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Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CULTEX Laboratories GmbH durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die Reduktion von Tierversuchen im Bereich der akuten Inhalationstoxikologie mittels einer standardisierten in vitro Direktexpositionsmethode zur Untersuchung partikelhaltiger Atmosphären. Bestimmung des zytotoxischen und inflammatorischen Potentials der Teststäube. Die Daten werden zur Beurteilung der Intra- & Inter-Laboratoriumsvariabilität herangezogen und müssen Aufschluss über deren Reproduzierbarkeit, Robustheit und Stabilität geben sowie die Grundlage für die Prävalidierung der Methode liefern. Die Daten fließen in ein Prädiktionsmodell ein, das Aufschluss über die In-vitro-/In-vivo-Korrelation gibt. Zu Projektbeginn werden die experimentellen Voraussetzungen geschaffen, um die prüfungsspezifischen Anforderungen an das In-vitro-System zu realisieren. Gleichzeitig werden Methoden etabliert, die zur Exposition der kultivierten Zellen, der Charakterisierung der Expositionsatmosphäre sowie der Bestimmung der biologischen Endpunkte notwendig sind. Dann werden Expositionen mit ausgewählten Partikeln (DQ12, TiO2-P25, CB14, ZnO, BaSO4, ALOOH I, CeO2, ZrO2, CuO nano und CuO micro) in den 3 Expositionslaboratorien durchgeführt. Die Auswahl der Stoffe richtet sich nach deren Toxizität, Verfügbarkeit, dem Handling und ihrem Status als Referenzsubstanzen für inhalationstoxikologische Untersuchungen. Abschließend erfolgt anhand der ermittelten Datenlage eine Bewertung der In-vitro-Methode (Prävalidierung) und die Erstellung eines Prädiktionsmodells. Im Bereich der Industriechemikalien, aber auch bei Verbraucherprodukten und Umweltstoffen besteht ein erhebliches Interesse an einfachen, aber dennoch aussagekräftigen JPrüfmethoden zur Beurteilung des zytotoxischen Potentialsluftgetragener Substanzen (Partikeln). Hier bieten sich In-vitro-Methoden mit Zellen des Respirationstraktes vom Menschen an, die aufgrund neuer innovativer Expositionstechniken direkt mit den Stoffen im Kontakt gebracht werden und analog zur In-vivo-Situation ihre biologischen Wirkung entfalten können. Unter der Voraussetzung einer positiven Prävalidierung mit sich anschließender Validierungsphase, kann ein solches Verfahren in andere Laboratorien transferiert und der Industie zur Erhebung toxikologisch anerkannter Ergebnisse angeboten werden.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Pathologie durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die Reduktion von Tierversuchen im Bereich der akuten Inhalationstoxikologie durch Einsatz einer standardisierten in vitro Direktexpositionsmethode zur Untersuchung partikelhaltiger Atmosphären und Bestimmung des zytotoxischen und inflammatorischen Potentials der betreffenden Teststäube. Die Daten werden zur Beurteilung der Intra- und Inter-Laboratoriumsvariabilität herangezogen und müssen sowohl Aufschluss über deren Reproduzierbarkeit, Robustheit und Stabilität geben, als auch die Grundlage für die Prävalidierung der Methode liefern. Zu Projektbeginn werden die experimentellen Voraussetzungen geschaffen, um die unter den prüfungsspezifischen Bedingungen notwendigen Anforderungen an das In-vitro-System zu realisieren. Gleichzeitig werden Methoden etabliert und evaluiert, die zur Exposition der kultivierten Zellen mit Partikeln, der Charakterisierung der Expositionsatmosphäre sowie der Bestimmung der biologischen Endpunkte notwendig sind. Im nächsten Schritt werden Expositionen mit ausgewählten Partikeln (DQ12, TiO2-P25, CB14, ZnO, BaSO4, ALOOH I, CeO2, ZrO2, CuO nano und CuO micro) in den 3 Expositionslaboratorien durchgeführt. Die Auswahl der Stoffe richtet sich nach deren Toxizität, Verfügbarkeit, dem Handling und ihrem Status als Referenzsubstanzen für inhalationstoxikologische Untersuchungen. Abschließend erfolgt anhand der ermittelten Datenlage eine Bewertung der In-vitro-Methode (Prävalidierung) und die Erstellung eines Prädiktionsmodells.

Biozidfreier Bewuchsschutz für die Marikultur

Das Projekt "Biozidfreier Bewuchsschutz für die Marikultur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IMARE Institut für Marine Ressourcen GmbH durchgeführt. Pflanzlicher und tierischer Aufwuchs (Biofouling) ist ein allgegenwärtiger Vorgang in aquatischen Lebensräumen, der auch in der Marikultur bekannt ist. Um den Aufwuchs zu unterdrücken, werden Netze in der konventionellen Fischzucht mit Kupfer-haltigen Tauchbeschichtungen imprägniert. Dies führt beispielsweise im Berichtsgebiet der OSPAR Kommission (2009) zu jährlichen Emissionen von mindestens 454 metrischen Tonnen (MT) Kupferoxid. Anderseits können ungeschützte und nicht gereinigte Netze eine Biomasse zwischen 2-8 kg/m2 Netzfläche an sich binden. Gegenstand des Projektes 'Biozid-freier Bewuchsschutz für die Marikultur' ist es deshalb, neue Biozid-freie Beschichtungsmaterialien in Kombination mit einer mechanischen Reinigung zu erzeugen. Dies ermöglicht einen Vergleich des Biozid-freien Bewuchsschutz in der Marikultur unter dem Gesichtspunkt der Eutrophierung gegenüber einer organischen und einer Kupferbasierten Aquakultur. Anhand der Ergebnisse wird diskutiert, unter welchen Umständen kleinere Farmbetriebe auf einen Biozid-freien Bewuchsschutz umsteigen könnten, um die Umwelt zu entlasten und sich ein Wechsel zur Produktion von 'Biofisch' unterstützen lässt.

Einsatz einer integrierten Sprühbeize bei der Fertigung von NE-Metallblechen zur innovativen Materialflussoptimierung und Steigerung der Ressourceneffizienz + Messprogramm

Das Projekt "Einsatz einer integrierten Sprühbeize bei der Fertigung von NE-Metallblechen zur innovativen Materialflussoptimierung und Steigerung der Ressourceneffizienz + Messprogramm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl Schreiber GmbH durchgeführt. Die Carl Schreiber GmbH mit Sitz in Neunkirchen (Nordrhein-Westfalen) ist ein mittelständisches, metallverarbeitendes Unternehmen. Das Unternehmen fertigt Platten, Bleche, Ronden, Ringe und Zuschnitte aus Kupfer und Kupferlegierungen. Ziel des Vorhabens ist die Einführung eines neuen energieeffizienten Verfahrens zur Oberflächenbehandlung. Beim Warmwalzen bildet sich auf der Oberfläche eine Zunderschicht aus Kupferoxiden, die anschließend durch einen Beizprozess entfernt werden muss. Dieser Beizprozess ist im Wesentlichen für die Abwasser- und Abfallprobleme der Branche verantwortlich. Während bei herkömmlichen Verfahren Walz- und Beizprozesse getrennt sind, soll am Standort erstmalig eine Anlage im großtechnischen Maßstab errichtet werden, die in einem integrierten Prozess alle Bearbeitungsschritte (Warmwalzen, Entzundern, Richten und Beizen) vollzieht. Das Konzept besteht aus einer Beizstraße, die in den Walz- und Richtprozess integriert ist. Die Bleche werden nach dem Walzen abgeschreckt. Somit wird die Zunderbildung um ca. 90 Prozent vermindert. Beizdauer und Beizmenge können somit reduziert werden. Das Beizen erfolgt künftig in einer Sprühbeize. Diese kann die Restwärme der gewalzten Bleche für einen effizienten Beizvorgang nutzen. Hierdurch kann sowohl auf das ständige Umwälzen als auch auf das Erwärmen der Beizflüssigkeit verzichtet werden. Durch die Realisierung des Vorhabens können etwa 217.000 kWh elektrische Energie pro Jahr eingespart werden. Das entspricht rund 170 Tonnen CO2, die pro Jahr vermieden werden können.

Die Vergiftung von Katalysatoren zur katalytischen Reinigung von Abgasen durch selektive und nicht-selektive Gifte

Das Projekt "Die Vergiftung von Katalysatoren zur katalytischen Reinigung von Abgasen durch selektive und nicht-selektive Gifte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA - Deutsche Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen, Chemische Technik, Biotechnologie und Umweltschutz e.V. durchgeführt. Anhand eines Modellsystems soll das Vergiftungsverhalten industriell zur Abluftreinigung eingesetzter Katalysatoren unter definierten Bedingungen bestimmt werden. Als Vertreter der zu entfernenden Abluftinhaltsstoffe wurde hierbei Ethan gewaehlt (als Beispiel fuer Kohlenwasserstoffe) und als vergiftungswirksame Substanz ein Siliziumester. Siliziumverbindungen treten zum Beispiel als Additiv in Lacken auf, die in geringen Mengen auch in der Abluft zu finden sind. Die fuer die Vergiftung der Katalysatoren massgeblichen Prozesse sollen damit identifiziert werden. Sofern eine mathematische Modellierung der Vergiftung moeglich ist, werden die benoetigten Eingabeparameter bestimmt. Ziel ist, eine Berechnung oder zumindest eine Abschaetzung der Standzeiten in Abhaengigkeit von den Betriebsparametern (Temperatur, Katalysatormenge, Giftkonzentration etc) zu ermoeglichen und/oder Wege zur Standzeitverlaengerung bzw Regenerierung der verbrauchten Katalysatoren aufzuzeigen. Als Ersatz fuer die durch ihren Edelmetallgehalt teueren Platin-Traegerkatalysatoren soll die Eignung von oxidischen Kontakten auf Basis von Kupferoxid untersucht werden.

Synthese und Untersuchung von Precursoren für Absorbermaterialien für Dünnschichtsolarzellen

Das Projekt "Synthese und Untersuchung von Precursoren für Absorbermaterialien für Dünnschichtsolarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät für Chemie und Biochemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie II durchgeführt. Gesamtziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung von neuen Absorbermaterialien aus unbegrenzt verfügbaren Rohstoffen, und die Einbettung von Absorbermaterial-Nanopartikeln in Schichtsysteme für Dünnschichtsolarzellen. Der Beitrag des Teilprojektes RUB dazu besteht in der Entwicklung und Bereitstellung von metallorganischen Präkursoren (MOPs) für die Herstellung der nanoskaligen Absorbermaterialien. RUB entwickelt MOPs für die Nanopartikelsynthese, die sich sowohl in der Gasphase prozessieren lassen (Abscheidung = CVS, CVD) als auch in Lösung (Kolloidchemie). Dazu stellt RUB MOPs her (chemische Synthese) und bemustert damit die Partner UDE (5-25 g je MOP). Die Auswahl, Charakterisierung und Entwicklung der MOPs erfolgt mit Blick auf die für Solarmaterialien relevanten Komponenten. Ausgehend von in der Literatur beschriebenen Leitstrukturen für die Cu-, Fe- und Zr-Komponenten in Cu2S, Cu2O, FeS2, FeSi2, und ZrS2 werden geeignete MOPs identifiziert, synthetisiert und ggf. chemisch modifiziert und in CVD/ALD-Prozessen vorgetestet. Auf der gleichen Präkursorbasis neuartige, nasschemische Prozesse für die Partikelsynthese entwickelt und die (nichtwässrigen) Kolloide den Partnern (Evonik) verfügbar gemacht. Für die Metall-Komponenten sind MOPs vom Amid-, Amidinat-, Guanidinat-Typ, (Flüchtigkeit, Löslichkeit, Reaktivität) viel versprechend. Die Eigenschaften dieser MOPs gegenüber S, Si- und O-Komp. (z.B. H2S, Thiolen, Dislufiden; Silanen; H2O, Alkoholen, O2, O3) werden untersucht.

Teilvorhaben 1: Sensorenentwicklung

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Sensorenentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Innerhalb dieses Vorhabens soll ein in-situ Sensorsystem erforscht und entwickelt werden, das sowohl Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) als auch Schwefelwasserstoff (H2S) hochgenau detektieren kann. Dazu ist die Integration verschiedener Technologien in ein einziges Messgerät notwendig, das der hochkorrosiven Umgebung einer Biogasanlage widerstehen kann. Um eine kostengünstige Lösung zu ermöglichen kommen innovative, neuartige Lösungsansätze zum Einsatz, deren Leistungsfähigkeit mindestens den zurzeit verwendeten Geräten entspricht. Gleichwohl sollen die Kosten aber um ein Vielfaches geringer sein. Durch eine solche Lösung wird eine großflächige, hochaufgelöste Überwachung der Gaszusammensetzung aller Prozessschritte der Biogasprozesskette möglich. Hierbei soll für die Detektion von CH4 und CO2 ein kostengünstiges optisches Verfahren erforscht werden. Damit auch H2S kostengünstig und genau gemessen werden kann, soll eine konzeptionell neue, metalloxid-basierte Messmethode erforscht werden. An dem Vorhaben sollen die Gassensorgruppe des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg und das KMU J.Dittrich Elektronics GmbH & Co. KG beteiligt sein. Dabei wird das IMTEK die grundlagenwissenschaftlichen Fragenstellungen bearbeiten, die sich auf die Bereiche Spektroskopie, Oberflächenphysik und Mikrosystemtechnik erstrecken. Die nachfolgenden Arbeitsschritte beschreiben den geplanten Weg die inkjetgedruckten gassensitiven CuO-Schichten und die dazugehörigen Substrate zur Anwendertauglichkeit zu verbessern: Materialentwicklung - Stabile druckbare Suspensionen Fertigungsverfahren - Herstellung der sensitiven Schichten mittels InkjetDesign / Layout / Charakterisierung Sensorelement. Analog zum Schwelwasserstoffsensor werden hier die Schritte beschrieben, die auf dem Weg zu einem anwendungsfähigen, photoakustikbasierten CH4/CO2 Sensor notwendig sind.

Abluftreinigung durch Kondensation und katalytische Nachverbrennung: Entwicklung, Evaluierung eines neuartigen Reaktorprinzips fuer verschiedene Schadstoffgruppen

Das Projekt "Abluftreinigung durch Kondensation und katalytische Nachverbrennung: Entwicklung, Evaluierung eines neuartigen Reaktorprinzips fuer verschiedene Schadstoffgruppen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laumen Thermotechnik Gesellschaft für Thermische und Mechanische Verfahrenstechnik durchgeführt. Das Vorhaben hat zum Ziel, einen neuen Reaktortyp fuer die katalytische Verbrennung von Schadgasen zu entwickeln und ihn auf seine Eignung zur Zersetzung von Gasen aus verschiedenen Schadstoffgruppen (KW, Aromaten, CKW, FCKW, Dioxine) zu untersuchen. Der Reaktor basiert auf einer Aluminiummatrix, die ihm eine so hohe Waermeleitfaehigkeit verleiht, dass er von aussen thermisch zu fuehren sein wird. Das ermoeglicht im exo-, auto- und endothermen Betrieb das Einhalten exakt vorgegebener Temperaturen und vermeidet damit die Nachteile bisher ueblicher Reaktoren (hoeherer Ausbrand, hoehere Standzeit, keine Temperaturspitzen). Als aktive Substanz soll ein (billiger) Kupferoxidkatalysator eingebracht werden. Der Reaktor soll als Modulsystem aufgebaut und dadurch an die vielfaeltigen Forderungen von Kleinemittenten mit dem oa Schadstoffspektrum anpassbar werden.

Teilprojekt 4: Neue Festkörperphasen I - Synthese und Charakterisierung, gezielte Optimierung

Das Projekt "Teilprojekt 4: Neue Festkörperphasen I - Synthese und Charakterisierung, gezielte Optimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Chemie, Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Im Rahmen des vorliegenden Teilprojekts zu ReAlSelOx sollen neue Festkörperphasen für die selektive Oxidation von Alkanen synthetisiert und kristallographisch charakterisiert werden. Als Zielverbindungen werden einerseits polynäre Phosphate von Vanadium(IV) und Vanadium(V) mit Cr2O3, Fe2O3, CoO, NiO und CuO angestrebt (z. B.: CuV2O2(PO4)2). Als zweite Substanzklasse sollen gemischte Phosphat-vanadate (z. B. Fe(VO)(PO4)2) und Phosphat-molybdate, ebenfalls in Kombination mit den genannten Oxiden, untersucht werden. Zur Synthese und Kristallisation der Zielverbindungen stehen in der Arbeitsgruppe Glaum klassische Hochtemperatursynthesen, chemische Transportreaktionen über die Gasphase und Hydrothermalsynthesen zur Verfügung. Zur Verfolgung des Reaktionsverlaufs bei Hochtemperaturexperimenten wie auch zur Charakterisierung des thermischen Verhaltens der erhaltenen Stoffe sind temperaturabhängige Guinieraufnahmen vorgesehen. Ein Heizkopf für eine Guinierkamera ist Teil dieses Antrags. Zur systematischen Suche nach neuen Verbindungen in Systemen MO/VO2/P2O5, MO/V2O5/P2O5 und M2O3/V2O5/P2O5 sollen die entsprechenden Phasendreiecke bezüglich der Gleichgewichtsbeziehungen geklärt werden. Für die dazu notwendige röntgenographische Charakterisierung zahlreicher Proben stehen image plate Guinierkameras zur Verfügung. Einkristalldiffraktometer, verschiedene elektronenmikroskopische Techniken und Festkörperkernresonanz stehen in Kooperation mit anderen Arbeitsgruppen des Instituts zur Verfügung. Die in der AG Glaum synthetisierten Phasen sollen durch Zusammenarbeit mit BASF SE und HTE bezüglich ihrer katalytischen Eigenschaften untersucht werden. Für besonders erfolgversprechende Kandidaten ist deren eingehende Charakterisierung am FHI geplant. Wissenschaftliche Erkenntnisse und Ergebnisse werden publiziert und in Dissertationen dokumentiert. Veröffentlichung und Patentanmeldung werden gemäß des rechtlichten Rahmens und in Absprache mit den Kooperationspartnern erfolgen.

Passivierung und Einbau von Nanopartikeln in Siliziummatrix für Solarzellen

Das Projekt "Passivierung und Einbau von Nanopartikeln in Siliziummatrix für Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Industries AG durchgeführt. Im Verbundvorhaben sollen hocheffiziente, neuartige Absorberschichten unter Verwendung nano-kristalliner Materialien entwickelt werden. Die vorgesehenen Materialien sind nach aktuellem Kenntnisstand als unbedenklich einzustufen und bestehen aus nahezu unbegrenzt verfügbaren Rohstoffen. Insbesondere sollen im Projekt die Wirkungsgrade von Silizium-Dünnschichtsolarzellen (Stapelzellen) bei gleichzeitiger Reduzierung der Schichtdicke signifikant verbessert werden unter Ausnutzung der wesentlichen Vorteile der Silizium-Dünnschichttechnologie. Bevorzugt werden Materialien mit einem sehr hohen Absorptionskoeffizienten ausgewählt, die in nanopartikulärer Form in silizium-basierte Absorberschichten eingebaut werden. Geplant ist die Verwendung von Materialien mit unterschiedlicher, direkter Bandlücke und hohem Absorptionskoeffizienten wie FeSi2, FeS2, Cu2S, Cu2O und ZrS2, um das Absorptionsspektrum der Schichten im Vergleich zu Silizium deutlich zu erweitern. Durch die Entkopplung von Nanopartikelsynthese und Schichtwachstum sollen wichtige Freiheitsgrade bezüglich der Optimierung von Partikel- und Schichteigenschaften genutzt werden. Dadurch werden die Ziele einer signifikant verbesserten Wirtschaftlichkeit bei reduziertem Materialbedarf mit einer unbegrenzten Ressourcenverfügbarkeit kombiniert und eine nachhaltige Entwicklung bei der umweltfreundlichen Energiewandlung durch Photovoltaik gesichert.

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