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Substitution des kritischen Rohstoffs Cobalt in Hartmetallwerkzeugen und Steigerung der Ressourceneffizienz durch neue Ansätze zur Wiederaufarbeitung und Restauration, Teilvorhaben: Entwicklung von Vorbehandlungs- und Aufbereitungsschritten für den Einsatz Co-freier Hartmetalle

Chemical composition and Sr, Nd, Pb isotope ratios of mafic igneous rocks from the Ordovician Saxothuringian basin east of and within the post-Devonian Müncheberg massif, NE Bavaria, Germany

The sampling area is located east (E-domain) and west (W-domain) of the Münchberg gneiss massif, NE Bavaria. Germany. Major and trace element compositions and Sr, Nd, and Pb isotope composition of a selected subset of Ordovician samples and post- Devonian samples of mafic igneous rocks are documented in the Table 1 'E-domain'. Sr, Nd, and Pb isotope composition of selected mafic igneous rocks from the W-domain of Ordovicician, Silurian, and Devonian age are documented together with the previously analysed Rb-Sr, Sm-Nd, U-Th-Pb concentrations (Höhn et. al., 2018, doi:10.1007/s00531-017-1497-2) in the Table 2 'W-domain'.

HGW: Blei, 90.Perzentil (Angaben in mg/kg)

Als 90.P-Hintergrundwert ist das 90. Perzentil eines Datenkollektivs zu verstehen. Es ist der Wert, bei dem 90% der bislang beobachteten Fälle geringere Gehalte aufweisen. Die Berechnung erfolgt nach Bereinigung der Datengruppe von Ausreißern. Das 90. Perzentil dient häufig als Obergrenze des Hintergrundbereichs zur Abgrenzung ungewöhnlich hoher Gehalte. Die Bestimmung des Gesamtgehaltes geschieht aus dem Königswasser-Extrakt (nach DIN ISO 11466 (1997)). Die Konzentrationsangabe erfolgt in mg/kg. Die Gehaltsklassen berücksichtigen u.a. die Vorsorgewerte der BBodSchV (1999). Diese liegen für die Bodenart Sand bei 40 mg/kg, für Lehm, Schluff und stark schluffigen Sand bei 70 mg/kg und für Ton bei 100 mg/kg. Nach LABO (2003) ist für die Berechnung von Hintergrundwerten eine Probenanzahl von >=20 erforderlich. In der Karte werden aber auch Gruppen mit einer Probenanzahl >= 10 dargestellt. Diese Angaben sind dann nur noch informell und nicht repräsentativ.

HGW: Blei, Mittlerer Gesamtgehalt (Oberboden)

Als Mittelwert wird der Median (Synonym: 50. Perzentil, Zentralwert) verwendet. Er ist der Wert, über bzw. unter dem sich 50 % aller Fälle einer Datengruppe befinden. Die Berechnung erfolgt an Ausreißer-bereinigten Datenkollektiven. Die Bestimmung des Gesamtgehaltes geschieht aus dem Königswasser-Extrakt (nach DIN ISO 11466 (1997)). Die Konzentrationsangabe erfolgt in mg/kg. Die Gehaltsklassen berücksichtigen u.a. die Vorsorgewerte der BBodSchV (1999). Diese liegen für die Bodenart Sand bei 40 mg/kg, für Lehm, Schluff und stark schluffigen Sand bei 70 mg/kg und für Ton bei 100 mg/kg. Nach LABO (2003) ist für die Berechnung von Hintergrundwerten eine Probenanzahl von >=20 erforderlich. In der Karte werden aber auch Gruppen mit einer Probenanzahl >= 10 dargestellt. Diese Angaben sind dann nur noch informell und nicht repräsentativ.

Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse der geochemischen Untersuchungen in Deutschland im Zeitraum 1975 - 1986, Cobalt in Bachsedimenten, Einzelelementkarten

In den Jahren 1975 – 1986 wurden durch die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) auf dem damaligen Staatsgebiet der Bundesrepublik Deutschland sowie durch das Zentrale Geologische Institut (ZGI) der damaligen DDR im Bereich der an der Erdoberfläche anstehenden bzw. gering von Känozoikum überdeckten präoberpermischen Grundgebirgseinheiten im Südteil der ehemaligen DDR ca. 98.000 Wasser- und 87.500 Sedimentproben aus Bächen und Flüssen entnommen und geochemisch untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden u.a. im „Geochemischen Atlas Bundesrepublik Deutschland“ (Fauth et al., 1985) und im „Abschlussbericht zur vergleichenden Bewertung der Rohstofführung in den Grundgebirgseinheiten der DDR“ (Röllig et al., 1990) dokumentiert. Bei den im Rahmen dieser Untersuchungen erhobenen geochemischen Daten handelt es um in ihrer hohen Probenahmedichte einzigartige flächendeckende geochemische Aufnahmen eines Großteils des Gebietes der heutigen Bundesrepublik Deutschland. Alle späteren geochemischen Untersuchungen (Geochemischer Atlas 2000 sowie im Rahmen von GEMAS und FOREGS) wurden mit einer ungleich geringeren Probenahmedichte durchgeführt. Diese wertvollen und unwiederbringlichen Daten sind seit ihrer digitalen Aufbereitung und Bereitstellung in den Jahren 2022 (Geochemischen Atlas Bundesrepublik Deutschland) und 2023 (Geochemische Prospektion in den Grundgebirgseinheiten im Südteil der ehemaligen DDR) über das Geoportal der BGR allgemein verfügbar. Eine direkte Vergleichbarkeit der für die beiden Teilgebiete bereitgestellten Karten ist jedoch aufgrund der Unterschiede in den bei den Untersuchungen eingesetzten Analysenverfahren (untersuchtes Elementspektrum, Analysenqualität, Bestimmungsgrenzen, …) nicht gegeben. Für einen Teil der untersuchten Elemente und Parameter ist jedoch bei entsprechenden Anpassungen (Bestimmungsgrenzen, darstellbare Gehaltsbereiche, Klasseneinteilung der Kartenlegenden, …) eine zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse dieser in ihrer hohen Belegungsdichte einzigartigen geochemischen Untersuchungen möglich. Solche zusammenfassenden Darstellungen werden nun über das Geoportal der BGR erstmals bereitgestellt. Die Downloads zeigen die Verteilung der Cobaltgehalte in Bachsedimenten in vier verschiedenen farbigen Punkt- und Isoflächenkarten.

Mineralstoffwechsel und Spurenelementstoffwechsel

1. Akkumulation von Cd in den Nebennieren und Wirkungen auf den Metabolismus von Nebennierenrindenhormon. 2. Biokinetik von Jod, Cobalt und Chrom bei schwangeren Saeugetieren.

Wassersparendes Verfahren für kobaltfreien Korrosionsschutz in der Oberflächentechnologie

Zielsetzung: Gegenstand des Projektes ist die Erarbeitung neuer Passivierungskomplexe, die über einen größeren pH-Bereich stabil sind. Damit wird zum einen Kobalt ersetzt, und zum anderen wird Spülwasser effizienter genutzt. Im Stand der Technik wird das Konfliktmetall Kobalt verwendet, und die Differenzen der pH-Bereiche in der Oberflächenpassivierung sind so groß, dass zwischen den einzelnen Prozessschritten umfangreiche Spülgänge nötig sind. Dabei kommt es zur Ausschleppung der funktionalen Spezies und wertvolle Metalle gehen verloren. Aufgrund des hohen Energie- und Wasserbedarfs sowie Ressourceneinsatzes im Abbau und der Verhüttung von Kobalt und den erforderlichen Spülwasservolumina im Stand der Technik weist dieses Verfahren eine verhältnismäßig negative Umweltbilanz auf. Um den Nachhaltigkeitsgedanken auch in diesem Marktsegment konsequent fortzuführen, sind neue Lösungen erforderlich. Der Ersatz von Kobaltkomplexen durch pH-stabilere Komplexe, die auf dem Spülwasser zurückgewonnen werden, weist eine deutlich bessere Umweltbilanz auf. Marktseitig werden für die Oberflächenpassivierung in Deutschland jährlich unter anderem 100 t Kobalt und 624 Millionen Liter Frischwasser benötigt.

Hocheffiziente, kostengünstige und langlebige Natrium-Ionen-Batterie Zellen

Zielsetzung: Batterien spielen eine entscheidende Rolle in der Transformation der (Strom-)Wirtschaft zu einer CO2 neutralen Zukunft. Die Emissionsreduktion hängt primär vom vorliegenden Strom- bzw. Energiemix ab. Einerseits für den Energieaufwand während der Erzeugung, andererseits während ihres Betriebs. Überdies dürfen CO2 Emissionen für die Erzeugung, Raffinierung und den Transport von Grundmaterialien nicht vernachlässigt werden. Hier setzen die in diesem Projekt beschriebenen Innovationen an. Aktuelle State-of-the-Art LIB Batterien verwenden einerseits nicht weltweit geläufige Rohstoffe, wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit. Diese Rohstoffe werden primär in China raffiniert. Die so hergestellten Ausgangsmaterialien werden dann ihrerseits erneut über weite Strecken transportiert. Anodenseitig wird aktuell Graphit verwendet. Beispielsweise stammen sowohl natürlicher (74%) als auch synthetischer Graphit (51%) primär aus China, weswegen chinesische Exportrestriktionen auf diesen essentiellen Zellbestandteil ein zusätzliches Hemmnis für die europäische LIB Technologie darstellen. Zusätzlich bedürfen LIB Batterien deutlich mehr CO2 in der Herstellung aufgrund der Anforderung an die Trockenräume, was bei NIB zumindest mit zusätzlicher Forschung deutlich reduzierbar wäre. Im Gegensatz dazu beruhen die Materialien für hier entworfene NIB auf weltweit geläufigen Mengenrohstoffen, was sowohl Kosten, CO2 Emissionen, Umweltbelastungen, und eben auch Abhängigkeiten von außereuropäischen Ländern minimiert. Für eine Transformation hin zu einer nachhaltigen, erneuerbaren Wirtschaft sind billige Energiespeicher essenziell. Seit langem werden in den Roadmaps NIB als die beste Zukunftstechnologie bezeichnet, um möglichst kostengünstige Energiespeicher zu bauen. Daher wurde ein Konzept der vertikalen Integration entlang der Wertschöpfungskette erarbeitet, dass mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit, binnen von zwei Jahren zu einem NI-Batteriepack Prototyp führen soll. Der große Vorteil darin besteht in der raschen Weitergabe von Innovationssprüngen an den Prototypen und eventuellen Produkten. Die Zielsetzung ist eine Zelle mit einer Energiedichte von 180 Wh/kg zu entwickeln, welche dann in Endanwendungen wie Gabelstapler, Heimspeicher, und stationäre Speicher eingesetzt werden kann. Durch den angestrebten niedrigen Preis pro kWh für NIB’s sind alle Anwendungen mit einer niedrigen bis mittleren Energiedichte denkbar.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Die Dynamik von Vitaminen und Spurenmetallen im Südpolarmeer: Bildungs- und Abbauprozesse von B-Vitaminen, Eisen, Zink und Kobalt mit Hilfe eines neuen Massenbilanz Verfahrens

Weite Regionen der Ozeane werden als sogenannte high nutrient low chlorophyll-Gebiete (HNLC) bezeichnet. Sie sind charakterisiert durch relativ niedrige Chlorophyllwerte trotz ausreichend hoher Nährstoffdichte. In diesen Regionen werden das Algenwachstum und dessen Zusammensetzung statt durch Makronährstoffe (etwa Nitrat), von Mikronährstoffen wie Spurenelementen und Vitaminen gesteuert. Die Eintragswege von Spurenelementen und deren Aufnahme durch Plankton und Schwebepartikel in der Wassersäule wurden in den letzten drei Jahrzehnten intensiv untersucht. Im Gegensatz dazu ist weiterhin relativ wenig bekannt über die Prozesse, welche das Vorkommen von bioverfügbaren Spurenelementen in situ wieder auffüllen, beispielsweise durch Remineralisation oder grazing durch Zooplankton. Die Bedeutung von Vitaminen für das Wachstum von Phytoplanktonblüten im Südpolarmeer wurde erst in jüngster Zeit erkannt. Jedoch existieren bislang keinerlei Daten über den Verbrauch und die Konzentrationen des Vitamingehaltes durch Plankton. Darüberhinaus sind Vitaminproduktionsraten für das marine System noch niemals bestimmt worden. In welchem Verhältnis stehen die Produktions- und Recyclingraten von Spurenstoffen und Vitaminen zu deren Entsorgungsraten? Welche Rolle spielt das grazing durch Zooplankton? Werden durch den Klimawandel und den als Folge saurer werdenden Ozean Recyclingprozesse begünstigt als Konsequenz einer veränderten Spurenstoffchemie und sich ändernder biologischer Wechselwirkungen? Um diese Fragen zu beantworten, wird ein neuer Ansatz zur Massenbilanzierung angewendet, um in situ Recyclingraten von drei ökologisch relevanten Spurenstoffen (Eisen, Zink und Kobalt) zu bestimmen. Außerdem werden die Produktions- und Recyclingrate von Vitaminen bestimmt. Eine umfassende Bestimmung der Planktongesellschaft mit unterschiedlichen Methoden wird die Schlüsselarten fuer die verschiedenen Prozesse identifizieren. Der Einfluss des grazing von Piko-und Nanoplankton durch höhere trophische Level auf diese Produktions- und Recyclingraten wird im Rahmen von Feld- und Laborexperimenten untersucht, ebenso wie der Einfluss von erhöhtem pCO2. Dieser umfassende Datensatz wird eine große Lücke in den Studien zur Bedeutung von Spurenstoffen und Vitaminen schließen. Er liefert zudem Informationen für globale Ozeanmodelle zum Kreislauf von Vitaminen, Eisen und weiteren ökologisch relevanten Spurenstoffen im marinen System und deren Veränderung unter sich wandelnden klimatischen Bedingungen.

Umweltschonende Herstellung von wiederaufladbaren langlebigen Lithium-Polymer-Batterien mit Festkörper-Elektrolyten und extrudierten Elektroden

Die Microbatterie GmbH, Ellwangen, eine 100 Prozentige Tochter der VARTA AG, errichtet eine Anlage zur großtechnischen Produktion von Lithium-Polymer-Batterien, die insbesondere bei miniaturisierten, transportablen Anwendungen wie z.B. Handies und Notebooks eingesetzt werden sollen. Das Produkt und die Fertigungstechnik sind vollständige Neuentwicklungen. Die Microbatterie GmbH will gesundheitsschädliches Kobalt in der Produktion und im Produkt durch umweltverträgliche Lithium-Mangan-Oxide substituieren. Ferner soll der bisher verwendete Flüssigelektrolyt in einem ersten Schritt zum Teil durch einen umweltverträglicheren ionenleitenden Festkörperelektrolyten und in einem zweiten Schritt durch eine Kombination zweier Festelektrolyte ersetzt werden. Die Polymertechnologie mit der aluminisierten Tütenverpackung macht das Produkt recyclingfreundlich und sicher (keine Auslaufgefahr). Daneben zeichnen sich Lithium-Polymer-Batterien aufgrund ihrer Wiederaufladbarkeit (bis zu 1.000 mal bei den Hauptanwendungsgebieten) durch eine hohe Lebensdauer aus. Aus umweltpolitischer Sicht ist auch die umweltfreundliche Produktionstechnik hervorzuheben. Durch die Einführung eines innovativen Extrusionsverfahrens kann auf die bisher bei der Elektrodenherstellung und der Extraktion eingesetzten Lösemittel, Weichmacher und PTFE-Folien vollständig verzichtet werden. Bei der Extrusion werden die reinen Rezepturen vermischt und direkt als Folie mit einem Extruder hergestellt. Dieses Verfahren arbeitet abluft- und abwasserfrei. Die bei herkömmlichen Verfahren entstehenden Abfälle (Lösemittel, Weichmacher und Folie) können vollständig vermieden werden. Es fallen lediglich Elektrodenstanzabfälle aus Kupfer und Aluminium (5 Prozent der Einsatzmenge) und Gehäuseabfälle aus Aluminium (25 Prozent der Einsatzmenge) an, die stofflich verwertet werden können.

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