Das Projekt "Silica incorporation into newly synthesized cell walls and its effects on physiological properties of plant cells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Department für Nutzpflanzen- und Tierwissenschaften, Fachgebiet Phytomedizin durchgeführt. Siliziumoxid erhöht die Ernteausbeute und mildert den Einfluss von Stressfaktoren in Pflanzen. Der Wirkmechanismus ist bisher nur wenig verstanden. Man geht davon aus, dass Silica die Porosität der Zellwand reduziert und sie versteift, giftige Metalle durch Ko-Abscheidung entfernt und die pflanzliche Antwort auf Virusattacken beschleunigt. Anderseits behindert viel Silica die Nutzung von Pflanzen als Futter und Biobrennstoff. Ziel des Projekts ist, die Wechselwirkungen der Pflanzenzelle mit Silica aufzuklären. Dafür schlagen wir vor, den Prozess an Pflanzenzellen aus Zellkultur und an keimendem Pollengewebe in molekularer, untrastruktureller, mikroskopischer und makroskopischer Dimension zu untersuchen. Unser multi-disziplinärer Ansatz verbindet molekulare, physikalische und Strukturuntersuchungen mit molekularbiologischen und physiologischen Untersuchungen und Bioinformatik. Silzifikation wird insbesondere mit Augenmerk auf die sich entwickelnde Zellwand in Zellen, welche unter Einfluss hoher Kieselsäurekonzentration wachsen, untersucht. Wir werden die Reaktion der Zellen unter dem Einfluss verschiedener Stressfaktoren wie Schwermetallnanopartikel, hohe Salzkonzentrationen, hohe Osmolarität und Virsuinfektion untersuchen. Die komplementären Sichtweisen auf den Prozess der Bio Silizifikation werden die Aufklärung der Silica-induzierten Stress-Toleranz ermöglichen. Dies kann in der Zukunft die Entwicklung von Pflanzen mit vorteilhaftem Eigenschaften ermöglichen.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Zemente und Bindemittelsysteme für hochfeste C3 - Betone" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deuna Zement GmbH durchgeführt. Ziel des Teilvorhabens ist die Erarbeitung neuer Bindemittelkonzepte für C3-Hochleistungsbetone mit hohem Anteil an Kompositbestandteilen auf Basis von Rohstoffen des Standorts Deuna. Ausgehend von der Erforschung neuer Kalk-Kieselsäure-Kombinationen in Verbindung mit Wirkstoffkomponenten aus Feinstzementen (Dyckerhoff Neuwied) sollen neue, praxisgerechte Bindemittekonzepte erarbeitet werden. Erkenntnisse aus dem erfolgreichen BMBF Projekt OLAF (FKZ 03X0066A) sollen dabei verwertet werden. Zu Beginn des Vorhabens müssen die vorhandenen Rohstoffe aus dem Werk Deuna charakterisiert und für das Vorhaben ausgewählt werden. Es folgen grundlegende Untersuchungen zur Optimierung von Kalk-Kieselsäure-Kombinationen und die Erarbeitung geeigneter Bindemittelkonzepte für den C3-Beton. Dabei sollen die Bindemittelkonzepte hinsichtlich Art und Anteil der Kompositbestandteile auch unter ökologischen Aspekten optimiert werden. Der Einsatz von Ersatzstoffen soll ebenfalls Gegenstand der Untersuchungen sein. Anschließende Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit und Anwendung der Bindemittel in neuen Instandsetzungssystemen werden in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern durchgeführt. Die Bereitstellung der neuen Bindemittelkonzepte zur Untersuchung durch die Projektpartner gehört ebenfalls zu den Aufgaben von Dyckerhoff. Abschließend sollen erste Voruntersuchungen zum Upscaling der Bindemittel in den Produktionsmaßstab durchgeführt werden.
Das Projekt "Teilprojekt 4 Simulation glazialer Eisendüngung und Kieselsäuren-verlust mit dem Modell RECOM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist, mit Hilfe von Computersimulationsmodellen ein verbessertes Verständnis der Rolle von Eisen und Kieselsäure für den Anstieg von atmosphärischem CO2 während des Übergangs von der letzten Eiszeit in die heutige Warmzeit zu entwickeln. Im Detail wird untersucht werden, inwieweit die Hypothese (a) der Eisendüngung und des (b) Kieselsäurenverlustes im Südozean eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf gespielt haben. Spezieller Fokus wird auf der Validierung der Simulationsergebnisse mittels Silizium (Si) Isotopen liegen. In einem ersten Schritt ist das Simulationsmodell der marinen Biologie und Biogeochemie RECOM zu verbessern, indem mögliche Quellen für Eiseneintrag (Sedimentflüsse, Meereis, kontinentale Verwitterung) eingebaut und validiert werden. In einem zweiten Schritt werden die Auswirkungen von flexiblen Si:N und Si:C Verhältnissen als Konsequenz von verändertem physiologischem Zustand, (d.h. Eisen- und Stickstoffkonzentrationen) auf das marine Phytoplankton mittels Computersimulationen untersucht und validiert. Letztendlich werden Si-Isotope eingebaut und deren simulierte Verteilungen mit Daten validiert. Anschließend werden mit dem verbesserten RECOM Modell Sensitivitätsstudien durchgeführt, in denen der Einfluss von Eisen, insbesondere von unterschiedlichen Eisenquellen, auf die Ergebnisse analysiert wird.
Das Projekt "Entwicklung eines Reinigungsverfahrens für stark adhäsive industrielle Verschmutzungen auf der Basis thixotroper Soil-Release-Gele" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Europäische Forschungsgemeinschaft Reinigungs- und Hygienetechnologie e.V. durchgeführt. In industriellen und gewerblichen Lackierkabinen liegt der Lackverlust, welcher als Lacknebel (sog. Overspray) nicht das zu beschichtende Teil erreicht, bei 10-90% der eingesetzten Lackmenge. Der Overspray, der nicht durch die Abluftanlage abgesaugt wird, bildet auf den Kabinenwänden stark adhäsive Verschmutzungen. Deren Entfernung erfordert den Einsatz organischer Lösemittel oder abrasiver Verfahren, welche umweltschädlich sind, die Flächen beschädigen können und einen hohen Personaleinsatz erfordern. Als vorbeugende Maßnahme werden Abziehfolien oder - lacke vor Beginn der Lackierarbeiten auf die Wände aufgebracht und später zusammen mit dem Overspray wieder abgezogen. Dieses Verfahren ist sehr aufwändig. Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Reinigungsverfahrens für stark adhäsive industrielle Verschmutzungen auf der Basis thixotroper Polymerdispersionen. Für ein umweltfreundliches Verfahren sollte nur Wasser als Lösungsmittel eingesetzt werden. Die Reinigung sollte leicht und in kurzer Zeit möglich sein und die Beschichtung auf den Wänden zeitsparend zu erneuern sein. Als Basis für die Polymerdispersionen wurden verschiedene Filmbildner zusammen mit Additiven auf ihre Wirksamkeit untersucht. Mischungen aus einem Ethylenoxid Propylenoxid Block-Copolymer mit Polyethylenglycol, Carboxymethylcellulose und pyrogener Kieselsäure unter Zusatz eines Netzmittels erwiesen sich als besonders geeignet. Die aufgebrachten Polymerbefilmungen waren beständig gegen lösemittel und wasserbasierte Lacke und auch bei erhöhter Temperatur und Luftfeuchtigkeit ausreichend stabil. Auf allen Substraten war eine vollständige Entfernung der aufgebrachten Lackanschmutzungen bei sehr geringem Wassereinsatz und geringem manuellen Aufwand möglich. Die Polymerbefilmungen eignen sich auch, um bereits mit Lack angeschmutzte Soil-Release Polymerschichten durch nochmaligen Dispersionsauftrag zu stabilisieren. Dadurch können personalintensive Reinigungsschritte bei der regelmäßigen Wartung der Lackierkabinen eingespart werden, was eine erhebliche Kosteneinsparung bedeutet.
Das Projekt "Teilprojekt 4: systematische Untersuchungen der Antifoulingwirksamkeit verschieden ausgestatteter Kieselsäurepartikel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Degussa GmbH durchgeführt. Die Oberflächenbesiedlung durch Organismen (Fouling) stellt in vielerlei Hinsicht erhebliche Probleme dar (z.B. für Bootsrümpfe, Leitungssysteme). Eine ökoverträgliche Schutzbehandlung würde in einem sehr weiten Anwendungskontext erheblichen ökologischen und ökonomischen Nutzen sowie ein erhebliches Nachhaltigkeitspotenzial bedeuten. Das beantragte bionische Forschungsvorhaben umfasst die Analyse biologischer Anti-Bewuchs-Strategien unterschiedlicher Wirkgefüge, deren chemisch-physikalische Nachbildung, die Überprüfung der Wirksamkeit der bioinspirierten Verfahren sowie die großtechnische Herstellung und Überprüfung einer adäquaten Oberflächenbehandlung in technischen Anwendungen. Die projektbezogenen Tätigkeiten der Evonik Degussa GmbH gliedern sich in vier Arbeitspakete: AP DG-1=Herstellung von definiert mikrorauhen Oberflächen, AP DG-2=Großtechnische bionische Herstellung von bewuchshemmenden Oberflächen, AP DG-3=Chemisch induzierte Bewuchshemmungsmechanismen, AP DG-4=Herstellung einer Antifouling-Beschichtung für marine Anwendungen. Die im Rahmen des Projektes erzielten Ergebnisse sollen in Form von Schutzrechten gesichert und genutzt werden.
Das Projekt "Vorhaben: Kieselige Mikrofossilien im Ochotskischen Meer - Oekologische und biogeochemische Aspekte fuer palaeozeanographische Rekonstruktionen in polaren Meeresgebieten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Ziele: Das übergeordnete Ziel des deutsch-russischen Projektes KOMEX (KOMEX Pilotphase, KOMEX I und KOMEX II) ist die Erforschung des Ochotskischen Meeres hinsichtlich seines Einflusses als kontrollierender Faktor bei der Klimaentwicklung und die Klärung der Mechanismen verschiedener Stoffkreisläufe im Ochotskischen Meer und ihrer Auswirkungen auf das Klimageschehen. Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Untersuchungen ist die plattentektonische Entwicklung des Ochotskischen Meeres im Laufe der Zeit und die Untersuchung des Vulkanismus auf Kamtschatka. In der laufenden dritten Phase wurde neben zwei Schiffsexpeditionen auch eine Landexpedition auf Kamtschatka und Beprobungen auf verschienenen Kurileninseln durchgeführt.
Das Projekt "Bildung und Nutzung von amorphem SiO2 (Dissertation)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Angewandte Geowissenschaften durchgeführt. Die vorliegende Arbeit beinhaltet drei Studien, die sich mit der Bildung und Nutzung von amorphem Siliziumdioxid beschäftigen. Dieses Material ist sowohl in den Geo- als auch in den Materialwissenschaften von großer Bedeutung, da es einerseits natürlich, z.B. in den Schalen von Kieselalgen oder auch als chemisch gefälltes Sediment (u.a. als Feuerstein ), vorkommt, andererseits aufgrund seiner oftmals großen spezifischen Oberfläche und damit hohen Reaktivität künstlich erzeugt und technisch eingesetzt wird, z.B. zur dosierten Freisetzung von Arzneimitteln. Zunächst wurde die Adsorption monomerer und polymerer Kieselsäure an Gibbsit als Funktion des pH-Wertes (3 = pH = 8) und der gelösten Kieselsäurekonzentration (0.34 mmol L-1 = (Si) = 1.47 mmol L-1) untersucht, da die Adsorption eine wichtige Vorstufe der Bildung von amorphen und kristallinen kieselsäurehaltigen Festphasen darstellt. Es wurde festgestellt, dass der relative Anteil adsorbierter Kieselsäure mit zunehmendem pH-Wert (für pH kleiner als 9) und abnehmender initialer Kieselsäurekonzentration steigt. Bei der Adsorption monomerer Kieselsäure wird das leichte Isotop 28Si gegenüber dem schwereren 30Si aufgrund seiner massebedingt höheren Reaktionsgeschwindigkeit bevorzugt fixiert. Die Isotopenfraktionierung ist umso stärker, je höher die initiale Kieselsäurekonzentration ist. Daher kann die Siliziumisotopensignatur von Mineralphasen, die sich durch Adsorptionsprozesse gebildet haben, möglicherweise als Proxy für die Adsorptionsrate verwendet werden. Polymere Kieselsäure wird rascher adsorbiert als monomere Kieselsäure und zerfällt an der Mineraloberfläche und in der Lösung, so dass am Ende der Versuche nur noch monomere Kieselsäure in der Lösung vorliegt. Darauf aufbauend wurde amorphes Siliziumdioxid durch zyklisches Gefrieren wässriger Lösungen ausgefällt. Es wurde gezeigt, dass mehr Silizium aus der Lösung entfernt wird, wenn gelöstes Aluminium oder Germanium oder suspendierter Kaolinit vorhanden sind, während die Zugabe von Natriumchlorid die Ausfällung hemmt. Der Anteil an ausgefällter Kieselsäure erreicht für pH-Werte zwischen 5 und 7 ein Maximum und nimmt im sauren und alkalischen Bereich ab. Die Ausfällung von amorphem Siliziumdioxid wird im sauren Milieu von einer Polymerisation der gelösten Kieselsäure begleitet, insbesondere in Gegenwart von Bor, nicht aber in Gegenwart von Germanium. Eine Fraktionierung der Siliziumisotope erfolgt nur in Gegenwart ausreichender Aluminiumkonzentrationen (Al = 1 mmol L-1) bei Übersättigung bzgl. amorphem Aluminiumhydroxid. In den letzteren Fällen wird 28Si gegenüber 30Si bevorzugt im Festkörper fixiert, was durch eine Adsorption an primär gebildeten Aluminiumhydroxid-Präzipitaten oder eine Kopräzipitation einer Si-Al-O-OH-Phase erklärt werden kann. usw.
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