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ERA-NET SUMFOREST: Vergleich von Nachhaltigkeitsleistungen von Wertschöpfungsketten (BenchValue)

Europa geht in Richtung einer Bioökonomie. Für diese Entwicklung sind neue innovative Wertschöpfungsketten notwendig, auch und besonders für den Grundstoff Holz. Es zeigt sich jedoch, dass ein breiterer Einsatz von bio-basierten Produkten nur dann möglich ist, wenn Wettbewerbsvorteile sowohl ökonomischer Natur als auch auf Basis von Nachhaltigkeitseffekten besser dargestellt werden können. Das Ziel des Projekts ist, eine vielseitige Benchmarking Methode zu entwickeln, die es ermöglicht, Wertschöpfungsketten zu vergleichen, die auf erneuerbaren, holzbasierten Rohstoffen und nicht erneuerbaren Rohstoffen andererseits basieren. Dadurch soll es möglich werden, die Nachhaltigkeitseffekte zu bewerten und die positiven Klimaeffekte von Substitution nicht-erneuerbarer Materialien durch holzbasierte Stoffe abzuschätzen. Das übergeordnete Ziel ist, Entscheidungsträger in Politik und Marktwirtschaft mit besseren Entscheidungsgrundlagen in der Materialverwendung zu unterstützen. Als Demonstrationsobjekt wird der Bausektor herangezogen, anhand dessen die BenchValue Methode getestet. Holz soll als starke und langlebige Alternative zu energieintensiven Stoffen überprüft werden, und die Effekte von Kohlenstoffspeicherung in Gebäuden und deren positive Effekte auf Reduzierung von Treibhausgasen analysiert werden. Der Hintergrund dieser Auswahl ist, dass der Bausektor einer der führenden Sektoren in der Eurasischen Wirtschaft ist, und dementsprechend bedeutende Potenziale für die Ausprägung einer Bioökonomie aufweist. Um eine hohe Akzeptanz für die entwickelte Methode begleitend zu generieren und eine klare Transparenz der Arbeiten und Ergebnisse zu gewährleisten, wird auf einem im Rahmen von EU-Forschung entwickelten Impact Assessment Tool aufgebaut. Dieses Instrument, ToSIA, wurde für Wald-Holz Wertschöpfungsketten entwickelt (Lindner et al., 2010) und erwies sich als flexibel für erweiterte Aufgabengebiete. Vor diesem Hintergrund ist eine Erweiterung für das Benchmarking verschiedener Wertschöpfungsketten in BenchValue vorgesehen. Eine wichtige Komponente ist, Stakeholdern eine valide, einheitliche Methode zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt, die Nachhaltigkeitseffekte verschiedener Materialien zu testen und eine informierte Entscheidungsfindung zu unterstützen. ToSiA hat sich in diesem Gebiet als tragfähig erwiesen (Tuomasjukka et al. 2013). Im Gegensatz zu diesen neuen Anforderungen gibt es zurzeit keine Label, Standards or Methoden, oder nur partiell (z.B. EN 15978 LCA spricht Umweltaspekte von Bauwerken an). Für Instrumente wie die EU Energy Performance of Buildings Directive (European Parliament & Council of the European Union 2010), die ab 2020 rechtlich verbindlich werden, sind solch Aspekte jedoch essenziell. BenchValue setzt sich zum Ziel, politik-relevantes Wissen zu generieren zu Instrumenten und Politiken, die in direktem Zusammenhang mit der Bioökonomie stehen.

Holz ohne Rinde ernten - Nährstoffentzug minimieren

Forscher testen entrindende Harvesterfällköpfe unter hiesigen Waldbedingungen. Die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) und das Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik (KWF) e.V. wollen kombinierte Fäll- und Entrindungsköpfe, die für die Plantagenwirtschaft mit Eucalyptus entwickelt wurden, unter mitteleuropäischen Waldverhältnissen testen und gegebenenfalls modifizieren. Würde die nährstoffreiche Rinde direkt am Ernteort im Wald verbleiben, hätte dies große Vorteile für den Wald. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über seinen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), gefördert. Auf geringer nährstoffversorgten Standorten kann die Stammholznutzung mit Rinde langfristig die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen, dies limitiert die nachhaltig erntebaren Mengen. Eine Lösung wäre es, die Stämme gleich nach dem Fällen auf oder neben der Rückegasse zu entrinden. Auf diese Art würde man die Nährstoffe in natürlicher Form im Wald belassen. Daneben birgt diese Vorgehensweise weitere mögliche Vorteile: - Das Transportvolumen ließe sich verringern - Der Entrindungsprozess im Werk könnte entfallen - Aus Energieholzsortimenten könnten rindenfreie Premium-Holzbrennstoffe erzeugt werden, die bei der Verbrennung einen deutlich geringeren Aschenanteil haben und weniger Feinstaub freisetzen. - Forstschutzaspekte. Auf südafrikanischen und brasilianischen Plantagen haben sich Harvesterköpfe, die sowohl entasten als auch entrinden können, bereits bewährt. Im Vorhaben wollen die Forscher diese Technik unter mitteleuropäischen Verhältnissen erproben und gegebenenfalls anpassen. Die Versuche finden in Bayern und Niedersachsen mit verschiedenen Baumarten und Sortimenten statt. Dabei analysieren die Forscher neben den technischen auch die ökologischen und betriebswirtschaftlichen Aspekte. Unter anderem wird die HSWT Nährstoffbilanzen auf den Untersuchungsflächen erstellen. Über die Beteiligung von Partnern aus der Wirtschaft, darunter Sägewerke, Industrieholzabnehmer und Scheitholzproduzenten, soll der Ansatz mit einer größtmöglichen Praxisnähe entwickelt werden. Momentan verwerten Sägewerke die anfallende Rinde - allerdings mit relativ geringer Wertschöpfung - als Rindenmulch oder Brennstoff. Diese Nutzung könnte künftig zu Gunsten eines besseren Nährstoffkreislaufes geringer ausfallen. Ein Problem bei der Nutzung von entrindetem Holz gibt es bei längerer Lagerung im Wald, weil es dann zu Verfärbungen kommt. Dies könnte Einfluss auf die Vermarkt- und Verarbeitbarkeit haben. Bis zum Projektabschluss im August 2017 wird sich herausstellen, ob und zu welchem Grad diese Nachteile tatsächlich zutreffen und in welcher Relation sie zu den Vorteilen stehen. Informationen zum Projekt stehen auf http://www.fnr.de im Menü Projekte & Förderung unter den Förderkennzeichen 22013213 und 22012214 bereit.

Optimierung und Standardisierung von Hanfkalk für die nachhaltige und industrielle Bauanwendung

Zielsetzung: Im Bauwesen besteht ein erheblicher Bedarf an nachhaltigen und ressourcenschonenden Baustoffen, um den wachsenden Anforderungen des Klimaschutzes und der Energieeffizienz gerecht zu werden. Herkömmliche Baustoffe, insbesondere solche auf mineralischer Basis, verursachen hohe CO2-Emissionen in Herstellung und Nutzung. Zudem sind viele Materialien nicht biologisch abbaubar und belasten die Umwelt langfristig durch Abfall und Schadstoffemissionen. Als umweltfreundliche Alternative gewinnt Hanfkalk zunehmend an Bedeutung. Hanfkalk kombiniert die Vorteile nachwachsender Rohstoffe (Hanffasern) mit mineralischer Bindung und bietet hervorragende Eigenschaften wie gute Wärmedämmung, Feuchtigkeitsregulierung und nachhaltige CO2-Bindung. Dennoch bestehen derzeit wesentliche Defizite: Die Herstellungsprozesse sind oft nicht standardisiert, die Rezepturen variieren stark und es fehlen verlässliche Qualitäts- und Prüfkriterien. Dies führt zu Unsicherheiten bei der Verarbeitung und erschwert die breite Marktdurchdringung. Die damit verbundenen Hemmnisse verhindern bislang, dass Hanfkalk in großem Maßstab und standardisiert im Bauwesen eingesetzt wird. Die fehlende Normierung und Qualitätssicherung begrenzen die Akzeptanz bei Planern, Handwerk und Industrie und verhindern eine flächendeckende Anwendung trotz des hohen ökologischen Potenzials. Das Fördervorhaben setzt genau hier an: Ziel ist es, Hanfkalk als nachhaltigen Baustoff weiterzuentwickeln, seine Herstellungsprozesse und Rezepturen systematisch zu optimieren sowie neue, praxisgerechte Prüfkriterien zu etablieren. Dadurch soll eine verlässliche, reproduzierbare Qualität gewährleistet werden, die Grundlage für eine Standardisierung und Normierung bildet. Durch die Umsetzung dieser Zielsetzungen werden bedeutende umweltrelevante Probleme adressiert: Die Substitution konventioneller Baustoffe durch Hanfkalk kann den CO2-Ausstoß im Bauwesen deutlich reduzieren, den Einsatz nachwachsender Rohstoffe fördern und zur Kreislaufwirtschaft beitragen. Gleichzeitig erhöht die verbesserte Qualitätssicherung die Verarbeitbarkeit und Langlebigkeit der Baustoffe, was den Ressourcenverbrauch langfristig senkt. Insgesamt unterstützt das Projekt somit die Transformation zu einer klimafreundlichen und ressourcenschonenden Bauwirtschaft und leistet einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der nationalen und internationalen Umwelt- und Klimaziele.

Nachwachsende Rohstoffe

Der Aufgabenschwerpunkt "Nachwachsende Rohstoffe" umfasst die Erarbeitung von Empfehlungen zur Rohstoffbereitstellung für die Energiegewinnung und technische Produktherstellung (z.B. Dämmstoffe, Biokraftstoff, Biogas) sowie die Umsetzung und Begleitung der Forschungsförderung. Zu den nachwachsenden Rohstoffe gehören z.B. schnellwachsende Hölzer, Chinaschilf, Getreide, Roggen, Hanf, Faserpflanzen, Energiepflanzen, Winterraps, halm- und holzartige Biomasse. Unter dem Begriff nachwachsende Rohstoffe werden Produkte pflanzlicher und tierischer Herkunft zusammengefasst, die im Nicht-Nahrungs- und Nicht-Futtermittelsektor verwertet werden. Nachwachsende Rohstoffe umfassen - Nebenprodukte der Land- und Forstwirtschaft (z. B. Stroh, Holz aus Waldpflege, Biomasse aus der Landschaftspflege), - Pflanzen aus dem landwirtschaftlichen Anbau (z. B. öl- und stärkehaltige Pflanzen, ein- und mehrjährige Gräser, Faserpflanzen, Heil-, Gewürz- und Aromapflanzen) sowie - unbehandelte Abfallstoffe der Biomasseverarbeitung (Bau- und Industrierestholz, Hobel- und Sägespäne etc.). Zunehmende Bedeutung erlangen sie vor allem vor dem Hintergrund des steigenden Energiebedarfs, der Endlichkeit fossiler Rohstoffe und der CO2-Anreicherung der Atmosphäre.

Pflanzenoel als Kraftstoff fuer Dieselmotoren

In dieser Arbeit wird die Verwendungsmoeglichkeit von Pflanzenoelen als Kraftstoff fuer Dieselmotoren, insbesondere in Hinblick auf die Anwendung dieser Technologie in den Laendern der Dritten Welt untersucht. Daher wird hier das 'On-farm-Konzept' verfolgt. Dh die gesamte Kette von der Oelsaatproduktion ueber das Oelpressen bis hin zur Verwertung des Oels erfolgt im landwirtschaftlichen Betrieb. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Durchfuehrung von Dauertests mit kaltgepresstem Rapsoel.

Elektrochemische Valorisierung furanreicher Prozessströme aus dem hydrothermalen Aufschluss landwirtschaftlicher Reststoffe

Das Ziel des Verbundvorhabens ELEVATOR besteht in der Etablierung eines effizienten, gekoppelten elektrochemischen Prozesses für die Herstellung von biobasierter Furandicarbonsäure (FDCA) und biobasiertem Dimethylfuran (DMF) aus 5-Hydroxymethylfuran (HMF), das aus landwirtschaftlichen Reststoffen gewonnen wird. Der hochinnovative Charakter von ELEVATOR liegt dabei insbesondere in a) der kombinierten Nutzung der anodischen und kathodischen Halbzellreaktion (Oxidation und Reduktion) zur parallelen Synthese hochwertiger Produkte in einer einzigen elektrochemischen Zelle ('200% Zelle') und b) in der Verwendung eines industriell relevanten Eduktstroms aus dem hydrothermalen Aufschluss von lignozellulosehaltiger Biomasse. Der biogene Rohstoff wird dabei nicht aufwendig vorgereinigt. Der elektrochemische Prozess wird im Vorhaben bis TRL 4 entwickelt und zur Herstellung von Mustermengen der Produkte betrieben. Hierzu wird auch ein Verfahren zur Aufreinigung der Produkte FDCA und DMF etabliert. Das Ziel des Teilvorhabens 'Grundlagenuntersuchungen zur Elektrosynthese und zum Downstream Processing' von Fraunhofer IGB besteht in der grundlegenden Entwicklung der elektrochemischen Halbzellreaktionen, nämlich der Oxidation von DMF zu FDCA und der Reduktion von HMF zu DMF. Dabei sollen Materialien identifiziert werden, die eine effiziente und selektive Umsetzung von HMF erlauben und gleichzeitig ungewollte Nebenreaktionen minimieren. Die Halbzellreaktionen werden in einer elektrochemischen Zelle integriert und im Labor zu einem Gesamtprozess entwickelt, der für mindestens 100 h stabil betrieben werden kann und hohe Produktausbeuten ermöglicht. Weiterhin wird von Fraunhofer IGB in ELEVATOR ein Verfahren zur Abtrennung und Aufreinigung der Produkte FDCA und DMF etabliert. Dabei wird FDCA bis zu einer Qualität aufgereinigt, die die Verwendung des Produktes in der Herstellung von Polymeren erlaubt.

Denitrifikation von Grundwasser im Festbettreaktor

Trinkwasser wird zu etwa 70 Prozent aus Grundwasser gewonnen, wobei hohe Nitratkonzentrationen die haeufigste Ursache fuer die Stillegung von Brunnen darstellen. Durch Senkung der deutschen Grenzwerte von 90 auf 50 mg/l NO3 sind vor allem kleine Wasserwerke und Hausbrunnen in landwirtschaftlich genutzten Gebieten betroffen. Unter diesem Aspekt soll die biologische Denitrifikation auf ihre Eignung fuer Kleinanlagen untersucht werden. Eine Laborreaktoranlage zur Denitrifikation von Grundwasser wird konstruiert und mit Festbettmaterialien aus den nachwachsenden Rohstoffen Stroh und Rindenmulch sowie dem technisch modifizierten Rohstoff Staerkekunststoffgranulat eingefahren. Bei Verweilzeiten zwischen 4 h und 50 h sowie einem Nitratzulauf von 120 mg NO3 /I werden in Abhaengigkeit von Traegermaterial und Schuettdichte in ersten Versuchen Wirkungsgrade zwischen 10 Prozent und 70 Prozent erreicht und damit auch der Ablaufwert von 50 mg/l unterschritten.

Entwicklung einer biologisch abbaubaren Mulchabdeckung für den Pflanzenschutz, Teilvorhaben 2: Entwicklung eines Prototyps

Hauptkomponenten und Entwicklungsschritte des zu optimierenden integrierten Systems (Integrated Plant Management - IPM) sollen folgende sein: a: Entwicklung eines neuartigen biologisch abbaubaren Compoundproduktes aus einem Viskosevlies und einer Beschichtung zum Mulchen (VliesFilm). Beide Bestandteile des VliesFilms sind biobasiert und bestehen zu 100% (Vlies), bzw. 50% (Beschichtung) aus nachwachsenden Rohstoffen und sind biologisch abbaubar. Alle Inhaltstoffe (PVOH, Glycerol) der Beschichtung haben eine Lebensmittelzulassung (E-Nummer), stehen aber nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion wie z.B. stärkebasierte Materialien. Der primäre Fokus liegt auf der Entwicklung und Optimierung des VliesFilms aus NaWaRos hinsichtlich der phytosanitären Eigenschaften im Vergleich zu konventionellem Mulchmaterial (PE, 20-25my). Als wichtigste pflanzenbaulichen Faktoren sind hier Wasserverfügbarkeit, Bodentemperatur, und die Unterdrückung von Unkräutern zu nennen. b: Der VliesFilm soll einen Mehrwert gegenüber konventionellen PE-Folien erhalten. Zu diesem Zweck werden die Beschichtungen eingefärbt, um repellente Effekte auf anfliegende Insekten (Modell Blattläuse) zu erreichen. Da diese Maßnahme einen Anflug zwar verringert, aber meist nicht komplett verhindern kann, wird ein regelmäßiges Monitoring vorgenommen, um etwaige interventiven Maßnahmen zu ergreifen. Hieraus folgt dann ein System zum integrierten Pflanzenschutz, um den Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln zu minimieren.

Polyelektrolytentfernung aus NMMO-Wässern

Wiederverwendbarer Schmierstoff zum lnnenhochdruck-Umformen

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