The project goal was to support the regulatory acceptance of data generated with the OECD Acute Fish Embryo Toxicity Test (TG 236) as alternative method to the OECD Acute Fish Toxicity Test (TG 203). TG 236 is an important contribution to animal welfare in chemical safety assessment in Europe but also worldwide. Results of the project are directly used within OECD project 2.54 on the Development of a Guidance Document for an Integrated Approach to Testing and Assessment of Acute Fish Toxicity. Specific results: (1) the knowledge on xenobiotic transformation capacities in zebrafish embryos, juveniles and adults is fragmentary. Therefore, transfer of biotransformation data from juvenile fish to adult fish does not appear justified. (2) The chorion is no barrier for uncharged industrial chemicals of a molecular size of 3,000 – 4,000 Da. Veröffentlicht in Texte | 94/2020.
Plant protection products, human and veterinary pharmaceuticals, biocides and other chemicals can reach surface waters during their life cycles, by direct or diffuse entry routes or because they are in completely removed during waste water treatment. These chemicals may have harmful consequences for environmental organisms and also constitute a risk for raw water contamination for drinking water production. It is therefore crucial to assess persistence of chemicals in laboratory experiments. To characterize persistence in surface waters two test guidelines are relevant: OECD Test Guideline 308 ("Aerobic and Anaerobic Transformation in Aquatic Sediment Systems"), which aims to derive information on biotransformation at a water-sediment interface, and OECD Test Guideline 309 ("Aerobic mineralization in surface water - Simulation biodegradation test"), which measures biotransformation in a pelagic water body. The aim of the project was to be better able to separate characterizing biotransformation from the process of sorption. For this purpose, modified test designs and alternative evaluation of kinetic data were explored. Veröffentlicht in Texte | 06/2023.
In Möweneiern von Nord- und Ostsee wurde von den drei Hauptdiastereomeren alpha-, beta- und gamma, die in technischem HBCD enthalten sind, nur alpha-HBCD nachgewiesen. Die Konzentrationen von beta- und gamma-HBCD bewegten sich im Bereich der Nachweisgrenze. An allen drei Standorten wurden im Jahr 2000 die höchsten Konzentrationen gemessen. Danach nahmen die HBCD-Gehalte signifikant ab. Hexabromcyclododecan (HBCD) gehört zur Gruppe der bromierten Flammschutzmittel. Technisches HBCD ist ein Gemisch aus verschiedenen Diastereomeren , die jeweils aus zwei Enantiomeren ((-)/(+)) bestehen. gamma-HBCD macht mit 75-89% den Hauptanteil aus, gefolgt von beta-HBCD mit 10-13% und alpha-HBCD mit 1-12%. HBCD wird z.B. in Wärmedämmplatten aus Polystyrolschaum aber auch in Gehäusen von Computern und Rückbeschichtungen von Textilien für Polstermöbel verwendet. Schon relativ geringe Mengen dieses hochwirksamen Flammschutzmittels reichen aus, um einen effektiven Schutz zu gewährleisten. Trotzdem sind Spuren von HBCD mittlerweile in allen Umweltkompartimenten nachweisbar. In der Umwelt wird HBCD nur schwer abgebaut und reichert sich stark in Organismen und im Nahrungsnetz an. Darüber hinaus ist es sehr toxisch für aquatische Organismen. Diese PBT-Eigenschaften ( Persistent , Bioakkumulierend und Toxisch) haben dazu geführt, dass HBCD im Rahmen der Chemikalienbewertung unter REACh als besonders besorgniserregender Stoff (SVHC - substance of very high concern) eingestuft wurde. Seine Aufnahme in Anhang 1 der Stockholmer Konvention wird derzeit diskutiert. Trotz seiner negativen Eigenschaften darf HBCD momentan noch verwendet werden, da keine gleichwertigen Alternativen zur Verfügung stehen. Die HBCD-produzierenden und weiterverarbeitenden Industrien haben jedoch in den letzten Jahren verschiedene Programme zur Kontrolle und Reduktion von HBCD Emissionen initiiert (z.B. VECAP - Voluntary Emissions Control Action Programme und SECURE - Self Enforced Control of Use to Reduce Emissions). Um einen Eindruck der HBCD-Belastung von Biota an deutschen Küsten zu gewinnen wurden Poolproben von Silbermöweneiern dreier Standorte in der Nord- und Ostsee im Rahmen eines retrospektiven Monitorings untersucht. In Silbermöweneiern von den beiden Nordseestandorten Trischen und Mellum schwankten die HBCD-Konzentrationen (Summe aller Diastereomere ) zwischen 13,8 und 74,8 ng/g Fett (Trischen) und 4,17-107 ng/g Fett (Mellum). Eier von der Ostseeinsel Heuwiese wiesen HBCD-Gesamtgehalte von 25,1- 98,7 ng/g Fett auf. Von den drei Hauptdiastereomeren in technischem HBCD wurde nur alpha-HBCD in allen Eiproben nachgewiesen. Die Konzentrationen von beta- und gamma-HBCD bewegten sich dagegen meist im Bereich der Nachweisgrenze. In allen Proben war die Konzentration von (-)-alpha-HBCD geringfügig höher als die von (+)-alpha-HBCD. Die zeitlichen Konzentrationsverläufe waren an allen drei Probenahmeflächen ähnlich: Bis zum Jahr 2000 stiegen die Konzentrationen an, danach ist eine deutliche Abnahme zu erkennen. Silbermöweneier aus Trischen wiesen zwischen 1988 und 2008 mittlere Konzentrationen von 7,7-41,1 ng/g Fett (-)-alpha-HBCD und 5,9-31,2 ng/g Fett (+)-alpha-HBCD auf. Nach 2000 nahmen die Gehalte signifikant ab und erreichten im Jahr 2008 Werte unterhalb der Ausgangsgehalte von 1988. Etwas höhere Belastungen fanden sich in Eiern aus Mellum. Hier lagen die Konzentrationen der beiden alpha-HBCD Enantiomere bei 2,1-66 ng/g Fett (-)-alpha-HBCD bzw. 1,7-40,8 ng/g Fett (+)-alpha-HCBD. Auch hier nahmen die Konzentrationen nach 2000 ab, die Abnahme war aber weniger ausgeprägt als in Trischen. Erst im Jahr 2008 waren die Konzentrationen auf etwa 50% der Werte von 2000 gesunken. Die mittlere Belastung von Möweneiern von der Ostseeinsel Heuwiese lag zwischen 1998 und 2008 bei 13,3-52,0 ng/g Fett (-)-alpha-HBCD und 11,6-44,7 ng/g Fett (+)-alpha-HBCD. Eine signifikante Abnahme zeigt sich hier nach 2002. Im Jahr 2008 lagen die Konzentrationen deutlich unterhalb der Werte von 1998. Obwohl in technischem HBCD gamma-HBCD dominiert, findet sich in Möweneiern fast ausschließlich alpha-HBCD. Dieser Befund bestätigt frühere Untersuchungen. Als mögliche Gründe werden drei Faktoren diskutiert: (1) eine bessere Bioverfügbarkeit von alpha-HBCD wegen seiner höheren Wasserlöslichkeit, (2) eine Biotransformation von gamma- und beta-HBCD zu alpha-HBCD und (3) eine rasche Metabolisierung von gamma- und beta-HBCD, so dass es zu einer Anreicherung des langsamer abbaubaren alpha-Diastereomers kommt. Die beobachtete Abnahme der HBCD-Belastung in Möweneiern an allen drei Umweltprobenbank-Standorten deutet darauf hin, dass die Maßnahmen zur Emissionsreduktion greifen und/oder dass der Verbrauch von HBCD in den letzten Jahren rückläufig ist. Aktualisiert am: 12.01.2022 Datenrecherche Datenrecherche Datenrecherche Datenrecherche Datenrecherche
Im Juli 2013 wurde der akute Fischembryotest (FET) als OECD-Richtlinie 236 anerkannt. Der FET stellt damit die erste voll validierte Alternativmethode im Rahmen des OECD-Testrichtlinienprograms im Bereich der Ökotoxikologie dar. Die praktische Anwendbarkeit wurde jedoch seitdem hinsichtlich mehrerer Aspekte diskutiert, die im vorliegenden Bericht adressiert werden: Im Hinblick auf die potentielle Barrierefunktion der Eihülle des Zebrabärblings konnte eine Molekulargröße von 3000 - 4000 Da für die freie Passage ungeladener Moleküle identifiziert werden. Das Limit für die Passage geladener Moleküle ist geringer. DMSO-Konzentrationen >= 0,1 % reduzieren die Barrierefunktion weiter. Embryonen, juvenile und erwachsene Zebrabärblinge sind im Hinblick auf ihre Biotransformation unterschiedlich gut untersucht; insgesamt ist unser Wissen ungenügend. Wann immer die Biotransformation in Embryonen genauer betrachtet wurde, konnte sie zumindest qualitativ nachgewiesen werden. Die Übertragung von Daten zu juvenilen Fischen auf erwachsene und umgekehrt ist genauso unmöglich wie die Übertragung von Daten von Säugetieren auf Fische. Die Analyse eines historischen Datensatzes zur akuten Fischtoxizität, der bereits als Grundlage für die Bewertung der Eignung des FET gedient hatte, ging von 2936 Studien mit Daten zu 1842 Substanzen aus. Die Anwendung der gleichen Filter, die von der ECHA für den FET angesetzt wurden, führte zum Ausschluss von 65,4 % der Studien bzw. 81,8 % der Substanzen. Die Daten des vorliegenden Berichts werden in das OECD-Projekt Nr. 254 ("Guidance Document on an Integrated Approach on Testing and Assessment for Fish Acute Toxicity Testing" - Integration of the Fish Embryo Test into the Threshold Approach") integriert. Quelle: Forschungsbericht
Für die Identifizierung besonders besorgniserregender Stoffe (Engl.: substances of very high concern (SVHCs)) erstellt das Umweltbundesamt im Rahmen von REACH ((EG) 1907/2006) Dossiers, auf Grundlage von ökologisch besonders besorgniserregenden Eigenschaften (REACH Art 57 d) to f)). Vertreter der Stoffklassen per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (Engl.: perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFASs)) sowie para substituierten Alkylphenolen (APs) befinden sich bereits auf der SVHC Kandidatenliste. Im Zuge dieses Projektes wurden einerseits Baumaterialien und industriell ge-nutzte Textilien auf deren Gehalt an PFASs und andererseits der Gehalt an APs in Baumaterialien un-tersucht. Des Weiteren wurde der Verbleib von APs in der aquatischen Umwelt und die Biotransformation von kurzkettigen Alkylphenolen (Engl.: short chain alkylphenols (SCAPs)) untersucht. Im Anschluss an eine ausführliche Literaturrecherche wurden 23 Baumaterialien und 28 industriell genutzte Textilien für die Untersuchung auf PFASs ausgewählt. In Summe wurden diese Proben auf eine Auswahl von 29 PFASs analysiert. Zudem wurden 18 weitere Baumaterialien auf deren Gehalt an vier APs untersucht. Die Messungen zu den APs wurden durch die Beprobung von 53 Fließgewässern sowie vier Kläranlagen ergänzt. Zuletzt wurde die Biotransformation von 4-tert.-Butylphenol (4tBP) und 4-tert.-Pentylphenol (4tPP) in Laborexperimenten untersucht. PFASs wurden in 53% der untersuchten Proben detektiert, wobei sich deren Konzentrationen und Art der detektierten Spezies für Baumaterialien, industriell genutzte Textilien und deren Untergruppen wesentlich unterschieden. Die in den Proben detektierten PFASs wiesen Kettenlängen von C4-C14 in Konzentrationen von 2,4-430 <mü>g/kg auf. Im Vergleich zu allen anderen Analyten, wurden flüchtige Vorläuferverbindungen (FTOHs) in signifikant höheren Konzentrationen detektiert (von 40 <mü>g /kg bis zu 4,3 g/L), wobei 8:2 FTOH die vorherrschende Spezies war. Mit einer Summe an nichtflüchtigen Analyten von bis zu 287 bzw. 885 <mü>g/kg, wiesen Proben aus den Kategorien Markisen und Beschichtungen die höchsten Konzentrationen auf und stellen somit eine relevante Quelle für PFASs in der Umwelt dar. APs wurden in der Mehrheit der untersuchten Baumaterialproben detektiert, wobei 4tBP die höchste Detektionsfrequenz aufwies. Mit Konzentrationen von bis zu 320 g/kg (32% w/w) stellen APs einen der Hauptbestandteile der untersuchten Formulierungen dar. Eine vergleichende Betrachtung der Umweltkonzentrationen von kurzkettigen APs mit langkettigen Derivaten zeigt, dass kurzkettige APs vermehrt durch Punktquellen eingetragen werden, während langkettige APs eher diffuse Eintragsmuster aufweisen, was auf grundsätzlich andere Verwendungsarten schließen lässt. Biotransformationsexperimente zeigten eine komplette Mineralisierung von 4tBP und vollständigen Primärabbau von 4tPP. Aufgrund von Umweltkonzentrationen und durchgeführten Biotransformationsstudien ist die generelle Relevanz von SCAPs für die aquatische Umwelt vermutlich geringer, als jene von langkettigen Derivaten wie Nonylphenol. Quelle: Forschungsbericht
Während der vergangenen Dekade wurden immer mehr Arzneimittelwirkstoffe in der aquatischen Umwelt detektiert und das damit verbundene Risikopotenzial für die aquatischen Lebensgemeinschaften stellt ein drängendes Problem dar. Obwohl viele Arzneimittelwirkstoffe durch die konventionelle Abwasserreinigung zumindest teilweise durch Sorption und Biotransformation entfernt werden, führt eine quasi kontinuierliche Einleitung von Arzneimittelresten zu einer so genannten "Pseudo-Persistenz". Des Weiteren weisen manche Metabolite und Transformationsprodukte eine ähnliche oder sogar höhere Wirkung auf als die medizinischen Ausgangsstoffe. Daher wäre eine höhere Priorisierung von Arzneimittelwirkstoffen sowie deren Metabolite und Transformationsprodukte (AMT) als Umweltkontaminanten in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) und der deutschen Oberflächenwasserverordnung (OGewV) begrüßenswert. Die analytische Bestimmung erfolgt zurzeit hauptsächlich in der Wasserphase, wobei nur wenige standardisierte Methoden existieren. Die physikochemischen Eigenschaften mancher Wirkstoffe lassen eine Akkumulation an Sediment, Schwebstoffen und in Biota vermuten, so dass diese Matrices interessante Alternativen zur Wasserphase darstellen. Das Ziel des Projekts war die Entwicklung, Optimierung, Validierung und Bewertung von Quantifizierungsmethoden für AMT in verschiedenen Umweltmatrices (Wasser, Sediment, Schwebstoff und Biota). Mit Hilfe der entwickelten Methoden wurde das Vorkommen und die Verteilung ausgewählter AMT in Wasser, Sediment, Schwebstoff und Biota von unterschiedlichen Standorten untersucht. Des Weiteren wurden mit Zeitreihen der Umweltprobenbank das Potential der neuen Methoden für die Gewässerüberwachung demonstriert. Aus den gesammelten Erkenntnissen wurden Empfehlungen für ein optimiertes Monitoring von AMT mit verschiedenen physikochemischen Eigenschaften in Oberflächengewässern abgeleitet. Quelle: Forschungsbericht
Simulationsstudien spielen bei der Bewertung der Biotransformation von Chemikalien für regulatorische Zwecke eine wichtige Rolle. Für die Biotransformation in Oberflächengewässern sind zwei OECD-Prüfrichtlinien relevant: OECD 308 und OECD 309, welche Transformation an der Wasser-Sediment-Grenzfläche beziehungsweise im Wasserkörper bewerten. Hauptkritikpunkte an diesen Richtlinien beziehen sich auf die Repräsentativität der Testbedingungen für den Abbau in realen Oberflächengewässern, sowie auf den Mangel an fehlenden Anleitungen und Instrumenten, um Abbau-Halbwertszeiten aus den Testresultaten abzuleiten. Dieses Forschungsprojekt adressiert beide Punkte. In Arbeitspaket I wurden inverse Modellierungsansätze angewendet, um Abbau-Halbwertszeiten für das Gesamtsystem und die einzelnen Kompartimente (DegT50,ts, DegT50,w und DegT50,sed) sowie ihre jeweiligen Unsicherheiten abzuleiten. Alle aus OECD 308 und 309-Daten abgeleiteten Persistenzindikatoren wiesen erhebliche Unsicherheiten auf. Diese liegen in der Regel bei einem Faktor von zwei für DegT50,ts und ein bis zwei Größenordnungen für DegT50,w und DegT50,sed. Dieser Befund steht in Widerspruch mit der derzeitigen Verwendung von starren Persistenzkriterien. DegT50,w-Werte lagen immer höher als DegT50,sed-Werte für die gleiche Verbindung. Entsprechend führten auch OECD 309-Ergebnisse wesentlich häufiger zu einer Persistenz-Klassifizierung für die gleiche Substanz wie OECD 308-Ergebnisse. Die gemeinsame Kalibrierung von verschiedenen Testsystemen mittels der Bioverfügbarkeits- und Biomasse-normalisierten k/bio reduzierte die Unsicherheit der DegT50,w und DegT50,sed. Die Reduktion der Unsicherheit war jedoch aufgrund des begrenzten Ausmaßes der beobachteten Biotransformation in OECD 309-Systemen gering. Es wurde vorgeschlagen, dass eine modifizierte Version des OECD 309 mit mehr Schwebstoffen die Genauigkeit der Schätzung von DegT50,w und DegT50,sed verbessern würde. Arbeitspaket II adressierte die Repräsentativität der Laborbasierten OECD 308 und 309-Simulationstests, um das Schicksal von Chemikalien in tatsächlichen Oberflächengewässern zu prognostizieren. Neben einer Literaturrecherche zu den wichtigsten Einflussfaktoren auf die Biotransformation von Chemikalien in Oberflächengewässern wurde eine Fallstudie über Substanzabbau im Rhein durchgeführt. Dazu wurden Daten aus der Rheinüberwachung mit Modell-vorhersagen zum Verbleib von chemischen Substanzen im Rhein verglichen. Basierend darauf wurde die Angemessenheit von Halbwertszeiten, die aus OECD 308-Daten hergeleitet worden sind, zur Beschreibung des Verbleibs von Chemikalien in einem großen Fluss wie dem Rhein bewertet. Diese Fallstudie ergab, dass die Anwendung von Kompartimentsspezifischen Halbwertzeiten nicht im Widerspruch zu beobachteten Konzentrationen steht. Die Anwendung von DegT50,ts jedoch überschätzte den Abbau deutlich. Insgesamt wird basierend auf den Ergebnissen des Projekts die Durchführung von zwei Simulationsstudien empfohlen, um Biotransformation in Wasser-Sediment-Systemen zu beurteilen. Dabei sollte es sich um eine OECD 308- und eine 309-Studie mit der maximal erlaubten Menge an Schwebstoffen handeln. Dadurch würde es möglich werden, Kompartiments-spezifische Halbwertszeit-Indikatoren mit reduzierter Unsicherheit abzuleiten, sowie die tatsächlichen Dimensionen des realen Oberflächengewässers in der Expositionsmodellierungen zu berücksichtigen. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "Teil ICT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein geeigneter Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie, wenn bei der Produktion, dem Aufschluss und der Konversion zu Energieträgern die Anforderungen des Marktes und des Klima- und Umweltschutzes berücksichtigt werden. Durch die biotechnologische Bearbeitung geeigneter Pflanzen und die Auswahl der Anbauflächen muss ein hoher Nettoenergieertrag pro Flächeneinheit erzielt und eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. In diesem Projekt sollen neue Modell- und Energiepflanzen entwickelt werden, die einer effizienten Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und Energie zugänglich sind. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Bedingungen nicht sehr stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Die dabei gebildete Glucose kann zu Biogas oder Bioethanol umgesetzt werden. Der ligninhaltige Reststoff soll durch einen chemo-enzymatischen Abbau zu Phenolderivaten umgewandelt oder zu Methan oder Synthesegas vergast werden. In diesem Projekt sollen entsprechende stabile Enzyme für einen effektiven ILs-Aufschluss von Energiepflanzen wie Luzerne, Schilf und Zuckerrüben entwickelt werden. Geeignete Cellulasen und Peroxidasen werden gesucht, durch 'gelenkte Evolution' optimiert, und für den effektiven Abbau von Cellulose vor der Ernte gezielt in den Energiepflanzen produziert. Analog wird auch die gentechnische Produktion von Malat und D-Lactat als zusätzlichem Wertstoff und als Hilfsstoff für den chemo-enzymatischen Aufschluss zunächst an Modellpflanzen getestet und nach dem Nachweis der Machbarkeit auf industrierelevante Energiepflanzen übertragen.