Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Landesamt für Umwelt durchgeführt. Im Verbundvorhaben RISK-IDENT werden gewässerrelevante anthropogene Spurenstoffe identifiziert und nachgewiesen sowie untersucht, inwieweit sie ein Risiko darstellen. Ziel ist es, eine öffentlich zugängliche Datenbank potentiell gewässerrelevanter Substanzen zu schaffen. Die darin enthaltenen Stoffdaten und analytischen Daten sollen es möglich machen, bisher nicht erkannte Spurenstoffe zu identifizieren. Am Beispiel ausgewählter, als relevant ermittelter Spurenstoffe werden Stoffeigenschaften wie Abbaubarkeit, Mobilität und Ökotoxizität erhoben. Als Grundlage für das Risikomanagement werden die Informationen zielgruppengerecht aufbereitet und in vorhandene Internetplattformen integriert. Das Bayerische Landesamt für Umwelt koordiniert das Gesamtprojekt und erfasst REACH-Registrierungsdaten für die geplante Datenbank STOFF-IDENT. Das Verhalten von relevanten Spurenstoffen und ihrer Abbauprodukte während der Abwasserreinigung (biologisch plus Aktivkohle/Diamantelektrode als 4. Reinigungsstufe) wird in Laborkläranlagen und im Feld getestet. Die Mobilität ausgewählter Stoffe wird mit Aquifersäulen und im Feld ermittelt; fehlende ökotoxikologische Wirkungen werden mit standardisierten Methoden ergänzt. Die versuchsbegleitende Analytik für diese Arbeitspakete erfolgt mittels LC-MS/MS (target-Analytik). Der Wissenstransfer an die Zielgruppen Kommunen, Bürger und Wirtschaft wird auf der Basis etablierter Internetangebote organisiert.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CONDIAS GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Mitwirkung an der Entwicklung eines übergreifenden Systems zur Identifizierung, Nachweis und Risikoanalyse gewässerrelevanter, anthropogener Spurenstoffe. Wesentliches Ergebnis ist die Schaffung einer öffentlich zugänglichen Datenbank, die mit ihren Stoffdaten und analytischen Daten die Identifizierung bisher nicht erkannter Spurenstoffe ermöglicht. CONDIAS entwickelt und optimiert ein Verfahren zur effizienten, aber gleichzeitig energiesparenden Elimination von Spurenstoffen in der Abwasserreinigung. Die Charakterisierung dieser potentiellen 4. Klärstufe umfasst neben der Effizienzermittlung auch die Erfassung potentiell ökotoxikologischer Risiken in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern. Eine Evaluierung dieses Verfahrens erfolgt in einem Pilotbetrieb. CONDIAS entwickelt eine elektrochemische Technologie auf Basis von Diamantelektroden für den Einsatz in Kläranlagen als 4. Klärstufe. In diesem Verfahren werden durch elektrochemische Wasserspaltung an den Diamantelektroden extrem reaktive Hydroxylradikale kontrolliert erzeugt, die Wasserinhaltsstoffe unselektiv und schnell oxidieren bzw. eliminieren. Aufgrund der niedrigen Konzentration der Spurenstoffe kommt den Transportmechanismen von Spurenstoffen und Oxidationsmitteln und damit der Hydrodynamik in der Elektrolysezelle eine besondere Bedeutung zu. Neben der Materialentwicklung und -optimierung erarbeitet CONDIAS auch eine angepasste Elektrolysezelle für den Einsatz als 4. Klärstufe.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Design und Bau von BDD-Elektroden zur Ligninkonversion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CONDIAS GmbH durchgeführt. Das Ziel dieses Verbundprojekts ist elektrochemische Nutzung von Lignin mittels Diamantelektroden, die ein innovatives Elektrodenmaterialien sind (durch ihre extrem hohe Sauerstoffüberspannung die effiziente Erzeugung von hoch reaktiven Sauerstoffspezies in wässrigen Medien ermöglicht). So können direkt Ozon, aber auch Hydroxylradikale in wässriger Lösung erzeugt werden, die einen gezielten Abbau des nachwachsenden Rohstoffes bewirken können. Da vor allem die Hydroxylradikale aufgrund der extremen Reaktivität über eine sehr geringe freie Weglänge im Medium verfügen, werden spezielle Elektroden- und Zellengeometrien erforderlich sein. In diesem Arbeitspaket werden abweichend von dem üblichen Standard weitere Bordotierungen speziell für diese Anwendung entwickelt, die dann zur Steigerung der Ausbeute an Aromaten eingesetzt werden können. Im zweiten Arbeitspaket erfolgt eine Beeinflussung der hydrodynamischen Parameter durch Variation der Diamantelektrodenoberflächen, im dritten Arbeitspaket werden elektrochemische Elektrodengeometrien entwickelt, die ein neues Mediatorsystem (Ozon) für die elektrochemische organische Synthese verfügbar macht. Es werden die CVD Diamantschichten in ihren Herstellprozessen für die Erzeugung von Hydroxylradikalen optimiert. Darüber hinaus wird die Geometrie der Diamantelektrodenoberfläche auf 3 unterschiedlichen Skalen variiert um die hydrodynamischen Parameter des elektrochemischen Zelldesigns zu optimieren. Es werden Elektrodenpakete, sogenannte 'Stacks' für die gezielte Erzeugung von Hydroxylradikalen in Kombination mit Ozon aufgebaut. Der Einsatz von Diamantelektroden für die Produktion von Vanillin. Die kurzfristige Belieferung von elektrochemischen Herstellern wird mit dem erfolgreich verlaufenden Projekt möglich. Mittelfristig können neben den in diesem Projekt direkt untersuchten Vanillin auch noch erheblich weitere organische Moleküle erzeugt.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Herstellung von elektrochemischen Zellen für den Abbau von Spurenstoffen in Kläranlagen mittels Diamantelektroden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CONDIAS GmbH durchgeführt. Der im Rahmen der Energiewende wachsende Anteil regenerativer Energien an der gesamten Stromversorgung erfordert Speicher-Systeme zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage in den Stromnetzen. Hier können Kläranlagen einen Beitrag leisten. Die im Abwasser enthaltene Energie kann direkt und weitgehend frei von Schwankungen für die Stromerzeugung in Biobrennstoffzellen genutzt und bei Strombedarf ins Netz eingespeist werden. Bei Stromüberschuss im Netz kann die elektrische Energie zum Abbau von anthropogenen Spurenstoffen durch Elektrolyse genutzt werden. Das Vorhabenziel im Teilprojekt der CONDIAS GmbH besteht darin eine angepasste elektrochemische Zelle zu erarbeiten, die auf optimierten Diamantelektroden für den Zwecke der Oxidation von zuvor an Aktivkohle konzentrierten und anschließend elektrochemisch desorbierten Spurenstoffen basieren. Die Arbeitsplanung besteht aus insgesamt 7 Arbeitspaketen mit den Inhalten: 1. Herstellung und Optimierung von durchströmbaren Diamantelektroden, 2. Aufbau eines Teststandes für die Vermessung von durchströmbaren Diamantelektroden, 3.Einsatz von unterschiedlicher Kathodengeometrie, 4.Aufbau einer Modellzelle für die Adsorption und elektrochemischen Desorption von Spurenstoffen, 5.Aufbau eines Demonstrators entsprechend den Ergebnissen der Modellzelle, 6.Langzeituntersuchungen am Kläranlagen-Standort, 7.Dokumentation & Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Das Projekt "Elektrochemischer Abbau von Phosphonaten in industriellen Prozessabwässern mittels Diamantelektroden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC), Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Gegenstand des Projektes ist die Entfernung von komplexen Phosphorverbindungen wie Phosphonaten, Phosphinaten, Phosphiten, etc. aus industriellen Prozessabwässern bei gleichzeitiger Phosphorrückgewinnung durch den Einsatz von bordotierten Diamantelektroden und geeigneten Fällungs- oder Adsorptionsmitteln. Diamantelektroden sind im Gegensatz zu anderen Elektroden für die Erzeugung stark oxidativer Spezies (OH-Radikale) bekannt und bereits im Bereich der Abwasserbehandlung zur Entfernung organischer Schadstoffe bzw. zur Reduzierung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) großtechnisch im Einsatz. Mit diesem Verfahren sollen: - Abwässer aus industriellen Prozessen besser rezykliert werden. - der übermäßige Eintrag von Phosphor in die Umwelt weiter reduziert werde. - die kritische Ressource Phosphor durch Rückgewinnung geschont werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Im ersten Arbeitspaket sollten ausgewählte Prozesswässer aus der Industrie auf ihre Eignung zur Phosphorrückgewinnung bzw. zur Aufreinigung hinsichtlich einer Rezyklierung untersucht werden. Im Vorfeld wurden dazu zwei assoziierte Partner gefunden, die das Vorhaben mit Proben unterstützt haben. Dies war die Firma Mitsubishi Hitachi Powersystems GmbH (MHPS) und die Firma Clariant Deutschland GmbH. Die zur Verfügung gestellten Proben wurden daraufhin qualitativ und quantitativ untersucht. In einem zweiten Arbeitspaket war nachzuweisen, dass der elektrochemische Abbau grundsätzlich funktioniert. Darüber hinaus sollte der elektrochemische Abbauprozess durch die Auswahl verschiedener Elektroden wie massive Platten, Streckplatten sowie einer Durchflusszelle optimiert werden. Nachdem 'proof of principle', dass der elektrochemische Abbau funktioniert, sollte die Vorgehensweise in Arbeitspaket 3 optimiert werden. Insbesondere die hohen Salzkonzentrationen können, aufgrund von möglichen Ausfällungen, den Betrieb der Durchflusszelle stören. Daher wurde der Einsatz einer Membranfiltration untersucht, um die Salzkonzentration während des Abbaus zu minimieren. Im Arbeitspaket 4 wurden die Möglichkeiten zur Ausfällung und Abtrennung des durch den elektrochemischen Abbau entstandenen Orthophosphats untersucht. Schließlich wurde eine Betrachtung der relevanten Stoffströme vorgenommen, um die Einspar- bzw. Rückgewinnungspotenziale zu bewerten. Auf dieser Basis sollte ein erstes Konzept für eine mögliche Pilotanlage zur Behandlung eines Teilstroms in Einsatzumgebung erstellt werden.
Das Projekt "DIATOC - 'Entwicklung eines mobilen Analysators zur Bestimmung des organisch gebundenen Kohlenstoffs (TOC/DOC) in Wasser auf Grundlage der Diamantelektrodentechnik'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Wasserchemie durchgeführt. Im Rahmen des geplanten Verbundvorhabens DIATOC soll ein patentiertes Verfahren zur Vor-Ort-Bestimmung der Summenparameter TOC (Total Organic Carbon) bzw. DOC (Dissolved Organic Carbon) entwickelt, ein tragbarer Prototyp gebaut und bezüglich verschiedener technischer und hydrochemischer Randbedingungen optimiert sowie auf Praxistauglichkeit untersucht werden. Der innovative Grundansatz besteht darin, die Oxidation der organischen Wasserinhaltsstoffe auf elektrochemischem Weg zu realisieren. Vorteile des innovativen Ansatzes gegenüber den etablierten Methoden ergeben sich insbesondere durch die Möglichkeit des mobilen Feldeinsatzes zu insgesamt moderaten Kosten. Außerdem kommt die geplante Analysentechnik ohne den Einsatz externer Trägergase aus, da diese elektrochemisch in-situ aus Wasser bzw. den Wasserinhaltsstoffen gebildet werden. Das vorgeschlagene Verfahren soll eine vollständige elektrochemische Oxidation der organischen Verbindungen in Wässern an bordotierten Diamantelektroden (BDD-Elektroden) gewährleisten. An diesen BDD-Elektroden erfolgt die Bildung von OH-Radikalen mit deutlich höheren Stromausbeuten als im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden. Diese kurzlebigen Radikale sind in der Lage, sämtliche organische Verbindungen komplett zu Kohlendioxid zu oxidieren. Die Beschleunigung des Transportes der organischen Verbindungen zur Anodenoberfläche soll durch die Anwendung der Ultraschalltechnik- mit dem Ziel einer erheblichen Verkürzung der Analysenzeit realisiert werden.
Das Projekt "NADINE - Nanomodifizierte Diamantelektroden für Inlinedesinfektionsprozesse in unterschiedlichen Einsatzgebieten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, TUM School of Engineering and Design, Institut für Wasser und Umwelt, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Vor dem Hintergrund der Wasserknappheit im 21. Jahrhundert und um ausreichende Wasserqualität gewährleisten zu können, wird nach Technologien gesucht, die mit einer möglichst geringen Umweltbelastung (Material- und Energieverbrauch, rückstandsfrei) Schmutzstoffe aus dem Abwasser entfernen. Diamant ist für seine Härte und chemische Trägheit bekannt. Durch Dotierung wird Diamant ein leitendes Material, welches die Eigenschaften eines reinen Diamanten beibehält und folglich für die Elektrosynthese reaktionsfreudiger Stoffe eingesetzt werden kann. Beim Betrieb im Wasser erzeugt die Diamantelektrode Hydroxylradikale sowie Wasserstoffperoxid und Ozon direkt aus Wassermolekülen, ohne zugesetzte Chemikalien. Diese chemischen Verbindungen sind so reaktiv, dass sie sogar beständige Schadstoffe angreifen und oxidieren. Ziel des Projektes ist, die Diamantelektrode hinsichtlich ihrer Wirksamkeit beim Abbau schädlicher Stoffe im Abwasser mit etablierten Technologien (sogenannten AOPs - Advanced Oxidation Processes) zu vergleichen. Dabei sollen besonders die Kombination von Wasserstoffperoxid und UV-Strahlung oder die Fenton-Reaktion betrachtet werden. Ein Schwerpunkt liegt hier in der Analyse der Abbauprodukte. Es wird also der Frage nachgegangen, ob die verschiedenen Technologien gleiche chemische Abbauwege über gleiche Oxidationsprodukte einleiten oder nicht. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Desinfektionseffizienz der Diamantelektrode dar. Wenn die Elektrode in der Lage ist, Bakterien und Keime abzutöten, könnte sie beispielsweise in Kläranlagen, in der Lebensmittelindustrie oder allgemein dort Anwendung finden, wo Wasser wiederverwertet wird. Die Versuche finden im Labor- sowie Pilotmaßstab statt. Es werden Versuche mit verschiedenen Problemstoffen - hauptsächlich Pharmaka - in destilliertem, Leitungs- und Abwasser durchgeführt. Die Analysen erfolgen anhand von Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie. Am Verbundprojekt sind Industriepartner von der Hersteller- und Anwenderseite sowie die Technische Universität München aus dem akademischen Bereich beteiligt.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Erarbeitung eines Verfahrenskonzeptes zur Veredelung von nachwachsenden Rohstoffen und zur Gewinnung von aromatischen Aldehyden mittels BDD-Elektroden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojektes soll die elektrochemische Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen realisiert werden, die bisher kaum als Quelle von aromatischen Feinchemikalien genutzt werden konnten. Die Methode soll an der Konversion von Lignin demonstriert werden. Die elektrochemische Umsetzung wird eine nachhaltige Quelle für aromatische Aldehyde darstellen, die als Feinchemikalien meist aus petrochemischen Vorstufen gewonnen werden müssen. Da das Lignin als nachwachsender Rohstoff eine komplexe molekulare Architektur aufweist, wird die Umwandlung in Benzaldehydderivate nur zum Teil gelingen. Die verbleibenden Rückstände sollten aufgrund der veränderten Molekülstruktur und neu eingeführten funktionellen Gruppen ein begehrtes Material für Kompositanwendungen sein. Zentrales Element dieses elektrochemischen Vorhabens ist die Verwendung von Bor-dotierten Diamantelektroden, die einen gezielten elektrochemischen Abbau des nachwachsenden Rohstoffes bewirken können. Neben Forschungsarbeiten zu Mediatorsystemen, werden spezielle Elektroden- und Zellengeometrien notwendig sein, um einen energie- und materialeffizienten Prozess zu etablieren. Ziel des TV ist die Erarbeitung eines Verfahrenskonzepts zur Gewinnung von aromatischen Aldehyden aus Ligninen mittels Bor-dotierten Diamantelektroden. Die Spaltung von Ligninen liefert eine Leichtsiederfraktion, die u.a. Benzaldehydderivate enthält. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf der Erforschung einer Zelle, mit der die Stoffströme im industriellen Maßstab effizient bewältigt werden können. Weitere Aspekte neben dem Design einer Elektrolysezelle sind verschiedene Verfahren zur kontinuierlichen Isolierung und Reinigung der oxidationslabilen Wertprodukte sowie die (Langzeit)Stabilität der Elektroden. Auf Basis der Projektergebnisse soll ein geeignetes, großtechnisches Verfahren zur Gewinnung aromatischer Aldehyde auf Basis nachwachsender Rohstoffe realisiert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Elektrochemische Konzepte zur effizienten Gewinnung von aromatischen Bausteinen aus Lignin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Kekule-Institut für Organische Chemie und Biochemie durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojektes soll die elektrochemische Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen realisiert werden, die bisher kaum als Quelle von aromatischen Feinchemikalien genutzt werden konnten. Die Methode soll an der Konversion von Lignin demonstriert werden. Die elektrochemische Umsetzung wird eine nachhaltige Quelle für aromatische Aldehyde darstellen, die als Feinchemikalien meist aus petrochemischen Vorstufen gewonnen werden müssen. Da das Lignin als nachwachsender Rohstoff eine komplexe molekulare Architektur aufweist, wird die Umwandlung in Benzaldehydderivate nur zum Teil gelingen. Die verbleibenden Rückstände sollten aufgrund der veränderten Molekülstruktur und neu eingeführten funktionellen Gruppen ein begehrtes Material für Kompositanwendungen sein. Zentrales Element dieses elektrochem. Vorhabens ist die Verwendung von Bor-dotierten Diamantelektroden, die einen gezielten elektrochemischen Abbau des nachwachsenden Rohstoffes bewirken können. Neben Entwicklungen zu Mediatorsystemen, werden spezielle Elektroden- und Zellengeometrien notwendig sein. Das TV beschäftigt sich zunächst mit der Etablierung geeigneter Elektrolysebedingungen, um eine Penetration der elektrochemisch-generierten Oxidationsäquivalente in das Lignin zu ermöglichen. Hierzu werden eine Reihe von Mediatoren und Elektrolytsysteme in Kombination mit BDD-Elektroden gescreent. Ein weiterer Aspekt ist die Isolierung der gewünschten Abbauprodukte, der aromatischen Aldehyde. Hier werden verschiedenste Technologien zum Einsatz kommen, um die oxidationslabilen Produkte effizient aus der Reaktionsmischung abzutrennen. Die so erhaltenen Randbedingungen werden für den Bau einer opt. Laborzelle genutzt, die kontinuierlich arbeiten wird. Das erarbeitete Wissen wird auf unterschiedliche Lignine angewandt um unterschiedliche Aldedyhde zu gewinnen. Testversuche mit anderen nachwachsenden Rohstoffen sind ebenfalls geplant.
Das Projekt "NADINE - Nanomodifizierte Diamantelektroden für Inlinedesinfektionsprozesse in unterschiedlichen Einsatzgebieten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von m-u-t AG durchgeführt. Das Gesamtziel des Projekts NADINE ist die Herstellung und Charakterisierung von, auf Nanoskala modifizierten, Diamantbeschichtungen für die elektrochemische Wasserdesinfektion mit Diamantelektroden. Auf Basis der Elektroden sollen ökologisch und ökonomisch effiziente Desinfektionszellen mit optimaler Desinfektionswirkung bei minimalen unerwünschten Desinfektionsnebenprodukten entwickelt werden. Unter Einsatz dieser Zellen werden Demonstratoren für diverse Inlinedesinfektionsverfahren entwickelt. Die m-u-t AG verfolgt mit dem Vorhaben das Ziel Demonstratoren für die Wasserdesinfektion in der Medizintechnik zu entwickeln und damit ihre technologische Kompetenz und damit die Produktpalette weiter auszubauen. Die Zusammenarbeit der Projektpartner im Verbund ist sehr intensiv und komplex vernetzt geplant. Die Aufgabenschwerpunkte werden in drei Arbeitsgruppen bearbeitet: 1. Materialentwicklung (IST, CONDIAS) 2. Untersuchungen und Analysen im Labormaßstab (CONDIAS, E&H, IKTS, TZW, TUM) 3. Anwendungsentwicklungen (E&H, EVAC, mut, SWC mit Unterstützung durch CONDIAS, IKTS, TUM, TZW). Innerhalb der jeweiligen Arbeitsgruppen erfolgt ein intensiver Informationsaustausch, um die Projektziele effizient zu erreichen. Die Arbeiten bei der m-u-t AG und den weiteren Anwendungsentwicklern lässt sich in den drei Phasen darstellen: 1. Entwicklung des Desinfektionsprozesses zur Schaffung einer Referenz, 2. Entwicklung der Funktionsmuster zum Systemaufbau, 3. Entwicklung des Systemdemonstrators
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