Das Projekt "Einsatz von Biokohle und Rhizobacteria und ihr Potential zur Verbesserung der Bodeneigenschaften für den Leguminosenanbau unter Trockenstress (AvH Egamberdieva)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V., Institut für Landschaftsbiogeochemie durchgeführt. Biochar, a black carbon sequestering material, and an active plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) community have both been shown to enhance soil productivity and plant growth, although they have not been tested under drought affected field conditions. This research project will investigate how the addition of biochars, derived from maize silage and PGPR can improve the soil biological, chemical, physical properties, plant growth and nutrient uptake on drought affected soils where water scarcity and low soil organic matter status are major factors limiting crop production. In greenhouse and field experiments we will test the hypothesis that PGPR along with biochar application is an effective strategy to reduce soil degradation by drought and to increase soil fertility by enhancing soil organic matter status, soil microbial activity and nutrient availability, apart from having other beneficial effects such as C sequestration. In addition it is expected that biochar may protect bacteria under drought stress in soils, increasing their survival in soil, where competition with native microorganisms for nutrients is very high. Moreover, potential of biochar as inoculums carrier can promote its production from biological wastes, preventing these materials from emitting large amounts of carbon dioxide into the atmosphere by being burned or composted. The project will give an opportunity to expand current research on biochar and bacterial fertilizer amendments for alfalfa of degraded and low-fertility soils in Europe to a wider range of soil types and climate conditions, from which we can expect new insights into the way biochars interact with soils and soil biota in general. Improving soil quality by biochar and PGPR can make a great impact on the sustainability of the profitable use of the affected soils, in particular under conditions of climate change.
Das Projekt "Katalytische Addition von Stickstoff-Nucleophilen an Mehrfachbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Chemie, Lehrgebiet Organische Chemie, Arbeitsgruppe Lukas Gooßen durchgeführt. Das Ziel dieses Forschungsprojekts war die auf mechanistische Untersuchungen gestützte, rationale Entwicklung neuer übergangsmetallkatalysierter Additionsreaktionen von N-, C-, P-, S- und O-Nucleophilen an C-C-Mehrfachbindungen. Im Mittelpunkt dieser Arbeiten sollte dabei die Erschließung der katalytischen Addition von Amiden an terminale Alkine als ein generell anwendbarer, umweltfreundlicher Zugang zur synthetisch wertvollen Substanzklasse der Enamide stehen. In bisherigen Studien gelang es uns, die beschriebene Addition von Amiden an terminale Alkine zu einer präparativ breit einsetzbaren Reaktion zu entwickeln. Neben sekundären Amiden können so mittlerweile auch Imide, Thioamide und primäre Amide an eine Vielzahl von Alkinen unterschiedlicher Funktionalität in guten Ausbeuten addiert werden. Der Katalysator ist in situ aus kommerziell verfügbaren Bis(2-methallyl)(cycloocta-1,5-dien)ruthenium(II) ((cod)Ru(met)2) zugänglich und ohne besonderen apparativen Aufwand einfach handhabbar. Je nach verwendetem Phosphin und Additiv kann regio- und stereoselektiv das E bzw Z-konfigurierte anti-Markovnikov Enamid dargestellt werden. In umfangreichen mechanistischen Studien wurden neue Erkenntnisse zum Reaktionsmechanismus der Hydroamidierung gesammelt. Dabei konnte unter anderem nachgewiesen werden, dass keiner der ursprünglichen Liganden der Rutheniumquelle (cod)Ru(met)2 während der Katalyse am Rutheniumzentrum verbleibt. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde ein wesentlich kostengünstigeres Hydroamidierungsverfahren entwickelt, bei dem der Katalysator in situ aus einfachem Rutheniumtrichlorid-Hydrat erzeugt wird. Vielleicht der bisher größte Erfolg dieses Projektes war die Entwicklung von Katalysatoren, die erstmals die Addition von primären Amiden an terminale Alkine erlauben. Entscheidend dabei ist die Verwendung anspruchsvoller, chelatisierender Phosphinliganden in Kombination mit starken Lewis-Säuren als Co-Katalysatoren. Diese Methode eröffnet die regio- und stereoselektive Darstellung von ansonsten schwer zugänglichen Synthesebausteinen und Naturstoffen. In weiteren Arbeiten sollen zunächst die mechanistischen Arbeiten abgeschlossen werden. Danach soll die Anwendungsbreite der Hydroamidierung anhand der Synthese komplexer Naturstoffe demonstriert werden. Abschließend soll Hinweisen nachgegangen werden, dass sich die Regioselektivität der Hydroamidierung bei Verwendung von anderen Übergangsmetallkatalysatoren umkehren lässt.
Das Projekt "Kopplung von Elektrokoagulation und Elektroflotation zur Behandlung Metall belasteter Abwässer - Eine Studie über Speziiestransformierung, Flockungsprozesse und Partikelcharakterisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft V-9 durchgeführt. Traditional methods for the treatment of polluted waste water require a considerable and continual supply of chemicals. More cost-effective methods with minimal additives and with reuse of waste water are required for sustainable water management. Very promising techniques based on electrochemical technology are being developed and existing ones improved that do not require chemical additions. These include electrocoagulation and electroflotation. Although these processes have the potential to extensively eliminate the disadvantages of the classical treatment techniques, the mechanisms are yet not clearly understood. There has been little consideration of the factors that influence the effective removal of metal species. Typically, empirical studies are done, which provide little insights into fundamental chemical and physical mechanisms. These studies do not allow modeling of the process or the design of improved systems, process control, and optimization from fundamental physico-chemical principles. The main objectives of this project are to study on a practical level the formation of colloidal metal compounds during electrocoagulation, and to identify stable and short living metal species resulting from reactions occurring near the electrodes under varying hydrodynamic and electrochemical conditions, and to separate colloidal particles and formed flocs with a combined electroflotation process. In the first year the project work will concentrate on the construction and calibration of the electrocoagulation / electroflotation cell, the study of operational variables, and the characterization of the generated particles. In the second year, we will establish the optimum process conditions for a metal contaminated industrial waste water and experiments with different electrode arrangements and with different flow regime will be carried out. The third year will be used for scale-up studies and a comparison of the electrocoagulation / electroflotation with the electrocoagulation / ultrafiltration process in the respect of costs, operational, and environmental benefits will be assessed. Research will be carried out in cooperation with the Israelien partner who uses electrocoagulation as a pretreatment step to ultrafiltration. By optimizing the particle size distribution, better separation efficiencies can be obtained for both processes. The process of electrocoagulation has the potential to extensively eliminate the disadvantages of the classical treatment techniques, to reduce the volume of produces sludge, to avoid the additions of chemicals, and thus to achieve a sustainable and economic treatment of polluted waste water.
Das Projekt "Energie-, stoff- und zeiteffiziente chemische Funktionalisierung von Fettstoffen unter Mikrowellenbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Fachbereich Mathematik,Naturwissenschaften durchgeführt. Es sollen Untersuchungen zu chemischen Umsetzungen von Fettstoffen in der Mikrowelle durchgeführt werden. Gesamtziel ist dabei immer eine zeit-, stoff- und energieeffizientere Funktionalisierung von Fettstoffen in Form ihrer Säuren, Ester, Alkohole hin zu neuen Fettstoffderivaten. Untersucht werden sollen Oxidations-, Dimerisierungsreaktionen, Spaltungs- und Umlagerungsreaktionen und Additionsreaktionen, die oft unter drastischen Reaktionsbedingungen ablaufen. Es ist ein Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zur Erschließung weiterer Verwendungsmöglichkeiten von Fettstoffen im Nicht-Nahrungsmittelsektor und der Anwendung einer innovativen und modernen Technologie in der chemischen Synthese, der Mikrowellentechnologie. Die vier genannten Reaktionsarten stellen typ. Reaktionen ungesättigter Fettstoffe dar. Diese Reaktionsarten sollen im Bearbeitungszeitraum systematisch untersucht werden. Die Ergebnisverwertung soll vorrangig in der Erstellung von Publikationen liegen. Des weiteren werden, bei entspr. Ergebnissen durch die HS Zittau/Görlitz Patente beantragt. Der Antragsteller will weiterhin synthetisierte Verbindungen durch Kooperationspartner auf ihre Anwendung testen lassen.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Bereitstellung neuartiger Fettstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Fachbereich 9 Chemie durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des Verbundes 'Chemische Nutzung heimischer Pflanzenöle II'. Ziel des Teilvorhabens der Universtität Oldenburg ist es, neuartige lineare und kettenverzweigte Fettstoffe aus Pflanzenölen zu synthetisieren (Teil 1), die durch radikalische, ionische und pericyclische Additionen an die Doppelbindung ungesättigter Fettstoffe wie insbesondere Erucasäure, Ölsäure, Linolsäure und w-ungesättigter Fettstoffe erhalten werden sollen. Die neuartigen Fettstoffe werden von der Industrie auf ihre Anwendungsmöglichkeiten z.B. als oberflächenaktive Verbindungen, als Schmier- und Gleitmittel, als Bausteine für Kunststoffe, als Polymer und als Wirkstoffe im Pflanzenschutz untersucht. Darüberhinaus ist es Ziel des Vorhabens Fettstoffe mit heterocyclischen Strukturelementen herzustellen. Die Doppelbindung der ungesättigten Fettstoffe soll dabei zum Aufbau der heterocyclischen Strukturelemente dienen. So sollen z.B. Oxazolen, Thiazolen, Imidazolen, Aziridinen und Episulfiden auf verschiedenen Wegen hergestellt werden. Fettstoffe mit heterocyclischen Strukturelementen in der Mitte der Fettsäurekette sind als Wirkstoffe insbesondere im Pflanzenschutz von großem Interesse.Einen Schwerpunkt bildeten Additionsreaktionen zur Synthese neuartiger Fettstoffe durch Reaktionen an der Doppelbindung von ungesättigten Fettsäuren bzw. deren Estern unter Ausbildung einer neuen C,C-Verknüpfung. Hierzu wurden zahlreiche Lewis-Säure-Reaktionen und radikalisch induzierte Additionsreaktionen an den Doppelbindungen ungesättigter Fettstoffe wie z.B. Ölsäure, Erucasäure, Petroselinsäure und 10-Undecensäure durchgeführt. Weiterhin wurden Friedel-Crafts-Acylierungen, Friedel-Crafts Alkylierungen, durch Aluminiumchlorid induzierte Additionen von Formaldehyd, Diels-Alder-Reaktionen und En-Reaktionen untersucht. Beispielsweise entsteht bei der Umsetzung von Calendulasäuremethylester und Maleinsäureanhydrid (Diels-Alder Reaktion) ein cyclisches Reaktionsprodukt. Um das Spektrum modifizierter und hoch funktionalisierter Fettstoffe zu erweitern, wurden Enophile wie z.B. Methylvinylketon und Acetamidoacrylsäuremethylester mit ungesättigten Fettstoffen umgesetzt. Hierbei kam die im Rahmen des Vorhabens etablierte EtAlCl2-induzierte Reaktion von Alkenen mit Aldehyden, Ketonen und Carbonsäuren zum Einsatz. Einen zweiten Schwerpunkt bildeten die Arbeiten zur Synthese von heterocyclischen Fettstoffen. Verschiedene neuartige heterocyclische Fettsäurederivate konnten synthetisiert werden. Dabei handelt es sich zum einen um Bis- und Trisaziridin-Derivate, um Tetrazol- und Oxadiazolderivate sowie um Oxazoline, Oxazolidine, Imidazol, Oxazol und Imidazolinthion. Die Herstellung der Aziridine geht dabei von den Epoxyfettsäurederivaten aus. So gelang z.B. die Herstellung von Aziridinen auf Basis von epoxidiertem Sonnenblumenöl, Leinöl, Ricinus-öl und Vernoniaöl. Aus den Aziridinen wurde eine Vielzahl von N-substituierten Aziridin-Derivaten hergestellt.
Das Projekt "Acrylat-Polyester-Lackbindemittelkombinationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Lacke und Farben e.V. (iLF) durchgeführt. Das Ziel der durchgefuehrten Arbeiten bestand in der Erprobung neuartiger, loesemittelfreier bzw. loesemittelarmer, thermisch haertender Zweikomponentenlacke. Durch kommerziell gebraeuchlichen Polyestern mit Acetessigsaeure-tert.-butylester wurden deren OH-Gruppen durch Acetoacetatgruppen ersetzt. Nach einer weiteren Umsetzung mit Aminen ergaben sich Aminocrotonate. Die so modifizierten Bindemittel konnten mit ungesaettigten Acrylaten, die von strahlenhaertenden Systemen her bekannt und in grosser Vielfalt auf dem Markt erhaeltlich sind, ueber vinyloge Additionsreaktionen vernetzt werden. Von der potentiellen Eignung als Lackbindemittel her betrachtet, war das Resultat allerdings stark abhaengig sowohl vom ausgewaehlten Acrylat als auch von der Art und Modifizierung des Polyesterharzes. Einige der entsprechenden Gemische aus aminocrotonatfunktionellen Polyestern und Acrylaten ergaben eine Reihe sehr positiver Ergebnisse.
Das Projekt "Teilvorhaben: Designoptimierungen begleitend zum neuen Elastomerwerkstoff, Erprobungsversuche am Bauteil Brennstoffzelle, Lebensdauersimulationen und Mischungscompounding" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ElringKlinger AG durchgeführt. In Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (PEFC) werden Dichtungen eingesetzt um Medienräume gegeneinander und zur Umgebung hin abzudichten. Die Umgebungsbedingungen in Brennstoffzellen stellen hohe Anforderungen an die Werkstoffe. Es müssen daher technisch leistungsfähige Werkstoffe eingesetzt werden und gleichzeitig die ambitionierten Kostenziele, insbesondere für die Anwendung in mobilen Anwendungen, eingehalten werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen müssen neue Werkstoffe entwickelt werden. Im Rahmen dieses Projektes sollen auf Basis von Polyolefinen (z. B. EPDM) vor allem alternative Reaktionsmechanismen zur Vernetzung gefunden werden, mit denen Prozesszeiten erreicht werden können, die zur Erreichung der Kostenziele erforderlich sind. Die bisher v. a. eingesetzte radikalische Vernetzungsreaktion von EPDM muss dabei ersetzt werden, da dadurch Nebenprodukte entstehen, die der Funktion der Brennstoffzelle abträglich sein können. Außerdem soll das reaktive Mischen im Pressmischer als alternative Compounding-Technologie erprobt werden. Der im Rahmen dieses Projektes entwickelte Dichtungswerkstoff soll abschließend auf einer kommerziellen metallischen Bipolarplatte integriert und deren Funktion im Betrieb validiert werden. - Modifizierung von Polyolefin-Kautschuk für die Anwendung in der PEFC o Grafting der Einzelkomponenten o Entwicklung der Kondensations- und Additionsvernetzung o Reaktives Mischen - Erprobung von Haftvermittler für additionsvernetzende Polymere - Haftungsoptimierung der metallischen Substratkomponente - Elastomere Spritzgießtechnologie im Injection Moulding Verfahren - Erprobung und Validierung des Dichtungswerkstoffes unter Brennstoffzellenbedingungen - Applikation der Dichtung auf der metallischen Bipolarplatte eines PEFC-Brennstoffzellenstacks und Erprobung im anwendungsnahen Betrieb.
Das Projekt "Estrogene Aktivität im Abwasser - Nachweis mit Hilfe eines biologischen Wirktests und Erfassung der Elimination bei weitergehender Abwasserreinigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Lehr- und Forschungsgebiet Ökosystemanalyse (ESA) durchgeführt. Abwässer gelten als hauptsächliche Quelle von estrogen wirksamen Substanzen, bei denen es sich einerseits um natürliche und synthetische Hormone handelt und andererseits um Industriechemikalien, die in unerwünschter Weise das Hormonsystem beeinflussen können. In diesem Dissertationsprojekt wurde mit Hilfe eines biologischen in vitro Zelltests estrogene Aktivität in verschiedenen Arten von Abwasser nachgewiesen und die Elimination dieser Aktivität im Verlauf der Abwasserreinigung erfasst. Der verwendete in vitro Wirktest basierte auf der Induktion eines Reportergens in estrogen-sensitiven, gentransformierten Mammakarzinomzellen (sogenannten MVLN-Zellen). Die erfolgreiche Etablierung dieses Testsystems konnte unter anderem durch die mit Literaturdaten übereinstimmende Quantifizierung der relativen estrogenen Potenz von bekannten (Xeno)estrogenen demonstriert werden. Auch die Eignung der durchgeführten Probenaufarbeitung zur Gewinnung konzentrierter, für den MVLN-Test geeigneter Extrakte als entscheidender Schritt bei der Quantifizierung estrogener Aktivität in Umweltproben konnte belegt werden. Trotz weltweiter Forschungstätigkeiten in den letzten Jahren ist die Datenlage über die Elimination estrogen aktiver Substanzen aus dem Abwasser immer noch unzureichend. Die vorliegende Arbeit leistet hier einen Beitrag und ist darüberhinaus die erste systematische Untersuchung der in Deutschland häufigen, weitergehenden (tertiären) Abwasserreinigung hinsichtlich der Entfernung estrogen aktiver Substanzen. Die untersuchten acht kommunalen Kläranlagen erwiesen sich alle hinsichtlich der biologischen Reinigungsstufe als sehr effektiv im Vergleich zu Literaturdaten, wobei die Belastung im Zulauf der Kläranlagen in dem aus der Literatur bekannten Bereich lag. Dennoch enthielt das gereinigte Abwasser in sechs der acht kommunalen Kläranlagen zumindest zeitweise signifikante estrogene Aktivität. Auch in den Sedimenten des Vorfluters einer dieser Kläranlagen war estrogene Aktivität nachweisbar. Im Kontext kürzlich veröffentlichter Untersuchungen geben diese Ergebnisse Anhaltspunkte dafür, dass die bei allen untersuchten Anlagen vorhandene Nitrifikation und das damit verbundene hohe Schlammalter mit der Eliminationsleistung der estrogenen Aktivität zusammenhing. Weitere Faktoren wie die Art der Phosphatelimination und der Schlammbehandlung wiesen keinen Zusammenhang mit der Eliminationsleistung auf. Die wiederholte Beprobung der Kläranlagen zu verschiedenen Jahreszeiten ergab Hinweise auf eine temperaturabhängige Eliminationsleistung, aber auch auf eine jahreszeitlich unterschiedliche Belastung der Kläranlagen mit estrogen aktiven Substanzen. Neben kommunalem Abwasser wurden auch zwei weitere Arten von Abwasser untersucht, über die bisher nur wenig hinsichtlich der Belastung mit estrogen wirksamen Stoffen bekannt war. Dabei handelte es sich einerseits um Sickerwasser einer Siedlungsabfalldeponie und andererseits um reines Industrieabwasser. U.s.w.
Das Projekt "Modellreaktionen zum photochemischen Verhalten insektizider Carbamate auf Pflanzenoberflaechen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Lebensmittelchemie durchgeführt. Rueckstaende von Pestizid-Wirkstoffen, die das pflanzliche Abschlussgewebe kaum oder gar nicht durchdringen, werden auf den behandelten Pflanzen neben physikalischen Vorgaengen durch chemischen Abbau (Oxidation, Hydrolyse) und besonders durch photochemische Reaktionen auf Pflanzenoberflaechen (Gemuese, Obst) im Sonnenlicht verrringert. Das pflanzliche Abschlussgewebe (Cuticula) besitzt mit seinen Wachs- und Cutinkomponenten einen interessanten Pool an geeigneten Reaktionspartnern, die mit photoinduzierten Pestizidmolekuelen Additionsreaktionen eingehen oder die Desaktivierungsprozesse in eine bestimmte, bevorzugte Richtung laufen lassen koennen. Mit Hilfe ausgewaehlter Wirkstoffe aus der Gruppe der insektiziden Carbamate (Propoxur, Ethiofencarb, Pirimicarb) soll gezeigt werden, dass erstens der Photoabbau in Gegenwart geeigneter Biomolekuele des pflanzlichen Abschlussgewebes leichter ablaeuft und zweitens neben reinen Photometabiliten Additionsreaktionen an Komponenten der pflanzlichen Cuticula erfolgen koennen, wobei sogenannte gebundene Rueckstaende entstehen, die routinemaessig rueckstandsanalytisch nicht nachzuweisen sind.
Das Projekt "Oberflächenaktive Kombinationsprodukte aus epoxidierten Fettderivaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Fachbereich C, Lehrstuhl Kommunikation und Management chemischer Prozesse in der Industrie durchgeführt. Neuartige oberflächenaktiven Kombinationsprodukten aus epoxidierten Fettderivaten, natürlichen Hydroxycarbonsäuren und Polyolen werden in einer Art 'Baukastensystem' weiter umgesetzt, die entstandenen Additionsprodukte physikochemisch als auch anwendungstechnisch in Bezug auf den Einsatz als Tenside und Emulgatoren in der Reinigungs- und kosmetischen Industrie untersucht. Im Idealfall sind die Zielverbindungen ohne Lösungsmitteleinsatz in nur einem Reaktionsschritt zugänglich (green chemistry), bestehen vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen und sind zudem biologisch abbaubar. Als Rohstoffquellen sollen bevorzugt ölsäurebasierende Systeme eingesetzt werden. Folgende Arbeitspakete sind definiert: Herstellung von Additionsprodukten unterschiedlicher Molekulargewichte auf Basis unterschiedlicher polarer (Hydroxycarbonsäuren, Polyole) sowie lipophiler Komponenten (Fettsäuren, Fettsäureester, Triglyceride). Aufbau eines ökologisch und ökonomisch geeigneten Syntheseprozesses, Untersuchung des Syntheseprozesses beim scale up und Entwurf eines Prozess-Designs zur Herstellung der oben genannten Tenside und Emulgatoren. Die Additionsprodukte sollen analytisch und physikochemisch charakterisiert und auf die Anwendung als Tenside und Emulgatoren untersucht werden. Auf Basis der Struktur-Wirkungsbeziehungen sollen gezielte Produkte durch Modifikation der Lipidfragmente und der polaren Komponente dargestellt werden.
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