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ETOS: Elektrochemische Carboxylierung vom Mehrfachbindungssystem zu freien Carbonsäuren, Teilprojekt A

Wesentliche Änderung einer Anlage zur Herstellung von Stoffen oder Stoffgruppen durch chemische, biochemische oder biologische Umwandlung in industriellem Umfang zur Herstellung von sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen wie Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Ester, Acetate, Ether, Peroxide, Epoxide

Wesentliche Änderung einer Anlage zur Herstellung von Stoffen oder Stoffgruppen durch chemische, biochemische oder biologische Umwandlung in industriellem Umfang zur Herstellung von sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen wie Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Ester, Acetate, Ether, Peroxide, Epoxide nach Nr. 4.1.2 des Anhangs 1 der 4. BImSchV durch den Austausch der bestehenden Anlage zur Abluftbehandlung mittels Aktivkohlefilter mit einer Anlage zur thermischen Nachverbrennung sowie der künftigen Verwendung von Triethylphosphat als Flammschutzmittel in der Gemarkung Oberroßbach, Flur 7, Flurstücke 109/9 sowie 75/1

Dosis und Auswirkung anthropogener Schadstoffe in Vitrinen - Untersuchung des Stofftransports in der Gasphase für die Optimierung passiver Ausstellungsvitrinen zur Erhaltung von Kulturgut

Zielsetzung Die Schädigung von Museumsexponaten durch Einwirkung anthropogener Schadgase ist ein zentrales Problem als Folge der Belastung von Innenräumen mit Schadstoffen. Ein diesbezüglich weit verbreiteter Schadstoff ist Essigsäure, vertreten sind aber auch andere kurzkettige Carbonsäuren. Essigsäure, die im beantragten Vorhaben im Fokus stehen soll, kann bei einer Vielzahl von Materialien unter bestimmten klimatischen Bedingungen zu Korrosionsprozessen führen, so dass es unter Schädigung und Materialverlust am Objekt zur Ausbildung von Acetat-Ausblühungen (oder anderer kristalliner Phasen) kommen kann. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit des Schutzes solcher zum national wertvollen Kulturgut gehörender Objekte gegenüber schädlichen Umwelteinflüssen und folglich auch der Entfernung der anthropogenen Schadstoffe aus ihrem unmittelbaren Umfeld. Eine Museumsvitrine hat eine Schutzfunktion für die Objekte. Sie ist Instrument zur nachhaltigen präventiven Konservierung und hat die Aufgabe, Kulturgüter sicher und ästhetisch ansprechend auszustellen. Die Vitrine soll neben dem Schutz vor unberechtigtem Zugriff eine möglichst inerte, das heißt reaktionsarme Umgebung sowie ein auf die Bedürfnisse des Objekts angepasstes Klima bieten. Eine reaktionsarme Umgebung schließt per Definition auch den Schutz vor anthropogenen Schadstoffen, z.B. Essig- und Ameisensäure, Formaldehyd, Schwefeldioxid, Stickoxide, Ozon u.a. ein. Die Protektion vor den genannten äußeren Einflüssen ist durch eine niedrige Luftwechselrate der Vitrinen gegeben, d.h. der Präsentationsraum, der das Volumen für das auszustellende Sammlungsgut darstellt, tauscht nur wenig Luft mit der Umgebung der Vitrine aus. Durch die Reduktion des Luftaustauschs werden anthropogenen Schadstoffe am Eintritt in die Vitrine gehindert. Ein weiterer wesentlicher Aspekt sind jedoch interne Quellen, durch die Schadstoffe innerhalb der Vitrine freigesetzt werden. Zu diesen Schadstoffquellen können Bau- und Konstruktionsmaterialien der Vitrine, ihrer Innenausstattung, insbesondere Holz oder weitere Werkstoffe wie Silikon aber auch das Objekt selbst zählen. Routinemäßig durchgeführte Messungen von Schadstoffkonzentrationen und relativer Feuchte sind zwar ausreichend, um Handlungsbedarf an den Vitrinen nachzuweisen, sie sind jedoch nicht dazu geeignet, die Kinetik der Schadstoff- oder Wasserdampfverteilung nachzuvollziehen. Jede Optimierung der passiven Vitrine kann dazu beitragen, die Anschaffung von aktiv konditionierten Vitrinen unnötig zu machen und so wesentliche Ressourcen einzusparen. Aktiv konditionierte Vitrinen verschlechtern die CO2-Bilanz von Einrichtungen und bergen das Risiko technischer Havarien in sich, wie sie in der Museumspraxis leider immer wieder vorkommen. Im einfachsten Fall handelt es sich um Einbauten von Pumpen und Ventilatoren, die Luft aus dem Präsentationsraum zum Konditionierungsmittel transportieren. Aufwändigere Lösungen beinhalten auch verbaute Klimageräte, welche Luftfeuchte und Temperatur regulieren. Bei der Nachhaltigkeitsbetrachtung der Einbauten müssen Anschaffungskosten, Wartungsleistungen und Energieverbrauch der Geräte, Gesamttreibhausemission und Rohstoffverbrauch im Herstellungsprozess sowie die Recyclingfähigkeit der Geräte in deren Lebenszyklus beachtet werden. Passive Vitrinen hingegen kommen ohne fehleranfällige Elektronik aus, die ausfallen kann, so dass eine vergleichende Betrachtung immer zugunsten der passiven Vitrine ausfällt. Um der Problematik der Schadstoffdeposition anthropogenen Ursprungs auf vulnerablen Objekten sowie der damit einhergehenden Materialschädigung entgegenzuwirken, ist neben der weiteren Aufklärung der zugrundeliegenden Schädigungsmechanismen auch eine Charakterisierung der Situation in der passiven Vitrine erforderlich. (Text gekürzt)

Elektrochemische Aufarbeitung von Fumarsäure mit CO2-Incycling zur Steigerung der biotechnologischen Kohlenstoffausbeute

Biogene Rohstoffe bilden mittelfristig die einzig industriell zugängliche Kohlenstoffquelle nicht-fossilen Ursprungs. Diese sind der Ausgangspunkt für die Produktion von biotechnologisch hergestellten Carbonsäuren, die als Grundstoffe für die Synthese zahlreicher hochwertiger Chemikalien Anwendung finden. Im Verbundvorhaben ECOYIELD soll eine kontinuierliche Fermentation von Fumarsäure aus Reststoffströmen realisiert werden. Des Weiteren soll für die Abtrennung der Fumarsäure ein elektrochemischer Aufarbeitungsprozess entwickelt werden, der eine nachhaltige und kostengünstige Produktion des Produkts erlaubt.

Elektrochemische Aufarbeitung von Fumarsäure mit CO2-Incycling zur Steigerung der biotechnologischen Kohlenstoffausbeute, Teilvorhaben 1: Elektrochemische pH-Shift-Kristallisation von biotechnologisch hergestellter Fumarsäure

Biogene Rohstoffe bilden mittelfristig die einzig industriell zugängliche Kohlenstoffquelle nicht-fossilen Ursprungs. Diese sind der Ausgangspunkt für die Produktion von biotechnologisch hergestellten Carbonsäuren, die als Grundstoffe für die Synthese zahlreicher hochwertiger Chemikalien Anwendung finden. Im Verbundvorhaben ECOYIELD soll eine kontinuierliche Fermentation von Fumarsäure aus Reststoffströmen realisiert werden. Des Weiteren soll für die Abtrennung der Fumarsäure ein elektrochemischer Aufarbeitungsprozess entwickelt werden, der eine nachhaltige und kostengünstige Produktion des Produkts erlaubt.

P2V: Power2ValueChemicals - Demonstration einer Wertschöpfungskette zur klimaverträglichen Produktion von Value Chemicals aus regenerativen CO2-Quellen und erneuerbar produziertem Strom, Design und Betrieb einer Miniplant für das Derisking im Scaleup

Schwerpunktprogramm (SPP) 2322: Systemökologie von Böden - das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung, Teilprojekt: Sorptionsthermodynamik und Aggregation als Kontrollen der Substratnutzung und Mineralisierung 2: Reaktion auf komplexe Randbedingungen

Die Sorptionsstärke organischer Moleküle an Mineralien und die Stabilität von Aggregaten, die organische Substrate schützen, gehören zu den Randbedingungen, die „die Energie- und Stoffdynamik der Bodenbiota prägen“ (Gesamthypothese C des SPP 2322). Obwohl die Stabilisierung organischer Substanz gegen mikrobielle Nutzung und Mineralisierung im Boden mit Sorption in Verbindung gebracht wurde, ist ihr Zusammenhang mit der Thermodynamik von Sorptionsprozessen weiterhin Gegenstand laufender Forschung. In der ersten Förderphase fanden wir heraus, dass die Sorptionsenergie von Carbonsäuren an Eisenoxidoberflächen wahrscheinlich ein dominierender Faktor für die mikrobielle Verarbeitung und damit die Bindung von Kohlenstoff ist. Bei Zuckern und Aminosäuren überlagerten biochemische Kreisläufe und andere Randbedingungen wie Nährstoffverfügbarkeit, Feuchtigkeitsgehalt oder pH-Wert die Effekte der Sorption und beeinflussten das Verhältnis mineralisierter/assimilierter Substrate (Kohlenstoffnutzungseffizienz). Um die Reaktion auf komplexe Randbedingungen zu analysieren, die die Energie- und Stoffnutzung beeinflussen, da sie von der Sorptionsthermodynamik abhängen, werden wir die folgenden Hypothesen testen: (HI) Die Gibbs-Freienergie der Sorption kleiner organischer Säuren und die thermodynamische Hysterese steigen mit der Nichtkristallinität des Minerals und den Hydroxylgruppen an der Oberfläche der sorbierenden Oxidmineralien. (HII) Die Kohlenstoffnutzungseffizienz (CUE) wird hauptsächlich durch Assimilation bestimmt und durch eine komplexe Kombination von Randbedingungen (Desorbierbarkeit, Nährstoffverfügbarkeit, Feuchtigkeit und pH-Wert) und nicht durch die Sorptionsstärke allein gesteuert. (HIII) Die mikrobielle Nutzung sorbierter Substrate steigt mit zunehmender funktioneller Vielfalt und Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaft des Bodens bei konstanter N-, P- und Energieverfügbarkeit. Und (HIV) die Stabilität mineralischer Aggregate steigt mit sinkendem osmotischem Potenzial und Mikroben produzieren extrazelluläre polymere Substanzen, wodurch die Zugänglichkeit von Substanzen zur mikrobiellen Verarbeitung in wasserstabilen Aggregaten sinkt. Wir werden diese Hypothesen in sechs Arbeitspaketen (AP) anhand gespiegelter mineral- und aggregatbasierter Ansätze in Bochum/Gießen und Freiburg testen. Der mineralbasierte Ansatz skaliert von Oberflächen-Molekül-Interaktionen bis hin zur mikrobiellen Nutzung von an Mineralen sorbierten Substraten mit zunehmender Komplexität der Mineraloberflächen (Anzahl der OH-Gruppen, Kristallinität). Der aggregatbasierte Ansatz skaliert vom Wasserpotenzial von Bodensäulen bis hin zu einzelnen wasserstabilen Aggregaten, die aus komplexen Wechselwirkungen zwischen Wasser, Wärme und Mikroorganismen entstehen. Beide verwenden einen gemeinsamen Satz von Mineralen und Substraten: Goethit, Gibbsit, Kaolinit, Glucose*, Zitronensäure und teilweise Phenol* (*C6-Verbindungen aus dem Kernexperiment). Das Bodenmaterial stammt aus Thyrow (Projektstandard) sowie einer Auswahl der Zeitschritte und aller Bodenmischungen aus den jeweiligen gemeinsamen Batterie- und Komplexitätsexperimenten des SPP. Durch die Kombination der erwarteten Ergebnisse aus komplexen Randbedingungen wird unser Projekt wesentliche Erkenntnisse für die Integration thermodynamischer Konzepte in die Funktionsweise von Bodenökosystemen liefern.

Heterogen katalysierte Gasphasenoxidation von 3-Picolin an V2O5/TiO2-Katalysatoren

Nikotinsaeure hat in der chemischen Industrie eine bedeutende Stellung. Die Nikotinsaeure ist das Provitamin zum Nikotinsaeureamid und hat die gleiche biologische Aktivitaet. Sie wird als Zusatzstoff in Nahrungs- und Futtermitteln eingesetzt. Ein herkoemmliches Verfahren zur Herstellung von Nikotinsaeure ist die homogen katalysierte Oxidation von 2-Methyl-5-ethyl-Pyridin mit HNO3 und anschliessender Decarboxylierung. Nachteil dieser zweistufigen Reaktion ist einerseits die anfallende Salzfracht und der Verlust von Geruestkohlenstoff durch Totaloxidation (Lonza-Verfahren). Das Nikotinsaeureamid wird zweistufig durch Ammoxidation des 3-Picolin zum 3-Cyanpyridin und Verseifung der Nitrilgruppe hergestellt. Beide Schritte sind heterogen katalyisiert (Degussa-Verfahren). Ein einstufiger Prozess durch Direktoxidation mit Sauerstoff ist oekonomisch wie oekologisch wuenschenswert. Die Oxidation von 3-Picolin zur Nikotinsaeure wird mit Sauerstoff bzw. Luft in einem Temperaturbereich von 250-400 Grad Celsius durchgefuehrt. In der heterogen katalysierten Oxidation von 3-Picolin wird Wasserdampf als Traegergas verwendet. Wasser ist bis auf den energetischen Aspekt ein unkritisches Loesemittel, und dient der Waermeabfuhr und der Erleichterung der Desorption des Produktes von der Katalysatoroberflaeche. Da bei der Direktoxidation keine Salzfrachten anfallen und die Nebenprodukte allein Wasser und CO2 sind, entfallen aufwendige Prozessschritte zur Reinigung des Produktes und die Entsorgung der Salze. Die Gasphasenoxidation wird in einem Integralfestbettreaktor durchgefuehrt. Im Festbett koennen wegen der exothermen Reaktion 'Hot Spots' entstehen, die eine Totaloxidation zu CO2 bevorzugen. Durch kurze Verweilzeiten und geeigneter Traegergase mit hoher Waermekapazitaet und/oder Waermeleitfaehigkeit koennen die 'Hot Spots' ganz oder teilweise vermieden werden. Die entstehenden Carbonsaeuren werden nach Austritt aus dem Reaktor aus dem Prozessgas kristallisiert und damit als Feststoff gewonnen.

Verwendung von Itaconsäure als zyklischer Baustein für Alkydharze mit Anwendung für biobasierte Malerfarben, Teilvorhaben 2: Alkydharzsynthese und Anwendungsuntersuchungen

Verwendung von Itaconsäure als zyklischer Baustein für Alkydharze mit Anwendung für biobasierte Malerfarben, Teilvorhaben 1: Monomersynthese und Formulierung/Applikation Malerfarben

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