Das Projekt "Teilprojekt 1: Entwicklung und Testbetrieb" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Innovatec Gerätetechnik GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens micrOzone ist die Entwicklung eines neuartigen Systems zur Entkeimung von Wasser bzw. von wasserführenden Anlagenteilen. Das System besteht aus einem miniaturisierten low-cost Ozonerzeuger, welcher direkt im Wasser durch Elektrolyse kleine Dosen von Ozon erzeugt und welcher durch einen potentiometrischen Sensor gesteuert wird. Die standardisierten Komponenten erlauben den Einbau von einzelnen oder mehreren Einheiten zur Sicherstellung der mikrobiologischen Wasserqualität einer typischen Anwendung. Eine erste Anwendung solcher Systeme wird im Bereich von Schankanlagen für Softdrinks gesehen. Die technisch-wissenschaftlichen Herausforderungen dieser Innovation sind:1. die Leistungsfähigkeit der Ozongeneratoren über lange Betriebszeiten in Wasser unterschiedlicher Qualität (Arbeitspaket 1), 2. die Entwicklung geeigneter Sensormaterialien für den Nachweis von Ozon (Arbeitspaket 2) 3. der Machbarkeits- und Wirkungsnachweis des Systems hinsichtlich mikrobiologischer und chemischer Wasserqualität (Arbeitspaket 3). siehe Arbeitspakete und Zeitplan (Anlage zur Projektbeschreibung).
Das Projekt "Teilvorhaben: Evaluierung und Übertragung auf Indoor Farm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Institut für Gartenbau durchgeführt. Indoor Vertical Farming wird als vielversprechende Option für die zukünftige Nahrungsmittelproduktion angesehen. Die Multiplikation der Kulturfläche durch vertikale Kultursysteme führt zu einer erheblichen Steigerung der Flächeneffizienz. Die Nutzung von LEDs als alleinige Lichtquelle und die Kultivierung innerhalb eines von der Globalstrahlung isolierten Raumes ermöglich zudem eine standortunabhängige und hochgradig präzise Pflanzenproduktion unter optimalen Klimabedingungen. Die Bewässerung erfolgt hydroponisch, was ein optimiertes Nährstoffmanagement erfordert, da sowohl eine über- als auch eine Unterschreitung des Optimums innerhalb kürzester Zeit zu Schäden bzw. einem Totalausfall führen können. Derzeit übliche Summenparameter zur Messung und Steuerung der Nährlösung sind für die Nutzung in einer Indoor Vertical Farm nur unzureichend nutzbar, da präzise Angaben über die Einzelzusammensetzung lediglich über kosten- und zeitaufwendige Laboranalysen erreicht werden können. Da ein kontinuierliches Monitoring und eine exakte Versorgung der Pflanzen bis heute nicht möglich sind, kann das volle Potential einer Indoor Vertical Farm nicht ausgeschöpft werden. Die Entwicklung von Sensoren zur Ionen-selektiven Messung sind daher von essenzieller Bedeutung für die zukünftige Produktion in Indoor Vertical Farming Systemen. Im Projekt sollen potentiometrische und photometrische Sensoren zur automatischen und IoT unterstützten Erfassung von NPK, Ca, Mg miniaturisiert, weiterentwickelt und auf die spezifischen Bedürfnisse einer Indoor Vertical Farm angepasst werden. Darauf aufbauend ist ein präzises Düngermanagement möglich. Im Teilvorhaben der HSWT werden über praxisnahe Versuche Daten zur Kalibrierung sowie späteren Validierung der entwickelten Sensoren erfasst. Der Fokus liegt dabei auf der Pflanze sowie der Interaktion des Gesamtsystems und im späteren Verlauf des Projekts in der Übertragung des entwickelten Systems auf praxisnahe Indoor Farming Systeme.
Das Projekt "Biosensoren fuer Sauerstoffdruck, pCO2/pH und Glukose auf der Basis von spezialisierten Zellen des Glomus caroticum, des Gehirns und der Gefaesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Systemphysiologie durchgeführt. Drei Zelltypen tierischen Ursprungs, die eine hohe Stoffwechselempfindlichkeit gegenueber Sauerstoffdruckaenderungen (pO2), Aenderungen des Glukosegehaltes und Veraenderungen des pCO2/pH besitzen, sollen als primaere Sensoren in einem Biosensor fuer pO2, pCO2/pH und Glucose verwandt werden. Der eine Zelltyp stammt aus dem Glomus caroticum, das als Chemorezeptor mit Hilfe eines Proteins, das fluoreszenzoptisch erfasst werden kann, in der Lage ist, den Sauerstoffdruck im Blut zu messen. Der zweite Zelltyp ist die Rattengliomazelle, die in der Sphaeroidkultur ihre H(xp=+)-Ionenproduktion in enger Korrelation mit dem Glukoseangebot, pO2 und pCO2/pH regelt. Der dritte Zelltyp ist die Endothelzelle, deren intrazellulaerer Calciumspiegel vom pO2 abhaengt. Durch optische oder potentiometrische Erfassung der spezifischen Signale soll der von uns projektierte Biosensor als primaerer Rezeptor die biologische Zelle verwenden. So kann ein von der Natur in der Evolution hochspezialisierter Rezeptorprozess an technische Geraete angekoppelt und zur Multiparametererfassung in der Medizin und Biologie eingesetzt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: DataHarvest" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Domatec GmbH durchgeführt. Gedruckte Nanomaterialien für die Mikrosensorik - PRINTed Sensors: In der Trinkwasseranalytik ist die exakte Messung von Prüfwerten eine wichtige Voraussetzung Zur Bestimmung der Qualität des Trinkwassers. Die Vor-Ort-Kalibrierung von handelsüblichen Sensoren ist zeitaufwändig und erfordert umfangreiche Kenntnissein der Handhabung und Konservierung von Pufferlösungen. Die Bereitstellung von gedruckten Mikrosensoren in der Trinkwasseranalytik führt zu einer hohen Präzision der Prüfwerte und Vereinfachung von Messungen. Es soll gezeigt werden, dass sich mit gedruckten Sensoren breite Anwendungsfelder erschließen lassen. (AP-1)Integration von potentiometrischen Mikrosensoren in ein geeignetes Testumfeld für die Ermittlung von Prüfwerten in der Trinkwasseranalytik. (AP-2) Untersuchung und Dokumentation einer möglichen Freisetzung von Nanomaterialien aus den Sensorstrukturen in wässrigen Medien. (AP-3) Spezifikationen (Pflichtenheft) für Test- und Funktionsmuster zu Kunststoffteilen für Einweg-Chips in der Trinkwasseranalytik sowie für Teile zur Sensor-Kalibration. Entwicklung einer Software zur Wasserqualitätsanalytik,
Das Projekt "Multimodale Sensoren für die Umweltanalytik in flüssigen Medien im industriellen Umfeld" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Institut für Nano- und Biotechnologien durchgeführt. In einer Vielzahl von industriellen Prozessen kommen umweltgefährdende und teilweise giftige Substanzen bei der Herstellung zum Einsatz, wie beispielsweise in Kabeln, Farben, Legierungen, Batterien, etc. Dabei handelt es sich häufig um anorganische Stoffe wie Schwermetalle (z.B. Blei, Cadmium, Kupfer), die je nach Konzentration bei Wechselwirkung mit dem Menschen akute bzw. chronische Vergiftungen hervorrufen können. Aus diesem Grund ist es von großer Wichtigkeit, eine zeitnahe und kontinuierliche Vor-Ort-Überwachung solcher industriellen Abwässer sicherzustellen, um einer Kontamination des Brauchwassers vorzubeugen. Herkömmlich genutzte Verfahren für die Wasseranalyse wie die Atomabsorbtionsspektrometrie oder die Flüssigchromatographie bieten zwar eine hervorragende untere Nachweisegrenze, sind jedoch kostenintensiv und nur von geschultem Personal in einem Labor zu betreiben. Potentiometrische Sensoren repräsentieren eine kostengünstige Alternative für die Vor-Ort-Überwachung solcher Schadstoffe; die Sensoren sind vielseitig und variabel einsetzbar. Die Grundstruktur dieser Sensoren (Transducerstruktur) wird mittels konventioneller Halbleitertechnologie prozessiert. Die sensitiven Membranen werden im Anschluss auf die vorstrukturierten Elektrodenoberfläche abgeschieden. Diese Membranen sind so modifiziert, dass bei bestimmten Ionen in dem zu untersuchenden Analyten ein Sensorsignal generiert wird. Somit ist es möglich, verschiedene Ionen zu detektieren, wobei jeweils dieselbe Basisstruktur verwendet werden kann. Ein großer Vorteil von potentiometrischen Halbleitersensoren ist es, dass sie miniaturisiert werden können. Dies impliziert, dass mehrere Sensoren zur zeitgleichen Detektion verschiedener Ionen auf einem einzigen Sensorchip realisiert werden können; es lässt sich auf diese Art und Weise ein Sensorarray aufbauen. In dem am Institut für Nano- und Biotechnologien durchgeführten Vorhaben 'Multimodale Sensoren für die Umweltanalytik in flüssigen Medien im industriellen Umfeld' werden gemeinsam mit den russischen Industriepartnern Sensor Systems und Lumex, sowie dem Centre for Water Research and Quality Control (St. Petersburg) Sensoren zur Detektion verschiedener Kontaminationen, wie sie im industriellen Umfeld auftreten, entwickelt. Die Sensormembranen bestehen einerseits aus Chalkogenidgläsern, die mittels Laserdeposition abgeschieden werden und andererseits aus neu entwickelten Polymermembranen auf der Basis von Kationenaustauschern und chelatkomplexbildenden Substanzen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Konstruktion und Integration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sondermaschinenbau Brückner GmbH durchgeführt. Indoor Vertical Farming wird als vielversprechende Option für die zukünftige Nahrungsmittelproduktion angesehen. Die Multiplikation der Kulturfläche durch vertikale Kultursysteme führt zu einer erheblichen Steigerung der Flächeneffizienz. Die Nutzung von LEDs als alleinige Lichtquelle und die Kultivierung innerhalb eines von der Globalstrahlung isolierten Raumes ermöglich zudem eine standortunabhängige und hochgradig präzise Pflanzenproduktion unter optimalen Klimabedingungen. Die Bewässerung erfolgt hydroponisch, was ein optimiertes Nährstoffmanagement erfordert, da sowohl eine über- als auch eine Unterschreitung des Optimums innerhalb kürzester Zeit zu Schäden bzw. einem Totalausfall führen können. Derzeit übliche Summenparameter zur Messung und Steuerung der Nährlösung sind für die Nutzung in einer Indoor Vertical Farm nur unzureichend nutzbar, da präzise Angaben über die Einzelzusammensetzung lediglich über kosten- und zeitaufwendige Laboranalysen erreicht werden können. Da ein kontinuierliches Monitoring und eine exakte Versorgung der Pflanzen bis heute nicht möglich sind, kann das volle Potential einer Indoor Vertical Farm nicht ausgeschöpft werden. Die Entwicklung von Sensoren zur Ionen-selektiven Messung sind daher von essenzieller Bedeutung für die zukünftige Produktion in Indoor Vertical Farming Systemen. Im Projekt sollen potentiometrische und photometrische Sensoren zur automatischen und IoT unterstützten Erfassung von NPK, Ca, Mg miniaturisiert, weiterentwickelt und auf die spezifischen Bedürfnisse einer Indoor Vertical Farm angepasst werden. Das Teilvorhaben von Brückner Sondermaschinen GmbH umfasst die Konstruktion und Realisierung der Test Units sowie die Integration der vom Projektpartner zu entwickelnde Sensorik zur Überwachung von Nährstoffen.
Das Projekt "Kompaktzellen-Gassensor fuer Kohlendioxid-Warn- und Messgeraete" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. durchgeführt. Die Forschungsarbeit betrifft die Entwicklung und Erprobung eines potentiometrischen Gassensors zur Kohlendioxidmessung (Patentanmeldung DE 195 15 065 A1 (1995); Gebrauchmusteranmeldung 297 09 141.7 (1997)) in der Atmosphaere. Der Sensor arbeitet nach dem SEVERINGHAUS-Prinzip: Die Messung des CO2-Partialdruckes erfolgt elektrochemisch durch Erfassen des pH-Wertes einer duennen Schicht von Hydrocarbonatelektrolyt, die ueber eine Polymer-Diffusionsmembran mit dem CO2-haltigen Messmedium (Luft) im Gleichgewicht steht. Dieser pH-Wert ist logarithmisch vom CO2-Partialdruck anhaengig. Die Besonderheit des Forschungsprojektes bestand darin, das bisher vorrangig fuer Messungen in Fluessigphasen genutzte Prinzip auf Langzeitmessungen in der Gasphase zu uebertragen. Weiterhin galt es, einen kleinen Sensor zu schaffen, der sich in seiner Abmessung der Geometrie eines elektronischen Bauelementes naehert und als steckbares Bauteil unmittelbar in eine elektronische Schaltung integriert werden kann. Wesentliche Sensoreigenschaften wie Langzeitkonstanz des Arbeitspunktes und wartungsfreie Standzeit sollten erheblich verbessert werden. Bedienfreundlichkeit und mechanische Robustheit sind Voraussetzungen fuer den geplanten Industrieeinsatz. Eine neu entwickelte, miniaturisierte pH-Einstabmesskatte, bestehend aus Glaselektrode, Bezugselektrode und Temperaturfuehler, ist elektrolytdicht in einen Epoxidharzkoerper eingegossen, der mit einer Ueberwurfmutter in einem stabilen Kunststoffgehaeuse gehaltert ist. Auf diese Weise und durch das Schutzgitter am Boden des Sensorkoerpers sind die empfindlichen Teile des Sensors, Glaselektrode und Diffusionsmembran, gegen mechanische Zerstoerung wirksam geschuetzt. Durch die Messwertstabilitaet der pH-Einstabmesskette sowie die Optimierung der Einflussgroessen Gasdurchlaessigkeit der Polymermembran, Art des Spacermaterials und Elektrolytzusammensetzung werden die Messeigenschaften des CO2-Sensors erheblich verbessert. Der Sensor funktioniert lageunabhaengig und ist unempfindlich gegenueber Feuchtigkeit (auch kondensierender) sowie gegen Aerosole wie Staub und Fluessigkeitsnebel. Ein integrierter Temperaturfuehler ermoeglicht die Temperaturkompensation des Messsignals. Von grossem Vorteil ist, dass der neu entwickelte Sensor im Unterschied zu anderen CO2-Sensoren keine Betriebsenergie benoetigt. Waehrend Sensoren, die nach dem Infrarot-Adsorptionsprinzip oder mit Festelektrolyten bei hoher Temperatur arbeiten, Energiezufuhr von 0,4 bis ca 3 Watt benoetigen, liefert der elektrochemische CO2-Sensor ein Spannungssignal, das mit elektronischen Schaltungen von sehr niedrigem Energieverbrauch ausgewertet werden kann....
Das Projekt "Teilprojekt 3.8: Entwicklung impedimetrischer Sensoren zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen durch immobilisierte ganze Zellen sowie Referenzierung entwickelter Sensoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von neuen impedimetrischen Sensoren. Die Sensoren sind mit Ganzzellen als biologische Komponenten zu modifizieren und zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen einzusetzen. Impedanzspektroskopie und Oberflächenplasmonenresonanz sind als Messmethoden zur Bestimmung der Schad- und Wertstoffaufnahme, insbesondere jedoch von Metallionen, in kontaminierten Umweltproben, vorzugsweise von Bergbau- und industriellen Abwässern einzusetzen. Strategische wichtige Metalle sollen aus Industriewässern entfernt werden. Die Grundstrukturen der Sensoren sind mittels Siebdrucktechnik zu fertigen und mittels spezifischer Beschichtung mit Ganzzellen als Biokomponenten für impedimetrische Schadstoffbestimmungen zu präparieren. Zielanalyte sind ausgewählte Metallionen. Verschiedene Tranducerkomponenten sind auszuwählen und elektrochemisch zu untersuchen und zu charakterisieren. Eine Referenzierung mit neuen voltammetrischen und potentiometrischen Sensoren ist zu gewährleisten. Die Sensorkenngrößen sind zu ermitteln und die Messparameter zu optimieren. Spektroskopische Laboranalysenmethoden, wie z.B. die Atomabsorptionspektroskopie, sollen als Referenzmethoden zum Einsatz kommen. Eine Validierung der Sensoren in realen Medien und in Feldversuchen ist zu erzielen.
Das Projekt "Oxydationszustand ternaerer Oxide aus Vanadium und Titan bei der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und der partiellen Oxidation von o-Xylol zu Phthalsaeureanhydrid" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Chemische Verfahrenstechnik durchgeführt. Die Sauerstoffaktivitaet im Betriebszustand ist ein Mass fuer die Phasenzusammenmsetzung (Oxidationszustand) oxidischer Katalysatoren. Sie kann mit Hilfe der Festkoerperelektrolytpotentiometrie bestimmt werden. Durch simultane potentiometrische und kinetische Messungen ist es moeglich, den Oxidationszustand und die Selektivitaet des Reaktionsablaufs an derartigen Kontakten gleichzeitig zu bestimmen. In dem Vorhaben sollen ternaere Oxide aus Vanadium und Titan untersucht werden, da sie sowohl bei der partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen als auch bei der katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR) durch Ammoniak in Gegenwart von Sauerstoff als Katalysatoren genutzt werden. In beiden Faellen wird ein selektiver Reaktionsablauf erreicht. Im Antragszeitraum soll die partielle Oxidation von o-Xylol zu Phthalsaeureanhydrid an dem genannten Katalysatorsystem untersucht und die Messwerte mit den bei der SCR-Reaktion erhaltenen Ergebnissen verglichen werden.
Das Projekt "Korrosionsverhalten von nichtrostenden Bewehrungsstaehlen in Leichtbeton" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungs- und Materialprüfungsanstalt Baden-Württemberg durchgeführt. Leichtbeton bietet in bestimmten Anwendungsfaellen Vorteile gegenueber Normalbeton, jedoch ist der Korrosionsschutz der Bewehrung nicht sichergestellt. Als Loesung bietet sich der Einsatz nichtrostender Staehle an, jedoch sind die Grenzen einer Verwendung im Beton bisher nicht bekannt. In unguenstigen Anwendungsfaellen ist gleichzeitig von einer Karbonatisierung des Betons und hohen Chloridgehalten auszugehen. Mit Hilfe potentiodynamischer Versuche und potentiostatischer Halteversuche soll das Lochfrasspotential in Abhaengigkeit von der Stahlsorte (2 austenitische, 4 ferritische Staehle), dem Chloridgehalt und dem pH-Wert des Moertels (alkalischer und/oder karbonatisierter Normal- und Schaumbeton) ermittelt werden. Daneben werden in begrenztem Umfang Auslagerungen zweier typischer Staehle in alkalischem und/oder chloridhaltigem Beton erfolgen, welcher mit Tausalzloesung beansprucht wird.
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