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Veredelung von Nassgrünland-Biomasse zu Plattformchemikalien, Verpackungen, Faserguss und Papier, Teilvorhaben 2: Entwicklung und exemplarische Realisierung von Verfahren zur Gewinnung und Aufbereitung von Faserrohstoffen für den Einsatz im Sektor Pulp & Paper

EDELNASS fokussiert auf die stoffliche Verwertung von Aufwüchsen von wiedervernässten Moor-Grünland, welches heterogen in der Artenzusammensetzung ist und oft Bewirtschaftungseinschränkungen unterliegt (z.B. Erntezeitpunkt). Biomasse und ihre Standortparameter von 5 Moorstandorten in ganz Deutschland werden analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in 2 Verwertungsverfahren untersucht, getestet und bewertet: (i) Umwandlung in Bioraffinerien zu den biobasierten, hochwertigen Basischemikalien HMF und Furfural und der Optimierung der Verfahren an der Universität Hohenheim. Ebenso wird Lignin als weiteres Produkt hergestellt. Das HMF kann zur Herstellung des recyclebaren, biobasierten Hochleistungskunststoff PEF weiterverarbeitet werden, woraus die Hochschule Albstadt-Sigmaringen nachhaltige Verpackungslösungen entwickelt, (ii) Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie stellt zusammen mit seinen Partnern Faserstoffe aus der Biomasse her und verarbeiten diese weiter zu Papieren und Fasergussformteilen. Kopplungspotentiale von Stoffströmen der Rohstofffraktionen zwischen den Verfahren untersucht, indem Zwischen- und Nebenprodukte der Verfahren in die jeweils anderen Prozesse eingespeist werden. Ziel der Untersuchungen ist es, neue Wertschöpfungsketten auf der Grundlage von Nasswiesen-Bewirtschaftung zu entwickeln, die eine produktive Nutzung von Nassgrünland mit dem Erreichen von Naturschutz- und Klimaschutzzielen verbindet. Für eine zukünftige Honorierung von Ökosystemdienstleistungen vernässter Moore werden Datengrundlagen erstellt: CO2-Bilanz der Verfahren und möglicher Produkte (inkl. bodenbürtiger Emissionen), Entwicklung von Artenvielfalt und Wasserqualität. Die Kosten von der Rohstoffbereitstellung bis zum Endprodukt werden analysiert, um geeignete Betriebsmodelle für die einzelnen Verfahren abzuleiten und beispielhaft in Moorregionen zu projektieren.

Kombination verschiedener Ligninmaterialien zur Anwendung in modularen Leichtbaumöbeln, Teilvorhaben: Ligninmodifizierung und Verarbeitung zu Schäumen und Lederimitaten

Entwicklung biobasierter Dips zur Haftvermittlung bei technischen Elastomererzeugnissen

Natürliche Nanopartikel und Kolloide in bewaldeten Europäischen Quellgebieten: Neue Erkenntnisse über raumzeitliche Dynamiken und potentielle Herkunft

Natürliche Nanopartikel (NNP) und bodenstämmige Kolloide werden zunehmend als hoch relevante Transportform von Elementen in wässrigen Phasen von Ökosystemen anerkannt. Zur elementaren Zusammensetzung dieser Partikel und deren Größenspanne liegen erste Erkenntnisse vor, jedoch fehlen weiterhin wichtige fundamentale Informationen über deren zeitliche Dynamiken und deren Herkunft. Die Ziele dieses Projektes sind (i) die zeitlichen Dynamiken von NNP und Kolloiden aufzudecken, (ii) den Einfluss von signifikant erhöhten Abflussereignissen auf den Export von NNP und Kolloid-bedingtem Transport aufzuklären und (iii) die potentielle Herkunft von Bachwasser-NNP und Kolloiden zu erklären. Um eine Vorstellung über die Validität der Ergebnisse (iv) auf europäischer Skala und durch verschiedene Ökosysteme zu bekommen, werden die Analysen an Bachwasserproben von verschiedenen Dauerbeobachtungsflächen durch Europa durchgeführt. Diese Standorte, mit denen ich bereits erste eigene wissenschaftliche Kooperationen etablieren konnte, bieten Daten über die Böden, die Gewässerchemie und Stoffflüsse innerhalb des Ökosystems. Die Analytik wird mit Hilfe von Kombinationsverfahren der Feld Fluss Fraktionierung (FFF) durchgeführt. Für ausgewählte Proben wird größen- und elementspezifische Analytik von NNP und Kolloiden mit der Analyse von Lignin Phenolen, der natürlichen Häufigkeitsermittlung von 13C, Radiokarbondatierung und zusätzlicher d56Fe Analytik kombiniert. Durch die Kombination der Daten sollte es möglich sein das Vorkommen und die Variabilität von NNP und Kolloiden als vorherrschende Elementtransportform, sowie deren Herkunft aus verschiedenen Bodenhorizonten und die generelle Validität meiner Ergebnisse auf unterschiedliche Standorte in Europa besser verstehen zu können.

Forschergruppe (FOR) 2358: Mountain Exile Hypothesis - How humans benefited from and re-shaped African high altitude ecosystems during Quarternary climatic changes, Teilprojekt: Anthrosole der Bale Mountains - Archive für die Rekonstruktion der Besiedlungs-Chronologie und -Intensität sowie Interaktionen mit Feuer und der Zerstörung der Erica-Vegetation auf dem Sanetti-Plateau

In Projekt P2 werden wir die Chrolonolgie und Intensität der menschlichen Besiedelung der Bale-Mountains untersuchen und deren Auswirkungen auf die Entwaldung des Sanetti-Plateaus durch Feuer. Um diese Zusammenhänge zu untersuchen, werden wir uns auf folgende Punkte konzentrieren:1. In Zusammenarbeit mit Projekt P1 (Archäologie) werden wir Chronologie (mittels Radio-Kohlenstoff- und Optisch stimulierter Lumineszenz-Datierungen) und Art und Intensität der menschlichen Besiedelung untersuchen. Hierzu dienen Anthrosole unter Felsvorsprüngen und Höhlen als Archive und molekulare Marker als Landnutzungs-Indikatoren, wie z.B. Phosphor-Mapping (Birk et al. 2007), Benzolpolycarbonsäuren (Glaser et al. 1998) und Sterole und Gallensäuren als Fäkalbiomarker (Birk et al. 2012). 2. In Zusammenarbeit mit den Projekten P3 (Basis-Umweltdaten-Erhebung) und P7 (Erd-Käfer) werden wir typische Standortseigenschaften (Böden und Topographie) erhoben. Diese Daten erlauben uns die Rekonstruktion der ehemaligen Erica-Ausbreitung sowie von gegenwärtigen reellen und potenziellen Erica-Standorten. 3. Mit der gleichen Intension werden wir potenzielle molekulare Erica-Marker untersuchen wie z.B. Cutin und Suberin (Spielvogel et al. 2014), CuO lignin und Monosaccharide (Spielvogel et al. 2007; Eder et al. 2010), Phytolithe (Iriarte et al. 2010), n-Alkane, Stabilisotopen-Signaturen (Glaser und Zech 2005).Sollten keine Erica-spezifischen Biomarker gefunden werden, wenden wir Metabolomics-Techniken an, um zwischen Erica und Gras-Vegetation im Boden zu unterscheiden.4. Um mögliche Interaktionen zwischen der menschlichen Besiedelung und der zeitlichen und räumlichen Dynamik der Erica-Vegetation zu identifizieren, werden Sedimente von konkaven glazialen Ablagerungen auf dem Sanetti-Plateau mit den oben beschriebenen molekularen Markern untersucht. Wir gehen davon aus, dass die Chronologie und Intensität von Feuer die Dynamik der Erica-Vegetation bestimmt. In Zusammenarbeit mit P4 (Paleoökologie, Pollen) und P5 (Paleoclimatologie, 18O-Zucker) werden wir identifizieren, ob das Brennen der Erica-Standorte mehr durch die menschliche Besiedelung oder durch paläoklimatische Fluktuationen bestimmt wird.

ERA-NET Forest Value: Ein neues Konzept für hochfeste Zellulose-Verbundwerkstoffe (StrongComposite)

Zielsetzung: Deutsche Zusammenfassung der Projektziele: Das beantragte Projekt hat die Entwicklung eines neuartigen Konzepts für hochfeste Zellulose Verbundwerkstoffe zum Ziel. Durch teilweise Delignifizierung der Holzzellwand soll diese unter Erhalt der natürlichen Anisotropie leichter komprimierbar werden. Dadurch wird die Herstellung hochfester Verbunde möglich, die gegenüber derzeitigen nicht-biobasierten Lösungen konkurrenzfähig sind. Die wissenschaftlichen Ziele umfassen ein tiefergehendes Verständnis des Delignifizierunsprozesses, die bevorzugte Anwendung 'grüner' Chemie und Verfahrenstechnik, die Synthese biobasierter Klebstoffsysteme zur Verbundwerkstoffherstellung, sowie die Herstellung von Werkstoffmustern mit hoher Steifigkeit und Festigkeit. Die technologischen Ziele bestehen in der Skalierung der Herstellungsprozesse und der Herstellung von Demonstratorobjekten entsprechend den Anforderungen der geplanten Anwendungsfelder Fahrzeugbau und Möbelbau, und in der geschlossenen Nutzung aller anfallenden Stoffströme, insbesondere Lignin zur Klebstoffsynthese. Bedeutung des Projekts für die Praxis Die Bedeutung des Projekts liegt in der sehr deutlichen Erhöhung der mechanischen Leistungsfähigkeit holzbasierter Materialien im Vergleich zu etablierten technischen Lösungen. Dadurch soll Holz als Werkstoff in Anwendungsfeldern wie dem Fahrzeugbau wieder konkurrenzfähig werden. Bei konkurrenzfähigen mechanischen Eigenschaften wird ein höherer Anteil von nachhaltigen Materialien in Fahrzeugen möglich. Hochleistungsmaterialien aus biobasierten Rohstoffen ermöglichen eine hohe regionale Wertschöpfung, nicht zuletzt auch für die forstwirtschaftliche Primärproduktion.

Mehrcyclische organische Carbonate als Vernetzer für biobasierte und formaldehydfreie Klebstoffe, Teilvorhaben 3: Pflanzenölcarbonate

Im Vorgängerprojekt 'Mehrcyclische organische Carbonate als Vernetzer für biobasierte und formaldehydfreie Klebstoffe' CycloCarb (FNR-FKZ: 22027014) konnte im Labormaßstab aufgezeigt werden, dass sich gesundheitlich unbedenkliche mehrfunktionelle cyclische Carbonate als Vernetzer von petrochemischen und biobasierten Polymeren, vor allem von Lignin, eignen und sich neue, formaldehydfreie lignin-basierte Klebstoffe herstellen lassen. Bei ersten Verklebungstests von Holzfurnieren wurden gute Festigkeiten erzielt. Der noch zu geringen Reaktivität zwischen Lignin und den Carbonaten soll entgegengewirkt werden, indem diese in einer Zwischenstufe zu höhermolekularen Lignin-Carbonat-Präpolymeren umgesetzt werden. Im Laborversuch konnten viskose Präpolymer-Produkte erhalten werden, die über eine Vielzahl an cyclischen Carbonat-Funktionen pro Molekül verfügen, eine erhöhte Reaktivität aufweisen und mit etlichen weiteren potentiellen Reaktionspartnern wie Tanninen, Kohlenhydraten und Proteinen, aber auch mit konventionellen Klebharzkomponenten kompatibel sind. Ein Schwerpunkt der Projektarbeiten besteht in der Entwicklung von Prä-Polymeren aus Pflanzenölcarbonaten, konventionellen Carbonaten und Lignin bis in den Technikumsmaßstab. Pflanzenölcarbonate werden zusammen mit dem Projektpartner HOBUM Oleochemicals GmbH unter Verwendung neuer Katalysatoren entwickelt und am Thünen-Institut für Holzforschung mit Lignin zu Prä-Polymeren verarbeitet. Produktcharakterisierung, Klebstoffformulierung, Upscaling und Verklebungstests werden vom Thünen-Institut für Holzforschung und Prefere Resins Germany GmbH durchgeführt. Die Prä-Polymere werden schließlich im Kilogrammmaßstab erzeugt, um Holzwerkstoffe, faserbasierte Materialien und Mineralstoffe verkleben und anwendungsorientiert prüfen zu können.

Mehrcyclische organische Carbonate als Vernetzer für biobasierte und formaldehydfreie Klebstoffe, Teilvorhaben 2: Klebstoffentwicklung

Im Vorgängerprojekt 'Mehrcyclische organische Carbonate als Vernetzer für biobasierte und formaldehydfreie Klebstoffe' CycloCarb (FNR-FKZ: 22027014) konnte im Labormaßstab aufgezeigt werden, dass sich gesundheitlich unbedenkliche mehrfunktionelle cyclische Carbonate als Vernetzer von petrochemischen und biobasierten Polymeren, vor allem von Lignin, eignen und sich neue, formaldehydfreie lignin-basierte Klebstoffe herstellen lassen. Bei ersten Verklebungstests von Holzfurnieren wurden gute Festigkeiten erzielt. Der noch zu geringen Reaktivität zwischen Lignin und den Carbonaten soll entgegengewirkt werden, indem diese in einer Zwischenstufe zu höhermolekularen Lignin-Carbonat-Präpolymeren umgesetzt werden. Im Laborversuch konnten viskose Präpolymer-Produkte erhalten werden, die über eine Vielzahl an cyclischen Carbonat-Funktionen pro Molekül verfügen, eine erhöhte Reaktivität aufweisen und mit etlichen weiteren potentiellen Reaktionspartnern wie Tanninen, Kohlenhydraten und Proteinen, aber auch mit konventionellen Klebharzkomponenten kompatibel sind. Ein Schwerpunkt der Projektarbeiten besteht in der Entwicklung von Präpolymeren aus Pflanzenölcarbonaten, konventionellen Carbonaten und Lignin bis in den Technikumsmaßstab. Pflanzenölcarbonate werden zusammen mit dem Projektpartner HOBUM Oleochemicals GmbH unter Verwendung neuer Katalysatoren entwickelt und am Thünen-Institut für Holzforschung mit Lignin zu Präpolymeren verarbeitet. Produktcharakterisierung, Klebstoffformulierung, Upscaling und Verklebungstests werden vom Thünen-Institut für Holzforschung und Prefere Resins Germany GmbH durchgeführt. Die Präpolymere werden schließlich im Kilogrammmaßstab erzeugt, um Holzwerkstoffe, faserbasierte Materialien und Mineralstoffe verkleben und anwendungsorientiert prüfen zu können.

Bioökonomie International 2020: ENTOMO-Value - Valorisierung landwirtschaftlicher Seitenströme als Biomasse zur Aufzucht von Insekten für deren Einsatz in nachhaltigen Lebensmittelapplikationen

Thermische Solvolyse von Lignin in Dimethylcarbonat zu biobasierten Aromaten

Gesamtziel des Vorhabens ist die Durchführung einer Machbarkeitsphase zur Entwicklung und Erprobung eines neuen Prozesses zur basenkatalysierten thermischen Solvolyse von Lignin in Dimethylcarbonat (DMC, grünes, nicht-toxisches und umweltfreundliches Lösungsmittel) zu Monoaromaten und niedermolekularen Ligninderivaten. Dadurch wird eine höhere thermische Stabilität verbunden mit einer geringeren Glasübergangstemperatur sowie einer höheren Löslichkeit in aprotischen organischen Lösungsmitteln und damit auch einer besseren Kompatibilität mit hydrophoben Materialien der Ligninderivate erwartet. Diese Eigenschaften machen die Ligninderivate vielversprechend für den Einsatz in Blends mit Polymeren oder Kautschuk in fortlaufenden Projekten.

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