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Teil ICT

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.

Production of biogas and fertilisers out of wood and straw (PROBIO)

Das Projekt "Production of biogas and fertilisers out of wood and straw (PROBIO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Recycling- und Entsorgungsechnik Apolda e.K. durchgeführt. Zielsetzung des Projektes PROBIO ist die Entwicklung eines modularen Biogasreaktorsystems zur Verarbeitung von cellulosereichen Materialien. Diese dienen als Grundstoff für die simultane Produktion von Biogas und Düngemitteln. Biomasse ist ein nachwachsender, ubiquitär verfügbarer Stoff und kann daher als strategische Ressource betrachtet werden. Aus Biomasse lässt sich beispielsweise Kraftstoff und Elektrizität gewinnen, und kann außerdem für die Herstellung von Chemikalien eingesetzt werden. Die Nutzung von Biomasse ist umweltfreundlich und hat einen positiven Effekt auf die sozioökonomische Entwicklung, insbesondere in ländlichen Bereichen. Celllulose kommt überall vor und ist damit die am weitesten verbreitete Energiequelle der Welt. Aufgrund ihrer langen Kettenstruktur dauert die Faulung durch Einwirkung von einfachen Organismen sehr lange. Cellulosehaltige Stoffe können enzymatisch in glukosehaltige Stoffe umgewandelt werden. Dies erfolgt mit einer chemischen oder physiochemischen Vorbehandlung, bei der die Polysacharide geteilt werden. Glucose kann während des Biogasprozesses in Methan überführt werden. Bei dieser Umwandlung entsteht ein Gas (Biogas), das abgeführt wird und so die Tätigkeit der Bakterien nicht beeinflusst. Biogas ist ein geprüfter Kraftstoff, der als Gas für den Antrieb von Heizkraftwerken dient. Zur Kategorisierung der potentiellen Endnutzer der PROBIO-Technologie dienten zwei Kriterien: ihr Zugriff auf lignocellulose Stoffe sowie ihre Bereitschaft, die Endprodukte des PROBIO-Verfahrens (Hitze, Elektrizität und Düngemittel) direkt am Ort der Entstehung einzusetzen.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Clariant Produkte (Deutschland) GmbH durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist es, wissenschaftlich-technische Verfahren und wirtschaftliche Konzepte zu erarbeiten, um eine integrierte Bioraffinerie zu entwickeln, in der die verschiedenen Bestandteile von lignocellulosehaltiger Biomasse zu innovativen flüssigen Kraftstoffen umgesetzt werden. In AP 1 werden verschiedene Pflanzenvarianten auf ihre Zusammensetzung und Eignung als Rohstoff für die Bioraffinerie hin untersucht. In AP 2 wird an Produktion von Enzymen für die Hydrolyse von Lignocellulose basierend auf Ligninhaltigen Reststoffen gearbeitet. AP 3 behandelt die Entwicklung von Mikroorganismen zur Herstellung von Treibstoffen aus Lignocellulose bzw. dessen Hydrolysat. In AP 4 werden die bei der Fermentation des Lignocellulosehydrolysats nicht verwerteten Feststoffe (hauptsächlich Lignin, Proteine) in einen flüssigen Kraftstoff umgewandelt. AP 5 setzt sich mit der chemischen Umsetzung eines in der Bioraffinerie erzeugten reinen Glukosestroms auseinander. Im Fokus stehen Dehydratisierungen gekoppelt mit Oxidationen und Veresterungen. In AP 6 werden neue Aufarbeitungsmethoden zur energieschonenden Abtrennung von Biotreibstoffen aus wässrigen Medien erarbeitet. In AP 7 wird ein Anlagenkonzept erstellt und die entwickelten Produktionsverfahren vergleichend bewertet. In AP 8 wird eine ökologische, ökonomische und energetische Gesamtbilanz des Bioraffineriekonzepts erstellt und die besten Routen für die Umsetzung herausgearbeitet. Am Ende des Vorhabens steht ein Konzept der Bioraffinerie mit den darin ablaufenden Prozessen. Die neuen Stoffe und Verfahren werden IP-rechtlich geschützt, damit die Verwertung auch wirtschaftlich möglich ist. Basierend darauf kann die erste Pilotanlage errichtet werden. Durch Einbeziehung eines Saatgutherstellers und eines Anlagenbauers ist gewährleistet, dass die entwickelten Verfahren auch langfristig nachhaltig umgesetzt werden können. Dabei wird sichergestellt, dass das nicht nur wirtschaftlich sondern auch ökologisch sinnvoll passier

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von P. H. Petersen Saatzucht Lundsgaard GmbH durchgeführt. Optimierung von Wirkungsgrad und Wirkungssicherheit der Biofumigation zur Bekämpfung bodenbürtiger Schaderregern (Nematoden, Pilze) durch (1) züchterische Erhöhung des Anteils Isothiocyanate-freisetzender Glucosinolate in Kulturpflanzen, (2) Steigerung der Isothiocyanat-Menge pro Flächeneinheit durch Optimierung der Anbaumaßnahmen, (3) Transfer des Wissens in die Praxis ('Leitfaden Biofumigation') sowie (4) Erschließung neuer Märkte und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit des beteiligten KMU. Durchführung von Feld- und Gewächshausversuchen zur Wirkungssteigerung der Biofumigation gegen pflanzenparasitäre Nematoden (z.B. Heterodera schachtii, Ditylenchus dipsaci, Meloidogyne hapla, Pratylenchus spp.). Bestimmung des Ausgangs- und Endbesatzes mit Nematoden. Etablierung der Biofumigation als alternatives Bekämpfungsverfahren für bodenbürtige Schaderreger in der Praxis (u.a. Leitfaden Biofumigation). Erstellung eines Kriterienkatalogs für eine mögliche Wertprüfung bei der Sortenzulassung. Wissenschaftlich fundierten Verkaufsargumente helfen bei der Vermarktung. Entwicklung leistungsfähiger Sorten für den Einsatz in der Praxis.

Microbial-derived dissolved organic matter in the polar environment - a key factor for global carbon flux

Das Projekt "Microbial-derived dissolved organic matter in the polar environment - a key factor for global carbon flux" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Das gelöste organische Material (DOM) des Meeres stellt ein enorm großes Reservoir an organischem Kohlenstoff dar. Dies ist insbesondere für den globalen Kohlenstoffkreislauf, die Sekundärproduktion und den Klimawandel von großer Bedeutung. Trotz vielfältiger Ansätze die chemischen Eigenschaften des refraktären marinen DOM zu entschlüsseln sind bisher nur ungefähr 5 Prozentder Zusammensetzung identifiziert. Insbesondere durch die Resistenz gegen chemischen Abbau (z.B. Hydrolyse) ist der Großteil der chemischen Struktur bisher vollkommen ungeklärt. Die Fourier Transform Ionen Zyklotron Massenspektrometrie (FTICR-MS) ist zurzeit das vielversprechendste Verfahren, um neue Informationen über die molekulare Struktur des DOM zu erhalten. Es gilt folgende Hypothese: 'Die refraktäre chemische Struktur von reifem marinem DOM gleicht sich in allen Ozeanen, ist unabhängig von den Quellen und durch mikrobiellen Abbau gesteuert'. DOM aus dem Südpolarmeer wird ausschließlich von marinen Prozessen dominiert. Das DOM im Arktischen Ozean hingegen hat eine terrestrische Prägung. Die Zusammensetzung des DOM aus beiden Gebieten soll mittels FTICR-MS verglichen werden. In einem mikrobiellen Abbauexperiment soll DOM unter möglichst kontrollierten Bedingungen gebildet werden, um dies mit den natürlichen Proben aus den beiden Polargebieten zu vergleichen. Glukose, Phytoplankton-Biomasse bzw. -DOM werden als Substrat für den mikrobiellen Abbau eingesetzt.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau Großbeeren,Erfurt e.V., Abteilung Pflanzengesundheit durchgeführt. Vorhabensziel: Optimierung von Wirkungsgrad und Wirkungssicherheit der Biofumigation zur Bekämpfung bodenbürtiger Schaderregern (Nematoden, Pilze) durch (1) züchterische Erhöhung des Anteils Isothiocyanate-freisetzender Glucosinolate in Kulturpflanzen, (2) Steigerung der Isothiocyanat-Menge pro Flächeneinheit durch Optimierung der Anbaumaßnahmen, (3) Transfer des Wissens in die Praxis ('Leitfaden Biofumigation') sowie (4) Erschließung neuer Märkte und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit des beteiligten KMU. Arbeitsplanung: Durchführung von in vitro, Gewächshaus und Feldversuchen zur Wirkungssteigerung der Biofumigation gegen bodenbürtige Erreger wie Rhizoctonia solani. Bestimmung des Einflusses auf Pilzstrukturen von R. solani (Myzel, Sklerotien) sowie der Befallsstärke an der Pflanze. Ergebnisverwertung: Etablierung der Biofumigation als alternatives Bekämpfungsverfahren für bodenbürtige Schaderreger in der Praxis (u.a. Leitfaden Biofumigation). Erstellung eines Kriterienkatalogs für eine mögliche Wertprüfung bei der Sortenzulassung. Wissenschaftlich fundierten Verkaufsargumente helfen bei der Vermarktung. Entwicklung leistungsfähiger Sorten für den Einsatz in der Praxis.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut Bioaktive Polymersysteme biopos e.V. Forschungsstandort Teltow-Seehof durchgeführt. 1. Vorhabenziel Biopos wird am WP2 des Verbundprojektes teilnehmen. Vorbehandelte Holz-Proben von Eucalyptus und Pappel werden durch enzymatische Hydrolyse charakterisiert und in monomere Kohlenhydrate umgewandelt. 2. Arbeitsplanung Nach Vorbehandlung der LCF-Rohstoffe werden die Einzelzucker (C-5, C-6) mittels enzymatischer Hydrolyse hergestellt und mittels DC und HPLC charakterisiert. Nach der quantitativen Auswertung der erhaltenen isolierten C-5 und C6-Zucker-Gemische werden diese entsprechend der quantifizierten Einzelzucker mit entsprechenden Hefe-Stämmen zu Ethanol fermentiert. Dazu werden Hefen verwendet, die sowohl C-5 als auch C-6 Zucker umsetzen (Saccharomyces cerevisiae zur Fermentation von Glucose and Pichia stipitis zur Fermentation von Xylose). Die Hefe-Stämme werden während der Projektzeit im FI Biopos e. V. kultiviert, so dass eine Fermentation zu Ethanol kontinuierlich möglich ist. Die Ausbeuten an Ethanol werden mittels HPLC (Quantifizierung) und Ermittlung der Gewichtsabnahme (CO2-Bildung) sowie voluminetrisch (CO2-Quantifizierung) bestimmt.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz durchgeführt. 1. Vorhabensziel: Optimierung von Wirkungsgrad und Wirkungssicherheit der Biofumigation zur Bekämpfung bodenbürtiger Schaderregern (Nematoden, Pilze) durch (1) Erhöhung des Anteils Isothiocyanate-freisetzender Glucosinolate in Kulturpflanzen (züchtungsbegleitende Analytik), (2) Steigerung der Isothiocyanat-Menge pro Flächeneinheit durch Optimierung der Anbaumaßnahmen, (3) Transfer des Wissens in die Praxis ('Leitfaden Biofumigation') sowie (4) Erschließung neuer Märkte und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit des beteiligten KMU. 2. Arbeitsplanung: Analytik des GSL-Gehaltes/Verteilungsmusters von Kruziferenarten/Sorten, Selektion von Formen mit hohen GSL-Gehalten, Korrelation des GSL-Gehaltes zur der Wirkungssteigerung der Biofumigation gegen pflanzenparasitäre Nematoden im Gewächshaus/Freiland 3. Ergebnisverwertung: Etablierung der Biofumigation als alternatives Bekämpfungsverfahren für bodenbürtige Schaderreger in der Praxis (u.a. Leitfaden Biofumigation). Erstellung eines Kriterienkatalogs für eine mögliche Wertprüfung bei der Sortenzulassung. Wissenschaftlich fundierten Verkaufsargumente helfen bei der Vermarktung. Entwicklung leistungsfähiger Sorten für den Einsatz in der Praxis.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Berliner Wasserbetriebe durchgeführt. Die zur Zeit benutzte nass-chemische CSB-Analyse mittels Chromat-Oxidation stellt für das Laborpersonal ein erhebliches gesundheitliches Risiko dar. Durch seine toxischen Eigenschaften gilt Kaliumdichromat ebenfalls als umweltgefährdend. Als alternatives Oxidationsverfahren wird die thermische Verbrennung der organischen Inhaltstoffe einer Wasserprobe in einem Hochtemperaturofen weiter entwickelt. Ziel ist es dabei zu testen, ob der Hochtemperatur-CSB mit den nass-chemischen CSB so weit korreliert, dass auf Dauer die nass-chemische Analyse im Labor ersetzt werden kann. Des Weiteren wird geprüft, in wieweit der Hochtemperatur-CSB mit dem TOC (Total Organic Carbon) sich in unterschiedlichen Abwasserarten vergleichen lässt. AP1 Aufbau der Bedienkomponenten des Gerätes, wie - Vorbereitung des Aufstellungsortes und Verlegen der Gas-Anschlüsse AP2 Vergleichsmessungen mit DIN-Methoden / Verfahrensoptimierung niedriger Messbereich, wie - Messungen von verschiedenen Standardsubstanzen für die CSB-Bestimmung (Kaliumhydrogenphthalat, Glukose und Ascorbinsäure) AP3 Messung von Realproben (Klärwerk und Industrieeinleiter) mit der Hochtemperatur-Methode AP4 Untersuchung des Einflusses von Störstoffen (Nitrat, Nitrit, anorganische Schwefelverbindungen) auf die Ergebnisse der CSB-Bestimmung mit der Hochtemperatur-Methode AP5 Untersuchung von Substanzen, die mit Kaliumdichromat nicht oder nur teilweise aufgeschlossen werden AP6 Übertragbarkeit in die Praxis und Kosten-, Nutzenanalyse AP8 Entwicklung Autosampler - Messungen von Kalibrierlösungen und Standardlösungen mit Verbindungen unterschiedlicher Probenmatrix (z.B. Salzgehalt) mit und ohne Autosampler AP9 Korrelation TOC und CSB AP10 Labor-Daten-Management entsprechend EN ISO/IEC 17025 AP11 CSB-Bestimmung mit Hochtemperatur-Methode für die aerobe biologische Abbaubarkeit organischer Stoffe im wässrigen Medium nach DIN EN ISO 9888 AP12 Toxizitätsmessungen AP13 Nützlichkeitsprognose AP14 Kontakt DIN, DWA, Anwendern AP15 Workshops.

Metabolic phenotype of heterosis in Zea mays

Das Projekt "Metabolic phenotype of heterosis in Zea mays" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Forschungsdepartment für Pflanzenwissenschaften, Lehrstuhl für Genetik durchgeführt. Maize is an important crop and a model system for heterosis. Heterosis was established for two widely used elite maize inbred lines, B73 and Mo17. These lines will used here to study the effects of heterosis on starch biosynthesis in the maize seed. Metabolite flux leading to the incorporation of glucose units into starch of the endosperm will be analysed by retrobiosynthetic NMR spectroscopy. The 'recycling' of glucose prior to incorporation into starch via glycolysis, glucogenesis and the pentose phosphate pathway will be quantitatively determined by this method. Developing maize kernels are labelled with mixture of (U-13C6)glucose and unlabelled glucose. After labelling starch is hydrolyzed and isotopomer composition of the resulting glucose is determined by quantitative NMR the 'metabolic history' of the glucose units can be reconstructed from these data. The comparison of inbred and hybrid kernels will yield information on whether the increase of starch is based on qualitative or quantitative changes in metabolite flux. The determination of the isotopomer composition of soluble carbohydrates will provide additional information.

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