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Filling the knowledge gap: A suspect screening study for 1310 potentially persistent and mobile chemicals with SFC- and HILIC-HRMS in two German river systems

Persistent and mobile chemicals (PM chemicals) were searched for in surface waters by hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) and supercritical fluid chromatography (SFC), both coupled to high resolution mass spectrometry (HRMS). A suspect screening was performed using a newly compiled list of 1310 potential PM chemicals to the data of 11 surface water samples from two river systems. In total, 64 compounds were identified by this approach. The overlap between HILIC- and SFC-HRMS was limited (31 compounds), confirming the complementarity of the two methods used. The identified PM candidates are characterized by a high polarity (median logD -0.4 at pH 7.5), a low molecular weight (median 187 g/mol), are mostly ionic (54 compounds) and contain a large number of heteroatoms (one per four carbons on average). Among the most frequently detected novel or yet scarcely investigated water contaminants were cyanoguanidine (11/11 samples), adamantan-1-amine (10/11), trifluoromethanesulfonate (9/11), 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (10/11), and the inorganic anions hexafluorophosphate (11/11) and tetrafluoroborate (10/11). 31% of the identified suspects are mainly used in ionic liquids, a chemically diverse group of industrial chemicals with numerous applications that is so far rarely studied for their occurrence in the environment. Prioritization of the findings of PM candidates is hampered by the apparent lack of toxicity data. Hence, precautionary principles and minimization approaches should be applied for the risk assessment and risk management of these substances. The large share of novel water contaminants among these findings of the suspect screening indicates that the universe of PM chemicals present in the environment has so far only scarcely been explored. Dedicated analytical methods and screening lists appear essential to close the analytical gap for PM compounds. © 2021 Published by Elsevier Ltd.

Untersuchung nanostrukturierter Elektroden und des Elektrolyts

Das Projekt "Untersuchung nanostrukturierter Elektroden und des Elektrolyts" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Institut für Angewandte Physik durchgeführt. Im Teilprojekt TP2 sollen nanostrukturierte Elektroden mit erhöhter spezifischer Oberfläche erzeugt, untersucht und angewendet werden. Im TP3 sollen neue Speicherelektrolyte mit hoher Energie- und Leistungsdichte erforscht, entwickelt und zuletzt für einen Prototyp bereitgestellt werden. In jedem TP wird die Arbeit in drei Arbeitspakete (AP) organisiert: 'definition of concept' (Jahr 1), 'proof of concept' (Jahr 2+3), und 'demonstrator' (Jahr 4+5) sind mit den anderen Projektpartnern abgestimmt. Die AP's sind in Arbeitsschritte weiter unterteilt. AP2.1: Grundsätzliche Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Oberflächenbeschaffenheit der Elektrode und Stromstärke von elektrochemischen Reaktionen. AP2.2: Entwicklung einer Methode zur Präparation von kontrollierten Nanoporen auf technisch anwendbaren Substraten. AP2.3: Kombination der optimierten Materialsysteme und Verfahren aus allen anderen Teilprojekten. AP3.1: Machbarkeit - redoxaktive ionische Flüssigkeiten als Speichermaterialien in RFBs. AP3.2: Suche, Entwicklung und Erprobung neuer anolytischer IL-Speichermaterialien. AP3.3: Kommerzialisierung der neuen Anolyte - Einsatz und Betrieb im Prototyp.

Teil ICT

Das Projekt "Teil ICT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein geeigneter Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie, wenn bei der Produktion, dem Aufschluss und der Konversion zu Energieträgern die Anforderungen des Marktes und des Klima- und Umweltschutzes berücksichtigt werden. Durch die biotechnologische Bearbeitung geeigneter Pflanzen und die Auswahl der Anbauflächen muss ein hoher Nettoenergieertrag pro Flächeneinheit erzielt und eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. In diesem Projekt sollen neue Modell- und Energiepflanzen entwickelt werden, die einer effizienten Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und Energie zugänglich sind. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Bedingungen nicht sehr stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Die dabei gebildete Glucose kann zu Biogas oder Bioethanol umgesetzt werden. Der ligninhaltige Reststoff soll durch einen chemo-enzymatischen Abbau zu Phenolderivaten umgewandelt oder zu Methan oder Synthesegas vergast werden. In diesem Projekt sollen entsprechende stabile Enzyme für einen effektiven ILs-Aufschluss von Energiepflanzen wie Luzerne, Schilf und Zuckerrüben entwickelt werden. Geeignete Cellulasen und Peroxidasen werden gesucht, durch 'gelenkte Evolution' optimiert, und für den effektiven Abbau von Cellulose vor der Ernte gezielt in den Energiepflanzen produziert. Analog wird auch die gentechnische Produktion von Malat und D-Lactat als zusätzlichem Wertstoff und als Hilfsstoff für den chemo-enzymatischen Aufschluss zunächst an Modellpflanzen getestet und nach dem Nachweis der Machbarkeit auf industrierelevante Energiepflanzen übertragen.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engler-Bunte-Institut, Bereich Gas, Erdöl und Kohle durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Das Verbundprojekt soll über 3 Jahre laufen (7 Partner: 3 x Forschung, 4 x Industrie). Ziel ist die Entwicklung eines Konzepts zur Speicherung der bei Wind und Photovoltaik volatil anfallenden elektrischen Energie durch Fixierung von CO2 in Form von CH4. Zur Erzeugung des CH4 aus Strom wird durch Druckelektrolyse H2 gewonnen. Anschließend wird der Wasserstoff zu Methan umgesetzt: CO2 + 4H2 - größer als oder gleich CH4 + 2H2O Das Methan muss vor der Einspeisung ins Erdgasnetz konditioniert werden. Dazu sollen alternative Stoffe ermittelt werden, die die derzeit übliche Konditionierung durch fossiles Flüssiggas ersetzen können. Aufgabe des DVGW ist eine Reaktorkonzeptentwicklung zur Methanisierung. Für die exotherme Reaktion kann der Wärmehaushalt durch den Einsatz von funktionalen Flüssigkeiten wie Ionischen Fluiden optimal gesteuert und die Wärme auf einem hohen Temperaturniveau aus dem Reaktor entnommen werden. Damit kann die Ressourceneffizienz erhöht werden. Die Modellierung des Reaktors soll ein Scale Up auf technische Reaktoren ermöglichen. Zudem soll die intelligente Kopplung der Methanisierung mit CO2-Quellen untersucht werden. 2. Arbeitsplanung: Anfangs werden geeignete Wärmeträgerflüssigkeiten (z. B. IL) ermittelt. Parallel hierzu wird eine Apparatur zur Drei-Phasen-Methanisierung aufgebaut und betrieben. Die Erkenntnisse sollen als Basis für die Modellierung des Reaktors mit Matlab dienen. Am Ende des Projektes soll ein großtechnischer Reaktor grob ausgelegt werden.

ToxKom 1

Das Projekt "ToxKom 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie, Abteilung 10 Allgemeine und Theoretische Ökologie durchgeführt. Neue Aufgabenfelder der terrestrischen Ökotoxikologie: Molekulare Methoden, komplexe Systeme, Ionische Flüssigkeiten. Neue Erkenntnisse und Methoden eröffnen die Möglichkeit, Testsysteme zu erproben, die die etablierten Testsysteme der terrestrischen Ökotoxikologie in Präzision, Geschwindigkeit und ökologischer Relevanz übertreffen könnten. Dies ist Gegenstand des Vorhabens, das am Beispiel einer neuen Substanzklasse - ionische Flüssigkeiten - durchgeführt werden soll. Kombinationseffekte von Schadstoffen sind am Beispiel von Kupfer zusätzlich in die Fragestellung aufgenommen.

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 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Das Ziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines kurzfristig umsetzbaren Konzepts zur chemischen Speicherung der bei Wind und Photovoltaik volatil anfallenden elektrischen Energie durch Fixierung von CO2. Als geeigneter chemischer Energieträger mit hoher Energiedichte bietet sich dabei Methan in Form von SNG (Substitute Natural Gas) an, welches in das in Deutschland sehr gut ausgebaute Erdgasnetz eingespeist und verteilt werden kann. SNG als Energieträger weist dabei vielfältige Vorteile auf. Es bestehen bereits enorme Speicherkapazitäten (siehe Kap. 1.2) mit positiven Perspektiven für den weiteren Ausbau, und über das ubiquitäre Erdgastransportnetz können große Mengen chemisch gespeicherter Energie problemlos innerhalb Europas transportiert und verteilt werden. Weiterhin ist Methan einer der vielseitigsten und umweltfreundlichsten Brennstoffe. Neben den etablierten Anwendungsfällen im Haushalt kann Methan/SNG bzw. Erdgas und a. als Kraftstoff für Erdgasfahrzeuge, zum Betrieb von Brennstoffzellen, zur zentralen Stromerzeugung in Gas-und-Dampf-Kraftwerken und zur dezentralen Verbrennung in Blockheizkraftwerken (BHKW) und Mini-BHKW verwendet werden. Technisches Arbeitsziel von IOLITEC ist die Synthese neuer ionischer Flüssigkeiten, die als interne Wärmeträgermedien den Wärmehaushalt der Reaktion optimal steuern können. 2. Arbeitsplanung: Im Rahmen des Projektes werden gängige Methoden zur wissenschaftlichen Synthese von neuen Verbindungen angewendet. Bei der Analyse werden z.B. IR- und NMR-Spektroskopie eingesetzt.

ToxKom 2

Das Projekt "ToxKom 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie, Abteilung 10 Allgemeine und Theoretische Ökologie durchgeführt. Untersuchungen zur prospektiven Risikoanalyse von ionischen Flüssigkeiten in Böden: Kombinationswirkungen in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen. Ziel dieses Vorhabens ist es, ein möglichst einfaches Modell zu erarbeiten, mit dem die Wirkungen von ausgewählten ionischen Flüssigkeiten auf Bodenorganismen bei verschiedenen Bodeneigenschaften vorhergesagt werden können. Dabei kommen Struktur-Wirkungsbeziehungen von Chemikalien, stark vereinfachte Testsysteme sowie Mikro- und Mesokosmen zum Einsatz. Zu variierende Bodeneigenschaften sind im wesentlichen Wassergehalt, pH-Wert, Tongehalt, Anteil organischer Substanz, Salzgehalt sowie Schadstoffe, aber auch die Zusammensetzung der Organismengemeinschaft.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum Holzwirtschaft, Ordinariat für Chemische Holztechnologie und Institut für Holztechnologie und Holzbiologie des Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsanstalt für Ländliche Räume, Wald und Fischerei durchgeführt. Unter Verwendung neuartiger ionischer Flüssigkeiten wird ein einfach durchzuführendes, druckloses, allgemein anwendbares Verfahren zur Gewinnung von Lignin, Cellulose und Hemicellulose, Gerbstoffen und Harzen aus biogenem Material entwickelt, das mit Prozesstemperaturen zwischen 60 und 80 Grad Celsius und Aufschlusszeiten von wenigen Stunden auskommt, und eine wirtschaftliche Verwertung aller Holzbestandteile ermöglicht. Im technologischen und wirtschaftlichen Erfolgsfall wird die gesamte Prozesskette in den Technikumsmaßstab übertragen und optimiert. Zielsetzung ist, die gewonnene Liginfraktion für die Verwendung im Bereich der Polymerchemie zu prüfen. Die Cellulose wird zu Zerfallshilfsmitteln bei Tablettieranwendungen, Papieren, Filterhilfsmitteln, bauchemischen Additiven und mikrokristalliner Cellulose verarbeitet. Aus den Hemicellulosen werden Papieradditive und lösliche Ballaststoffe hergestellt. Die Forschungsarbeiten, anwendungstechnischen Untersuchungen und die technische Umsetzung des Verfahrens sind in Aufgabenpaketen beschrieben, die nach dem Projektplan abgearbeitet werden. Die gundlagenorientierten Arbeiten in synthetischer präparativer und analytischer Hinsicht werden von den Hochschulpartnern (HTW Aalen, Uni Hamburg) durchgeführt. Die anwendungs- bzw. verfahrenstechnischen Aufgaben werden von den Industriepartnern (BTS, Rettenmaier) bearbeitet.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von API Schmidt-Bretten GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des geplanten Vorhabens ist die Entwicklung von Absorptionskreisläufen für Leistungen im Bereich größer 10 MW, um bisher ungenutzte Abwärmeströme zur Primärenergieeinsparung zu verwerten. Dabei ist die Transformation der Wärme auf ein höheres, nutzbares Temperaturniveau oder die Erzeugung von Kälte möglich. Der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten eröffnet für die Absorptionstechnik neue Perspektiven hinsichtlich Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Geeignete Arbeitsstoffpaare sollen identifiziert, ihre Stoffdaten vermessen und in Laboranlagen getestet werden. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung neuer Konzepte für die Stoffaustauschapparate, die an die neuen Arbeitsstoffpaare anzupassen sind. Die Erstellung von Regeln für das Anlagendesign und detaillierte Entwürfe von Anlagenkonzepten zur Wärmerückgewinnung an ausgesuchten Quellen sollen die Basis für die technische Realisierung der neuen Prozesse bilden. Bearbeitet wird das Projekt in einem zeitlichen Rahmen von drei Jahren durch das KIT sowie die Kooperationspartner Iolitec, BASF und API Schmidt-Bretten. Dabei werden die folgenden Arbeitspakete bearbeitet: Auswahl und Synthese von ionischen Flüssigkeiten/ Stoffdatenmessung/ Simulationsprogramme AKM und AWT/ Apparateentwicklung/ Bau und Betrieb einer AKM-Laboranlage/ Konzeption und Simulation der WR/ Werkstoffuntersuchungen/ Dimensionierung und finale Bewertung/ Koordination und Berichtswesen.

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