Das Projekt "Teilprojekt TFZ, Straubing" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Technologie- und Förderzentrum durchgeführt. Problemstellung: Die neue Energiepflanze Sorghum (Sorghum bicolor) bietet derzeit das größte Potenzial zur Ergänzung von Mais als Biogassubstrat. Als besonders vorteilhafte Eigenschaften von Sorghum sind neben dem kurzen Vegetationszeitanspruch vor allem die relativ hohe Toleranz gegenüber Trockenstress bzw. die hohe Wassernutzungseffizienz zu nennen. Diese Pflanzenmerkmale könnten vor allem im Hinblick auf mögliche zukünftige klimatische Veränderungen immer wichtiger werden. Allerdings ist die hohe Wärmebedürftigkeit von Sorghum, die ihre Herkunft in den semi-ariden Tropen hat, bisher der limitierende Faktor für eine Kultivierung in Deutschland. Zielsetzung: Die züchterische Optimierung von Sorghum im Hinblick auf Kühletoleranz und Wassernutzungseffizienz steht im Vordergrund dieses Projektes. Angestrebt wird die Züchtung von leistungsfähigen Sorten, die auch bei niedrigen Temperaturen eine schnelle Jugendentwicklung zeigen und hohe Erträge erzielen. dabei sind Genotypen, die auch unter suboptimalen klimatischen Bedingungen diesen Vorteil zeigen, besonders erwünscht und selektionswürdig. In Feldversuchen mit insgesamt 66 Genotypen werden diese hinsichtlich ihrer Variabilität in Bezug auf Kühletoleranz, Trockenheitsresistenz und Wechselwirkungen der beiden Merkmale analysiert sowie der Trockensubstanzgehalt zur Ernte, die Nährstoffzusammensetzung sowie die Methanausbeute bereits etablierter Sorten untersucht. Arbeitsschwerpunkte: Untersuchungen zu Wachstum, Bestandsarchitektur und Ertrag bei Trockenstress im Feldversuch mit 6 (1. Versuchsjahr) bzw. 66 Genotypen (folgende Versuchsjahre) von Sorghum bicolor in einer bewässerten und nicht bewässerten Variante an einem trockenen Standort - Untersuchungen zur Kühletoleranz eines Sortiments bereits etablierter Sorten, insbesondere hinsichtlich des Auflaufverhaltens, der Jugendentwicklung und der Abreife, durch den Vergleich von zwei Saatterminen - Messung des Blattflächenindex (leaf area index, LAI) zur Überwachung der Blattstellung und des Bestandesschluss über die Vegetationszeit als Indikator für Kühle- oder Trockenstress - Einschätzung des Ertragspotentials, des Trockensubstanzgehaltes und der potenziellen Methanausbeute von Sorghum Genotypen im Vergleich zum Mais.
Das Projekt "Literaturstudie zum Nährstoffeintrag in Seen durch Gänse und andere Wasservögel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Binnenfischerei e.V., Potsdam-Sacrow durchgeführt. Zielstellung und Methodik: Im Rahmen einer Literaturrecherche soll der Kenntnisstand zum Eintrag von Nährstoffen in Seen durch Wasservögel, insbesondere Gänse, zusammengetragen werden. Für ausgewählte Gewässer waren auf dieser Basis beispielhaft die Gesamteinträge zu modellieren und die Auswirkungen auf die Fischgemeinschaft theoretisch abzuschätzen. Ergebnisse: Nährstofffrachten von Brutvögeln sind für die Gesamtbilanz von Gewässern in der Regel vernachlässigbar. Durchzügler oder Wintergäste, die teilweise in massiven Dichten einzelne Seen als Ruhestätten nutzen, können dagegen zu erheblichen Einträgen von organischen Substanzen und Nährstoffen führen. Besondere Bedeutung kommt dabei Gänsen zu, da sie außerhalb des Gewässers fressen und Exkremente vorzugsweise beim Ruhen auf Gewässern abgeben. Der Eintrag wurde anhand von Literaturdaten quantitativ abgeschätzt, wobei die Angaben jedoch erheblich schwanken. Es müssen folgende Parameter berücksichtigt werden: die Häufigkeit der Kotabgabe (0,4 - 17 pro Stunde), die Masse des jeweils abgegebenen Kotes (0,6 - 4,0 g Trockenmasse) und die tägliche Dauer der Abgabe auf dem Gewässer (ein bis zwei Ruhephasen, jeweils dreistündige Kotabgabe). Auch die Angaben zu den Nährstoffgehalten variieren erheblich und reichen für Gesamtphosphor von 0,4 - 1,5 % der Trockenmasse und für Gesamtstickstoff von 1,6 - 4,8 % der Trockenmasse. Die Gesamteinträge hängen von den Vogelzahlen ab, so dass sich die Auswirkungen nur im Einzelfall abschätzen lassen. In extremen Fällen sind Gänse für bis zu 40 % der Stickstoffeinträge und für mehr als 90 % der Phosphoreinträge verantwortlich. Damit können die Einträge die Ökologie des Gewässers maßgeblich beeinflussen.
Das Projekt "Biogas im Ökolandbau - Substratbereitstellung nach 2020" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Fachgebiet Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe durchgeführt. In dem beantragten Vorhaben werden Strategien zur Biomasseerzeugung für die Verwertung als Substrat in Biogasanlagen erforscht. Zielsetzung ist eine ertragreiche und ökologisch verträgliche (Bodenschutz, Nährstoffkonservierung und -fixierung, Artenvielfalt) Substratproduktion innerhalb der Fruchtfolgen des Ökolandbaus bei Vermeidung bzw. Reduzierung von Konkurrenzwirkungen zum Nahrungs- oder Futteranbau. Dies wird ab 2020 umso bedeutender, da ab diesem Zeitpunkt der Zukauf von konventionellen Substraten zur Biogaserzeugung verboten wird. Daher sind innovative Anbaukonzepte zur Energiepflanzenerzeugung notwendig, die eine Integration in die bestehenden Fruchtfolgen des Ökologischen Landbaus ermöglichen. Dies belegen zahlreiche Nachfragen aus der landwirtschaftlichen Praxis. In dem beantragten Forschungsprojekt werden dazu drei Verfahren mit mehreren Varianten in einem Feldversuch untersucht werden: I) Intensiver Sommerzwischenfruchtanbau, II) Ganzjähriger Feldfutterbau (Futter- und Biogasnutzung), III) Zwei- bzw. Mehrkulturnutzung (Futter- und Biogasnutzung). Neben dem Trockenmasseertrag sollen der TM-Gehalt, der Futterwert, die Methanausbeute und die N-Dynamik mit der N-Fixierungsleistung von Leguminosen bei allen Varianten untersucht werden.
Das Projekt "Geräte für die Erhöhung der Verwertbarkeit fett- und ölhaltiger Abwässer in Biogasanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Umwelttechnik, Lehrstuhl Abfallwirtschaft durchgeführt. Das Projekt 'Erhöhung der Verwertbarkeit fett- und ölhaltiger Abwässer in Biogasanlagen' dient der Vergrößerung des Einsatzspektrums von Substraten in Biogasanlagen. Hierbei soll die Verwertung von organischen Abwässern, insbesondere von industriellen Produktionsrückständen wie z.B. flüssige Abfälle von Schlachtbetrieben oder Rohglycerin aus der Biodieselproduktion im Fokus stehen. Solche Abwässer mit hohem Anteil organischer Substanzen weisen häufig einen erheblichen Fett- oder Ölanteil auf. Fett besitzt aufgrund seiner chemischen Struktur einen hohen Energiegehalt. Es können bis zu 1.225 Normliter Biogas pro Kilogramm organischer Trockenmasse gewonnen werden. Dies ist mit Abstand das Substrat, welches die höchsten Biogaserträge liefert. Grundsätzliches Ziel ist es daher, diese fettreichen, flüssigen Rückstände einer energetischen Nutzung durch Biogasgewinnung zuzuführen. Aus der Praxis ist bereits bekannt, dass der Einsatz von fettreichen Substraten ohne Vorbehandlung aufgrund der Dichteunterschiede zwischen Flüssigkeit und Fett zur Ausbildung einer Schwimmschicht im Fermenter führt. Dadurch ist der fetthaltige Anteil für die Mikroorganismen nur schwer zugänglich und kann größtenteils nicht in Biogas umgesetzt werden. Insgesamt wirkt sich eine Schwimmschicht auf der Flüssigkeitsoberfläche negativ auf den Prozess aus bzw. führt außerdem zu erheblichen Störungen im verfahrenstechnischen Ablauf. Aufgrund dieser Probleme und dem hohen Energieverbrauch von Rührern zur Unterbindung der Schwimmschichtbildung ist der Einsatz von Substraten mit hohen Fettgehalten für Biogasanlagen bisher wirtschaftlich uninteressant. In diesem Projekt soll durch den Einsatz eines Emulgators ein Verfahren entwickelt werden, dass eine energetische Verwertung fettreicher Abwässer ermöglicht. Durch Emulgieren werden die Fettpartikel zerkleinert und mit der übrigen wässrigen Prozessflüssigkeit zu einer stabilen Öl-in-Wasser-Emulsion vermischt. Dies soll die Schwimmdeckenbildung unterbinden und außerdem die Fettoberfläche bzw. Reaktionsfläche für die Bakterien vergrößern. Damit sind Fette und Öle besser zugänglich und deren Abbau in der Hydrolyse wird intensiviert. Zusätzlich werden im Projekt die Fermentationsprozesse an das fetthaltige Substrat angepasst. In diesem Fall bietet sich ein zweistufiges Biogasverfahren mit räumlicher Trennung von Hydrolyse und Methanstufe an. Dadurch kann die Stufe der Hydrolyse, in welcher die Spaltung der Fettmoleküle in Fettsäuren und Glycerin stattfindet, separat gesteuert und der Fettabbau überwacht werden. Die Hydrolyse erfolgt in einem Festbettreaktor der vom emulgierten Substrat durchströmt wird. Durch den Verfahrensschritt der Emulgierung ist davon auszugehen, dass der Gesamtprozess verbessert werden kann und eine höhere Biogasausbeute erzielt wird. Eine Emulgator-Einheit könnte in bereits bestehende Biogasanlagen bzw. beim Neubau von Anlagen integriert werden. Die Technologie könnte verstärkt für die Vergärung von Abwässern eingesetzt
Das Projekt "Eignung von Buchweizen und Quinoa als späte Zweitfrüchte für die Biogasnutzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Technologie- und Förderzentrum durchgeführt. Problemstellung: Um einen nachhaltigen Energiepflanzenanbau zu fördern und die negativen Folgewirkungen von engen Maisfruchtfolgen zu vermeiden, sollen mit alternativen Anbausystemen das Spektrum der genutzten Arten erweitert und die Biodiversität in der Agrarlandschaft gesteigert werden. Buchweizen und Quinoa bieten sich aufgrund ihrer sehr kurzen Entwicklungszeit von der Aussaat bis zur Siloreife für einen späten Anbau an. Vor allem Buchweizen kann dabei zusätzlich ein langanhaltendes Blütenangebot in der Kulturlandschaft schaffen. Zielsetzung: In dem Vorhaben werden belastbare Daten zur Bewertung von Buchweizen und Quinoa als späte Zweitfrüchte nach der Ernte von Ganzpflanzengetreide für die Biogasnutzung erarbeitet. Besonderes Augenmerk liegt auf der Wassernutzungseffizienz, um die Ertragssicherheit im Zweitfruchtanbau zu verbessern und den Wasserhaushalt möglichst wenig zu beeinträchtigen. Die Ergebnisse sollen in Beratungsunterlagen und standortspezifischen Sortenempfehlungen für die Praxis umgesetzt werden. Arbeitsschwerpunkte: Dreijährige Feldversuchen zur Prüfung von Buchweizen- und Quinoasorten sowie der Referenzkulturen Einjähriges Weidelgras und Sommerroggen als späte Zweitfrüchte zu zwei Saatzeitpunkten im Juni und an zwei Standorten - Bewertung von Ertragsleistung (Trockenmasse und Methan), Qualität als Biogassubstrat, Abreifeverhalten und phytosanitäre Wirkung der Kulturen - Vergleich der Wassernutzungseffizienz der einzelnen Arten und Sorten über Analysen der 13C-Isotopen-Diskriminierung zur Auswahl der für die angestrebte Fruchtfolgestellung am besten adaptierten Sorten - Untersuchungen zu Trockenstress und Stickstoffversorgung in begleitenden Gewächshausversuchen, um Einfluss auf das Abreifeverhalten in Wechselwirkung mit der Sorte zu bestimmen.
Das Projekt "IBÖ-04: Entwicklung einer Technologie zur Gewinnung der Fasern der Bananenstaude" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SACHSEN! TEXTIL e.V. durchgeführt. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von ökonomisch und ökologisch nachhaltigen Technologie zur schonenden Aufbereitung der Bananenstaude, um aus den daraus gewinnbaren Fasern anspruchsvolle textile Produkte für unterschiedliche Marktbereiche herzustellen. Das Screening soll auf ausgewählte, weltweit etablierte Sorten in Abhängigkeit relevanter Parameter wie Stammhöhe, -durchmesser, -morphologie und Fasergehalt fokussiert werden. Ansatzpunkt aller Überlegungen ist die erhebliche Menge an Scheinstämmen, die im Zuge der Kultivierung und Produktion von Essbananen anfällt. In Bezug auf die Trockenmasse ist der Fasergehalt zwischen 25 und 33% denen von Bastfaser-pflanzen ähnlich. Innovativer Methoden zur Herstellung flächiger Gebilde, die nicht auf den klassischen Verfahren beruhen (z.B. enzymatische Flächenbildung 'veganes Leder') eröffnen unter gezielter Nutzung des Eigenschaftsprofils von Bananenfasern ganz neue Geschäftsfelder. Die Sondierungsphase lässt sich inhaltlich in drei Zielbereiche aufgliedern: A Bestandsaufnahme: Untersuchung der faser- und nichtfaserhaltigen Biomasse der Bananenscheinstämme, sowie Klassifizierung jeweiligen Eigenschaften. B Produktkonzeption: Konzipierung von Produktlinien auf Grundlage der Ergebnisse der Bestandsaufnahme sowie von Informationen zur Marktrelevanz. C Technologieentwicklung.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Entwicklung und Analyse der Gärprodukte (ILV)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist es, präzise und verallgemeinerbare Aussagen zu den Auswirkungen von Gärprodukten aus Biomassekonversionsanlagen auf Bodenfunktionen hinsichtlich Bodenstruktur und Mikrobiologie zu gewinnen. Hauptaufgabe des hier beantragten Teilprojektes ist die Erstellung von und die Versorgung der Projektpartner IPÖ und IBK mit definierten Gärprodukten aus Fermentationsversuchen, die durch die Mono- bzw. Kofermentation von frischen oder speziell silierten Pflanzensubstraten im Labormaßstab definiert und reproduzierbar erzeugt werden und die sich hinsichtlich des Grades an Aufbereitung und an fermentativem Abbau unterscheiden. Darüber hinaus liegt ein weiterer Schwerpunkt auf der Beschreibung von Silierverlauf und Substratqualität sowie der Bestimmung der während der Silierung auftretenden Trockenmasseverluste unter Berücksichtigung der Alkohole. Desweiteren steht die Beschreibung der Fermentationskinetik sowie die Untersuchung des Einflusses der Kofermentation auf die Höhe des spezifischen Methanertrags im Fokus. Ausgewählte Substrate (Mais, Weizen, Zuckerrübe, Gras) werden direkt nach der Ernte kontrolliert aufbereitet: 1. getrocknet, vermahlen zum Einsatz im Batch-Versuch und Hohenheimer Biogasertragstest, 2. zerkleinert und siliert zum Einsatz im Batch-Versuch. Typische Substrate von Praxis-BGA dienen zum Betrieb der Durchflussfermenter-Anlage. Nach Versuchsende werden die Gärprodukte den Projektpartnern zur Verfügung gestellt.
Das Projekt "IBÖ-08: BiofoYL - Biobasierte und biologisch abbaubare Folien aus Biomasse der Hefe Yarrowia Lipolytica" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik, Institutsteil Straubing, Bio-, Elektro- und Chemokatalyse durchgeführt. Hinter dem Produkt BiofoYL verbirgt sich eine biobasierte und biologisch abbaubare Folie mit vielfältigen Einsatzbereichen. Dieses innovative Verpackungsmaterial, welches im Bereich der Lebensmittelindustrie verwendet werden soll, besteht aus dem industriellen Reststoff Glycerin und der Biotrockenmasse der Ölhefe Y. lipolytica, welche ebenfalls in der Industrie als Abfallstoff anfällt. Die Plastikherstellung aus Erdöl und die Verschmutzung, die in unserem Ökosystem durch Missbrauch und falsche Entsorgung von Gegenständen aus synthetischen, nicht biologisch abbaubaren Polymeren entsteht, haben weitreichende Folgen für Mensch und Natur. Die einzige sinnvolle Alternative ist daher die Entwicklung und Verwendung von biologisch abbaubaren Polymeren. Der Vorteil der Nutzung von mikrobieller Biomasse ist, dass es sich um eine vollständig erneuerbare Quelle für Polymere handelt, die nicht an klimatische Bedingungen gebunden ist oder zur Abholzung von Wäldern führt. Im Gegensatz zu vergleichbaren Produkten dieser Art, überzeugt BiofoYL mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und besteht aus Ressourcen, welche nicht in Konkurrenz zum Anbau von Lebensmitteln stehen. Als ölbildende Hefe, welche in der Natur vor allem auf Käse und Fleischprodukten vorkommt und Glycerin als einzige Kohlenstoffquelle nutzen kann, ist der Lipid- und Polysaccharidgehalt deutlich höher (je nach Stamm zwischen 20 und 30% der Trockenmasse) als bei anderen Mikroorganismen. Die Herstellung von BiofoYL ist einfach und erfolgt unter Anwendung von umweltfreundlichen Verfahren. In diesem Sinne liefert BiofoYL mit einem hefebasierten Verpackungsmaterial ein innovatives, ökologisches und ökonomisch attraktives Produkt mit einem enormen Anwendungspotenzial.
Das Projekt "RePhoR - Projekt p2b (Konzeptphase): Regionales Phosphor-Recycling in der Region Zweibrücken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft (IWG-SWW) durchgeführt. Phosphor (P) ist ein essentieller und nicht substituierbarer Baustein in allen Lebewesen und wird vor allem als Dünger für eine ertragreiche Landwirtschaft gebraucht. Daher hat die Bundesregierung die Rückgewinnung von Phosphor im Deutschen Ressourceneffizienzprogramm (ProgRessII) als wichtigen Baustein zur Etablierung einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft verankert und mit der im Oktober 2017 in Kraft getretenen Novellierung der Klärschlammverordnung die gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen. Für kommunale Kläranlagen mit einer Ausbaugröße über 50.000 Einwohnerwerten ist demnach ab dem Jahr 2032 die Rückgewinnung von Phosphor grundsätzlich vorgeschrieben. In diesem Zusammenhang wurde ein ganzheitliches Konzept zum regionalen P-Recycling in einer als Beispielregion ausgewählten Region erstellt. Ausgangspunkt des Recyclingkonzeptes ist eine kommunale Kläranlage mit einer Ausbaugröße von 72.000 Einwohnerwerten (GK 4). Das Konzept sieht die großtechnische Umsetzung eines Phosphor-Rückgewinnungsverfahrens auf der Kläranlage vor. Dabei soll das Phosphor-Recycling durch eine thermische Desintegration des Klärschlamms in Verbindung mit einer MAP-Kristallisation (MAP: Magnesium-Ammonium-Phosphat) realisiert werden. Für den an Phosphor abgereicherten Klärschlamm mit einem Phosphorgehalt von weniger als 20 Gramm je Kilogramm Trockenmasse ist eine Zuführung in eine anderweitige Verwertung, insbesondere in der Zementindustrie, vorgesehen. Hinsichtlich der auf der Kläranlage gewonnenen Phosphor-Rezyklate sieht das Konzept eine konsequente regionale Verwertung in der Landwirtschaft, vorzugsweise im Ökolandbau vor. Die Einhaltung der durch die Novelle der Klärschlammverordnung gegebenen gesetzlichen Rahmenbedingungen bezüglich des Phosphor-Recyclings stand bei der Konzepterstellung im Vordergrund.
Das Projekt "Monitoring von bromierten Flammschutzmitteln in Fließgewässern, Abwässern und Klärschlamm in Baden-Württemberg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Polybromierte Diphenylether (PBDE) und Tetrabrombisphenol A (TBBPA) werden seit 1970 als Flammschutzmittel produziert. Verschiedene Studien belegen das rasche Ansteigen der Umweltkonzentrationen dieser vielfältig eingesetzten Verbindungen. Um Aussagen über den Verbleib der PBDE und von TBBPA in der Umwelt treffen zu können, wurden Proben von Fließgewässern, Sedimenten, Zu- und Abläufen und Schlämmen von verschiedenen Kläranlagen in Baden-Württemberg analysiert. In Wasserproben ober- und unterhalb der Kläranlagen konnte hauptsächlich 2,2',4,4'-Tetrabromdiphenylether (BDE-47) in Konzentrationen bis zu 0,7 ng/L gefunden werden. Die in den Abläufen gemessenen PBDE-Konzentrationen scheinen von der technischen Ausstattung der Kläranlagen abzuhängen. Hohe TBBPA-Werte in einigen wässrigen Proben werden wahrscheinlich durch lokale industrielle Quellen verursacht. Bei allen untersuchten Sedimenten waren die PBDE hauptsächlich durch BDE-47 und die Pentabromdiphenylether BDE-99, -100 repräsentiert. Im allgemeinen zeigten die Konzentrationen eine große Abhängigkeit von den Eigenschaften der Sedimenten und dem Vorhandensein von anthropogenen Substanzen wie Detergentien und Ölen. Ein ansteigender Trend konnte bei den Echaz-Sedimenten, die vergleichbare Eigenschaften hatten, beobachtet werden. Das Auftreten von TBBPA in den Sedimenten war mit gleichfalls erhöhten Konzentrationen in den dazugehörigen Schlamm- und Wasserproben verbunden. Die PBDE-Konzentrationen in den Klärschlämmen reichten von 77,7 myg/kg bis zu 338,4 myg/kg Trockengewicht. Die gemessenen Werte zeigten keine Abhängigkeit zur Kläranlagengröße oder zur Nachbarschaft industrieller Niederlassungen. In allen Schlammproben konnte TBBPA in variierenden Konzentrationen, die punktuelle industrielle Einleitungen indizieren, detektiert werden. Einhergehend mit ihren lipophilen Eigenschaften werden die PBDE mit einer Verschiebung zu höheren Bromierungsgraden bevorzugt an festen Phasen angereichert. Die phenolische Verbindung TBBPA ist überwiegend in den wässrigen Phasen gelöst; die Eliminierungsraten scheinen ebenfalls eine Funktion der technischen Ausstattung der Anlagen zu sein.
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