Jahren in Deutschland verwendet und steht in der Anwendungshäufigkeit bzw. den Absatzmengen – nach einem Bericht des Deutschen Bundestages (Drucksache 17/7168, 27.09.2011) - mit etwa 5.000 t (Jahr 2010) weit vorn. Weltweit steht Glyphosat mit einer Menge von etwa 1Mio. Tonnen (Jahr 2010) eindeutig an der Spitze der eingesetzten Herbizide. Bisher wurde Glyphosat als ein Wirkstoff eingeschätzt, der im Vergleich zu anderen Pflanzenschutzmitteln ein relativ günstiges ökotoxikologisches Profil aufweisen soll. Zwischenzeitlich mehren sich jedoch Hinweise von Naturwissenschaftlern, die auf die Gefahren von Glyphosat hinweisen, wie beispielsweise das vermehrte Aufkommen von Schadpilzen, Schadstoffeinwirkungen auf das Wurzelsystem oder die Notwendigkeit eines vermehrten Einsatzes von Dünger. Außerdem werden zunehmend Resistenzen von Unkräutern beobachtet (siehe z.B. Wikipedia). Zudem steht dieser Wirkstoff in der Kritik, weil durch mit gentechnischen Methoden gezüchtete Kulturpflanzen, wie z.B. Soja, mit einer Resistenz gegenüber Glyphosat ausgestattet sind. Glyphosat steht zudem in Verdacht, sich negativ auf die menschliche Gesundheit auszuwirken. Glyphosat wird teilweise in Kombination mit Zusatzstoffen ausgebracht, wie z.B. POE-Tallowaminen (POE = polyethoxylated). Durch den Einsatz dieser Netzmittel, die zu einer Verbesserung der Aufnahme bzw. Durchdringung von Lipid-Schichten im Blattgewebe führen, kann die Wirkung erheblich verstärkt werden, was letztlich auch eine Erhöhung der Ökotoxizität zur Folge hat. Es gibt inzwischen Bestrebungen, die tallowamine-haltigen Netzmittel gegen besser umweltverträgliche auszutauschen. Glyphosat bildet als primäres Abbauprodukt (Metabolit) AMPA (Aminomethyl- Phosphonsäure), welches als - ähnlich wie Glyphosat - wenig toxikologisch bedenklich angesehen wird. Neue Erkenntnisse weisen jedoch darauf hin, dass 1 AMPA auch aus anderen Verbindungen entstehen kann, wie beispielweise aus den in Haushaltreinigungsmitteln enthaltenen Phosphonaten. Über kommunale Kläranlagen kann somit auch ein Eintrag von AMPA in die Gewässer erfolgen. 2. Veranlassung Obwohl Glyphosat aufgrund des geschilderten Sachverhalts relativ umstritten ist, wurde dieser Wirkstoff bei der Überwachung der Oberflächengewässer in der Vergangenheit - zumindest in Niedersachsen - wenig beachtet. Dies liegt u.a. auch daran, dass Glyphosat weder in der Stoffgruppe der prioritären Stoffe noch der flussgebietsspezifischen Schadstoffe enthalten ist. Erstmals sind Glyphosat und AMPA im Jahr 2008 in einer EU-RL erwähnt, nämlich im ANHANG III der RL 2008/105/EG: „Stoffe, die einer Überprüfung zur möglichen Einstufung als prioritäre Stoffe zu unterziehen sind“. Allerdings enthält diese RL keine Umweltqualitätsnormen (UQN). Was hat jedoch Glyphosat/haben diese Untersuchungen mit dem Betrieb von Biogasanlagen zu tun? Da Mais eine besonders hohe Energieeffizienz aufweist, wird die Pflanze unter dem Aspekt des Anbaus nachwachsender Rohstoffe bevorzugt in Biogasanlagen eingesetzt. In Niedersachsen existieren – nach Mitteilung der Hildesheimer Allgemeinen Zeitung (HAZ) vom 21.08.2012 – mittlerweile etwa 1.600 Biogasanlagen, der Maisanbau hat sich innerhalb von 10 Jahren mehr als verdoppelt. Kritiker sprechen von Maismonokulturen, die immer häufiger das Landschaftsbild prägen. Und da beim Maisanbau auch Glyphosat eingesetzt wird, haben steigende Mais-Anbauflächen auch den Einsatz größerer Jahres-Mengen dieses Herbizids zur Folge. Diese geschilderten Aspekte nahm der NLWKN zum Anlass, in den Jahren 2010 und 2011 landesweite Untersuchungen auf diese beiden Stoffe durchzuführen. Diese Untersuchungen wurden mit denen zur EG-WRRL notwendigen gekoppelt, so dass quasi kein zusätzlicher Probenahme-Aufwand erforderlich war. 3. Monitoringkonzept Messstellen und Untersuchungsfrequenz An den insgesamt 140 ausgewählten Messstellen wurden entweder im Jahr 2010 oder 2011 jeweils 4 Wasserprobenahmen durchgeführt. Bei den im Tidebereich gelegenen Messstellen erfolgte die Probenahme bei Ebbestrom (ablaufend Wasser), bei den Küsten-(Nordsee-)Messstellen unter Einsatz eines Hubschraubers. Die untersuchten Überblicksmessstellen können Tab. 2 entnommen werden, die Lage der Messstellen geht aus Bild 1 hervor. Es wurden in die Untersuchungen somit Messstellen der Flussgebiete Ems, Elbe, Weser und Rhein einbezogen (Bild 2), wobei 9 der 140 Messstellen der Kategorie der Übergangs-/Küstengewässer zuzuordnen sind. Darüber hinaus sind auch Stillgewässer in die Untersuchungen einbezogen worden, insbesondere der größte niedersächsische See, das Steinhuder Meer. 2 Bild 1: Lage der 140 untersuchten Messstellen Analysenmethode Es wurden die Gesamtwasserproben, einschl. der Schwebstoffe, extrahiert und nach Derivatisierung mittels LLE-HPLC/MS detektiert. Die jeweilige Bestimmungsgrenze beträgt sowohl für Glyphosat als auch AMPA 0,05 µg/l. Umweltqualitätsnormen (UQN) Verbindliche, europaweit gesetzlich festgelegte UQN existieren für Oberflächengewässer leider nicht. So wurden zur Bewertung näherungsweise die Qualitätsnormen für das Grundwasser übernommen, nämlich jeweils 0,1 µg/l. In einem vor Jahren erstellten ersten Entwurf hat die LAWA (Länderarbeitsgemeinschaft Wasser) für Glyphosat eine Qualitätsnorm von 28 µg/l, für AMPA 96 µg/l vorgeschlagen. Diese Angaben haben jedoch keinen verbindlichen Charakter und wären entsprechend zu verifizieren. 3

Teilprojekt 6: LCA

Das Projekt "Teilprojekt 6: LCA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. durchgeführt. TRANSFORMATE nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Teilprojekt 1: Bioprozess

Das Projekt "Teilprojekt 1: Bioprozess" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von b.fab GmbH durchgeführt. TRANSFORMATE nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Teilprojekt 7: Synbio/Polymere

Das Projekt "Teilprojekt 7: Synbio/Polymere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie durchgeführt. TransFormate nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Teilprojekt 2: Elektrolyseur

Das Projekt "Teilprojekt 2: Elektrolyseur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ertel IonStream UG (haftungsbeschränkt) durchgeführt. TRANSFORMATE nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Teilprojekt 5: Ameisensäure

Das Projekt "Teilprojekt 5: Ameisensäure" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Technische Chemie durchgeführt. TRANSFORMATE nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Teilprojekt 3: Engineering

Das Projekt "Teilprojekt 3: Engineering" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Plinke GmbH durchgeführt. TRANSFORMATE nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Teilprojekt 4: Anlagendesign

Das Projekt "Teilprojekt 4: Anlagendesign" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Yncoris GmbH & Co. KG durchgeführt. TRANSFORMATE nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Chemie der Bildung von stickstoffhaltigen Verbindungen in sekundären organischen Aerosolen und ihr Einfluss auf deren optische Eigenschaften

Das Projekt "Chemie der Bildung von stickstoffhaltigen Verbindungen in sekundären organischen Aerosolen und ihr Einfluss auf deren optische Eigenschaften" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Anorganische und Analytische Chemie durchgeführt. Die Bildung lichtabsorbierender organischer Verbindungen (LOC), auch brown carbon (BrC) genannt, kann die optischen Eigenschaften sekundärer organischer Aerosole (SOA; Submikrometerpartikel) beeinflussen. Stickstoffverbindungen, die in Reaktionen von Carbonylspezies mit Aminverbindungen über ein Iminintermediat in SOA gebildet werden können, sind aktuell und mit steigender Tendenz im Fokus der Forschung. Zusätzlich zu direkten BrC Emissionen durch unvollständige Verbrennungsprozesse, kann BrC so sekundär in der gesamten Troposphäre gebildet werden. BrC könnte so das Strahlungsbudget auf globaler Ebene beeinflussen und zu heterogener Aerosolchemie durch seine Wirkung als Photosensibilisator beitragen.Im zurückliegenden Projekt wurden analytische Methoden zur Analyse von BrC in Modellsystemen, die wässrige atmosphärische Aerosolpartikel nachbilden sollen und 1,2-, 1,3-, 1,4-, oder 1,5-Dicarbonyle und Ammoniumsulfat oder die Aminosäure Glycin beinhalten, auf molekularer und Bulkebene etabliert und angewendet, auch in weiteren Studien zu Stickstoffverbindungen in biogenen Aerosolen. Die Methoden beinhalten Spektrophotometrie und moderne Chromatographie sowie Massenspektrometrie. Verschiedene Klassen von Stickstoffheterozyklen mit pH-abhängigen Ausbeuten wurden in den untersuchten Modellsystemen identifiziert: Imidazole, Pyrrole, Pyrroldimere (Dipyrromethene) und (Dihydro-)Pyridine. Dies verdeutlicht, dass Stickstoffheterozyklen häufige Struktureinheiten von BrC sind. So konnten Imidazole auch in atmosphärischen Aerosolproben, die in Brasilien, Europa und Indien gesammelt wurden, gemessen werden. Experimente mit Dicarbonylmischungen und Aminnukleophilen zeigten außerdem, dass Kreuzreaktionen die Absorption der entsprechenden Proben erhöhen und neue BrC Verbindungen hervorbringen können, die nahe des sichtbaren Bereichs des Lichts absorbieren. Dieses Ergebnis stellt die Notwendigkeit heraus Kreuzreaktivitäten für atmosphärenrelevante Dicarbonylmischungen weiter zu untersuchen und potentielle Kandidaten für BrC Markerverbindungen und Photosensibilisatoren zu identfizieren.In den weiteren, notwendigen Experimenten sollen daher Mechanismen, Kinetiken und Produkte solcher Kreuzreaktionen anhand verschiedener Parameter (relative Dicarbonylzusammensetzung, Aminkomponente, pH Wert) untersucht werden. Letztlich soll durch das so gewonnene Prozessverständnis mittels numerischer Modellierung eine quantitative Abschätzung der BrC Bildung über Iminintermediate in wässrigen Aerosolpartikeln stehen. Diese neuen Erkenntnisse sollen unser Verständnis, wie die Partikelphasenchemie optische Eigenschaften und heterogene Chemie von Aerosolen beeinflusst, verbessern.

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