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Untersuchungen der energetischen Nutzungsoptionen von Hanffaserreststoffen zur exemplarischen Einbindung in das Energiekonzept eines Verarbeitungsstandorts

Die Hanfindustrie hat sich in den vergangenen Jahren aufgrund neuer politischer Rahmenbedingungen und innovativer Produktfelder zu einem stark wachsenden Wirtschaftsbereich entwickelt. Hanfprodukte werden in der Lebensmittel-, Pharma-, Automobil-, Bau-, Textil- und Papierindustrie eingesetzt. Das stärkste Wachstum der Hanfindustrie findet in der Produktion von Lebensmittel- und Lebensmittelzusätzen aus Hanfsamen, Hanf- und CBD-Ölen statt. Als Nebenprodukte fallen in diesen Wirtschaftsbereichen Extraktionsreste an, für die es derzeit nur bedingt Verwertungsmöglichkeiten gibt. In der industriellen Hanffaserproduktion werden aus getrocknetem Hanfstroh hochwertige Naturfasern gewonnen, die z.B. im Fahrzeugleichtbau zur Herstellung von Fahrzeugarmaturen und Verkleidungen eingesetzt werden. Hanffasern sind darüber hinaus ein etabliertes ökologisches Dämmstoffmaterial. Hanfdämmstoffe zeichnen sich durch eine bessere CO2 Bilanz gegenüber konventionellen Dämmstoffmaterialien wie Mineralwolle oder Styropor aus und bieten die Möglichkeit CO2 über mehrere Jahrzehnte im Dämmstoff zu fixieren. Im Dämmstoffherstellungsverfahren fallen neben dem Hauptprodukt Hanffasern im etwa gleichen Umfang zellulosehaltige Reststoffe an, die derzeit nur zu einem geringen Teil wirtschaftlich genutzt werden. Im Hinblick auf eine zunehmende regenerative Energieversorgung sowie knapper werdende Ressourcen bzw. der kritischen Diskussion um den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zur Energiegewinnung kommt der Erschließung biogener Rest- und Abfallstoffe für die Erzeugung effizienter, speicherbarer, flexibler und dezentraler Bioenergieträger zunehmende Bedeutung zu. Im Vorhaben HanfNRG sollen energetischen Nutzungsoptionen von Reststoffen der Hanfverarbeitung untersucht werden zur exemplarischen Einbindung in das Energiekonzept einer Hanffaserfabrik.

Nachhaltige Produktionstechnologien für verbesserte, phospholipid-basierte Transfektionsagenzien, Teilvorhaben A

KMUi-BÖ03: SK-Hop - Aus den Reststoffen der Hopfenextraktion gewonnene Polyphenole als natürliche Antioxidantien in Kosmetik- und Lebensmiittelformulierungen

Physicochemical Aging Mechanisms in Soil Organic Matter (SOM- AGING): II. Hydration-dehydration mechanisms at Biogeochemical Interfaces

Soil organic matter (SOM) controls large part of the processes occurring at biogeochemical interfaces in soil and may contribute to sequestration of organic chemicals. Our central hypothesis is that sequestration of organic chemicals is driven by physicochemical SOM matrix aging. The underlying processes are the formation and disruption of intermolecular bridges of water molecules (WAMB) and of multivalent cations (CAB) between individual SOM segments or between SOM and minerals in close interaction with hydration and dehydration mechanisms. Understanding the role of these mediated interactions will shed new light on the processes controlling functioning and dynamics of biogeochemical interfaces (BGI). We will assess mobility of SOM structural elements and sorbed organic chemicals via advanced solid state NMR techniques and desorption kinetics and combine these with 1H-NMR-Relaxometry and advanced methods of thermal analysis including DSC, TGADSC- MS and AFM-nanothermal analysis. Via controlled heating/cooling cycles, moistening/drying cycles and targeted modification of SOM, reconstruction of our model hypotheses by computational chemistry (collaboration Gerzabek) and participation at two larger joint experiments within the SPP, we will establish the relation between SOM sequestration potential, SOM structural characteristics, hydration-dehydration mechanisms, biological activity and biogechemical functioning. This will link processes operative on the molecular scale to phenomena on higher scales.

Organische Spurenanalytik Arbeitsschwerpunkte Analyseverfahren

Im Bereich Organische Spurenanalytik wird die organische Belastung der Umwelt in Feststoffen (Abfall, Altlasten, Boden) und Eluaten ermittelt: Analytische Charakterisierung von Abfällen Überwachung von Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) Untersuchung von Proben im Rahmen von Havarien und Sondermessprogrammen Die gesetzliche Grundlage der Untersuchungen bilden die Verordnung über Deponien und Langzeitlager ( Deponieverordnung - DepV ) und die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung ( BBodSchV ), in denen Vorgaben zur Probenahme, zur Probenvorbereitung und zum Untersuchungsspektrum festgelegt sind. Anhand der dort verankerten DIN-Verfahren werden u.a. folgende organische Einzelstoffe und organische Summenparameter bestimmt: Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) Flüchtige aromatische Kohlenwasserstoffe (BTEX) Chlorierte Verbindungen (HCH und Isomere, DDT und Metaboliten, Drine) Organische Summenparameter (TOC, DOC, Phenole, KW-Index) Die organischen Einzel- und Summenparameter werden nach einer spezifischen Probenvorbereitung mit modernen, hochempfindlichen Analysengeräten quantitativ bestimmt: Gaschromatographie mit verschiedenen Detektoren: massenselektiver Detektor (MSD) Flammenionisationsdetektor (FID) Elektronenanlagerungsdetektor (ECD) Hochdruck-Flüssig-Chromatographie (HPLC) mit verschiedenen Detektoren: Diodenarray-Detektor (DAD) Fluoreszenzdetektor (FLD) Verbrennungsapparaturen mit Infrarot-Spektrometrie und Wärmeleitfähigkeitsdetektion (WLD) Fließinjektionsanalyse Die Teilnahme an nationalen Ringversuchen sichert den geforderten Qualitätsstandard des Labors. Der Bereich Organische Spurenanalytik ist seit 2017 für die Probenvorbereitung und Untersuchung von Abfällen nach Deponieverordnung Anhang 4 gemäß DIN EN ISO/IEC 17025 durch die DAkkS akkreditiert. Letzte Aktualisierung: 08.01.2025

Neues, energieeffizientes, durch maschinelles Lernen unterstütztes Verfahren zur Konzentrierung in der Gelatineherstellung

Die Firma GELITA mit Hauptsitz in Eberbach ist der größte Produzent und Anbieter von Gelatine und kollagenen Peptiden weltweit und produziert ein breites Sortiment an Gelatine-Produkten für den Bereich Food und Pharma. Grundlage ist die Verarbeitung von tierischen Produkten, aus denen die benötigten Grundstoffe zur Weiterverarbeitung für Gelatine gewonnen werden können. Die Verarbeitung von Lebensmitteln ist, und dies trifft auch für die Verarbeitung von Gelatine zu, eine der energieintensivsten Branchen in Deutschland. Daher ist das Ziel Energie in den Fertigungsprozessen von hochwertigen Lebensmitteln einzusparen allgegenwärtig. Ein wesentlicher Verfahrensschritt in der Herstellung von Gelatine ist die Konzentrierung und Trocknung einer wässrigen Gelatinelösung bis zu einem Feststoff, der nach heutigem Stand der Technik gemahlen und weiterverarbeitet werden kann. Speziell die Trocknung ist sehr aufwändig und energieintensiv, da sehr viel Dampf erzeugt und vorgehalten werden muss. Ziel des Vorhabens ist es daher, den derzeitigen Prozess aus Konzentrierung und Trocknung durch ein energetisch günstigeres Verfahren zu ersetzen. Die Nachteile und Limitierungen des zur Konzentrierung eingesetzten Dünnschichtverdampfers sollen durch die Entwicklung eines Planetenextruders mit großer innerer Oberfläche überwunden werden. Das Verfahren soll zusätzlich durch den Einsatz von maschinellem Lernen intelligent gesteuert werden, um alle möglichen Gelatinequalitäten und Viskositäten effizient verarbeiten zu können. Dieser Extruder soll mittels seiner Förderwerkzeuge die verschiedenen, meist hochviskosen Medien durch Entgasung, auch unter dem optionalen Einsatz eines Vakuums, energetisch optimiert aufkonzentrieren, so dass eine erheblich vereinfachte Trocknung folgen kann. Unter Berücksichtigung aller Stellgrößen, könnten über dieses neue innovative Verfahren Energieeinsparungen bei der Herstellung von Gelatine von ca. 34 GWh pro Jahr erreicht werden.

Entwicklung eines innovativen Sammelsystems mit einer nassen und einer trockenen Restabfalltonne im Stadtgebiet Kassel - Untersuchung der Chancen und Risiken

Für das Stadtgebiet Kassel wird derzeit die Ablösung des Tennsystems aus Restabfalltonne, Bioabfalltonne und Gelbem Sack durch ein vereinfachtes Trennsystem diskutiert, in dem nur zwei Fraktionen unterschieden werden. Ein Grund dafür sind die hohen Fehlwurfquoten im Gelben Sack von durchschnittlich 45 Prozent. so dass die Inhalte von Restabfalltonne und Gelbem Sack fast gleich sind. Diese Fehlwürfe verringern die erfassten Wertstoffmengen im Gelben Sack. Ein weiteres Problem sind die nicht erfassten Wertstoffe anderer Herkunft durch den Gelben Sack und die Nichterfassung der Wertstoffe aus dem Restabfall. Ein weiterer Grund für ein vereinfachtes System ist die abnehmende Akzeptanz der Bevölkerung für die getrennte Sammlung von Leichtverpackungen aufgrund fehlender Sauberkeit und mangelndem Komfort. Das für die haushaltsnahe Sammlung zurzeit in Kassel angewandte - und in Deutschland überwiegende - System von Restabfall- und Bioabfalltonne sowie Gelbem Sack soll durch zwei Abfalltonnen, nämlich einer nassen und einer trockenen Restabfalltonne, abgelöst werden. Die Abfälle aus der trockenen Tonne sollen sortiert und verwertet und die Abfälle aus der nassen Tonne einer Vergärung zugeführt werden. Mit diesem System können mehr Wertstoffe aus den Abfällen gewonnen, die Sammelquoten verbessert und der Komfort für die Bürger verbessert werden. Altglas, PPK. Sperrabfall, Baum- und Heckenschnitt 1 Grünabfuhr und Altkleider werden weiterhin separat gesammelt. Bevor dieses System in der Stadt Kassel eingeführt werden kann, sind vor allem Untersuchungen zu der Umsetzung bei der Trennung und der Sammlung, der Verwertung der nassen und trockenen Restabfälle und den Erfolgsaussichten des Systems nötig. Diese Untersuchungen sollen mittels eines lang angelegten Versuches unter wissenschaftlicher Leitung und Begleitung des Fachgebietes Abfalltechnik der Universität Kassel durchgeführt werden. Für die praktische Umsetzung sind Abstimmungen mit den Betreibern der Dualen Systeme vorzunehmen.

Entwicklung und Zusammenstellung einer PILOTANLAGE einer containerbasierten Hochleistungsbiogasanlage mit Testeinsatz in realen Umgebungsbedingungen zur Erschließung von biogenen Rest- und Abfallstoffen

Im Projekt 'Modulare Bioenergie' (ModBioEn) wird eine Pilotanlage einer containerbasierten Biogasanlage errichtet. Diese basiert auf den Vorarbeiten von zwei renommierten Forschungseinrichtungen: dem Fraunhofer IKTS und der Hochschule Zittau/Görlitz (HSZG). An der HSZG wurde in den vergangenen vier Jahren eine Hochleistungsbiogasanlage mit Festbett entwickelt. Die entstandene Technikumsanlage wird in Containerbauform gebracht und in eine Pilotanlage überführt. Das Fraunhofer IKTS stellt zusätzlich zwei entwickelte Komponenten in Containerform bereit; die Substrataufbereitung und die Gasreinigung. Die am IKTS vorhandene Technik und die an der HSZG entwickelte MHL-BGA-Technologie wird in eine Gesamtanlage mit 4 Containern zusammengesellt. Durch den vorgeschalteten Aufbereitungscontainer (1) mit u.a. einem Extruder kann eine deutliche Erweiterung des Substrateinsatzspektrums dieser modularen Bioenergieanlage erreicht werden. Bewusst wird im Projekt ModBioEn auf das Ziel 'Erweiterung des Substrateinsatzspektrums für Bioenergieanlagen' des Förderprogrammes 'Energetische Biomassenutzung' eingegangen. Dafür wurden drei regionale Partner gewonnen: A) die Kommune Reichenbach, B) die Brauerei Eibau und C) die Safterei Linke. Zunächst erfolgt der Einsatz am Standort 'Real-Technikum Reichenbach' (A) als Beispiel für einen kommunalen Anwender. Zweiter Standort ist die Brauerei Eibau. Bisher leitet die Brauerei die Reststoffe (Heißtrub, Hefewasser und Biervorlauf), die durch den Brauprozess in größeren Mengen entstehen, energetisch völlig ungenutzt und kostenpflichtig in das Abwasser ein. Es handelt sich so-mit um wirkliche Rest- und Abfallstoffe im Sinne des Förderprogramms. Dritter Standort ist die Safterei mit Trester als Reststoff. Es erfolgt eine wissenschaftliche Begleitung beim Betrieb der Anlage sowie die Auswertung der Versuchsdaten hinsichtlich Gasquantität und Gasqualität und eine Prozessoptimierung speziell für die einzelnen Reststoffe.

Bau und Betrieb einer Biogasanlage zur gemeinsamen Vergärung von Wirtschaftsdüngern mit anschließender Aufbereitung zu Biomethan

Das Verbundvorhaben zwischen der Bioenergy Concept GmbH und des CC4E der HAW Hamburg hat zum Ziel, eine innovative Modell- und Demonstrationsanlage im Landkreis Lüneburg zu realisieren, die Wirtschaftsdünger von mehreren Landwirtschaftsbetrieben zentral zu Biogas vergärt und weiter zu Biomethan aufbereitet. Die hierfür nötige Prozesswärme wird durch den Betrieb einer Pyrolyse erzeugt. Der Einsatz ligninhaltiger Reststoffen und die Produktion von Biokohle stellen ein nachhaltiges und ökologisch zukunftsfähiges Verfahren dar. Das produzierte Biomethan soll primär im Verkehrssektor eingesetzt werden. Als potentieller Hauptabnehmer hat der Landkreis Lüneburg bereits sein Interesse bekundet, das Biomethan in der vom Landkreis betriebenen Elbfähre Bleckede - Neu Darchau und zukünftig auch im ÖPNV zu nutzen. Die als Nebenprodukt pyrolytisch erzeugte Biokohle soll zur Tierfütterung und zur Stabilisierung der Prozessbiologie im Fermenter eingesetzt werden. Sie trägt so zur Aufwertung der Gärreste und zum Humusaufbau der landwirtschaftlichen Flächen bei. Das Ziel der wissenschaftlichen Begleitung seitens der HAW ist es, die Akzeptanz zur Vergärung von Wirtschaftsdüngern zu untersuchen und ggfs. zu stärken. Für die Grundlage des dafür angestrebten Wissenstransfers in alle beteiligten Gruppen soll eine umfangreiche Ausarbeitung bestehender Forschungsergebnisse dienen. Zusätzlich wird mittels Nährstoffanalysen von Edukten und Produkten ein praxisspezifischer Kenntnisstand geschaffen, insbesondere der durch Gärung bedingten, veränderten Düngeeigenschaften von Wirtschaftsdünger. Ferner soll ein allgemeiner Leitfaden zur energetisch-stofflichen Nutzung von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen geschaffen werden. Eine Bilanzierung von Treibhausgasemissionen der Demonstrationsanlage bilden die Grundlage für mögliche Erweiterungen. Das Verbundvorhabens ist auf drei Jahre vom 07/2023 - 6/2026 ausgelegt und hat ein angestrebtes Fördervolumen von 1,38 Mio €.

Aufbau einer Pilotanlage zur modularisierten Nutzung löslicher und unlöslicher Kohlenstoffabfallströme aus der Lebensmittelindustrie

In dem hier vorgeschlagenen Projekt möchten wir ein integriertes biotechnologisches System für die Verwertung fester und gelöster organischer Abfallströme zu Bioenergie entwickeln. Es sind bereits einige Technologien für die Bioenergiegewinnung aus Abfällen etabliert. Allerdings ist es die Verbindung mit weiteren neuen Technologien zu einem modularen Netzwerk von kommunizierenden Modulen, was für zukünftige Akteure notwendig sein wird, um die Biomasse-/Bioabfallressourcen bis zu ihrem vollen Potenzial hin nutzen zu können. Wir möchten eine skalierbare Pilotanlage für die integrierte Umwandlung fester und löslicher organischer Abfallströme in Biogas und Wasserstoff entwickeln. Zu diesem Zweck sollen drei Module gebaut und miteinander verbunden werden, die aus der sauren Hydrolyse von Feststoffen, der Biogaserzeugung aus gelöstem org. Kohlenstoff und der Biowasserstofferzeugung mit Hilfe bioelektrochemischer Technologien bestehen. Das System wird in Zusammenarbeit zwischen der TU Hamburg und der Firma Popp Feinkost GmbH gebaut und am Industriestandort mit realen Abfallstoffströmen betrieben werden.

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