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Regionales Grundwassermonitoring

Das regionale Grundwassermonitoring ist ein integraler Bestandteil des ökologischen Großprojektes „Industriegebiet Spree“ (ÖGP „IG Spree“) und dient der Überwachung der Grundwasserbeschaffenheit in den sogenannten Transfergebieten von Schadstoffen zwischen altlastenverunreinigten Industrieflächen sowie den Brunnengalerien der Wasserwerke Johannisthal und Wuhlheide. Die Untersuchungsergebnisse bilden die Grundlage für die Einschätzung der hydraulischen Wirksamkeit laufender und der Überprüfung der Nachhaltigkeit abgeschlossener Sicherungs- und Sanierungsmaßnahmen sowie der Bewertung der allgemeinen Beschaffenheitsentwicklung im Projektgebiet. Die Messstellen des regionalen Grundwassermonitorings werden seit 1995 entsprechend dem hydrologischen Jahresgang einmal im Mai (Frühjahrskampagne) und einmal im Oktober (Herbstkampagne) beprobt. 1995 wurde mit insgesamt 61 Messstellen der Grundstein für das Überwachungsmessnetz des Großprojektes gelegt. Dieses Messnetz wurde im Verlauf der vergangenen Jahre sowohl flächen- als auch teufenmäßig gezielt erweitert und verdichtet. Durch die mittlerweile 1.500 Einzelpegel im Nord- und 1.900 Pegel im Südbereich des Untersuchungsgebietes konnte ein ausreichend hoher Aufschlussgrad der hydrodynamischen und hydrochemischen Gesamtsituation erzielt werden. Zusätzlich wurden zahlreiche Grundwassermessstellen aus standortbezogenen Maßnahmen auf Altlastenflächen sowie von den Berliner Wasserbetrieben (BWB) betriebene Messpegel in die Bewertung der Grundwasserbeschaffenheit einbezogen. Schwerpunkte der Analytik definieren sich durch die auf den Altlastenstandorten eingetragenen Schadstoffe. Dazu zählen: chlorierte und fluorierte Kohlenwasserstoffverbindungen (LCKW, FCKW), Benzinkohlenwasserstoffverbindungen (BTEX), polycyclische aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK), Arsen, Cyanide, Pflanzenschutzmittel und pharmatypische Verbindungen. Alle bohrungs- und messstellenrelevanten Stamm- und Ausbaudaten sowie die entsprechenden hydrodynamischen und chemischen Messergebnisse werden seit 1995 in einer übergreifenden Datenbank (GeODin) erfasst und verwaltet. Auf dieser Grundlage werden mittels geographischer Informationssysteme (GIS) für das Gesamtgebiet Grundwassergleichen- und Grundwasserdifferenzenpläne, modellgestützte Nachbildungen der Hydrodynamik sowie Darstellungen zur hydrochemischen Beschaffenheit des Grundwassers in Form von Schadstoffbelastungskarten erarbeitet. Die kurzfristige Datenverfügbarkeit ermöglicht die Bearbeitung lokaler und regionaler Fragestellungen und Zielsetzungen. Die Grundwasserdynamik wird neben den Infiltrationsbedingungen der Oberflächengewässer durch den Betrieb der Sicherungs- und Abwehrbrunnen und durch die Grundwasserförderung der Wasserwerke Wuhlheide und Johannisthal beeinflusst. Eine wesentliche Voraussetzung für die Verwertbarkeit aller ermittelten Untersuchungsergebnisse stellt die Durchführung gezielter qualitätssichernder Maßnahmen sowohl für die Errichtung der Grundwassermessstellen als auch für die Probenahme und die analytischen Leistungen der Labore dar. Hierzu zählt die Überprüfung des Messstellenausbaus (Dichtigkeit der Rohrverbindungen, Überprüfung der Lage von Verfüllmaterialien wie Kiesschüttung, Füllsand und Tonsperren zur Oberflächenabdichtung und Wiederherstellung durchteufter Grundwasserstauer) mittels geophysikalischer Messmethoden im Bohrloch. Als Kontrolle für die Laborleistungen konnte – neben Vorortkontrollen bei der Probenahme und der standardmäßigen Plausibilitätskontrolle auf Basis des Datenmanagementsystems – die BAM (Bundesanstalt für Materialprüfung und -forschung, Bereich organische Chemie) als unabhängige Überwachungsinstitution gewonnen werden. Seit 1997 führt die BAM kontinuierlich Kontrolluntersuchungen an ausgewählten Grundwasserproben, Schiedsanalysen (Ringversuche für LHKW bis 2007, für Anilin-Verbindungen zuletzt in 2017/2018), Laborbegehungen und Konsultationen durch und steht den Projektbeteiligten beratend zur Seite. Aufgrund der nachhaltigen Sanierungserfolge auf den Eintragsbereichen (Quellensanierung) sowie den Transferbereichen (Schadstofffahnen) werden seit 2014 Grundwassermessstellen zurückgebaut. Die Kosten für alle dem regionalen Grundwassermonitoring (ÖGP „IG Spree“) zuzuordnenden Maßnahmen belaufen sich durchschnittlich auf ca. 175.000 € pro Jahr.

Katalytische Addition von Stickstoff-Nucleophilen an Mehrfachbindungen

Das Projekt "Katalytische Addition von Stickstoff-Nucleophilen an Mehrfachbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Chemie, Lehrgebiet Organische Chemie, Arbeitsgruppe Lukas Gooßen durchgeführt. Das Ziel dieses Forschungsprojekts war die auf mechanistische Untersuchungen gestützte, rationale Entwicklung neuer übergangsmetallkatalysierter Additionsreaktionen von N-, C-, P-, S- und O-Nucleophilen an C-C-Mehrfachbindungen. Im Mittelpunkt dieser Arbeiten sollte dabei die Erschließung der katalytischen Addition von Amiden an terminale Alkine als ein generell anwendbarer, umweltfreundlicher Zugang zur synthetisch wertvollen Substanzklasse der Enamide stehen. In bisherigen Studien gelang es uns, die beschriebene Addition von Amiden an terminale Alkine zu einer präparativ breit einsetzbaren Reaktion zu entwickeln. Neben sekundären Amiden können so mittlerweile auch Imide, Thioamide und primäre Amide an eine Vielzahl von Alkinen unterschiedlicher Funktionalität in guten Ausbeuten addiert werden. Der Katalysator ist in situ aus kommerziell verfügbaren Bis(2-methallyl)(cycloocta-1,5-dien)ruthenium(II) ((cod)Ru(met)2) zugänglich und ohne besonderen apparativen Aufwand einfach handhabbar. Je nach verwendetem Phosphin und Additiv kann regio- und stereoselektiv das E bzw Z-konfigurierte anti-Markovnikov Enamid dargestellt werden. In umfangreichen mechanistischen Studien wurden neue Erkenntnisse zum Reaktionsmechanismus der Hydroamidierung gesammelt. Dabei konnte unter anderem nachgewiesen werden, dass keiner der ursprünglichen Liganden der Rutheniumquelle (cod)Ru(met)2 während der Katalyse am Rutheniumzentrum verbleibt. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde ein wesentlich kostengünstigeres Hydroamidierungsverfahren entwickelt, bei dem der Katalysator in situ aus einfachem Rutheniumtrichlorid-Hydrat erzeugt wird. Vielleicht der bisher größte Erfolg dieses Projektes war die Entwicklung von Katalysatoren, die erstmals die Addition von primären Amiden an terminale Alkine erlauben. Entscheidend dabei ist die Verwendung anspruchsvoller, chelatisierender Phosphinliganden in Kombination mit starken Lewis-Säuren als Co-Katalysatoren. Diese Methode eröffnet die regio- und stereoselektive Darstellung von ansonsten schwer zugänglichen Synthesebausteinen und Naturstoffen. In weiteren Arbeiten sollen zunächst die mechanistischen Arbeiten abgeschlossen werden. Danach soll die Anwendungsbreite der Hydroamidierung anhand der Synthese komplexer Naturstoffe demonstriert werden. Abschließend soll Hinweisen nachgegangen werden, dass sich die Regioselektivität der Hydroamidierung bei Verwendung von anderen Übergangsmetallkatalysatoren umkehren lässt.

Herkunft und Verbleib von PCB, Dioxinen und Furanen

Das Projekt "Herkunft und Verbleib von PCB, Dioxinen und Furanen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Organische Chemie durchgeführt.

Nachweis von organischen Schadstoffen der Liste 1 der Richtlinien 76/464/EWG in der Meeresumwelt. Titel: Schadstoffe in der Deutschen Bucht (SCHID)

Das Projekt "Nachweis von organischen Schadstoffen der Liste 1 der Richtlinien 76/464/EWG in der Meeresumwelt. Titel: Schadstoffe in der Deutschen Bucht (SCHID)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Institut für Organische Chemie durchgeführt.

Geruchsstoffe des Muells

Das Projekt "Geruchsstoffe des Muells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Organische Chemie durchgeführt.

Naehrsalzverteilung in der Deutschen Bucht

Das Projekt "Naehrsalzverteilung in der Deutschen Bucht" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Flaechendeckende Datensaetze von Naehrsalzen, zum Teil auch von geloesten organischen Stickstoff- und Phosphorverbindungen, wurden von Stationsrastern mit 10 sm Abstand in der Deutschen Bucht gewonnen und dargestellt. Die Untersuchungen erfolgten zwischen 1979 und 1983 im Juni und August/September. Die an den Nitratkonzentrationen besonders deutlich erkennbare Stroemungsfahne der Elbe wird von windinduzierten Stroemungsfeldern beeinflusst. Sie erstreckt sich haeufig ueber das Gebiet der Tiefen Rinne, in der es nach Ausbildung einer Temperatursprungschicht, die teilweise bereits im Juni nachgewiesen wurde, infolge Remineralisierung zu Sauerstoffdefiziten kommt. Erst 4-taegige Stuerme mit Windgeschwindigkeiten im Bereich ueber 7 Bft lassen die Temperaturschichtung in der Deutschen Bucht verschwinden. Auch innerhalb kurzer Zeitabstaende sind grosse Variabilitaeten im Bereich der Deutschen Bucht festzustellen. Nach Aufhebung der Temperatursprungschicht kommt es zu einer Freisetzung von Phosphat aus dem Sediment. Grosse Anteile der Stickstoffverbindungen sind in der geloesten organischen Fraktion gebunden.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Komponenten des rohen Tallöls als Reststoff der Zellstoffherstellung sollen zielgerichtet und kostengünstig so chemisch modifiziert werden (derivatisiert und epoxidiert), dass daraus zusammen mit verfügbaren und ggf. neu entstehenden Härtern ein anpassungsfähiges biogenes duroplastisches Harzsystem entwickelt werden kann ('BioDuroZell' - zur Marke angemeldet). Als exemplarische Anwendung soll ein Naturfaser-verstärkter biogener Verbundwerkstoff aus dem BioDuroZell-Harzsystem entwickelt und in der Verarbeitung getestet werden. Begleitend werden Markt- und Patentrecherchen durchgeführt wie auch ein Markteintritt der entstehenden Produkte vorbereitet sowie eine Patentstrategie für eigene Schutzrechte zu Harzsystem und Verbundwerkstoff-Halbzeug entwickelt. Eine Hochskalierung der chemischen Synthesen, eine Kostenanalyse und -optimierung sowie eine Vorbereitung einer technischen Produktion schließen sich an. Der Zellstoffhersteller ZPR stellt rohes Tallöl zur Verfügung, das an der JGU Mainz elektrochemisch und katalytisch modifiziert wird. Das so erhaltene Tallöl-Folgeprodukt wird an der TSB/FH Bingen zusammen mit Härtern, Initiatoren und Beschleunigern zum Harzsystem ergänzt und diese Rezeptur optimiert. Das Harzsystem wird durch TSB/FH Bingen im Hinblick auf verschiedene Anwendungen getestet und als exemplarische Vertiefung zum Verbundwerkstoff entwickelt. Die AIM prüft begleitend die Markt- und Patentsituation und unterstützt bei Vorbereitung des Markteintritts sowie der Patentstrategie auf Basis der chemischen und verbundwerkstofflichen Ergebnisse. Die Uni Mainz führt für das Harz eine Hochskalierung auf den kg-Maßstab durch. Die chemischen Umsetzungen werden hinsichtlich Kosten und Ausbeute optimiert. Eine Industrialisierung des Harzsystems durch die Fa. ZPR wird von allen Partnern vorbereitet.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Organische Chemie I durchgeführt. Für die Herstellung von Caprolacton aus nachwachsenden Rohstoffen wurden 3 interessante Synthesewege identifiziert. Die Synthesewege unterscheiden sich vor allem durch verschiede Startrohstoffe und durch die Kombination an chemischen und enzymatischen Syntheseschritten. Die 3 Synthesewege sollen zunächst evaluiert und priorisiert werden. Bei allen Synthesezugängen wird unter Einbezug der Rohstoffkosten die Prozesseffizienz untersucht, optimiert und evaluiert. Der priorisierte Prozess wird dann gezielt optimiert und in den vergrößerten Labormaßstab überführt. Ein Forschungsfokus hierbei wird die Optimierung der Bio- und Chemo-Katalysatoren sein, um die benötigten technischen Kenndaten zu erreichen. Um zusätzlich eine günstige Prozessökonomie zu erreichen soll auf Reinigung der Zwischenstufen verzichtet und die Reaktionen als Mehrstufen-Eintopf-Synthesen durchgeführt werden. Zudem werden erste Produktmuster hergestellt, die dann beim Unternehmen BYK in Anwendungstests im Hinblick auf die Gleichwertigkeit mit dem heutigen auf Erdöl basierenden Produkt getestet werden. Am Ende dieses Projekts soll ein nachhaltiger, effizienter und ökonomisch attraktiver bio-basierter Produktionsprozess für Caprolacton stehen.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Mathematisch- Naturwissenschaftliche Sektion, Fachbereich Chemie - Lehrstuhl für Organische Chemie , Zelluläre Chemie durchgeführt. Das Projekt BigPharm hat zum Ziel, neue biokatalytische Synthesewege für die nachhaltige und skalierbare Produktion von Mentha-2,8-diene-1-ol (MOH) und Olivetolsäure (OA) zu entwickeln. MOH und OA sind essentielle chemische Bausteine zur Produktion von Dronabinol und werden aktuell ineffizient und in nicht nachhaltigen chemischen Prozessen erzeugt, die zudem große Mengen an Abfallprodukten freisetzten. Zur biotechnologischen Produktion von MOH sollen neue Enzyme identifiziert bzw. aus bekannten Strukturdaten generiert werden. Zudem soll Limonen, das als Nebenprodukt der Zitrusfrucht-Produktion anfällt, als Substrat zur Produktion von MOH dienen. Grundlage der Enzymisolation sind hierfür Organismen, die in der Lage sind MOH zu produzieren bzw. abbauen. Die Identifizierung der Enzyme soll in einem funktionellen Ansatz und in Kombination mit neuen systembiologischen Techniken erfolgen. In einem alternativen Ansatz sollen die Identifizierten Enzyme sowohl in vitro als auch rekombinant in vivo (Ganzzellbiokatalyse) evaluiert und optimiert werden. Ziel ist eine effiziente Umsetzung von Limonen zu MOH zu ermöglichen. Das Hauptaugenmerk bei der Produktion von OA ist die Produktion aus natürlichen OA produzierenden Mikroorganismen. Die Flechte Cetrelia sanguinea enthält beachtliche Mengen an OA, dass direkt aus dem Mikroalgen- oder Pilz-Symbionten gewonnen werden soll. Allerdings ist zur mikrobiellen Produktion eine Trennung beider Symbionten und deren getrennten Kultivierung notwendig. Die Aufreinigung von OA soll direkt aus der isolierten Biomasse erfolgen. Alternativ sollen die Enzyme der OA-Biosynthese, in Analogie zur bekannten Stoffwechselwegen von Cannabis sativa identifiziert und rekombinant etabliert werden. In diesem Fall soll die Rekombinante OA Produktion in metabolisch optimierter S. cerevisae erfolgen. Es ist geplant die biotechnologische Produktion von MOH und OA zu skalieren und als alternative Produktionsstrategie zu etablieren.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Erforschung einer Nutzung von Lignin und des Terpentinschnitts als signifikante Restströme der Zellstoffgewinnung zur elektrosynthetischen Herstellung von alkylierten Adipinsäuren. Diese Restströme werden heute hauptsächlich thermisch verwertet und stehen nicht in Konkurrenz als Nahrungsmittel. Die elektrochemische Umsetzung ist besonders nachhaltig, da keine Reagenzabfälle generiert werden und auch Elektrizitätsüberschüsse, welche auch in den Zellstoffwerken/Bioraffinerien anfallen, zum Einsatz kommen können. Mithilfe der Alkyladipinsäuren sollen neue Polyamide mit innovativen Eigenschaften erschlossen werden. Zur Realisierung bedarf es neuer elektrochemischer Flusszellen, welche die gewünschte Umsetzung ermöglichen und im Laborbereich für Kilogrammmengen skalierbar sind. Die geplanten Umsetzungen und Anwendungsfelder besitzen eine hohe technische Relevanz für Polymere und erlauben es bislang wenig stofflich genutzte Nebenströme gezielt zu erschließen. Eine Etablierung einer skalierbaren elektrosynthetischen Umsetzung wird angestrebt. Neben der teilweise aufgereinigten Ausgangsstoffe werden auch die Rohrestströme der Umsetzung unterworfen.

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