Das Projekt "Teilprojekt 10" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Ostseeforschung durchgeführt. Am IOW wird die Isolierung und Aufreinigung von Mikroplastik (MP) aus Mischwasserentlastungsanlagen, Kläranlagen, Klärschlamm, Gärresten, und Kompostanlagen durchgeführt, wobei insbesondere die Aufarbeitung Organik-reicher Proben optimiert werden wird. Aufreinigung wässriger Proben zur Identifizierung von MP: Wasserproben aus den Transportgefäßen werden über einen 500 Mikro m-Konzentrator größensepariert, um MP größer als 500 Mikro m manuell isolieren und über ein NIR-Spektrometer (microPHAZIR GP des IOW) identifizieren zu können. Die Fraktion wird kleiner als 500 Mikro m wird enzymatisch und chemisch verdaut und aufgereinigt, und anschließend dem IPF zur Identifizierung über Raman oder FT-IR übergeben. Aufarbeitung Organik-reicher Proben: Klärschlammproben werden, angelehnt an den Abschlussbericht Mikroplastik in ausgewählten Kläranlagen des Oldenburgisch- Ostfriesischen Wasserverbandes (OOWV) in Niedersachsen (Mintenig et al., 2014), aufgearbeitet. Im Vergleich zu wässrigen Proben wird Klärschlamm wesentlich aggressiver mit 10 molarer Natronlauge bei 60 Grad Celsius für 24 h oxidiert. Dabei muss in Kauf genommen werden, dass dabei einige Kunststoffe in Mitleidenschaft gezogen werden können. Nach abschließendem Dekantieren kann MP auf 10 Mikro m Edelstahlfiltern aufkonzentriert werden. Die MP-Identifizierung erfolgt wie oben beschrieben. Die Bearbeitung von Klärschlammproben ist als äußerst aggressiv und auch teilweise als Plastik-zerstörend anzusehen. Daher sollen hier alternative Chemikalien und Enzyme zur Aufreinigung von MP getestet werden. Dies wird an definierten gespikten Klärschlammproben durchgeführt. Generell besteht wenig Erfahrung in der Isolierung und Aufarbeitung von MP aus Kompost. Daher werden diese Proben vorerst analog zu Klärschlammproben aufgearbeitet, aber die Aufarbeitung spezifisch optimiert. Die genaue Anzahl der zu untersuchenden Proben wird auf dem Kickoff festgelegt.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Center für Silizium Photovoltaik CSP durchgeführt. Im Projekt werden Probenentnahmestrategien für die Untersuchung des Eintrags, des Transports und der Anreicherung von Mikroplastik (MP) in der Umwelt entwickelt. Das wesentlichste Bindeglied ist die Probenentnahme, sie stellt eine erste relevante Fehlerquelle im Nachweisverfahren für MP dar. In diesem Rahmen bestehen für das CSP folgende Forschungsschwerpunkte: i) Entwicklung und Optimierung von neuartigen Siliziumfiltern für die Probenentnahme aus Wasser und Luft für die Analyse von Mikroplastik, ii) Charakterisierung der Filter auf Ihre mechanischen und filtrationsspezifischen Eigenschaften, iii) Repräsentative Analytik an entnommenen MP-Proben. Im Rahmen des Projektes werden am Fraunhofer CSP Filter mit definierten Lochdichten und -größen entwickelt. Dabei sollen die Filter Anforderungen genügen, die durch die nachfolgend an dem entnommenen Probenmaterial durchgeführte Analytik, bestimmt werden. Die Filter sollen MP-Partikel fraktioniert aus einem strömenden Fluid entnehmen. Um die notwendige Lochgröße zu erzeugen, werden Laserprozesse bzw. Kombinationen aus Laser- und Ätzprozesses entwickelt, die eine zeiteffiziente und schädigungsarme Prozessierung des Filtermaterials (Si-Wafer) ermöglichen. Zu den Anforderungen an die Filter für die Analytik der MP-Partikel gehört insbesondere die Transparenz im nahen Infrarot für IR-spektroskopische Methoden wie der ?-Raman-Spektroskopie oder der Fourier-Transform-IR-Spektroskopie (FTIR). Eine weitere wichtige Kenngröße für die Qualität der Filter ist die mechanische Festigkeit. Die Lastzustände, die auf Grund der strömenden Flüssigkeit während der Probenentnahme entstehen, dürfen keinen Bruch der Filter zur Folge haben. Aus diesem Grund soll der Einfluss der eingebrachten Löcher auf die Festigkeit des Filters untersucht und verstanden werden. Ziel ist eine auf ein gutes Festigkeitsverhalten optimierte Lochgeometrie bzw. eine optimiertes Layout der eingebrachten Löcher. Im Projekt wird an entnommenen MP-Partikeln repräsentativ Analytik durchgeführt. Zu den angewandten analytischen Methoden gehören ?-Raman, ToF-SIM, XPS sowie FTIR. Die entwickelten Si-Filter dienen hierbei direkt als Substrat. Ein Arbeitsziel ist die Entwicklung eines Arbeitsablaufs nach der Probenentnahme (Nachpräparation, laserbasierte Vereinzelung, Reinigungsschritte), der eine zeiteffiziente, reproduzierbare Anwendung verschiedener Analytikmethode an MP-Partikeln ermöglicht.
Das Projekt "Teilprojekt 9" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. durchgeführt. Übergeordnetes Ziel von PLASTRAT ist die Entwicklung unterschiedlicher Lösungsstrategien aus den Bereichen Technik, Green Economy und sozial-ökologischer Forschung, die zur Minderung von Plastikeinträgen in das limnische Milieu urbaner Siedlungsräume beitragen. Ein Ziel von PLASTRAT ist, Maßnahmen zur Risikominimierung von Plastikrückständen in limnischen Systemen zu definieren. Das IPF hat im Vorhaben die Aufgabe Mikroplastik in definierten Proben aus Misch/Regenwasserentlastung, aus Membran-/Sandfiltertechnik und aus Klärschlamm/Gärrest/Kompost mit FTIR- und Raman-Spektroskopie zu identifizieren und quantifizieren. Partikel größer 500 Mikro m werden einzeln mit ATR/FTIR- und Raman-Spektroskopie gemessen und identifiziert. Partikel kleiner als 500 Mikro m werden mit FTIR-Imaging und Raman gemessen. Bei der Raman-Messung werden in allen Proben vor der Messung die Partikelgrößen bestimmt. Nach der FTIR- bzw. Raman-Messung erfolgt für alle Mikroplastik-Partikel die Identifizierung mittels spektraler Datenbanken. Der gesamte Prozess der Partikelerkennung, der FTIR- und Raman-Messung und der Identifizierung mittels Datenbanken soll dabei weitgehend automatisiert werden. Diese Automatisierung ist zwingend notwendig, um in akzeptabler Zeit einen hohen Probendurchsatz zu erreichen. - Vorbehandlung und Filtration aller Proben - Automatisierung der Erfassung der Partikelgrößen und -verteilung - Messung aller Proben mit FTIR- und Raman - Identifizierung der Mikroplastikpartikel in allen Proben mittels spektraler Datenbanken - Entwicklung der für die Identifizierung notwendigen spektralen Datenbanken für Mikroplastik in der Umwelt (Polyme, Copolymeren, Polymerblends, Farb- und. Lackpartikel) und für die in den Proben vorkommenden organischen und anorganischen Stoffe - Entwicklung einer (halb) automatisierten Mess- und Auswertemethodik für alle vorgenannten Arbeitsschritte, mit dem Ziel 80% aller Mikroplastikpartikel zu identifizieren.
Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, Lehrstuhl für Abfallwirtschaft und Abluft durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Bestimmung, Quantifizierung und Bewertung von Mikrokunststoffen (MKS) in Komposten, Gärprodukten und Böden. Innerhalb des Teilprojektes des Lehrstuhles Tierökologie I der Universität Bayreuth werden bereits bestehende und etablierte Methoden zur Probenaufbereitung ( Dichteseparation und enzymatische Aufreinigung) sowie zur Identifizierung und Quantifizierung von MKS aus aquatischen Umweltproben (ATR-FTIR und FPA-basierte micro-FTIR-Spektroskopie) an die noch nicht standardisierte Analyse von Gärprodukten, Komposten und Böden adaptiert. Die FTIR Spektroskopie wird zudem mit anderen Verfahren (TED-GC/MS und PFE-FTIR) im Kontext exemplarisch verglichen, um mögliche Synergien aufzuzeigen. Darüber hinaus wird das bereits etablierte Verfahren der ATR-FTIR Spektroskopie an exemplarischen Proben genutzt, um eine Stoffstromanalyse in technischen Anlagen vom Substrat bis zu den stofflichen Produkten der Anlagen (z.B. Komposte, flüssige Gärreste) durchzuführen. Zur Abschätzung des Verhaltens von MKS in Böden und deren Auswirkungen auf Bodenorganismen und -funktionen werden in einem integrierten Lösungsansatz Feld- und Laborversuche zum Abbauverhalten und den Effekten auf die Bodenfunktion-durchgeführt. Hierbei wird die FPA-basierte micro-FTIR-Spektroskopie zur Analyse von Partikelgrößenverteilung und die eventuelle Oxidation der Polymere genutzt. Ökotoxikologische Effekte von MKS auf die Bodenfauna werden anhand von Laborversuchen mit Regenwürmern untersucht. Das generierte Wissen zum Langzeitverhalten von MKS im Boden sowie deren Effekte auf die Bodenqualität und -fauna wird es ermöglichen die Relevanz des Eintrags von MKS über Komposte und Gärprodukte, sowie die Gefährdung des Schutzgutes Boden zu beurteilen.
Das Projekt "Teilprojekt 7" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Bioprozesstechnik durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Bestimmung, Quantifizierung und Bewertung von Mikrokunststoffen (MKS) in Komposten, Gärprodukten und Böden. Innerhalb des Teilprojektes des Lehrstuhles Tierökologie I der Universität Bayreuth werden bereits bestehende und etablierte Methoden zur Probenaufbereitung ( Dichteseparation und enzymatische Aufreinigung) sowie zur Identifizierung und Quantifizierung von MKS aus aquatischen Umweltproben (ATR-FTIR und FPA-basierte micro-FTIR-Spektroskopie) an die noch nicht standardisierte Analyse von Gärprodukten, Komposten und Böden adaptiert. Die FTIR Spektroskopie wird zudem mit anderen Verfahren (TED-GC/MS und PFE-FTIR) im Kontext exemplarisch verglichen, um mögliche Synergien aufzuzeigen. Darüber hinaus wird das bereits etablierte Verfahren der ATR-FTIR Spektroskopie an exemplarischen Proben genutzt, um eine Stoffstromanalyse in technischen Anlagen vom Substrat bis zu den stofflichen Produkten der Anlagen (z.B. Komposte, flüssige Gärreste) durchzuführen. Zur Abschätzung des Verhaltens von MKS in Böden und deren Auswirkungen auf Bodenorganismen und -funktionen werden in einem integrierten Lösungsansatz Feld- und Laborversuche zum Abbauverhalten und den Effekten auf die Bodenfunktion-durchgeführt. Hierbei wird die FPA-basierte micro-FTIR-Spektroskopie zur Analyse von Partikelgrößenverteilung und die eventuelle Oxidation der Polymere genutzt. Ökotoxikologische Effekte von MKS auf die Bodenfauna werden anhand von Laborversuchen mit Regenwürmern untersucht. Das generierte Wissen zum Langzeitverhalten von MKS im Boden sowie deren Effekte auf die Bodenqualität und -fauna wird es ermöglichen die Relevanz des Eintrags von MKS über Komposte und Gärprodukte, sowie die Gefährdung des Schutzgutes Boden zu beurteilen.
Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Übergeordnetes Ziel von PLASTRAT ist die Entwicklung unterschiedlicher Lösungsstrategien aus den Bereichen Technik, Green Economy und sozial-ökologischer Forschung, die zur Minderung von Plastikeinträgen in das limnische Milieu urbaner Siedlungsräume beitragen. Ziel aller Ansätze von PLASTRAT ist dabei die Ableitung von Bewertungsparametern zur Kategorisierung umweltfreundlicher Kunststoffspezies und definierter Maßnahmen zur Risikominimierung von Plastikrückständen in limnischen Systemen. Ein Schwerpunkt bildet die Analyse und Bewertung der Degradationsstufen verschiedener Kunststoffarten sowie Leaching, Adsorption und Desorption in Langzeittests in verschiedenen Abwasserbehandlungsstufen und die stoffliche Dynamik. Dies schließt ferner die Analyse der Wirkungen von unterschiedlichen Plastikspezies (in unterschiedlichen Degradationsstufen) und deren Additive auf wasserlebende Organismen limnischer Systeme und die Einschätzung des toxischen Potentials von Mikroplastik ein. Arbeitspaket 2 befasst sich mit der Degradation von Kunststoffen und dessen Auswirkungen auf das Umweltverhalten. Dazu werden verschiedene Kunststoffarten vor und nach einer künstlichen Bewitterung mittels FT-IR, Pyr-GC-MS und DSC-TGA-IR charakterisiert und physikalische und chemische Veränderungen der Polymermatrix untersucht. Die Ergebnisse werden mit der Bewitterungszeit korreliert und ein Modell zur Bestimmung des Alters/Degradationsgrades von Kunststoffen entwickelt. Mit Hilfe von Leaching-Experimenten wird das Freisetzungsverhalten von potentiellen Schadstoffen aus den Kunststoffen in die aquatische Umwelt systematisch untersucht. Durch modernste Analysetechniken wird nach bisher unbekannten Schadstoffen gesucht (non-target) und deren Struktur aufgeklärt. Bei der anschließenden Ableitung von Parametern zur Beschreibung der Migrationsprozesse werden sowohl die chemische Beschaffenheit der Polymermatrix als auch der Grad der Degradation berücksichtigt.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Fresenius gGmbH, Fachbereich Chemie und Biologie, Institute for Analytical Research durchgeführt. Die Relevanz der Sorption organischer Schadstoffe an Mikroplastik in limnischen Systemen ist bisher nicht ausreichend untersucht. Um Wissenslücken zu schließen und zur Beurteilung der Relevanz werden Sorptionsexperimente im Labormaßstab und in Feldversuchen durchgeführt. In Feldversuchen werden Mikroplastikpartikel in Flüssen bzw. Seen platziert und anschließend analysiert um die Sorption organischer Schadstoffe unter Umweltbedingungen zu erfassen. Speziell werden auch Altreifenpartikel untersucht, um deren Bedeutung als Quelle für organische Schadstoffe zu erfassen und zu bewerten. Die Harmonisierung der Detektionsmethoden für die Mikroplastikanalytik ist ein weiterer Schwerpunkt dieses Teilprojektes. Hierzu soll eine Methode zur Mikroplastikdetektion mittels FTIR-Mikroskopie entwickelt und innerhalb des Forschungsverbunds mit anderen Detektionsmethoden verglichen werden. Die Sorption organischer Schadstoffe an Mikroplastik wird zunächst in Laborversuchen untersucht. Es erfolgt zu Beginn des Projekts die Auswahl der für die Sorptionsexperimente verwendeten Polymere und organischen Schadstoffen in Absprache mit den Projektpartnern. Alle Analyseverfahren für die Bestimmung der Sorption organischer Schadstoffe werden, sofern nicht bereits etabliert, optimiert und validiert. Das Sorptionsverhalten von organischen Schadstoffen an Mikroplastikpartikel unterschiedlicher Polymertypen wird in Batch-Experimenten charakterisiert und mittels statistischer Methoden verglichen. Außerdem wird der Einfluss von natürlich vorkommenden organischen Stoffen auf die Sorption der Schadstoffe an Mikroplastik untersucht. In Versuchen mit Festbettbioreaktoren soll der Einfluss eines Biofilms auf die Sorption organischer Schadstoffe ermittelt werden. Anschließend werden Feldversuche in Süßwassergewässern sowie die Extraktion der Reifenpartikel gestartet. Eine Methode zur Mikroplastikdetektion über FTIR-Mikroskopie mit Probenvorbereitung nach der Dichtetrennung wird entwickelt und validiert.
Das Projekt "Teilprojekt 2; Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. durchgeführt. Im Rahmen des vorliegenden Projektes sollen Grundlagen für eine Technologie auf photokatalytischer Basis entwickelt werden, die die Nutzung des Sonnenlichtes zur direkten Herstellung von Wasserstoff aus Wasser ermöglicht. In den beiden Unterprojekten der Gruppe Weltmann/Brüser sollen plasmabasierte Variante der Trägerung von Organometallkomplexen auf Halbleitermaterialien erarbeitet werden. Die Plasmatechnik wird hier für die Entwicklung von heterogenen Katalysatoren genutzt. Die Konzeption, Auswahl und Test der Katalysatoren wir in enger Zusammenarbeit mit den Gruppen Beller, Rosenthal und Brückner durchgeführt. Für die Entwicklung heterogener Katalysatoren sind im Wesentlichen zwei Wege vorgesehen:1) plasmagestützte Fixierung von adsorptiv geträgerten Organometallkomplexen2) plasmagestützte Synthese von Katalysatoren aus den Komponenten der jeweiligen Organometallkomplexe. Die Fixierung bzw. Synthese der Katalysatoren soll mit hochfrequenz-angeregten Plasmaquellen teilweise auch in Kombination mit Sputtermagnetronquellen durchgeführt werden. Es sind umfangreiche oberflächenanalytische Untersuchungen geplant hinsichtlich Struktur und chemischer Zusammensetzung mittels XRD, FTIR, Raman, SEM, AFM, XPS, EDX und BET geplant.
Das Projekt "Pkw-Emissionen bei Verwendung von Dieselkraftstoff mit 5 Prozent Biodiesel (RME)-Beimischung im Vergleich zum reinen Dieselkraftstoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen durchgeführt. Seit Anfang des Jahres 2004 ist Dieselkraftstoff im Handel, der bis zu 5 Prozent Biodiesel (Rapsölmethylester, RME) enthalten kann. Das ist nach der Diesel-Norm DIN EN 590 zulässig und im Sinne der EU-Richtlinie 2003/30/EG zur Förderung der Verwendung von Biokraftstoffen und anderen erneuerbaren Kraftstoffen im Verkehrssektor. Mit dem Untersuchungsvorhaben sollte geprüft werden, ob sich durch den Biodieselanteil der Kraftstoffverbrauch und das Emissionsverhalten von PKW ändern. Drei Pkw unterschiedlicher Fabrikate (VW, Opel, Peugeot) wurden einmal mit dem Zertifizierungs-Kraftstoff der Firma Haltermann ohne Biodieselanteil und einmal mit einem Gemisch aus Zertifizierungskraftstoff und 5Vol.-ProzentRME hinsichtlich ihrer Emissionen und des Kraftstoffverbrauches vermessen. Den Messungen liegt der neue europäische Fahrzyklus (NEFZ) gemäß Richtlinie 2003/76/EG zugrunde. Neben den limitierten Schadstoffen Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx)und Partikel wurden auch CO2und andere nicht-limitierte Schadstoffe durch ein Infrarotspektrometer (FTIR) zeitdiskret erfasst. Der Kraftstoffverbrauch im jeweiligen Typ-Prüfzyklus gemäß Richtlinie 80/1268/EWG i.d.F. 2004/3/EG wurde aus den Emissionen der kohlenstoffhaltigen Abgaskomponenten (CO2, CO und HC) errechnet. Die Vergleichsmessungen mit Haltermann-Zertifizierungs-Kraftstoff mit und ohne 5Vol.-Prozent RME-Beimischung ergaben, dass sich die Abgasemissionen durch die Biodieselbeimischung nicht signifikant ändern. Die Höhe der Emissionen der zusätzlich gemessenen nicht limitierten Komponenten bewegt sich teilweise in einem Bereich, der an die Nachweisgrenze der Analysatoren stößt und damit keine sinnvolle Vergleichsbasis liefert. Während der Messungen mit dem Peugeot 307 HDI kam es zur Regeneration des Partikelfilters, was den Einfluss der eingeleiteten innermotorischen Maßnahmen auf die Schadstoff-Emissionen deutlich macht. Die innermotorischen Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur, wie Änderung der Einspritzdauer und -zeiten, zeigen sich in einer starken Erhöhung der CO- und einer gemäßigten Erhöhung der HC-Emissionen. Die vermutete Deaktivierung der Abgasrückführung bei der Regeneration des Filters zur Bereitstellung von zusätzlichem Sauerstoff zur Verbrennung der Partikel wirkt sich negativ auf die stickstoffhaltigen Komponenten aus (NOx), vor allem auf die Komponente NO.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) - Fachbereich 5.3 - Mechanik der Polymerwerkstoffe durchgeführt. Im Projekt soll systematisch die Verwendung von thermoanalytischem Verfahren zur Charakterisierung von geringen Kunststoffmengen in Umweltmatrices angewendet werden. Die neuartige Methodik soll hinsichtlich ihrer experimentellen Parameter weiter optimiert werden um sie der Fragstellung weiter anzupassen. Mittels thermoanalytischer Verfahren soll auch die Bewertung des Alterungszustandes von künstlich gealterten Proben untersucht werden. Diese Untersuchung hinsichtlich ausgasender, niedermolekularer Spezies soll im Anschluss mit realen Proben verglichen werden und Hinweise über Alter, Beanspruchungshistorie und Herkunft von Kunststoffen in der Umwelt geben. Neben diesen zwei eigenständigen Arbeitspaketen, die an den gemeinsamen Proben des Projektes partizipieren, sollen in einem dritten Arbeitspaket grundlegenden Polymereigenschaften für die Arbeitspakete zur mikrobiellen Besiedelbarkeit bereitgestellt werden. Die Arbeitspakete sollen nicht in chronologischer Reihenfolge erfolgen, sondern in Absprache mit den Projektpartnern synchronisiert werden. Zunächst sollen Auswahl und Grundcharakterisierung der Modellmaterialien mit Routineverfahren erfolgen (Q1). Im Anschluss soll die Optimierung der qualitativen und quantitativen Analytik an den Modellmaterialien mittels TED-GC-MS erfolgen (Q2-Q4). Im zweiten Jahr (Q5-Q6) soll der Vergleich der verschiedenen Methoden (FTIR-A3 HSF, Raman A2 TUM) unter Berücksichtigung der Probenaufbereitungsverfahren (A4-UBA) erfolgen. Im Anschluss ist die schwerpunktmäßige Analyse von realen Umweltproben der Partner geplant (Q7-Q10). Das letzte halbe Jahr des Projektes (Q11-Q12) soll sich mit der wissenschaftlichen Verwertung der Ergebnisse beschäftigen, sowie die weiteren analytischen Zuarbeiten für die Projektpartner des Projektbereiches B (Biologische Wirkungsuntersuchungen).