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Untersuchungen zur qualitativen und quantitativen Erfassung der emittierten Geruchsstoffe in Thermoholzprodukten unter Berücksichtigung der Feuchteaufnahme sowie zur Reduzierung der Emission durch technologische Maßnahmen

Die thermische Modifikation von Holz hat unter anderem das Ziel, seine Dauerhaftigkeit so zu erhöhen, dass es ohne zusätzlichen chemischen Holzschutz im Außenbereich verarbeitet werden kann. Durch die Wärmebehandlung wird das Holz in seinen chemischen, physikalischen, mechanischen und strukturellen Eigenschaften modifiziert. Die bei der thermischen Vergütung entstehenden Abbauprodukte sind zum derzeitigen Kenntnisstand noch ungenügend erforscht. Weiterhin sind problematische Geruchsstoffe der Produkte noch nicht erkannt, deren Emissionspotential bestimmt und keine technischen Möglichkeiten zur Eliminierung aufgezeigt. Durch die zunehmende Verwendung dieses Materials auch im Innenbereich verschärft sich die Frage, ob vom Thermoholz gesundheitliche Gefahren für den Menschen ausgehen.rnIm Rahmen eines DFG-Projektes in enger Kooperation mit dem Institut für Holz- und Pflanzenchemie der TU Dresden werden die während des Thermoprozesses abgebauten bzw. modifizierten flüchtigen oder durch Wasser und andere Lösungsmittel extrahierbaren Stoffe analysiert und ihre Bildungswege nachvollzogen. Besonderes Augenmerk gilt dabei Substanzen, von denen nachweislich gesundheitliche Gefahren für den Menschen ausgehen sowie solchen, die zu besonderen Eigenschaften des Thermoholzes wie Farbe, Wasseraufnahme-vermögen oder biologische Resistenz beitragen. Durch eine Veränderung und Weiterentwick-lung der Verfahrensparameter bei der Vergütung des Holzes sollen Rückschlüsse auf die während der thermischen Behandlung ablaufenden chemischen Prozesse gezogen sowie technische Möglichkeiten zur Eliminierung potentiell gesundheitsschädlicher bzw. geruchsintensiver Stoffe geprüft und entwickelt werden.

Auswaschung von wasserloeslichen Holzschutzmitteln aus Kuehlturmholz als moegliche Umweltbelastung

Ermittlung der Auswaschung von wasserloeslichen Holzschutzmitteln aus getraenktem Schnittholz in Abhaengigkeit von Schutzmitteltyp, Traenkverfahren und Lagerungsdauer bis zum Einsatz, einschliesslich deren Auswirkung auf die Standdauer des Holzes im Kuehlturmbetrieb. Ermittlung der optimalen Traenkverfahren und Lagerungszeiten fuer Kuehlturmhoelzer.

Emissionen persistenter organischer Schadstoffe

<p>Die Emissionsentwicklung persistenter organischer Schadstoffe verläuft uneinheitlich. Minderungserfolge sind bei den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen zu verzeichnen.</p><p>Umweltwirksamkeit von persistenten organischen Schadstoffen</p><p>Persistente organische Schadstoffe (Persistent Organic Pollutants, POPs) werden in der Umwelt nur langsam abgebaut. Besondere Umweltrelevanz ergibt sich daraus, dass sie nach ihrer Freisetzung in der Umwelt verbleiben und sich in der Nahrungskette anreichern. Damit können sie ihre schädigende Wirkung auf Ökosysteme und Mensch langfristig entfalten. Einige POPs weisen eine hohe Toxizität auf – in der breiten Öffentlichkeit wurde dies durch Unglücke wie in Seveso deutlich. Da sie weiträumig transportiert werden, können sie nach ihrer ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=Deposition#alphabar">Deposition</a>⁠ selbst in entlegenen Gebieten zu einer Belastung führen. Zu den POPs gehören Chemikalien, die zu bestimmten Anwendungszwecken hergestellt werden (zum Beispiel ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Pflanzenschutzmittel#alphabar">Pflanzenschutzmittel</a>⁠ und Industriechemikalien), aber auch solche, die unbeabsichtigt bei Verbrennungs- oder anderen thermischen Prozessen entstehen (sogenannte <em>u</em>POPs wie polychlorierte Dibenzo-p-dioxine und –furane (PCDD/F) oder polyaromatische Kohlenwasserstoffe (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PAK#alphabar">PAK</a>⁠) (siehe Tab. „Emissionen persistenter organischer Schadstoffe nach Quellkategorien“).</p><p>Internationale Regelungen zum Schutz vor persistenten organischen Schadstoffen</p><p>Im Rahmen der Konvention über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigungen (<a href="https://unece.org/environment-policy/air/protocol-abate-acidification-eutrophication-and-ground-level-ozone">Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution</a>, CLRTAP) der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UN#alphabar">UN</a>⁠-Wirtschaftskommission für Europa (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UNECE#alphabar">UNECE</a>⁠) wurde 1998 ein <a href="https://unece.org/environment-policy/air/protocol-persistent-organic-pollutants-pops">Protokoll zur Reduktion der POP-Emissionen</a> von 32 Staaten und der EU unterzeichnet. Deutschland hatte hierzu unter Federführung des Umweltbundesamts technische Basisdokumente erstellt, zum Beispiel zum Stand der Technik der Emissionskontrolle stationärer Quellen. 2009 wurde das Protokoll novelliert; Regelungen zu sieben weiteren POPs wurden aufgenommen und bestehende Regelungen aktualisiert.</p><p>Darüber hinaus ist seit 2004 das weltweit geltende <a href="http://chm.pops.int/Home/tabid/2121/Default.aspx">Stockholmer Übereinkommen</a> zu POPs in Kraft, das inzwischen von 186 Staaten ratifiziert wurde.</p><p>Beide Vertragswerke, das POPs-Protokoll und die Stockholm-Konvention, regeln derzeit über 20 verschiedene POPs, die aber nicht alle deckungsgleich in beiden Abkommen vertreten sind. Zudem werden neue POPs aufgenommen. Die formulierten Ziele der Abkommen richten sich im Detail nach dem jeweils betroffenen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/s?tag=Stoff#alphabar">Stoff</a>⁠ und umfassen alle Möglichkeiten vom Verbot über Substitution bis hin zu der Anforderung, dass die Emissionen des Stoffes den Wert eines Referenzjahres zukünftig nicht überschreiten darf.</p><p>Umfang der Emissionen</p><p>Die Schätzungen der Emissionen unbeabsichtigt freigesetzter POPs (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=uPOPs#alphabar">uPOPs</a>⁠) sind in der Regel mit größeren Unsicherheiten behaftet als die der Schadstoffe, die beabsichtigt eingesetzt werden.</p><p>Polychlorierte Biphenyle (PCB)</p><p>Polychlorierte Biphenyle (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PCB#alphabar">PCB</a>⁠) sind in ihrer Anwendung strikt reglementiert, teilweise bereits seit Jahrzehnten. Rund zwei Drittel der insgesamt eingesetzten PCB von rund 100 Tausend Tonnen (Tsd. t) befinden sich geschlossen in Trafos, Kondensatoren oder Hydraulikflüssigkeit. Die restlichen Anwendungen in offenen Systemen (zum Beispiel Dichtungsstoffe, Anstriche und Weichmacher) liegen schon lange zurück. Daher werden die verbleibenden Emissionen der laufenden Anwendungen nur noch gering eingeschätzt (1990: 1.736 kg, 2023: 204 kg). Die Entsorgungssituation ist dennoch problematisch, da bei nicht kontrolliertem Verbleib von erheblichen Re-Emissionen auszugehen ist.</p><p>Dioxine und Furane</p><p>Polychlorierte Dibenzodioxine und -furane (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PCDDPCDF#alphabar">PCDD/PCDF</a>⁠, kurz oft ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=Dioxine#alphabar">Dioxine</a>⁠ genannt) entstehen in Gegenwart von Chlorverbindungen bei jeder nicht vollständigen Verbrennung. Größte Quelle war 1990 noch die Abfallverbrennung in der Energiewirtschaft, deren Eintrag heute jedoch vernachlässigbar ist. Von insgesamt ca. 111 Gramm (Emissionsangaben in I-⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=TEQ#alphabar">TEQ</a>⁠: Internationales Toxizitätsäquivalent) im Jahr 2023 stammten 45 % aus der Energiewirtschaft und 14 % aus den Industrieprozessen, dort fast ausschließlich aus der Metallindustrie (größtenteils aus Sinteranlagen). 38 % stammen aus Haus- und Autobränden. Insgesamt sanken die Emissionen zwischen 1990 und 2009 um etwa 85 % und stagnieren seither auf diesem Niveau beziehungsweise fluktuieren leicht.</p><p>Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) </p><p>Zu den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PAK#alphabar">PAK</a>⁠) gehören über 100 Verbindungen.<br><br>PAK entstehen durch unvollständige Verbrennung. Hauptquellgruppe sind mit Abstand die kleinen Feuerungsanlagen der Haushalte. Die vorhandenen Messwerte sind jedoch mit hohen Unsicherheiten verbunden, da ähnlich wie bei den Dioxinen eine repräsentative Aussage zum Nutzerverhalten bei kleinen Feststofffeuerungen nicht möglich ist. Weiterhin gibt es Schätzungen (unterschiedlicher Qualität) zu PAK-Emissionen der Stahl- und mineralischen Industrie sowie von Kraftwerken und Abfallverbrennungsanlagen. Insgesamt ist das deutsche PAK-Inventar jedoch fast vollständig, da diese Emissionen weitestgehend aus Verbrennungsprozessen entstehen, die gut überwacht werden.</p><p>Hexachlorbenzol (HCB)</p><p>Die Datenlage für ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=HCB#alphabar">HCB</a>⁠ ist deutlich schlechter als für ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=Dioxine#alphabar">Dioxine</a>⁠/Furane und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PAK#alphabar">PAK</a>⁠. Dieser Schadstoff wird in Anlagen normalerweise nicht gemessen, da er nicht gesetzlich geregelt ist. Seit 1977 ist HCB als reiner Wirkstoff in der Anwendung als ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Pflanzenschutzmittel#alphabar">Pflanzenschutzmittel</a>⁠ verboten. Jedoch kann es als chemische Verunreinigung in anderen Wirkstoffen vorkommen. Mit Hilfe des Bundesamts für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) konnten erstmals für die Berichterstattung 2016 HCB-Emissionen für diesen Bereich über die Inlandsabsätze der Pflanzenschutzmittel mit den Wirkstoffen Chlorthalonil und Picloram seit 1990 bis 2016 und der zulässigen HCB-Maximalgehalte ermittelt werden. ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Lindan#alphabar">Lindan</a>⁠ ist bis zum Anwendungsverbot im Jahr 1997 berücksichtigt. Der rückläufige Trend ist nicht nur auf verminderte Maximalgehalte zurückzuführen, sondern auch auf die schwankenden Absatzmengen sowie die jeweiligen Wirkstoffzulassungen.</p><p>Verschiedene Branchen, bei denen HCB-Emissionen zu erwarten wären, sind derzeit noch unberücksichtigt, wie zum Beispiel die Metallindustrie und die Zementindustrie.</p><p>Weitere POPs</p><p>Für weitere prioritär betrachtete POPs liegen wenig belastbare oder sehr geringe Emissionsschätzungen vor oder die Substanzen wurden in Deutschland weder hergestellt noch angewendet. Gleichwohl sind Immissionen über den Import nicht auszuschließen. Gleiches gilt für Ausgasungen von im Inland früher einmal verwendeten Produkten, für die die großräumige Immissionssituation vernachlässigbar ist (zum Beispiel ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=DDT#alphabar">DDT</a>⁠ und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Lindan#alphabar">Lindan</a>⁠ im Holzschutz von Innenbauten der neuen Länder).&nbsp;</p><p>Trends</p><p>Weitere Emissionsminderungen sind bei Dioxinen (PCDD/F) aufgrund der bereits vollzogenen Maßnahmen nur noch in geringem Umfang zu erwarten. Die Benzo(a)pyren- (BaP-) Emissionen dürften sich großräumig bei den Kleinfeuerungen (Kamine, Öfen) durch Brennstoffsubstitution und -einsparung weiter verringern, solange der Holzeinsatz in der Kleinfeuerung nicht weiter zunimmt. Die hier vereinzelt bei Anlagen der Eisen- und Stahlindustrie noch vorhandenen Reduktionspotenziale haben vor allem lokale Bedeutung. Bei ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PCB#alphabar">PCB</a>⁠ könnte die Altlastenproblematik mangels Kontrolle der umweltgerechten Rückführung vornehmlich durch Aufklärung entschärft werden. Bei Chlorparaffinen gibt es ein Stoffsubstitutionspotenzial kurzkettiger durch langkettige Stoffe. Die Verwendung kurzkettiger Chlorparaffine in der metallverarbeitenden Industrie und in der Lederverarbeitung und Zurichtung wurde in der EU mit der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1532938868225&amp;uri=CELEX:32002L0045">Richtlinie 2002/45/EG</a> im Jahre 2002 verboten.</p>

Reduzierung der Schadstoffabgabe mit PCP-haltigen Impraegniermitteln behandeltem Holz

Millionen von Wohn- und Arbeitsraeumen, Schulen, landwirtschaftlichen Gebaeuden etc. sind mit pentachlorphenolhaltigen Holzschutzmitteln oder Lasuren behandelt worden; die Halbwertzeit von PCP liegt bei 7 Jahren. Durch chemische Absorption, Verdampfen (Erwaermen), Abschleifen etc. koennten Schaeden gemindert oder aufgehoben werden.

Entwicklung biologisch unbedenklicher Hauspflege- und Holzschutzmittel

Die Hauspflege- und Holzschutzmittel duerfen Wohlbefinden und Gesundheit des Menschen nicht beeintraechtigen. Es sollen Praeparate aus natuerlichen Grundstoffen entwickelt und hinsichtlich Anwendung, Kosten, Aussehen, Geruch, Widerstandsfaehigkeit und Dauerhaftigkeit geprueft werden.

Entwicklung einer strahlenhärtenden Methodik zur direkten Anbindung der Extraktstoffe an naturfaserbasierte Materialien (Beam Ex)

Umweltvertraegliche Holzschutz- und Holzkonservierungsmittel mit spezifischer Wirkung gegen Trockenholzinsekten, Umweltvertraegliche Holzschutz- und Holzkonservierungsmittel mit spezifischer Wirkung gegen Trockenholzinsekten

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines physiologisch unbedenklichen und gegen Insekten insbesondere gegen Trockenholzinsekten einsetzbares wirksames Holzschutz- bzw. Holzkonservierungsmittels als Prototyp eines neuen innovativen technischen Produktes zum Inhalt. Die Entwicklung soll den wirtschaftlichen und technischen Gegebenheiten der spaeteren Produzenten bzw. mittelstaendischen Verbundpartners Rechnung tragen. Das spaetere Produkt muss zudem den oekologischen Anforderungen entsprechen. Das bedeutet, dass am Ende der Entwicklung ein umweltschonendes und durch Mikroorganismen des Bodens abbaubares, fluessiges Holzschutz- bzw. Holzkonservierungsmittel mit langandauernder Schutzwirkung gegenueber Trockenholzinsekten, kombiniert mit moeglicher Prevention gegen Blauschimmel- bzw. Braunfaeulebefall, vorliegt. Es soll vollstaendig frei vom Verdacht sein, Krankheiten bzw. Allergien und andere Irritationen beim Mensch oder anderen Warmbluetlern hervorzurufen. Besondere Beruecksichtigung sollen neben dem Einsatz als allgemeines Bautenschutzmittel weiterhin die verschiedenartigen denkmalpflegerischen Aspekte der Holzkonservierung verbauten Holzes, sowohl bei Fachwerkgebaeuden als auch bei Kunst- und Kulturgegenstaenden, z.B. Holzskulpturen, Holzaltaeren und anderes finden. Im Fachbereich Restaurierung der FH Erfurt ist zudem die Pruefung dieser Mittel auf ihre Vertraeglichkeit und Handlichkeit mit dem sehr komplexen Materialgefuege von Kunstwerken aus Holz vorgesehen. Dazu ist die Entwicklung einer physikalischen Messmethode zur Lokalisierung und Vitalitaetskontrolle von Trockenholzinsekten und ihrer Larvenstadien in befallenen Kunstgegenstaenden vor Ort ein weiteres wesentliches Ziel dieses Vorhabens. Am Ende des Verbundprojektes im Jahre 2000 wird dem praktischen Denkmalschutz ein einsatzfaehiges System (Audi Sys) vorliegen, welches den oben beschriebenen Anforderungen Rechnung traegt.

Quecksilberisotopenverhältnisse als Werkzeug zur Bestimmung von Speziestransformationsprozessen in kontaminierten Boden-Aquifer-Systemen

Aufgrund seiner hohen Toxizität ist Quecksilber (Hg) immer noch ein großes Umweltproblem. Die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Hg wird maßgeblich durch die chemisch-physikalischen Eigenschaften verschiedener Hg-Spezies (z.B. Hg(II)Cl2, Hg(0), HgS) bestimmt. Die Verteilung stabiler Hg-Isotope wird dabei in einem messbaren Ausmaß durch Speziestransformationsprozesse (z.B. Reduktion/Oxidation, Sorption, Fällung und Verflüchtigung) verändert, womit die Bestimmung des Hg-Umweltverhaltens durch Hg-Isotopenverhältnisse ein neues analytisches Werkzeug bietet. Verschiedene Spezies-Umwandlungsprozesse resultieren dabei in unterschiedlichen massenabhängigen und massenunabhängigen Fraktionierungs-Signaturen, die zum einen ein weiterreichendes Verständnis, zum anderen eine Quantifizierung der verschiedenen biogeochemischen Kontrollfaktoren ermöglichen. Zur Untersuchung der Isotopenfraktionierung durch Speziestransformationsprozesse in Boden-Grundwassersystemen wurden als natürliche Labore zwei Standorte ausgewählt, die durch die Anwendung von hochgiftigem HgCl2 zur Holzimprägnierung stark kontaminiert wurden und somit nur eine einzige Hg-Kontaminationsquelle aufweisen. Vorstudien belegen bereits das Auftreten verschiedener Speziestransformationsprozesse im Boden und Grundwasser und einer damit verbundenen Variation der Hg-Isotopie. Wir postulieren, dass die Hg-Isotopensignaturen im Boden und Grundwasser Hg-Speziestransformationsprozesse abbilden und somit eine Bestimmung dieser Prozesse an Fest-/Flüssigphasengrenzen sowie zwischen verschiedenen Hg-Festphasen-Pools möglich ist. Neben der Untersuchung umfangreicher Grundwasser - und Bodenproben sollen Labor-versuche zur Bestimmung der Hg-Fraktionierung während einzelnen Speziesumwandlungs-prozessen durchgeführt werden. Für ein tieferes Verständnis der biogeochemischen Prozesse der Hg-Speziesumwandlung im Grundwasser soll, basierend auf den gewonnenen Daten, darüber hinaus ein Modell zum reaktiven Hg-Transport im Grundwasser entwickelt werden, das auch die Implementierung der Isotopenfraktionierung beinhaltet. Die erstmalige Kombination von Hg-Speziationsverfahren (Pyrolyse-Thermodesorption) und der Hg-Isotopenbestimmung (Kaltdampf-MC-ICP-MS) in Flüssig-, Fest-, und Gasproben wird unsere Möglichkeiten die Mobilität und Speziation von Hg, nicht nur in den untersuchten kontaminierten Systemen, sondern auch in unbelasteten Boden-Grundwassersystemen signifikant verbessern. Im Gegensatz zur Anwendung von Hg-Isotopendaten zur Ermittlung von Kontaminationsquellen ist die Verwendung als Prozessanzeiger bisher nicht beschrieben. Zudem liegen in der Fachliteratur keine Daten zur Hg-Isotopie in Grundwässern vor.

Lignos-Furnier als natuerliche Alternative zu Kunststoffoberflaechen

Nichtchemischer Schutz des Holzes durch biologische und technische Massnahmen

a) Verhinderung eines Befalles ohne Einsatz von Chemikalien. b) Freiland- und Laboruntersuchungen an Holzschaeden. c) Laufend.

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