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Holzgeruch - Einfluss von Herkunft, klimatischen Bedingungen und Trocknung auf Geruch und generelle Emissionsprofile von Zirbenkiefer (Pinus cembra L.)

Zahlreiche Holzarten sind besonders reich an flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), weshalb einige Anstrengungen unternommen wurden, ihre flüchtige Zusammensetzung zu ergründen. Solche Untersuchungen wurden oft in Hinblick auf die Auswirkungen der flüchtigen Emissionen von Holz und Holzwerkstoffen auf die Luftqualität in Innenräumen und damit auf ihre möglichen physiologischen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit motiviert. Holzemissionen wurden dabei oft als kritisch angesehen, da sie möglicherweise die Atemwege beeinträchtigen oder allergische Reaktionen hervorrufen können. In letzter Zeit gewinnt das Thema Holzgeruch jedoch zunehmend an Aufmerksamkeit, was die Wahrnehmung von Natürlichkeit und deren positiven Einfluss auf das Wohlbefinden betrifft. In dieser Hinsicht fühlt sich der Mensch zum Geruch von Bergwäldern und Bäumen hingezogen und sucht Entspannung in Verbindung mit solchen Gerüchen. Das Holz der Zirbe (Pinus cembra L.) ist eine besonders geschätzte Art, die auch als Zirbelkiefer und "Königin der Alpen" bekannt ist. Dieses Holz wird in Mitteleuropa häufig für den Möbelbau verwendet und wird wegen seines charakteristischen und langanhaltenden Geruchs geschätzt sowie in der Aromatherapie eingesetzt. Sein Geruch soll Stress abbauen, wobei physiologisch nachgewiesen wurde, dass durch Aufenthalt in der Umgebung von Zirbenholz die Herzfrequenz gesenkt werden kann. Es wurde auch berichtet, dass der Geruch einen gesunden Schlaf fördert, insbesondere bei Personen, die in Betten aus Zirbenholz schlafen. Einige wenige Studien haben sich bis dato mit der Zusammensetzung der ätherischen Öle beschäftigt, welche vorwiegend aus Nadeln und Zapfen gewonnen werden. Doch speziell die Geruchsstoffe aus dem Holz, welche für die physiologischen Effekte ursächlich scheinen, sind noch unzureichend untersucht. Zudem ist wenig über den Einfluss von Umwelt- und Trocknungsfaktoren während der Erstlagerung auf dieses charakteristische Holzgeruchsprofil bekannt. Ziel dieses Projektes ist es daher, die molekularen Grundlagen dieses hochwertigen Materials zu klären, wobei die VOC- und Geruchsstoffzusammensetzung identifiziert und quantifiziert sowie die Beziehungen zu allgemeinen holzchemischen Parametern hergestellt werden sollen. Hierzu werden ausgewählte Holzproben hinsichtlich der enthaltenen Zucker und Extraktstoffe bezüglich ihres Gehalts und ihrer Zusammensetzung mit etablierten Standardmethoden charakterisiert. Darüber hinaus werden Proben unterschiedlicher Herkunft vor und nach der Holztrocknung in einem arbeitsgruppenübergreifenden Ansatz komplementären Analysen unterzogen, die sowohl multidimensionale hochauflösende Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) als auch GCxGC-MS, Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie, Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie und GC-MS mit Flüssiginjektion nach Silylierung umfassen. Weiterhin wird das Holzmehl mittels Pyrolyse-GC/MS (Py-GC/MS) sowie Thermodesorptions-GC/MS (TD-GC/MS) analysiert.

Fortschrittliche chemische aqSOA Prozessmodellierung (ACoMa)

Organische Aerosole (OA) stellen einen omnipräsenten Hauptbestandteil atmosphärischer Aerosole dar und beeinflussen zahlreiche atmosphärische Prozesse und Umweltaspekte. Die quantitative Bestimmung beispielsweise von Klimaeffekten der OA wird durch eine Anzahl von Faktoren limitiert, einschließlich eines unvollständigen Verständnisses wie emittierte VOCs zur Bildung von atmosphärischen OA beitragen. Ein Großteil der OA Bestandteile wird sekundär (sekundäres organisches Aerosol (SOA)) in der Atmosphäre durch chemische Gasphasenprozesse sowie nachfolgender Gas-Partikel-Partitionierung (gasSOA) oder durch chemische Prozesse in der wässrigen Phase (aqSOA) gebildet. Jedoch können durch reine Gasphasenansätze, die Eigenschaften von realem SOA nicht erklärt werden. Außerdem neigen gasSOA Ansätze dazu das Gesamt-SOA zu unterschätzen. Aus verschiedenen Labor- und Feldstudien wurde geschlussfolgert, dass die aqSOA Bildung eine ebenso große Bedeutung wie die gasSOA Bildung haben könnte. Somit, gibt es ein wachsendes wissenschaftliches Interesse in Bezug auf Prozesse, die zur aqSOA Bildung führen. Jedoch ist die aqSOA Prozessierung, d.h. die sekundäre Bildung und chemische Alterung von aqSOA, bis jetzt nur wenig verstanden und in aktuellen Multiphasenchemiemechanismen kaum berücksichtigt. Um diesen wissenschaftliche Sachverhalt eingehender zu studieren, sind weitere Untersuchungen mit detaillierteren Multiphasenchemiemechanismen und erweiterten Prozessmodellen erforderlich. Um das aktuelle Verständnis der aqSOA Prozessierung und ihre Bedeutung für die Chemie der Troposphäre sowie den damit verbundenen wissenschaftlichen Fragestellungen zu verbessern, zielt das vorliegende Projekt auf Entwicklung eines fortgeschrittenen chemischen aqSOA Mechanismus und eines modernen Mehrphasenmodells. Das angestrebte Modell wird, neben anorganischen Chemie, die Radikal- und Nichtradikalchemie von organischen Verbindungen in der Gasphase und Flüssigphase nahezu-explizit beschreiben. Darüber hinaus wird das angestrebte moderne Mehrphasenmodell eine adäquate Beschreibung von Komplex-/Salzbildungsprozessen und Effekten von nicht-idealen Lösungen enthalten. Mit Hilfe dieses modernen Mehrphasenmodells soll die chemische aqSOA-Prozessierung detailliert mit begleitenden Modellstudien untersucht werden. Die Modellstudien werden sich vor allem darauf konzentrieren (i) die Hauptbildungswege für aqSOA zu identifizieren, (ii) die Bedeutung von radikalischen, nicht-radikalischen und nicht-oxidativen Prozessen für aqSOA in verschiedenen Umweltregimen aufzuklären und (iii) den Einfluss von chemischen Wechselwirkungen von aqSOA und anorganischen Aerosolbestandteilen auf dessen troposphärische Verweildauer zu untersuchen. Insgesamt sollen mit dem neuen Multiphasenmodell und den assoziierten Studien, neue Erkenntnisse erzielt werden über die aqSOA Prozessierung sowie deren Bedeutung für die OA-Gesamtmasse und andere verknüpfte Themen wie die troposphärischen Oxidationskapazität.

Diskontinuierliche Luftqualitätsdaten im Land Brandenburg

Die im Land Brandenburg diskontinuierlich über Probenahme und Laboranalytik ermittelten Luftqualitätswerte werden in Exceltabellen erfasst, archiviert und fortgeschrieben. Die Überwachung der Luftqualität entsprechend gesetzlich vorgegebener Grenzwerte wird dadurch ergänzend gewährleistet.

Reduktion von (V)VOC-Emissionen aus NawaRo-Dämmstoffen unter besonderer Berücksichtigung neu aufkommender Schadstoffe

Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in der Reduktion der Emission insbesondere neu aufkommender Schadstoffe aus NawaRo-Dämmstoffen. Für einige dieser Stoffe sind noch keine eindeutigen Wege der Generierung identifiziert worden. Dies gilt insbesondere für neu aufgekommene Stoffe wie VVOC. Die Entwicklung von Minderungsmaßnahmen steht folglich zumindest zum Teil noch aus. Ziel des Projektes ist es daher, VOC- und VVOC-Emissionen weiter zu senken, um Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen mehr Verwendungsmöglichkeiten zu eröffnen. Als Hauptkomponenten wurden in Vorarbeiten organische Säuren, Aldehyde, Alkohole und andere, meist polare Verbindungen sowie SVOC identifiziert. Um die zur Reduzierung dieser Emissionen sinnvollen Entwicklungsschritte definieren zu können, fehlen zum Teil vertiefte Kenntnisse zu deren Entstehung aus Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dies gilt insbesondere für Substanzen wie Alkohole, VVOC und SVOC (Semi Volatile Organic Compounds). Außerdem sind viele dieser Dämmstoffe mit Flammschutzmitteln ausgerüstet. Inwieweit das das Emissionsverhalten möglicherweise indirekt beeinflusst, z.B. durch deren Einfluss auf den Feuchtehaushalt, ist nicht bekannt. Aus den bestehenden und zusätzlich gewonnenen Erkenntnissen zur Generierung der Emissionen sollen mindernde Veränderungen im Herstellprozess abgeleitet werden. Dabei kann auf Erkenntnisse aus dem Bereich der Herstellung von Holzwerkstoffen aufgebaut werden. Eine weitere Möglichkeit der Emissionsminderung ergibt sich aus dem Zusammenwirken verschiedener Materialien, z.B. Dämmstoffen und Folien. Vorkenntnisse über das Diffusionsverhalten von Wasserdampf und einiger weniger (V)VOC sind vorhanden, bedürfen aber einer Vervollständigung. Konkret soll daher die Möglichkeit dampfbremsender Folien, den Übergang solcher Stoffe in die Innenraumluft zu behindern, über die o.g. Stoffe hinaus geprüft werden.

Entwicklung einer Analysenmethode zur simultanen Bestimmung polarer und unpolarer flüchtiger Luftinhaltsstoffe (VOC) unter Verwendung zweidimensionaler Gaschromatographie

Aufbauend auf den Erfahrungen des Antragstellers auf dem Gebiet der mehrdimensionalen Gaschromatographie (GC) und der Luftanalytik wird eine Analysenmethode zur simultanen Bestimmung polarer und unpolarer flüchtiger Luftinhaltsstoffe (volatile organic compounds (VOC)) mittels zweidimensionaler GC entwickelt. Dazu werden Säulen unterschiedlicher Polarität für die Trennung der unpolaren und polaren Verbindungen getestet. Die aufgrund der ersten Untersuchungen ausgewählten Säulen werden seriell gekoppelt. Es wird eine GC-Methode entwickelt, mit deren Hilfe eine Ausschnittsdosierung der unpolaren Verbindungen auf die zweite Säule erfolgt. Weiterhin wird eine geeignete Strategie für die Probenahme entwickelt. Die Untersuchungen fokussieren sich dabei sowohl auf die adsorptive Anreicherung als auch auf die Probenahme mit Hilfe von Edelstahlkanistern. Es werden verschiedene Adsorbentien getestet und charakterisiert. Bei der Probenahme in Kanistern wird die Stabilität der polaren Verbindungen (Aldehyde, Ketone, Alkohole) im Kanister und der vollständige Probentransfer der Analyten in das Analysensystem untersucht. Zur Validierung der entwickelten gaschromatographischen Methode und zur Validierung der jeweiligen Probenahmestrategie werden Feldexperimente durchgeführt.

Ist-Analyse der VOC-Emissionen bei der Reinigung von Transportmitteln und Tanks

Im Rahmen des REFOPLAN-Vorhabens wurde eine Ist-Analyse der ⁠ VOC ⁠-Emissionen aus der Innenreinigung von Transportmitteln und Lagertanks durchgeführt. Grundlage hierfür ist die Emissionsberichterstattung in der Kategorie 1.B.2 „Öl und Erdgas und diffuse Emissionen aus der Energieerzeugung“ mit mehreren Unterkategorien, die Daten zur Tankinnenreinigung beinhalten. Im Jahr 2021 wurde während der nationalen Emissionsberichterstattung, welche durch das Umweltbundesamt erfolgt, deutlich, dass in den Kategorien die entsprechenden Daten lückenhaft sind. Es fand eine Befragung von Akteuren und Experten*innen sowie eine Literaturrecherche statt. Die Bestimmung der Emissionen erfolgte auf Basis von Emissionsfaktoren und Aktivitätsraten, die für die Aktivitäten in der Analyse identifiziert wurden. Es wurden Zeitreihen der Emissionen von 1990 bis 2021 erstellt. Ergänzend fand eine Abschätzung der Unsicherheiten statt. Veröffentlicht in Texte | 103/2025.

Prozessintegrierte Abgasbehandlung bei der Reifenherstellung durch Nutzung von Einsatzströmen als Sorbenzien, Teilvorhaben: Bau einer Pilotanlage, Versuchsdurchführung zur Verfahrensvalidierung und Entwicklung einer intelligenten Absaugung

Reifen sind unverzichtbare Elemente der Mobilität. Wegen den einzigartigen Eigenschaften werden sie ausschließlich auf Basis von Kautschuken hergestellt. Dem organischen Polymer Kautschuk werden im Herstellungsprozess des Reifens noch weitere organische Materialien (wie z.B. Ruße oder Öle) zugemischt. Neben der Zugabe dieser Komponenten entstehen bei der Herstellung von Reifen entlang einer Mischerlinie und der anschließenden Weiterverarbeitung (bspw. Reifenheizpressen) allerdings auch volatile organische Komponenten (VOCs). Da momentan kein Material bekannt ist, welches die Reifen - Kautschuke ersetzen kann, ist es erforderlich, die Emission von VOCs bei der Reifenherstellung weitestgehend zu minimieren. Die Aufgabe des zur Förderung beantragten Vorhabens ist die Entwicklung einer nachhaltigen und Ressourcen schonenden Behandlung der VOC-haltigen Abgase. Die bislang eingesetzten Technologien (insbesondere Regenerative Nachverbrennung, ggf. mit vorheriger Aufkonzentration der Abgase) erfüllen diese Anforderungen nicht. Sie verursachen nicht nur unmittelbare Kohlendioxidemissionen durch Einsatz von fossilen Brennstoffen, sondern erweisen sich in der industriellen Praxis als betrieblich nachteilig bzw. anfällig. Der zur Förderung beantragte Ansatz ist prozessintegriert, nutzt ohnehin im Mischprozess eingesetzte Stoffströme als Adsorbenzien, kommt ohne fossile Brennstoffe aus und vermeidet betriebliche Probleme bisher eingesetzter Technologien. Mit dem Verfahren lassen sich somit bspw. die Kosten für Energie und CO2-Zertifikate deutlich reduzieren.

Analyse der Stabilisierung der organischen Substanz in aggregierten Böden anhand der natürlichen 13C-Verteilung - C-Pools, Umsatzraten, Modellierung

Quantitative Kenntnisse über die Einbauraten von Streukohlenstoff in unterschiedlich stabile Fraktionen der organischen Bodensubstanz (SOM) sind eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis der Regulation der Stabilisierung organischer Substanz in Böden. Die Bestimmung der Bildungs- und Umsatzraten unterschiedlich stabiler Fraktionen der organischen Bodensubstanz im Zuge des Streuabbaus setzt voraus, dass der Ursprung des organischen Kohlenstoffs in den Fraktionen zurückverfolgt werden kann. Ziel dieses Projektes ist es, die langfristigen Umsatz- und Stabilisierungsraten von maisbürtigem Kohlenstoff in den Böden der Maismonokulturflächen (seit 1961) des Dauerversuches 'ewiger Roggen' zu erfassen. Die Analyse erfolgt anhand der natürlichen 13C-Verteilung in unterschiedlichen Fraktionen der organischen Bodensubstanz. In Inkubationsversuchen wird die Bedeutung der unterschiedlich alten SOM-Vorräte (maisbürtig bzw. vor 1961 gebildet) als Substrat für die DOC-Produktion und die Bodenrespiration quantifiziert. Weiterhin soll der Einfluss mineralischer Nährstoffzufuhr auf die Umsatz- und Stabilisierungsfragen von Maisstreu erfasst werden. Die Ergebnisse werden zur Modellierung der Dynamik der C-Umsetzungsprozesse mit dem Rothamsted C-Modell eingesetzt.

Untersuchung zur Leistungsfaehigkeit von bewachsenen Bodenfiltern zur Reinigung organisch extrem belasteter Abwaesser aus der Weinbereitung

Klassifizierung von HULIS Kohlenstoff verschiedener atmosphärischer Prägung mittels 2-D offline Chromatographie

Atmosphärische Partikel enthalten innerhalb ihrer organischen Fraktion einen bedeutenden Anteil sogenannter 'huminähnlicher' Verbindungen (humic like substances, HULIS). Zur chemischen Zusammensetzung dieser Fraktion ist nur relativ wenig bekannt. Trenntechniken wie Umkehrphasenchromatographie oder Kapillarelektrophorese erlauben keine umfassende Trennung dieser komplex zusammengesetzten Fraktion, weshalb im vorliegenden Projekt die Anwendung einer 2-dimensionalen Trennung nach Polarität (Umkehrphasenchromatographie) und molekularer Größe (Größenausschlusschromatographie) vorgeschlagen wird. Die Kopplung der beiden Dimensionen soll offline geschehen und die erhaltenen Fraktionen gesammelt werden, um davon den Gesamtkohlenstoffgehalt (total organic carbon, TOC), die UV-VIS Absorption, sowie die Elementarzusammensetzung einzelner charakteristischer Substanzen mittels Flugzeitmassenspektrometrie zu bestimmen. Proben von verschieden geprägten Sammelorten (europäischer Hintergrund, asiatische Megacity, ländlich mit starkem Biomasseverbrennungseinfluss) sollen analysiert werden, um anschliessend Muster im zweidimensionalen Raum Polarität vs. Größe finden und vergleichen zu können. Weiterhin sollen die Ergebnisse der offline Charakterisierung mit (außerhalb des Projektes) gewonnenen Daten eines online-Aerosolmassenspektrometers verglichen werden. Die Ergebnisse sollen ein besseres Verständnis zu Konzentration, Zusammensetzung und möglichen Quellen der wichtigen HULIS-Fraktion atmosphärischer Partikel ermöglichen.

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