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PET-Rezya - Kreislaufnutzung von flammgeschütztem PET durch enzymatisches Recycling am Beispiel von Anwendungen in der Luftfahrt

Aufbereitung und werkstoffliche Verwertung von Kunststoffen

Abfrage von Art und Ausstattung der Anlage zur Aufarbeitung und Verwertung von Kunststoffen, sowie Art, Menge und Herkunft (regional, Wirtschaftsbereich) der eingesetzten Altkunststoffe.

Kreislaufwirtschaft im medizinischen Labor - Nutzung von infektiösem Kunststoffabfall aus dem Labor zur Herstellung von hygienisch unbedenklichen Rezyklaten für neue hochwertige Kunststoffprodukte

Zielsetzung: Der Gesundheitssektor zu dem HygCen Germany als akkreditiertes Prüflabor für Desinfektionsmittel und Medizinprodukte gehört ist für 4,4% der Treibhausgase verantwortlich. Besonders hoch ist der Anteil der Emissionen im Scope 3. Diese Emissionen umfassen sonstige indirekte Treibhausgas-Emissionen, die schwerpunktmäßig mit den Unternehmenstätigkeiten verbunden sind. Für HygCen Germany beinhaltet das insbesondere den hohen Verbrauch von hochwertigen Einmal-Kunststoffartikeln, die aktuell nach Gebrauch zunächst autoklaviert werden und anschließend als Abfall entsorgt werden. Infektiöse Abfälle aus dem Gesundheitsbereich werden in Deutschland als gefährlicher Abfall mit dem Abfallschlüssel 18 01 03* zunächst mit in der RKI-Liste aufgeführten Verfahren inaktiviert und müssen anschließend als Abfall mit dem Abfallschlüssel 18 01 04 thermisch verwertet werden. Die Krankenhäuser in Deutschland produzieren im Jahr rund 4,8 Millionen Tonnen Müll. Die gemeinnützige Organisation Practice Greenhealth geht davon aus, dass rund 25 Prozent des anfallenden Abfalls in Krankenhäusern aus Plastik besteht. Das sind 1,2 Millionen Tonnen Plastik. Wenn es mit unserem Verfahren perspektivisch gelingt 10% davon stofflich zu recyclen, wären das etwa 100 000 Tonnen Plastik und somit ein ganz erheblicher Beitrag zum Klimaschutz. Gemeinsam mit den Projektpartnern, dem Maschinenbauer Ermafa Environmental Technologies GmbH und dem Institut für Polymer- und Produktionstechnologien e. V. IPT möchten wir die Machbarkeit dieses Vorhabens prüfen.

Recycling von Kunststoffabfaellen

Chemischer Abbau von Thermoplasten und Duromeren durch Hydrolyse u.a. Verfahren. Aufarbeitung der Abbauprodkute. Recycling durch Einsatz als Rohstoffe bei der Herstellung der Kunststoffe.

Strandmüllmonitoring arktischer Küsten mittels fernerkundlicher Methoden und automatisierter Datenauswertung durch künstliche Intelligenz

Deutschland möchte mit der Fortführung der Forschung an einer Methode zur möglichst automatisierten Erkennung von Müll an arktischen Küsten weiterhin die Arktischen Staaten dabei unterstützen, ein arktisweit einheitliches (oder zumindest vergleichbares) Verfahren zu etablieren, das es ermöglicht, den Umweltzustand arktischer Küstenabschnitte hinsichtlich des Vorhandenseins von Müll jetzt und in Zukunft zu erfassen und zu bewerten. Ziel des Projektes ist es, eine Methode zu entwickeln, mittels derer Küsten- und Stranduntersuchungen in der Arktis per Drohne durchgeführt werden können. Bei der Erarbeitung der entsprechenden Methodik liegt der Fokus auf der Ermittlung arktisspezifischer Parameter und der automatisierten Auswertung gewonnener Daten. Die Konzeption soll zunächst an geeigneten Teststränden oder Gebieten in Deutschland erfolgen und dann in der Arktis validiert werden. Des Weiteren sind Konzepte zu erarbeiten, wie beispielsweise arktische Gemeinden, lokale Forschungseinrichtungen oder auch andere Stakeholder wie etwa Reiseunternehmen, die im Arktisraum agieren, die Methode anwenden können. Im Zuge der automatisierten Auswertung soll eine KI entwickelt und trainiert werden, mit der die generelle Detektion von Kunststoffmüll an Küsten und Stränden in der Arktis möglich ist und ggf. auch eine automatisierte Kategorisierung der Müllteile erfolgen kann.

Entwicklung eines Verfahrens zur Wiederaufbereitung von Polyolefinabfaellen

Abfaelle aus polyolefinischen Materialien fallen einerseits in grossen Mengen in Form von Verpackungsmaterial oder Ein-Weg-Gebrauchsgegenstaenden beim Endverbraucher an. Andererseits werden auch bei der Herstellung von Polyolefinen, je nach Herstellungsverfahren und -bedingungen niedermolekulare und wachsartige Nebenprodukte erhalten, die nur zum geringen Teil Verwendung finden. Diese Abfaelle - sowohl die Nebenprodukte aus der Produktion als auch die Abfaelle aus dem Endverbrauch - werden zum groessten Teil verworfen und finden nur zum geringen Teil Anwendung, z.B. bei der Dampferzeugung in Kraftwerken oder Muellverbrennungsanlagen. Mit dem Forschungsprojekt soll daher geprueft werden, wie weit aus diesen Polyolefinabfaellen die Rohstoffe - Aethylen oder Propylen - oder andere Komponenten der chemischen Grundstoffproduktion - z.B. Acetylen - gewonnen werden koennen.Bei den entwickelten Verfahren wurden, im Gegensatz zu den mechanisch-thermischen Aufbereitungsverfahren, die Polyolefine einer partiellen Oxidation unterworfen. Bei dem Forschungsprojekt wurde zunaechst von ataktischem Polypropylen ausgegangen. Dies wurde aufgeschmolzen und in einem Injektionsbrenner zerstaeubt und anschliessend in einer Brennkammer mit Sauerstoff partiell oxidiert. Der Oxidationsvorgang wird dabei durch die Eigenschaften des Brennstoffnebels - Troepfchengroesse, Relativgeschwindigkeit Troepfchen/Gas- und durch die Menge des im Unterschuss eingesetzten Sauerstoffs beeinflusst. Hierdurch laesst sich die Produktverteilung bei der partiellen Oxidation, insbesondere die Konzentration an Olefinen und Acetylen, in relativ weiten Grenzen steuern.

Transport und Verbleib von Mikroplastik in Süßwassersedimenten

Mikroplastik (MP, Plastikteile kleiner als 5 mm) werden als neu aufkommende Schadstoffe betrachtet und neuste Studien belegen die potentielle Gefahr von MP für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Die Forschung hat sich bisher mehrheitlich auf die Untersuchung von MP in der marinen Umgebung konzentriert. Allerdings konnte MP auch vermehrt Süßwasser und -sedimenten weltweit nachgewiesen werden. Als Primärpartikel oder Sekundärprodukte aus dem Abbau von Makroplastik kann MP entweder direkt toxisch wirken oder als Überträger von sorbierten Schadstoffen fungieren. Neuste Studien belegen außerdem, dass MP in die menschliche Nahrungskette eindringen kann. Weiterhin können die dem MP beigefügten endokrinen Disruptoren wie Bisphenol A (BPA) and Nonylphenol (NP) während der Transportprozesse an das Süßwasser abgegeben werden. Dabei können Flussbettsedimente potentielle Hotspots für die Akkumulation von MP und deren Additive darstellen.Das Hauptziel dieses Projektes ist, die Akkumulation und den Transport von MP in Süßwasser und -sedimenten näher zu untersuchen. Dabei soll den folgenden beiden grundsätzlichen Fragen nachgegangen werden:(i) Welche Prozesse kontrollieren Transport und Akkumulation von MP verschiedener Größe, Dichte und Zusammensetzung und wie bilden sich sogenannte Mikroplastik-Hotspots in der hyporheischen Zone?(ii) Wie können Transport und Akkumulation von MP sowie die Freisetzung von Additiven wie BPA und NP unter variablen Umweltbedingungen beschrieben und vorhergesagt werden? Zwei Arbeitspakete (WP) sollen helfen, diese Fragen zu beantworten:WP1 befasst sich mit den Auswirkungen der grundlegenden Eigenschaften von MP wie Größe, Form, Zusammensetzung, Dichte, Auftrieb auf deren Transport und untersucht systematisch, wie verschiedene Arten von MP in der hyporheischen Zone (hier Flussbettsedimente) unter diversen hydrodynamischen und morphologischen Bedingungen akkumulieren. Dafür sollen Versuche in künstlichen Abflusskanälen (artificial flumes) durchgeführt werden. In diesen Versuchen werden repräsentative hydrodynamische und morphologische Bedingungen geschaffen, um eine Spannbreite an primären und sekundären MP zu testen, ihr Transportverhalten zu beschrieben und die Freisetzung von Additiven näher zu untersuchen. MP wird mit verschiedensten Methoden charakterisiert, z.B. mit single particle ICP-MS zur Bestimmung der Größe oder FT-IR zur Bestimmung des vorherrschenden Polymers. Während der Flume-Experimente werden die Eigenschaften der Sedimente, des Porenwassers und der Biofilme, sowie die Konzentration an BPA und NP gemessen und später analysiert, um die Reaktivität der Akkumulationshotspots zu bestimmen.WP2 beinhaltet die Entwicklung und Anwendung eines Models, um MP-Transport sowie die Freisetzung von Additiven in der hyporheischen Zone vorherzusagen. Da Modelle, die momentan im Bereich Stofftransport verwendet werden nicht für MP ausgelegt sind, soll die Lattice-Boltzmann Methode als neuer Modellansatz verfolgt werden.

Visualisierung mikrobieller Gemeinschaften auf marinem Mikroplastik: Identifikation, Interaktionen und Auswirkungen

Marines Mikroplastik (MMP) ist eine zunehmende anthropogene Verschmutzung in den Meeren. Der Einfluss auf marine Tiere, durch Verfangen und verschlucken von Plastikmüll, ist bekannt. Aber der Einfluss von MMP auf Mikroorganismen, wie Bakterien, Archaeen und Protisten, die die Basis der Nahrungsnetze bilden, ist kaum verstanden. Auf Grund der besonderen Eigenschaften von MMP, kann es als neues Habitat und als Transportmittel für bestimmte u.a. auch gesundheitsgefährdende Mikroorganismen dienen, die über lange Distanzen bis in entlegene Regionen transportiert werden können. Darüber hinaus kann MMP das Zusammenleben von Mikroorganismen in enger Nachbarschaft ermöglichen und die Stoffwechselwege vieler verschiedener Verbindungen beeinflussen. Um den Einfluss von MMP und ihrer assoziierten Mikroorgansimen auf marine Ökosysteme zu verstehen, müssen wir die Zusammensetzung und Interaktionen von mikrobiellen Gemeinschaften auf MMP identifizieren und ihre globale Ausbreitung untersuchen. Ich möchte die Diversität und die räumliche Verteilung von mikrobiellen Gemeinschaften auf MMP charakterisieren. Proben von MMP wurde bereits von meinem Gastinstitut in verschiedenen Meeresregionen (Atlantik, Pazifik, Indischer Ozean) gesammelt. Mein Ziel ist es: 1) zu identifizieren, welche Mikroorganismen auf MMP vorkommen; 2) die lokale Verteilung und Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft auf MMP und in Experimenten auf Bioplastikpartikeln zu untersuchen; 3) zu verstehen, welche Mikroorganismen am stärksten mit der Polymer Oberfläche assoziiert sind; 4) herauszufinden, ob es charakteristische Mikrobiome auf MMP in verschiedenen Meeresregionen gibt und 5) zu untersuchen, welche Mikroorganismen MMP abbauen können. Die Chancen für die erfolgreiche Durchführung des vorgeschlagenen Projekts ist hoch, da präperierte Proben bereits in meinem Gastlabor vorhanden sind, an denen die innovative Mikroskopiertechnik namens CLASIFISH (Combinatorial Labelling and Spectral Imaging Fluorescence In Situ Hybridization) angewandt werden kann. Diese Methode ermöglicht es viele verschiedene Mikroorganismen und ihre räumliche Verteilung auf einem Plastikpartikel schnell und präzise zu identifizieren. Ich möchte diese Methode an Proben aus dem Atlantik und Pazifik anwenden, sowie Mikroben identifizieren, die im offenen Ozean Plastik abbauen. Zusätzlich möchte ich Inkubationsexperimente mit Bakterienkulturen, die bereits auf Plastik identifiziert wurden und in meinem Gastinstitut zur Verfügung stehen, auf Bioplastikpartikeln durchführen. Mit diesen Experimenten möchte ich herausfinden, wie sich mikrobielle Gemeinschaften auf Bioplastik über die Zeit entwickeln und ob bzw. wie diese Mikroben Plastik abbauen. Für diese Inkubationsexperimente möchte ich FISH, CLASIFISH, scanning electron microscopy sowie metagenomische und metatranscriptomische Ansätze verwenden.

Nichtinvasive Detektion von Mikroplastikpartikeln im Boden - Analyse der Auswirkungen von Mikroplastik auf Bodenaggregate, Wurzeln und Infiltrationsverhalten

Weltweit werden Böden zunehmend mit Plastikmüll belastet. Der kontinuierliche Eintrag von Mikroplastik beeinflusst Lebensbedingungen von Pflanzen und Bodenorganismen. Bislang verstehen wir nur unzureichend, wie sich die Anwesenheit von Mikroplastik auf Struktur und Funktionsweise des Bodens auswirkt. Es ist unklar, wie stark die Rhizosphäre dadurch beeinflusst wird und welche Risiken sich daraus für die Pflanzen ergeben. Inzwischen gibt es verschiedene Analyseverfahren, um unterschiedliche Aspekte der Mikroplastikverschmutzung des Bodens zu untersuchen. Allerdings beinhalten diese Verfahren üblicherweise Prozessschritte, bei denen die Integrität der Probe zerstört wird, wodurch sich der Zusammenhang zwischen der Verteilung von Mikroplastik in der Probe und der Mikrostruktur und Hydraulik des Bodens nicht mehr erschließen lässt. Vor kurzem haben wir jedoch einen nicht-invasiven Ansatz entwickelt, mit dem Mikroplastik in sandigen Böden nachgewiesen werden kann. Mittels komplementärer Neutronen- und Röntgentomographie lassen sich Mikroplastikpartikeln im trockenen Boden detektieren und gleichzeitig die dreidimensionale Struktur der Bodenmatrix analysieren. In diesem Projekt wird die Methode getestet, optimiert und dann angewandt, um besser zu verstehen, wie Mikroplastik unterschiedlicher Größe und Form die Mikrostruktur und Eigenschaften des Bodens beeinflusst. Außerdem wird untersucht, ob in die Rhizosphäre eingelagertes Mikroplastik die Bedingungen für das Wurzelwachstum und die Wasseraufnahme verändert und welchen Einfluss Mikroplastik unterschiedlicher Größe und Form auf die Infiltration und Wasserbewegung im Boden hat. Zunächst wird die Auflösung der Methode optimiert, um auch sehr feine Strukturen, wie Mikroplastikfasern und Folienfragmente, detektieren zu können. Die Segmentierung der 3D Bilddaten wird durch die Berücksichtigung von Form-Deskriptoren sowie durch Maschinelles Lernen unterstützt, um Mikroplastikpartikeln von organischen Bodenbestandteilen zu unterscheiden. In einem Aggregationsexperiment mit wird für einen natürlichen Sandboden der Einfluss von Mikroplastikfasern auf die Bildung und Stabilität von Bodenaggregaten mittels hochauflösender Dual-mode Tomographie analysiert. Im nächsten Schritt wird die Rhizosphäre junger Mais- und Lupinenpflanzen untersucht, um potentielle Einflüsse verschieden geformter Mikroplastikpartikel auf lokale Strukturen der Bodenmatrix, Wurzeln und Wasserpfade zu ermitteln. Schließlich werden wir High-Speed Neutronentomographie einsetzen, um dynamischen 3D-Infiltrationsmuster in Bodensäulen mit und ohne Wurzelsysteme zu erfassen. Die Form und Geschwindigkeit der Wasserfront wird zeigen, ob und wie die Bodenbenetzbarkeit durch eingelagerte Mikroplastikpartikel beeinflusst wird. Das vorgeschlagene Projekt wird einzigartige neue Einblicke in die durch Mikroplastik modifizierte Struktur der Bodenmatrix geben, die für das mechanistische Verständnis der resultierenden Bodeneigenschaften gebraucht werden.

Sachstand über gefährliche Stoffe in Produkten aus Massenkunststoffen und Ableitung von Anforderungen an Rezyklate

Um das Ziel der Stärkung des Kunststoffrecyclings im Sinne der zirkulären Ökonomie zu erreichen, ist es notwendig, die Kenntnis über Additive, gefährliche Stoffe (eingestuft gemäß CLP-Verordnung oder SHVC nach REACH) und Degradationsprodukte in Kunststoffen sowie über Kontaminationen in Kunststoffabfällen zu vertiefen. Das Vorhaben soll an die Ergebnisse des Berichtes UM 19 34 5080 anknüpfen und die Frage des Gehaltes an gefährlichen Stoffen und der Rezyklatqualität für Produkte aus Massenkunststoffen wie Haushaltswaren, Sport/Spiel/Freizeit, Möbel, Landwirtschaft und Verpackungen untersuchen. Ziele des Vorhabens sind: 1) Gesamtüberblick über die Verwendung von gefährlichen Stoffen in Kunststoffen, welche üblicherweise für die betrachteten Anwendungen zum Einsatz kommen, 2) Identifizierung und Entwicklung von Verfahren zur Identifikation und Quantifizierung gefährlicher Stoffe zur Beurteilung des Aufbereitungserfolges und 3) Ableitung von Anforderungen an Kunststoffrezyklate für ausgewählte Einsatzbereiche.

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