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.
Innerhalb des FLIPPR-Projekts wird in diesem Teilprojekt die Nutzung technischer Lignine in Form ihrer Ammonoxidationsprodukte untersucht. Diese könnten als Bodenverbesserer, Düngemittel mit Langzeitwirkung und Komplexierungsmittel eingesetzt werden. Innerhalb des FLIPPR-Projekts wird in diesem Teilprojekt die Nutzung technischer Lignine in Form ihrer Ammonoxidationsprodukte untersucht. Diese könnten als Bodenverbesserer, Düngemittel mit Langzeitwirkung und Komplexierungsmittel eingesetzt werden.
Auf Initiative des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung (BMWF) entstand in Kooperation mit der Kooperationsplattform Forst - Holz - Papier (FHP) eine Doktoratsinitiative 'Holz - Mehrwertstoff mit Zukunft' (DokInHolz). Die einzelnen Dissertationsthemen sollten dabei die gesamte Wertschöpfungskette Forst - Holz - Papier abdecken und über das Leitthema 'nachhaltige Ressourcennutzung' miteinander verknüpft sein. Über die Koordination durch FHP wurden aus einem Themenpool von dreißig Themen elf Themen ausgewählt und in einer Kooperation der akademischen Betreuer der Dissertationsprojekte und der Wirtschaftspartner weiter elaboriert. Die einzelnen Themen betreffen die Sicherung der forstlichen Primärproduktion unter Aspekten von Risiko und Unsicherheit, die Entwicklung von Modellen für ein Supply-Chain Management und neue Technologieansätze für eine effiziente Verarbeitungskette von Laubholz, Grundlagen zum chemischen sowie zum mechanischen Aufschluss des Rohstoffes Holz, das Alterungsverhalten von Cellulose basierten Materialien, Modelle zur Festigkeit von Cellulosefasern, Modelle zur Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Holz, Brettschichtholz und Brettsperrholz unter Berücksichtigung von Material- und Strukturnichtlinearitäten sowie von Verbindungsmittel im Bereich der ressourcen-effizienteren Nutzung von Holz im Bauwesen. Die Doktoratsinitative mit seinen einzelnen Forschungsthemen wird durch die Universität für Bodenkultur (BOKU), der TU Wien und TU Graz, sowie die Universität Innsbruck durch Unterprojekte erarbeitet. Die Projektkoordination wird durch Prof. Teischinger an der BOKU und stellvertretend durch Prof. Eberhardsteiner von der TU Wien geleitet.
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.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Bei der Furnierherstellung muss das Holz vor der Verarbeitung zu Furnieren im Wasserbad mehrere Tage unter Einhaltung artenspezifischer Temperaturprofile erwärmt ('gekocht') werden. An die Wasserqualität werden hohe Anforderungen gestellt, um ungleichmäßige Farbreaktionen im Holzgewebe zu vermeiden. Üblicherweise wurde das Wasser bisher nach einmaliger Verwendung im Kochprozess verworfen, da sich im Wasser während des Kochvorgangs aus dem Holz herausgelöste organische und anorganische Inhaltsstoffe anreichern, die zu Verfärbungen beim Kochprozess führen können. Die Furnierindustrie zeichnet sich deshalb durch einen hohen Frischwasserbedarf aus. Im Furnierwerk Winsen GmbH wurde eine Anlage zur Aufbereitung des Kochwassers durch Reduktion der Eisenionen mittels chemischer Fällung/Flockung installiert, mit dem Ziel, das aufbereitete Wasser für den Kochprozess wiederholt einsetzen zu können. Eine zusätzliche Reduktion der aromatischen Verbindungen im Kochwasser ist jedoch notwendig. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen praktikable und effektive Prozesssteuerungen und -strategien entwickelt werden, die durch die Einsparung von Reinwasser und einer Reduzierung des Abwassers den Kochprozess bei der Furnierherstellung aus ökologischer und ökonomischer Sicht optimieren. Fazit: Der Recyclinganteil konnte durch eine verbesserte Fällung/Flockung von 30 Prozent auf etwa 60 Prozent gesteigert werden. Eine höhere Recyclingquote setzt voraus, dass die Temperatur des Recyclingwassers stabil verringert werden kann, damit ein Einsatz auch in den Abkühlprozessen möglich ist. Eine Ozonung als Vorbehandlung des Rohwassers führt zu keiner wesentlichen Verbesserung der Fällung/Flockung. Eine Teilstrombehandlung des Kochwassers mittels Ultrafiltration wird beeinträchtigt durch eine zu geringe Entfärbung. Weitere Untersuchungen zur Steigerung des Wasserrecyclings sind geplant.
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