Totholz ist eine wichtige Kohlen- und Nährstoffquelle in Waldökosystem und wird kontinuierlich durch Makro- und Mikroorganismen abgebaut. Hierdurch werden Waldökosysteme maßgeblich strukturiert und viele Ökosystemprozesse beeinflusst. Obwohl in den letzten Jahren zahlreiche Studien zur Diversität einzelner Artengruppen in Totholz erschienen sind, fehlen uns immer noch umfassende Kenntnisse, wie holzbewohnende Organismen im zeitlichen Kontext organsiert, strukturiert und miteinander vernetzt sind und sie dadurch den Abbau des Totholzes entscheidend beeinflussen. Insbesondere ist wenig darüber bekannt, wie i) Arten Totholzstämme besiedeln und sich etablieren, ii) wie Arten unterschiedlicher taxonomischer Gruppen im Verlauf der Sukzession miteinander interagieren, iii) wie sich der Einfluss der Baum- und somit Holzeigenschaften und der der Umgebung/ Umwelt über die Sukzession verändert und iv) ob sich kausale Zusammenhänge zwischen Diversität und Abbau besser verstehen lassen, wenn man möglichst viele Organismengruppen betrachtet. Wir nutzen daher die sich bietende einzigartige Forschungsmöglichkeit des im Rahmen der Biodiversitäts-Exploratorien etablierten, gut replizierten BELongDead-Experiments, um unsere zeitlichen Untersuchungen fortzusetzen und zu erweitern und schlagen zudem ein komplementär ergänzendes Experiment vor, dass es uns ermöglicht, die Bedeutung der Besiedlung und Etablierung und ihren Einfluss auf den sukzessionalen Verlauf über verschiedene Artengruppen hinweg zu untersuchen. Im Rahmen dieses Antrages fokussieren wir uns auf alle relevanten und zugrunde liegenden molekularen und biochemischen Mechanismen und Prozesse des organismisch-beeinflussten Totholzabbaus im Zusammenhang mit Waldbewirtschaftungsintensitäten und räumlich-geographischer Skalierung. Durch integrierte Syntheseansätze wollen wir allgemeine ökologische Hypothesen adressieren und klare Empfehlungen für Forstwirtschaft und Naturschutz erarbeiten. Hierzu nutzen wir klassische, sowie moderne molekularbiologische Methoden und 'Genomics'-Ansätze, um möglichst viele Aspekte biologischer Diversität zu erfassen. Diese Daten werden schließlich mit Informationen über Holzchemie, Enzymaktivitäten und dem Abbau des Holzes im Allgemeinen verknüpft um ein tieferes mechanistisches Verständnis zwischen Totholzorganismen und den damit verbundenen Ökosystemprozessen zu erlangen.
Im Verbundprojekt ERA CoBio Tech Call 1: WooBAdh - Umweltfreundliche Bioklebstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen' arbeiten die fünf Partner Universität Santiago de Compostela (E, Koordinator), Université de Lorraine (F), Universität Ljubljana (SLO), Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (D), Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (D) und assoziierte Partner aus der Holz- und Chemie-Industrie zusammen an der Entwicklung alternativer, formaldehydfreier Holzklebstoffe. Das Konsortium wird neue Bioklebstoffe entwickeln, die eine integrative Lösung zur bestehenden Emissionsproblematik von Holzverbundwerkstoffen liefern. Im Fokus des Verbundprojektes stehen verschiedenen Prozesse und Modifizierungen (chemische, biotechnologische) an natürlichen Polyolen (Lignin, Tannin) für die Herstellung von formaldehydfreien Bioklebstoff-Formulierungen, unter gleichzeitiger Eliminierung von Emissionen flüchtiger, organischer Verbindungen (VOC) während ihrer Herstellung, Verarbeitung und Verwendung in Holzwerkstoffen.
Naturdämmstoffe wie Zellulosedämmung werden traditionell mit anorganischen Flammschutzmitteln (FSM) wie Boraten und Ammoniumsalzen ausgerüstet. Für diese FSM wird aufgrund der REACH-Einstufung bzw. anderer gesetzlicher Beschränkungen nach Alternativen gesucht. In Frankreich ist die Verwendung von Ammoniumsalzen in Zellulosedämmstoffen bereits verboten. Eine gesundheitlich unbedenkliche Alternative bietet die Verwendung von FSM auf Basis von Pflanzenrinde. An der TU Dresden wurden dazu in Zusammenarbeit zwischen IPHC und HFT erste Lösungsansätze erarbeitet. Mit der Entwicklung von derivatisierten phosphor- und stickstoffhaltigen Extrakten aus Rinde wird die Herstellung neuartiger FSM auf Basis nachwachsender Rohstoffe ermöglicht. Es sollen insbesondere deren phenolische Inhaltsstoffe für die Anwendung als FSM eingesetzt werden. Die FSM sollen bevorzugt in Dämmstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffen Verwendung finden. Die Wirksamkeit des FSM konnte bei ersten Brandtests an Holzwerkstoff im Labormaßstab nachgewiesen werden. Das Projektziel besteht in der Entwicklung von rindenbasierten Flammschutzmitteln mit einem Herstellungsverfahren, welches in den technischen Maßstab überführt werden kann, sowie in der Einbringung dieses FSM in Zellulosedämmstoffe.
Einen Mangel an Holz, welcher für die nahe Zukunft prognostiziert wird, kann zukünftig durch die Bereitstellung von Holz schnellwachsender Baumarten, zumindest für spezifische Sortimente, entgegengewirkt werden. Darüber hinaus wird eine nachhaltige Gestaltung der Wertschöpfungsketten, also eine gesteigerte Effizienz der Holznutzung im Allgemeinen und der Agrarholz-Nutzung im Speziellen erforderlich sein. Dabei muss der stofflichen Nutzung in Kombination mit der energetischen Nutzung - beispielsweise in Nutzungskaskaden - mehr Bedeutung beigemessen werden, als dies durch die alleinige Verbrennung des Rohstoffes Holz zur Bio-Energiegewinnung gewährleistet wird. In dem Teilvorhaben sollen deshalb folgende Ziele erreicht werden: 1. Grundlegende Beschreibung der physiologischen Charakteristika der FastWOOD-Sorten, deren Xenylemzellcharakteristika sowie deren Verwendbarkeit. Als Basisparameter für die thermische Verwertbarkeit des Rohstoffes werden biochemische Holzeigenschaften, der Brennwert und die Aschegehalte in die Charakterisierung einbezogen. Als wichtigstes Kriterium für diverse stoffliche Nutzungen wird die Rohdichte neben den bisher bereits untersuchten Xylemzelleigenschaften aufgenommen. 2. Darstellung der Bewurzelungsfähigkeit verschiedener Pappelgeotypen sowie der frühen Wurzel- und Spross-Entwicklungsphase unter verschiedenen Nährstoff- und Bewässerungsbedingungen als Grundlage für eine gezielte Steuerung der Wuchsbedingungen während der Etablierungsphase. 3. Sammlung und Inkulturnahme von neuen, unter dem Aspekt der Stresstoleranz gesammelten Zuchtakzessionen (Populus) aus natürlicher Verjüngung. 4. Eingrenzung der Parameter, die für eine frühzeitige Blühinduktion verantwortlich sind.
Das Vorhaben besteht aus einem Screening der in Frage kommenden lignocellulosischen Verbindungen oder Verbindungsklassen, die nativ in Lignocellulosen vorliegen oder nach Abbau und Modifizierungsschritten aus Lignocellulosen gewonnen werden können. Bei vielen der in Frage kommenden Verbindungen oder Verbindungsklassen wird die Frage untersucht werden müssen, wie weit die in der Regel als Mischung gewinnbaren Einzelsubstanzen gereinigt werden müssen oder ob auch die Verwendung von Fraktionen möglich ist. Eine weitere Einflussmöglichkeit zur Eigenschaftsanpassung ist die gezielte Modifikation. Vorstellbar ist, dass über geeignete Modifikationen, wie Bleiche, gezielte Oxidationen oder andere Derivatisierungen, Eigenschaften der Entwickler wie der Schmelzpunkt oder die Eigenfarbe der in Frage kommenden Verbindungen im gewünschten Sinn geändert werden können. Die Screeningaufgaben sowie eventuell nötige Reinigungs- und Modifizierungsschritte sollen am Arbeitsbereich cHT der UHH durchgeführt werden. Die erweiterten Eigenschaftsprüfungen sollen im Labor des Industriepartners erfolgen. Die Ergebnisse aus den Eigenschaftsprüfungen werden mit den Arbeitspaketen rückgekoppelt, die sich mit Gewinnung, Aufreinigung und Modifizierung beschäftigen.
Das Abgas von Holzspan- und Holzfasertrocknern enthaelt erhebliche Mengen an Holzstaub sowie eine Vielzahl weiterer, ueberwiegend organischer und geruchsintensiver Stoffe. Insbesondere die Einstufung von Hartholzstaeuben sowie Aldehyden als kancerogene Arbeitsstoffe fuehrt zur Vorgabe geringer Emissionsgrenzwerte. Die bisher fuer diese Anlagen entwickelten Abscheider sind spezifisch auf einzelne Inhaltsstoffe ausgelegt und dem Prozess teilweise in Reihe nachgeschaltet. Die im Vorhaben geplanten Untersuchungen sollen an einem Trocknungssystem im halbtechnischen Massstab mit geschlossenem Gaskreislauf durchgefuehrt werden. Grundlagen zur Auslegung der Versuchsanlage wurden in einem durch die AIF gefoerderten Projekt gewonnen. Die technologische Machbarkeit, die Nutzung der Abdampfenthalpie des anfallenden Kondensats sowie die moegliche Wertschoepfung durch Gewinnung von Holzinhaltsstoffen (z B Terpentinoel, Harzsaeuren) sind zu klaeren. Durch diese Untersuchungen sowie den Nachweis der erwarteten Kostenvorteile eines geschlossenen Trocknungssystems soll produktionsintegrierter Umweltschutz weiterentwickelt und Vorbehalte der Industrie gegen derartige Loesungen abgebaut werden.
Die in der ASAM-Ablauge enthaltenen Zuckersaeuren haben zusaetzlich zu den Lignosulfonaten einen geringen dispergierenden Effekt. Auch verzoegern sie ein Absetzten der dispergierten Teilchen z.B. bei Einsatz der Ablauge als Dispergiermittel fuer Beton. Weiterhin enthaelt die ASAM-Ablauge anorganische Chemikalien. Diese Stoffklasse erhoeht den pH-Wert der Suspensionen, was die Dispergierung der untersuchten Substanzen beguenstigt. Jedoch beeintraechtigen die anorganischen Chemikalien in der Ablauge die Ausbildung der dispergierend wirkenden Huelle um die suspendierten Teilchen. Eine Entfernung der anorganischen Substanzen durch Ultrafiltration wurde erfolgreich erprobt. Sie fuehrte zu einer Reduzierung der anorganischen Substanzen in der Ablauge. Als Dispergiermittel wurden ASAM-Ablaugen aus Fichten- und Buchenholzaufschluessen erprobt. Die Dispergierwirkung der Fichten-ASAM-Ablauge war der der Buchen-ASAM-Ablauge ueberlegen. Weiterhin wird die Dispergierwirkung von ASAM-Ablaugen auf der Basis von Einjahrespflanzen, insbesondere Hanf, getestet. Der Mindestpreis, der fuer die Ablauge als Dispergiermittel zu erzielen ist, muss den Energieinhalt der Ablauge und den Wert der in der Ablauge enthaltenen Aufschlusschemikalien kompensieren. Mit der ASAM-Ablauge von der Wirkung gleichwertige, auf dem Markt vertretene Dispergiermittel, erzielen deutlich ueber diesem Mindestpreis liegende Preise. Somit erscheint fuer kleinere ASAM- Anlagen ein Verzicht auf eine Chemikalienrueckgewinnung und eine alternative Ablaugenverwertung moeglich. Fuer Anlagen im grossen Massstab ist jedoch eine Chemikalienrueckgewinnung erforderlich, da der Absatzmarkt fuer Lignosulfonate zur Zeit begrenzt ist. Ergebnis: Die Dispergierwirkung der Fichten-ASAM-Ablauge war der der Buchen-ASAM-Ablauge ueberlegen. Weiterhin wird die Dispergierwirkung von ASAM-Ablaugen auf der Basis von Einjahrespflanzen, insbesondere Hanf, getestet. Der Mindestpreis, der fuer die Ablauge als Dispergiermittel zu erzielen ist, muss den Energieinhalt der Ablauge und den Wert der in der Ablauge enthaltenen Aufschlusschemikalien kompensieren. Mit der ASAM-Ablauge von der Wirkung gleichwertige, auf dem Markt vertretene Dispergiermittel, erzielen deutlich ueber diesem Mindestpreis liegende Preise. Somit erscheint fuer kleinere ASAM- Anlagen ein Verzicht auf eine Chemikalienrueckgewinnung und eine alternative Ablaugenverwertung moeglich. Fuer Anlagen im grossen Massstab ist jedoch eine Chemikalienrueckgewinnung erforderlich, da der Absatzmarkt fuer Lignosulfonate zur Zeit begrenzt ist.
Untersuchungen zum Mechanismus der enzymatischen Bleiche von Zellstoffen mittels Laccase und Mediator. Das Thema teilt sich dabei in 2 Schwerpunkte: enzymatische Bleiche und Untersuchungen zum Reaktionsmechanismus anhand von Reaktionen mit Modellverbindungen. Desweiteren die Anwendung des Laccase-Mediator-Systems in der organischen Synthese.
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