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Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung, Teilvorhaben: Auswahl und Bewertung organsicher Reststoffe sowie analytische Begleitung Mahlung, Rauchgasreinigung und Verbrennung

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Eine besondere strategische Relevanz gewinnt BioBrauS dadurch, dass nicht nur biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, einer weitergehenden energetischen Verwertung zugänglich gemacht werden, sondern auch der Verbrauch der fossilen Primärressource Braunkohle mit hohen CO2-Aussstoß reduziert wird. Ziel ist die Entwicklung eines Brennstoffes aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist, mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung zu verwerten. Hierfür soll das Verfahren des Impulsbrenners evaluiert und an die Verbrennung diese Stoffsysteme adaptiert werden. Mit der Auswahl und Bewertung von Gärresten und Geflügelmist als Brennstoff für die Staubfeuerung soll der Grundstein für den Ersatz von Braun- und Steinkohle gelegt werden. Im Fokus stehen deshalb die experimentelle Verfahrensevaluation und Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparameter der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärrest und Geflügelmist als Ersatz des bisherigen Energieträgers Braunkohle für Bestands- und Neuanlagen. Auch die biogenen Inputsubstrate sollen für den Einsatz in der Staubfeuerung angepasst (Mahlung, Siebung) und optimiert werden. Schwerpunkt ist die Reduktion von Schad- und Störstoffen sowie die Verbesserung der Brennstoffeigenschaften. Die Entwicklungen sollen dann im technischen Maßstab getestet und bewertet werden. Außerdem soll ein Gesamtkonzept zur technischen Umsetzung und Einsatz der Technologien erarbeitet werden, welches die Logistik der Energie- und Stoffströme sowie deren Verwertung für Bestands- und Neuanlagen beinhaltet. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und LCA mit Ökobilanzierung für den kommerziellen Maßstab durchgeführt.

Neue Wege der Strom-basierten Konversion von biogenen Rohstoffen und der elektrochemischen Herstellung von biobasierten Produkten

Lignin ist ein nachwachsender Rohstoff (Bestandteil von Holz, in etwa 30 % Gewichtsanteil der Trockenmasse), der als Biopolymer aus hoch funktionalisierten, phenolischen Makromolekülen aufgebaut ist. Dieser biogene Rohstoff fällt in der Holz- und Zellstoffverarbeitenden Industrie in großen Mengen als Neben- beziehungsweise Reststoff an und wird bis heute nur wenig stofflich genutzt. Ein Großteil wird verbrannt und energetisch genutzt. Im Sinne einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft und einer bestmöglichen Wertschöpfung soll in ElektrALig ein innovativer Weg aufgezeigt werden, wie die regenerative Kohlenstoffquelle Lignin großtechnisch als chemischer Grundstoff für die Herstellung von Polymerbausteinen genutzt werden kann. In einem zweistufigen Produktionsverfahren sollen dazu die im Lignin enthaltenen aromatischen Polymerbausteine chemisch aufgeschlossen, über eine konvergente elektrochemische Umsetzung zu definierten Zielstrukturen umgesetzt und so für Anwendungen in der Produktion von Polymerharzen zugänglich gemacht werden. Zusammenarbeit der Industriepartner Mercer Rosenthal, Borregaard, Covestro und Heraeus und der Ruhr-Universität Bochum mit dem Lehrstuhl CSC und der Arbeitsgruppe Apfel als ausführenden Stellen vereint eine einzigartige Expertise im Bereich der Ausgangsstoffe, der chemischen Verfahrenstechnik, der elektrochemischen Reaktionstechnik und der Polymeranwendungen. So kann eine effiziente Strategie zur stofflichen Nutzung von Lignin umgesetzt werden, die von einem grundlegenden chemischen Verständnis des Aufbaus von technisch verfügbaren Ligninen, über konkrete Teilschritte zu einem ausgefeilten verfahrenstechnischen Konzept der strom-basierten Konversion des biogenen Rohstoffes Lignin reicht.

Aufbau einer Pilotanlage zur modularisierten Nutzung löslicher und unlöslicher Kohlenstoffabfallströme aus der Lebensmittelindustrie, Teilvorhaben: Wissenschaftlich technische Umsetzung und ökologische wie ökonomische Evaluation

In dem hier vorgeschlagenen Projekt möchten wir ein integriertes biotechnologisches System für die Verwertung fester und gelöster organischer Abfallströme zu Bioenergie entwickeln. Es sind bereits einige Technologien für die Bioenergiegewinnung aus Abfällen etabliert. Allerdings ist es die Verbindung mit weiteren neuen Technologien zu einem modularen Netzwerk von kommunizierenden Modulen, was für zukünftige Akteure notwendig sein wird, um die Biomasse-/Bioabfallressourcen bis zu ihrem vollen Potenzial hin nutzen zu können. Wir möchten eine skalierbare Pilotanlage für die integrierte Umwandlung fester und löslicher organischer Abfallströme in Biogas und Wasserstoff entwickeln. Zu diesem Zweck sollen drei Module gebaut und miteinander verbunden werden, die aus der sauren Hydrolyse von Feststoffen, der Biogaserzeugung aus gelöstem org. Kohlenstoff und der Biowasserstofferzeugung mit Hilfe bioelektrochemischer Technologien bestehen. Das System wird in Zusammenarbeit zwischen der TU Hamburg und der Firma Popp Feinkost GmbH gebaut und am Industriestandort mit realen Abfallstoffströmen betrieben werden.

Innovatives ökologisches und ökonomisches Konzept für den Weiterbetrieb von Biogasbestandsanlagen unter Berücksichtigung fortschrittlicher Biogasaufbereitungsmethoden mit optimierter CO2-Reduzierung für verschiedene Betriebsmodelle, Teilvorhaben 2: Entwicklung eines Offgas-BHKW

Release of hexavalent chromium from ore processing residues and the potential of biochar for chromium immobilization in polluted soils

Chromium (Cr) is introduced into the environment by several anthropogenic activities. A striking ex-ample is the area around Kanpur in the Indian state of Uttar Pradesh, where large amounts of Cr-containing wastes have been recently illegally deposited. Hexavalent Cr, a highly toxic and mobile contaminant, is present in significant amounts in these wastes, severely affecting the quality of sur-roundings soils, sediments, and ground waters. The first major goal of this study is to clarify the solid phase speciation of Cr in these wastes and to examine its leaching behavior. X-ray diffraction and synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy techniques will be employed for quantitative solid phase speciation of Cr. Its leaching behavior will be studied in column experiments performed at un-saturated moisture conditions with flow interruptions simulating monsoon rain events. Combined with geochemical modeling, the results will allow the evaluation of the leaching potential and release kinetics of Cr from the waste materials. The second major goal is to investigate the spatial distribution, speciation, and solubility of Cr in the rooting zone of chromate-contaminated soils surrounding the landfills, and to study the suitability of biochar as novel soil amendment for mitigating the deleterious effects of chromate pollution. Detailed field samplings and laboratory soil incubation studies will be carried out with two agricultural soils and biochar from the Kanpur region.

Entwicklung einer emissionsfreien Haushaltswaschmaschine

Identifikation von Enzymkombinationen aus dem Verdauungstrakt des Eurasischen Bibers und Möglichkeiten der Anwendung zur Vergärung von lignifizierter Biomasse, Teilvorhaben 2: Identifizierung, Charakterisierung und Produktion der Enzyme und Bakterien

Mit dem Vorhaben soll untersucht werden, ob sich die Enzyme oder Enzymkombinationen, die den Eurasischen Biber zu einer effizienten Zelluloseverdauung befähigen, für technische Zwecke nutzbar machen lassen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen zur technischen Nutzung liegt dabei auf der Vergärung von lignocellulosehaltigen Abfall- und Reststoffen in Biogasanlagen, wie z.B.Landschaftspflegematerial, Rapsstroh oder Getreidespelzen. Dazu soll zunächst das Darm- Mikrobiom des Bibers mit molekularbiologischen Methoden untersucht und die in verschiedenen Darmabschnitten vorhandenen Mikroorganismen (MO) identifiziert werden. Darauf aufbauend sind Versuche zur Kultivierung der identifizierten MO sowie zur Produktion der betreffenden Enzyme im Labormaßstab vorgesehen. Der für die Untersuchungen notwendige Darminhalt wird ausschließlich von Tieren entnommen, die im Rahmen des Bestandsmanagements regulär getötet werden. Mit dem Gewässer- und Deichverband Oderbruch ist diesbezüglich bereits eine erste Kontaktaufnahme erfolgt und die generelle Zusage zur Unterstützung des Vorhabens liegt vor. In anschließenden Labor- und Technikumsversuchen sollen die Enzyme hinsichtlich ihrer möglichen Anwendung im Biogasprozess geprüft werden. Die erwarteten Ergebnisse des Forschungsvorhabens sollen die Basis für die Entwicklung neuartiger Enzympräparate für den Einsatz in Biogasanlagen bilden. Übergeordnetes Ziel ist es, Biogasanlagen zu befähigen, die großen derzeit noch ungenutzten Potenziale an lignocellulosehaltiger Biomasse zu erschließen. Die Untersuchungen an der TU Dresden werden in enger Zusammenarbeit mit dem Deutschen Biomasseforschungszentrum Leipzig realisiert.

Großtechnische Umsetzung eines Bioökonomie-Prozesses zur Verknüpfung von Agrarindustrie und Kunststoffverarbeitern durch die kontinuierliche Produktion eines neuartigen Biopolymers

Die traceless materials GmbH ist ein Bioökonomie Start-up Unternehmen, das im Jahr 2020 als Ausgründung der TU Hamburg hervorgegangen ist. Das Hauptgeschäftsfeld stellt die Entwicklung und Produktion des traceless Materials (rückstandslos biologisch abbaubares Material) für den Kunststoffverarbeitungsmarkt dar. Erklärtes Ziel ist, einen messbaren Beitrag zur Lösung der weltweiten Verschmutzung durch Kunststoffe zu leisten. Die traceless materials GmbH stellt mittels eines innovativen Verfahrens ein Material her, welches vergleichbare Eigenschaften wie Kunststoff besitzt. Es handelt sich dabei aber um eine neuartige Materialkategorie. Konventioneller Kunststoff wird in einem synthetischen Verfahren und zum Großteil aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Der Rohstoff in diesem Projekt hingegen sind pflanzliche Reststoffe, welche nach der Extraktion der natürlichen Polymere noch als Futtermittel oder zur energetischen Verwertung genutzt werden können. Im Vorhaben soll eine Demonstrationsanlage mit einer Kapazität von mehreren Tausend Tonnen pro Jahr errichtet und betrieben werden. Im Herstellungsprozess des traceless Materials wird als Rohstoff ein pflanzlicher Reststoff verwendet, der als Nebenprodukt der industriellen Getreideverarbeitung anfällt. Mit einem zum Patent angemeldeten Verfahren werden daraus natürliche Polymere extrahiert und zu einem Granulat verarbeitet. Dieses Granulat kann mit gängigen Technologien der Kunststoffverarbeitung zu verschiedenen Produktanwendungen weiterverarbeitet werden, beispielsweise im Spritzguss oder der Extrusion. Das hergestellte Material könnte z.B. zur Herstellung von Einwegverpackungen und -produkten, welche leicht in die Umwelt gelangen oder sich nicht recyceln lassen, eingesetzt werden und so zur Verbrauchsminderung fossiler Rohstoffe beitragen. Damit soll auch die Umweltverschmutzung zurückgehen, da das Material sich rückstandslos abbaut und nicht schädlich für Flora und Fauna ist, wenn es unsachgemäß in der Umwelt entsorgt werden sollte. Produkte, die aus dem Material hergestellt werden, sind entweder über den Restmüll oder bei Verpackungen über den gelben Sack/die gelbe Tonne/Wertstofftonne zu entsorgen. In beiden Fällen werden sie energetisch verwertet, da der Marktanteil für eine sortenreine Sammlung und mechanisches Recycling derzeit zu gering ist. Eine Entsorgung über die Bioabfallsammlung ist nicht zulässig, auch wenn das Material zertifiziert gartenkompostierbar ist. Bei einer Kompostierung würde auch der energetische Nutzen verloren gehen. Bei einer jährlichen Produktionskapazität von mehreren Tausend Tonnen können nicht nur substantiell CO2-Emissionen und fossile Energieträger, sondern auch Wasser und Landressourcen eingespart werden. Das Verfahren ist für eine Vielzahl von Unternehmen der Chemie- und Kunststoffindustrie übertragbar. Da das Material auf den gängigen Anlagen der kunststoffverarbeitenden Industrie eingesetzt werden kann, ist eine Übertragbarkeit ohne (hohen) Aufwand möglich. Weiterhin wird an der Übertragbarkeit dieses Verfahrens der Polymerextraktion auf andere Reststoffe von Getreide geforscht.

Dezernat 420 Feststoffe, spezielle anorganische Analytik

Das Dezernat ist eine Organisationseinheit der Abteilung Gemeinschaftslabor für Umweltanalytik im LUNG. Im Dezernat werden eigene Daten erhoben und Fremddaten verwaltet. Diese können aus Aufträgen an andere Labors oder aus zu bewertenden Gutachten stammen. Ex: Dezernat 820 Boden- und Grundwasseruntersuchung

Strahlenschutzvorsorge [StrVG] - Landesweite Überwachung

Nach § 3 StrVG werden im Rahmen des Integrierten Mess- und Informationssystems (IMIS) durch die einzelnen Bundesländer Radioaktivitätsuntersuchungen in Böden, Pflanzen, Gras, Lebens- und Futtermitteln, Grund-, Trink- und Oberflächenwasser, in Abwässern, Klärschlamm, Reststoffen und Abfällen durchgeführt. Für die im einzelnen im Normalbetrieb durchzuführenden Probenmessungen wurde vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) allen Bundesländern ein Mengengerüst für die entsprechenden Umwelt- bereiche vorgegeben. Die Festlegung der Probeentnahmepunkte erfolgte auf der Grundlage dieses Mengenschlüssels sowie des am jeweiligen Ort vorhandenen Spektrum an o.a. Umweltmedien. Die Beprobungen werden nach einem festgelegten Probenentnahmeplan [PEP] -medienspezifisch- durchgeführt. Die Probeentnahmepläne sind so konzipiert, daß sie möglichst flächendeckend und gleichmäßig über das Jahr verteilt, die Entnahme repräsentativer Proben aller Umweltbereiche ermöglicht.

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