Ziel der vorliegenden Studie ist es, für Deutschland flächendeckend Stickstoffimmobilisierungsraten für die Critical-Load-Berechnung abzuleiten. Es soll dabei geprüft werden, inwieweit die landnutzungs - spezifische Bodenübersichtskarte Deutschland 1/1.000.000 (BÜK1000N v2.3) sowohl als Karten- wie auch als Datengrundlage genutzt werden kann. Aufbauend auf dem Vorgängerprojekt (Projektnr. 76011) werden die Stickstoffimmobilisierungsraten anhand rezent gemessenen Stickstoffvorräte und dem dazugehörigen Bodenalter abgeleitet. Die Eignung der BÜK1000N als Datengrundlage wird dabei aufgrund der Datenlage zu den Stickstoffvorräten als unzureichend eingeschätzt. Die Nutzung der Daten der zweiten Bodenzustandserhebung im Wald (BZE II) wird favorisiert. An den BZE-Punkten können Stickstoffvorräte der organischen Auflage und des Mineralbodens bis zu einer Tiefe von 90 cm berechnet werden. Das Bodenalter der BZE-Punkte wird entsprechend dem Vorgehen des Vorgängerprojektes anhand der maximalen Vereisung während der letzten Eiszeit festgelegt. Die Stickstoffvorräte der BZE-Aufnahmepunkte werden den BÜK1000N-Einheiten und Corine Landnutzungsklassen zugeordnet. Es zeigt sich, dass sich die Stickstoffimmobilisierungsraten anhand der BÜK1000N-Einheiten in drei Klassen gruppieren lassen. Die höchsten Immobilisierungsraten finden sich in den organischen Böden der BÜK1000N-Einheiten 6 und 7 mit 1,37 +/- 0,29 kg ha-1 a-1, mittlere Raten in Höhe von 0,93 +/- 0.06 kg ha-1 a-1 in den BÜK1000-Einheiten 19 - 21 mit mittel- bis tiefgründige Böden vorwiegend aus Geschiebelehm oder -mergel sowie Böden im montanen und subalpinen Bereich des Alpenraums. In den übrigen BÜK1000N-Einheiten weisen die Böden Raten von 0,31 +/- 0,04 kg ha-1 a-1 auf. Innerhalb der einzelnen BÜK1000N-Einheiten zeigen sich kaum Unterschiede zwischen den Waldtypen der Corine Landnutzungsdaten, so dass empfohlen wird, die Stratifizierung der Immobilisierungsraten anhand der BÜK1000N-Einheiten vorzunehmen. Mit dem vorliegenden Regionalisierungsansatz können 98,8 % der Rezeptorflächen der Critical-Load-Berechnung abgedeckt werden. Quelle: Forschungsbericht
1. Vorhabenziel: Gemäß der partnerspezifischen Kernkompetenz des DTNW ist es das Hauptziel des Teilvorhabens innerhalb des Kooperationsprojektes, die von den Partnern zur Verfügung gestellten Peroxidasen nach unterschiedlichen Verfahren an textilen Trägermaterialien dauerhaft zu immobilisieren. In Zusammenarbeit mit den Partnern sollen die permanent fixierten Enzyme hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit am Beispiel der Bleichung von Molke getestet und entsprechend optimiert werden. 2. Arbeitsplanung: Die Immobilisierung von unterschiedlichen Katalysatoren an textilen Trägermaterialien wird am DTNW seit vielen Jahren im Arbeitsbereich 'Biotechnologie & Katalyse' erfolgreich erforscht. Entsprechend seiner Expertise liegt die Kernzuständigkeit des DTNW innerhalb des FuE-Vorhabens bei der Immobilisierung von Peroxidasen an geeigneten textilen Trägermaterialien. Diese werden über nasschemische oder photochemische Methoden unter Zuhilfenahme von Ankermolekülen und vernetzenden Reagenzien (Cycanurchlorid, Glutardialdehyd, Polycarbodiimid etc.) an unterschiedlichen textilen Trägern permanent fixiert und über entsprechende Analyseverfahren vollständig charakterisiert (REM, UV-Vis, FT-IR (ATR), Farbreaktionen, Ninhydrin-Test, ICP-OES etc.).
In diesem Forschungsvorhaben soll das Potential des Bakteriums Zymomonas mobilis für die industrielle Ethanolproduktion aus zuckerhaltigen nachwachsenden Rohstoffen untersucht werden. In einem Screening soll ein geeigneter Stamm des Bakteriums Zymomonas mobilis gefunden werden, für den durch geeignete Anzuchtparameter und Medien eine reproduzierbare Stammhaltung festgelegt wird. Die Immobilisierung des Bakteriums soll bezüglich Aktivität, einfacher Handhabbarkeit und Kosten optimiert werden. Die so erhaltenen Immobilisate sollen charakterisiert und im Laborfermenter unter praxisnahen Bedingungen eingesetzt werden. Die ermittelten Daten sollen mit denen konventioneller Ethanolproduktion mit Hefen verglichen werden. Wenn es gelingt, mit einem geeigneten Bakterienstamm in einem optimierten Immobilisierungssystem unter praxisnahen Bedingungen Bioethanol mit deutlich höherer Produktivität als bei konventionellen Verfahren herzustellen, erscheint eine technische Realisierung der Bioalkoholproduktion auf dieser Basis sehr wahrscheinlich. Die Beurteilung der Ergebnisse und deren industrielle Bedeutung wird in Zusammenarbeit mit der Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG (BMA) erfolgen.
In dem gut voruntersuchten Raum Stolberg (Rheinland) soll die Umverteilung der Elemente Cd und TI zwischen den Kompartimenten Gestein, Boden, Grundwasser, Oberflächenwasser sowie anthropogener Bildungen (z.B. Bergbauhalden) untersucht werden. In stark kontaminierten Arealen soll überprüft werden, ob Chelatbildner (z.B. Polyphenole) zur Immobilisierung der Schwermetalle eingesetzt werden können.
Triazin Herbizide bilden in Boden zT betraechtliche Mengen gebundener Rueckstaende, die sich nicht extrahieren lassen, ohne die Bodenmatrix zu zerstoeren. Durch neue Extraktionsverfahren, zB Silylierung, und Untersuchungsmethoden, zB 15N-NMR von fluessigen und festen Proben, sollen die Rueckstaende von 15N-markiertem Simazin strukturell charakterisiert werden. Zu diesem Zweck wird der Wirkstoff in 15N-abgereichertem Boden untersucht.
Im Rahmen des Vorhabens werden Grundlagenuntersuchungen zum Langzeitverhalten industrieller Rueckstaende unter den geogenen Bedingungen des Steinkohlen- und Erzbergbaus durchgefuehrt. Die Schadstoffe der Rueckstaende sind durch chemisch reaktive Zustaende immobilisiert. Ein Schwerpunkt der Arbeiten besteht in der Untersuchung der Durchlaessigkeit und des Elutionsverhaltens mit Gruben- und Grundwasser. Chemische und physikalische Analysen sollen Aussagen ueber die Umweltvertraeglichkeit der Untertage-Verbringung erlauben. Die versatztechnischen Eigenschaften des eingebrachten Materials sind durch Festigungspruefungen zu belegen. Das Stoffspektrum ist im Laufe des Vorhabens auszuweiten. Ein weiterer Schwerpunkt besteht in der Weiter- oder Neuentwicklung der Pruef- und Bewertungsverfahren, die fuer die Untertage-Verbringung in bergbaulichen Hohlraeumen anzuwenden sind.
Nasschemische Behandlung und Heisshydratation von Muellverbrennungsschlacken zur Immobilisierung von Schadstoffen und Verbesserung der Baustoffeigenschaften. In zwei bayerischen Hausmuellverbrennungsanlagen (HMVA) erfolgte zunaechst die trockene Beprobung von insgesamt 10 Mg heisser Schlacken, die nach dem Abkuehlen maschinell in die Korngruppen 0/5, 5/10, 10/15, 15/25 und 25/40 mm gesiebt wurden, womit gleichzeitig eine Grobentschrottung verbunden war. Die einzelnen Kornfraktionen wurden in Kunststoffbehaeltern unter Stickstoffgas abgefuellt und verschlossen. In einer weiteren bayerischen Hausmuellverbrennungsanlage wurden zusaetzlich trockene und feuchte Schlacken fuer weitere Untersuchungen beprobt. Die trockenen Schlacken - einzelne Kornfraktionen sowie die aus den Kornfraktionen zusammengesetzten Gesamtgemische - wurden in Laborversuchen einerseits mit Wasser sowie unter gleichzeitiger Zugabe von gasfoermigem Kohlendioxid beziehungsweise Phosphorsaeure (nasschemische Behandlung) und andererseits mit Wasserdampf beziehungsweise kochendem Wasser im Autoklav (Heisshydratation) behandelt. Die unbehandelten und die behandelten Schlacken wurden umfangreich hinsichtlich ihrer umwelt- und bautechnischen Eigenschaften geprueft. Durch eine Schlackewaesche mit Wasser bei Raumtemperatur im labor- und halbtechnischen Massstab wurden leichtloesliche Salze sowie Feinanteile entfernt. Bei Temperaturen von 900 Grad Celsius und hoeher war diese Behandlung besonders effektiv. Die Zugabe von gasfoermigem Kohlendioxid beziehungsweise Phosphorsaeure fuehrte bei den Laborversuchen zur signifikanten Verringerung der Schwermetalle im Eluat. Infolge zu geringer Kohlendioxid- bzw. Phosphorsaeurekonzentrationen in den Behandlungsfluessigkeiten konnten bei den halbtechnischen Versuchen bestimmte Schwermetalle (hier Kupfer, Blei und Zink) in der Schlacke nicht auslaugfest fixiert werden. Bei einer ausreichenden Kohlendioxidmenge mit anschliessender Kurzzeitalterung waeren jedoch die Auslaugkriterien erfuellbar. Nach Einwirkung von kochendem Wasser waren die Gehalte leicht loeslicher Salze in den Eluaten wesentlich niedriger als in den Eluaten der Trockenschlacken. Hingegen erfolgte gerade dadurch eine Aktivierung der Schwermetalle Kupfer, Blei und Zink. Nach orientierenden Versuchen stellt die Begasung einer Schlacke in einem Nassentschlacker mit Kohlendioxid aus dem Reingas einer HMVA einen erfolgversprechenden Weg fuer die grosstechnische kuenstliche Alterung einer Schlacke dar. Sowohl durch die nasschemische Behandlung als auch durch die Heisshydratation der Schlacken ergaben sich deutliche Verbesserungen des Frostwiderstandes und der Raumbestaendigkeit, wobei die sonstigen bautechnischen Eigenschaften dieser Schlacken die Anforderungen der Regelwerke erfuellten. Eine Schlackewaesche mit Wasser bzw. mit in Wasser geloestem Kohlendioxid stellen somit einfache und kostenguenstige Behandlungsverfahren von Schlacken dar.
1996 konnte das vom BMWi ueber die AiF gefoerderte Forschungsvorhaben 'Verfahren zur verbesserten Entsorgung von leichtgebundenen mineralischen Asbestfasern und Staeuben durch Einsatz biologischer Quellstoffe' erfolgreich abgeschlossen werden. Entsprechend der Zielsetzung wurde ein Verfahren zur Reduzierung der Faserfreisetzung ueber eine zuverlaessige Immobilisierung der Fasern in einer elastischen Matrix entwickelt. Das Verfahren stellt eine Erweiterung der klassischen Nasssanierung dar. Der Unterschied besteht in dem verwendeten Penetrationsmittel, das 'airless' auf das Objekt aufgetragen wird. Anstatt reinen Wassers finden waessrige biologische Quellstoffloesungen Verwendung. Je nach Anwendungsfall eignen sich Quellstoffe auf der Basis von Gelatine, Pektin, Carrageen oder Staerke mit chemischen Zuschlagstoffen. Die Quellstoffloesungen dringen in die poroesen Schichten ein und polymerisieren zu einem Gel, in dem die Fasern eingebunden werden. Abhaengig von der Rezeptur koennen unterschiedliche charakteristische Eigenschaften der Loesungen genutzt werden. So kann die Rezeptur im Hinblick auf eine Oberflaechenversiegelung oder auf maximale Eindringtiefe, thermische Reversibilitaet oder Bestaendigkeit gegenueber aeusseren Einfluessen ausgelegt werden. Die zu ca. 90 Gew.-Prozent aus Wasser bestehenden Quellstoffloesungen sind gegenueber Mensch, Umwelt und Werkstoffen unbedenklich. Die Entsorgungsmoeglichkeiten der einzelnen Fraktionen sowie die Moeglichkeit der Wiederverwendung der Werkzeuge etc. werden nicht eingeschraenkt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung biologischer Quellstoffe die Fasern direkt an der Sanierungsstelle in die Gelmatrix eingebunden werden. Die Penetrationszeiten liegen bei ca. 1 - 2 min/cm und die Zeiten bis zur Fixierung der Fasern in dem sich ausbildenden Gel unter 15 min. Die Faserfreisetzung so behandelter Mineralfaserverbunde wird bei der Abtragung um z.T. ueber 90 Prozent (Partikelanzahl) reduziert. Bei der vorzusehenden hydraulischen Verfestigung dieses Verbundes mit Zement entstehen Faserbetonbloecke, die der in den Asbestrichtlinien festgelegten Mindestfestigkeit im Hinblick auf die Ablagerungsfaehigkeit genuegen. Das entwickelte Verfahren ist einfach anzuwenden und benoetigt nur geringe Investitionen. Dazu zaehlen Faecherstrahlduesen fuer die ohnehin notwendigen Airless-Spritzgeraete und ein beheizbarer, isolierter Vorlagebehaelter. Bei groesseren Vorhaben ist der Einsatz eines Durchlauferhitzers vorteilhaft. Die Kosten fuer Quellstoffe, Energie und Zusatzchemikalien belaufen sich auf ca. 1 DM pro kg Spritzasbest. Derzeit laufen die Planungen fuer eine Kraftwerkssanierung, bei der das neu entwickelte Verfahren mit eingesetzt werden soll.
Das Hauptziel des Teilvorhabens, Peroxidasen aus Pilzen, die entweder aus Submers Kulturen von Basisdiomyceten selbst isoliert oder von den Partnern ASA und AB Enzymes (assoziierter Partner) zur Verfügung gestellt werden, nach der Immobilisierung an geeigneten Trägertextilien bzgl. ihrer Enzymaktivitäten zu untersuchen. Zur biochemischen Charakterisierung der immobilisierten Peroxidasen (Km, kcat) dienen dabei neben allgemeinen Peroxidase-Modellsubstraten wie ABTS insbesondere Bixin und beta-Carotin. Ein besonderes Augenmerk liegt daneben auf der Bereitstellung des erforderlichen Cofaktors H2O2 in geeigneter Konzentration. Darüber hinaus werden die immobilisierten Peroxidasen im wiederholten oder dauerhaften Einsatz zur Bleichung von Molke erprobt. Die Bleichung der Molke wird mittels CIELab-System quantitativ erfasst. Zur biochemischen Charakterisierung der freien und textil-geträgerten Peroxidasen dienen photometrische und elektrophoretische Untersuchungen. Wichtige Parameter sind die Erfassung der (Rest)aktivität der Peroxidasen nach der Immobilisierung, die Detektion eines eventuellen Übergangs des Enzyms in die Lebensmittelmatrix Molke, sowie die Einstellung einer optimalen Konzentration des Cofaktors H2O2.
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| Bund | 35 |
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