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Verwertung tonhaltiger Schlämme aus der Kieswäsche und silikatreicher Stäube als alkalisch aktivierte Bindemittel zur Herstellung neuartiger Geopolymere für ökologisch optimierte Zementrezepturen

Zielsetzung: Das Projekt befasst sich mit der nachhaltigen Verwertung von tonhaltigen Schlämmen und silikatreichen Stäuben, die als Reststoffe insbesondere bei der Kies-, Sand- oder Quarzitgewinnung in der Region anfallen. Bislang fehlten für diese Materialien großflächig umsetzbare Nutzungskonzepte, sodass sie meist deponiert oder nur sehr eingeschränkt verwertet wurden. Ziel dieser Projektphase war es, die Verwertungsmöglichkeiten von Kieswaschschlämmen und silikatischen Stäuben zu identifizieren, die sich in einem industriellen Maßstab umsetzen lassen. Damit soll eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft in der Region etabliert werden, die zur Umweltentlastung beiträgt, innovative Produkte hervorbringt und zusätzliche Arbeitsplätze schafft. Dabei wurden zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in Betracht gezogen. Im Fokus standen insbesondere die Entwicklung von Geopolymeren aus kaolinitischem Kieswaschschlamm und silikatreichen Stäuben, die als Zementersatz in der Bauindustrie, als Ersatz für Keramik, im 3D-Druck sowie als elektrisch leitfähige Materialien für Wärmeelemente und Wärmespeicher eingesetzt werden können. Auch Anwendungen außerhalb der Geopolymerforschung wurden untersucht, darunter die Nutzung von kalziniertem Kieswaschschlamm als Portlandzementersatz, die Verwendung in der Keramikproduktion, im Lehmbau, in der Landwirtschaft oder als Bohrspülung. Damit wurde ein breites Spektrum an Verwertungsoptionen systematisch erfasst. Fazit: Das Projekt zeigt eindrucksvoll, dass tonhaltige Schlämme und silikatreiche Stäube nicht als Abfall, sondern als wertvolle Rohstoffe betrachtet werden können. Durch umfassende Analysen und innovative Laborarbeiten konnten unterschiedliche Geopolymerrezepturen entwickelt werden, die sowohl technisch als auch ästhetisch überzeugen. Besonders die Einsatzmöglichkeiten als Zementersatz und in der Innenarchitektur erweisen sich als zukunftsträchtig. Gleichwohl bestehen für eine großflächige Umsetzung noch Hemmnisse, insbesondere fehlende Infrastruktur, Zertifizierungshürden und ökonomische Faktoren. Dennoch konnten durch gezielte Öffentlichkeitsarbeit wichtige Kontakte zu Industriepartnern geknüpft werden, sodass die Grundlage für eine weiterführende Zusammenarbeit gelegt ist. Insgesamt leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Etablierung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft, indem es praxisnahe und innovative Lösungen für Reststoffe aufzeigt.

Elektrosynthetische Herstellung von Paraffinen aus Tallöl

Bioraffineriekonzepte, zu welchen das hier beantragte Projekt gehört, werden in Zukunft mehr und mehr dazu beitragen, fossile durch heimische und biobasierte Rohstoffquellen zu ersetzen. Ein bereits lange bestehendes Konzept resultiert aus der Zellstoffproduktion. Hierfür werden schon immer biobasierte Produkte eingesetzt. Jedoch werden die Reststoffe der Zellstoffproduktion meist nur energetisch genutzt. In den letzten Jahrzehnten ist das Interesse an Lignin und den enthaltenen Fettsäuren aber stetig gewachsen, wobei bis heute noch kein industrieller Prozess zur stark wertgesteigerten Verwertung dieser Reststoffe, und somit eine Erweiterung des Bioraffineriekonzeptes zur Herstellung von Spezialchemikalien, erreicht werden konnte. Dies soll mit dem hier beschriebenen Projekt erfolgen. Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung (i) der chemischen Umsetzung von Fettsäuren mittels Kolbe-Elektrolyse (ii) eines passgenauen Elektrolyseurs und (iii) der Hochskalierung zur Herstellung von Mustermengen an Weiß- bzw. Paraffinölen und Paraffinen auf Basis von biobasierten Fettsäuren aus der Tallöldestillation. Diese sollen in Formulierungen für Kosmetik- oder Bauprodukten sowie als Verarbeitungshilfsmittel bei Polymeren getestet werden. Am Ende soll ein technischer Elektrosyntheseprozess grundlegend etabliert sein und dessen Wirtschaftlichkeit inkl. einer ersten LCA abgeschätzt werden. Dazu sollen im Projekt mehrere Teilziele erarbeitet werden.

Elektrosynthetische Herstellung von Paraffinen aus Tallöl, Teilvorhaben 1: Scale-Up und Pilotierung

Bioraffineriekonzepte, zu welchen das hier beantragte Projekt gehört, werden in Zukunft mehr und mehr dazu beitragen, fossile durch heimische und biobasierte Rohstoffquellen zu ersetzen. Ein bereits lange bestehendes Konzept resultiert aus der Zellstoffproduktion. Hierfür werden schon immer biobasierte Produkte eingesetzt. Jedoch werden die Reststoffe der Zellstoffproduktion meist nur energetisch genutzt. In den letzten Jahrzehnten ist das Interesse an Lignin und den enthaltenen Fettsäuren aber stetig gewachsen, wobei bis heute noch kein industrieller Prozess zur stark wertgesteigerten Verwertung dieser Reststoffe, und somit eine Erweiterung des Bioraffineriekonzeptes zur Herstellung von Spezialchemikalien, erreicht werden konnte. Dies soll mit dem hier beschriebenen Projekt erfolgen. Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung (i) der chemischen Umsetzung von Fettsäuren mittels Kolbe-Elektrolyse (ii) eines passgenauen Elektrolyseurs und (iii) der Hochskalierung zur Herstellung von Mustermengen an Weiß- bzw. Paraffinölen und Paraffinen auf Basis von biobasierten Fettsäuren aus der Tallöldestillation. Diese sollen in Formulierungen für Kosmetik- oder Bauprodukten sowie als Verarbeitungshilfsmittel bei Polymeren getestet werden. Am Ende soll ein technischer Elektrosyntheseprozess grundlegend etabliert sein und dessen Wirtschaftlichkeit inkl. einer ersten LCA abgeschätzt werden. Dazu sollen im Projekt mehrere Teilziele erarbeitet werden.

Bewertung des Einflusses von Emissionen und Rueckstaenden auf Umwelt und Gesundheit

Es steht im Interesse der Umweltforschung und Umwelterziehung Vorurteile ueber Belastungen durch Emissionen und Rueckstaende aus Braunkohlekraftwerken kritisch zu hintertragen und an einfachen Modell-Systemen Schad- und Nutzwirkungen von Kraftwerksreststoffen (Braunkohlenasche und Rauchgasgips) zu erfassen (Ziel). Es wird davon ausgegangen, dass bei einer richtigen Verwendung (Recycling) durchaus positive Wirkungen auf Umwelt und Gesundheit zu erwarten sind (Hypothese). Als Ergebnis ist festzustellen, dass mit einer Kombination von Braunkohlenasche und Rauchgasgips eine Verbesserung von sauren Boeden und des Pflanzenwachstums, sowie eine Behebung von Mangelsituationen an Spurenelementen (Bor, Selen, Molybdaen, u.a.) bei sachgerechter Anwendung moeglich ist (Ergebnis).

Aufbereitung oelhaltiger Schlaemme aus Leichtfluessigkeitsabscheidern in Bioreaktoren

Fuer die Entsorgung oelhaltiger Schlaemme aus Leichtfluessigkeitsabscheidern und Sandfaengen ist entsprechend den Anforderungen der TA-Abfall eine chemisch-physikalische, biologische Behandlungsanlage oder eine Sonderabfallverbrennung vorgesehen. Die von der FH Muenster vorgeschlagene Flotation mit nachfolgender biologischer Aufbereitung der flotativ behandelten Schlaemme soll eine Ablagerung der Schlaemme suf Deponien der Klasse 1 ermoeglichen. Die biologische Autbereitung kann in Mieten und Suspensionsreaktoren erfolgen und ist Gegenstand der Untersuchungen. Fuer den Abbau von durch Flotation vorbehandelten Oelschlaemmen aus Fluessigkeitsabscheidern wird eine Sludge-Airlift-Reaktoranlage eingesetzt. In ersten, auf sechs Wochen festgelegten Versuchen ist in Abhaengigkeit von der eingesetzten Kornfraktion, der zugegebenen Mikroflora sowie den Naehrsubstraten und Detergentien eine Abbauleistung zwischen 85 Prozent und 95 Prozent bei einer anfaenglichen MKW-Belastung von 80.800 mg/Reaktor ereicht worden. Strippverluste werden durch einen Abgaswaescher und die Rueckfuehrung des Waschwassers in den Bioreaktor ausgeglichen. Die eingesetzte, aus den Oelschlaemmen selektierte Mikroftora, wird extern angereichert und dem Prozess zugefuehrt.

Umwandlung von Rueckstaenden aus der Altoelaufbereitung

Bei der Aufarbeitung von Altoelen unter Zusatz von Schwefelsaeure fallen erhebliche Mengen von Saeureharzen an. Eine Deponie ist wegen verschaerfter Umweltbestimmungen in Zukunft problematisch. Nach dem Verfahren der Preussag lassen sich Saeureharze in ein neutrales Umwandlungsprodukt umwandeln, das zusammen mit Hausmuell oder u.a. in der Baustoffindustrie eingesetzt werden kann.

Anlage zur Verwertung regionaler organischer Reststoffe (Co-Fermentation)

Die seit 10 Jahren erfolgreich betriebene Biogasanlage von Herrn Weitz soll konzeptiert und erweitert werden. Neben der Gewinnung von Biogas aus Schweineguelle ist eine Verwertung organischer regionaler Abfaelle geplant. Das Ziel ist die Untersuchung eines optimierten Verfahrensablaufes und die Zusammensetzung der Zuschlagstoffe, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermoeglichen.

Mikrobielle Aufbereitung zellulosehaltiger Abfallprodukte zu Fuetterungszwecken

Nutzung zellulosehaltiger Abfallprodukte durch Abbau mit Hilfe von Pilzen. Produktion von Pilzbiomasse.

Oekologische Verwertung von Feinschlacke aus Abfallverbrennungsanlagen im Asphaltstrassenbau

Muellverbrennungsschlacke dient bereits seit den siebziger Jahren als Baumaterial im Wegebau. Die Einsatzmoeglichkeiten werden durch die mangelnde Festigkeit sowie die unzureichende Frostsicherheit des Materials bestimmt. Zur Verbesserung der Produktqualitaet und zur Einhaltung von Verarbeitungsvorschriften wird daher die Absiebung des Feinanteiles der Schlacken notwendig. Diese Feinschlacke muss derzeit groesstenteils deponiert werden, da zu hohe Eluatwerte einer umweltoffenen Verwendung entgegenstehen. Bei der Asphaltherstellung wird bislang Kalksteinmehl und Natursand zugesetzt. Diese beiden Fraktionen lassen sich durch Feinschlacke teilweise substituieren. Die Nutzung der Feinschlacke im Asphaltstrassenbau stellt zudem eine elutionsverhindernde Verwertung dar, da das Material nach der Umhuellung mit Bitumen hydrophobe Eigenschaften besitzt. Mit dem Forschungsvorhaben soll gezeigt werden, dass es oekologisch vorteilhaft ist, den Feinanteil der Muellverbrennungsschlacke umweltgeschuetzt im Asphaltstrassenbau zu verwerten.

Oekonomische Analyse von Verfahren zur Verwertung organischer Reststoffe in der Tierernaehrung

Unter den Alternativen zur Verwertung organischer Reststoffe (vor allem von Speiseabfaellen) ist die Verfuetterung an Haustiere ein Verfahren, das Umweltaspekten weitgehend gerecht wird. Eine oekonomische Analyse in landwirtschaftlichen Betrieben setzt Untersuchungen zur Futter- und Fleischqualitaet voraus, verbunden mit Optimierungsplanungen im Fuetterungsbereich. Das geplante Versuchsprogramm erstreckt sich auf insgesamt fuenf kooperierende Betriebe in Sachsen-Anhalt, Thueringen und Westfalen.

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