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Umwelthygienische Untersuchungen von Recyclingprozessen und -Produkten

Die stoffliche Wiederverwertung von Abfaellen, wie Kunststoffen, Loesungsmittel, Elektronikschrott und Papier, schont die Umwelt und die Rohstoffressourcen. Dabei werden Materialien jedoch haeufig in anderen Bereichen eingesetzt als im urspruenglichen Einsatzgebiet. Ob die fuer den Ersteinsatz erforderlichen Bestandteile und Additive, sowie bei der Erstverwendung hinzugekommenen Verunreinigungen und Schadstoffe, etwa beim Einsatz von Loesungsmitteln, beim Recyclingprozess selbst oder beim Folgeeinsatz der recylierten Produkte umwelthygienische Probleme verursachen koennen, ist gegenstand einer ganzen Reihe von Untersuchungen im Labor- und Pilotmassstab, z.T. gemeinsam mit Industriepartnern im Rahmen von Auftragsarbeiten. Auch werden dabei Aspekte der Entgiftung von Laborabfaellen vor einem moeglichen Recycling mituntersucht.

Räumlich verzweigte Flechtstrukturen für betongefüllte FVK-Tragwerkskonstruktionen, Teilvorhaben: Herstellen der ausspülbaren Kerne zum Umflechten mit einem nachhaltigen Kernsystem

Entwicklung eines Recyclingverfahrens für Perowskit-Module

Zielsetzung: Ziel von PeroCycle ist es, ein industrietaugliches Recyclingverfahren für Perowskitmodule zu entwickeln. Da Perowskitmodule umwelt- und gesundheitsschädliches Blei enthalten, sollte bereits jetzt an die Entsorgung der Module nach Erreichen der Lebensdauer gedacht werden. In unserem Projekt sollen Perowskit-Minimodule am ZSW hergestellt und verkapselt werden. Dadurch, dass unterschiedliche Arten von Modulen recycelt werden sollen, wird gleichzeitig die Praxistauglichkeit des Recyclingverfahrens geprüft. Die verkapselten Perowskit-Module sollen bei der FLAXRES GmbH mittels Lichtpulstechnologie aufgetrennt werden. Getestet werden soll eine Auftrennung so, dass der Glas-Polymer-Verbund, und damit das Glas als Ganzes, effektiv vom Absorbermaterial getrennt wird. Somit soll im Gegensatz zum gängigen Schreddern keine Vermischung mit den anderen Materialien erfolgen. Das Glas kann daher erneut zu Flachglas verarbeitet werden. Das Perowskit-Absorbermaterial wird sortenrein eingesammelt und es muss lediglich 1/3000 der Gewichtsmenge eines Moduls chemisch aufbereitet werden. Nach der Trennung der Materialien erfolgt die Entwicklung und Optimierung eines Perowskit-Recyclingverfahrens beim assoziierten Partner Solaveni GmbH. Für den Recyclingprozess werden selbstentwickelte nicht brennbare, kostengünstige und umweltfreundliche Lösungsmittelsysteme eingesetzt, die den Einsatz von toxischen Lösungsmitteln obsolet machen und auf den Einsatz von extremen Bedingungen, wie bspw. hohe Temperaturen verzichten. Dieser Ansatz soll es ermöglichen, die Kosten und die Umweltauswirkungen zu minimieren, indem der Energieverbrauch und die Abfallproduktion reduziert und die Kreislaufwirtschaft gefördert wird. Das angedachte Verfahren umfasst chemische und physikalische Bearbeitungsverfahren, wobei mindestens 90% der alten Absorbermaterialien zurückgewonnen werden sollen, die nach dem Recyclingprozess eine Reinheit von >=99% aufweisen. Am ZSW sollen aus den recycelten Absorbermaterialien (sowie mit den recycelten TCO-beschichteten Gläsern) neue Perowskitmodule hergestellt werden. Die Module aus den recycelten Materialien sollen mindestens 90% des Wirkungsgrads der frisch hergestellten Referenzproben aufweisen.

Analyse von Schadstoffen in Humanproben GerES VI (Erwachsene), Teil Octocrylen und Pyrrolidone

Zielstellung: Ziel des Vorhabens ist es, die in GerES VI gewonnenen Morgenurinproben der Erwachsenen auf den in Kosmetika eingesetzten Sonnenschutzfilter Octocrylen (OC) und auf die beiden aprotischen Lösungsmittel N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) und N-Ethyl-2-pyrrolidon (NEP), die zur Stoffgruppe der Pyrrolidone gehören, zu untersuchen. Die Entwicklung einer Human-Biomonitoring (HBM)-Methode für OC sowie NMP und NEP erfolgte im Rahmen der BMU/VCI-Kooperation zur Förderung des Human-Biomonitorings. Zusammen mit den Ergebnissen der Befragung der teilnehmenden Erwachsenen liefern die Analysen der Urinproben wesentliche Informationen zur Belastung der in Deutschland lebenden Bevölkerung. Mit diesen Erkenntnissen können Standardwerte für Expositionsanalysen und Risikoschätzungen abgeleitet werden.NMP und NEP wurden schon in den in GerES V erhaltenen Morgenurinproben von Kindern und Jugendlichen analysiert. Die erhaltenen Daten sprechen für eine ubiquitäre Belastung mit NMP und eine nahezu ubiquitäre Belastung gegenüber NEP in der jungen Generation. Um repräsentative Daten für Erwachsene zu erhalten, sollen die Pyrrolidone in GerES VI untersucht werden. Sowohl OC als auch die Pyrrolidone werden erstmals in einer für Deutschland repräsentativen Studie von Erwachsenen untersucht.

Bioökonomie International 2020: MOHOBIO - Etablierung einer fortschrittlichen MOno- und HOmoterpenoid-BIO-Ökonomie

Extrahierbare anorganische Komponenten aus Böden

Die Extraktion anorganischer Komponenten aus Böden ergibt aus ihrer Untersuchung eine spezielle Form bodenanalytischen Daten. Es handelt sich um bodenchemische Daten. Sie werden im Labor des LUNG M-V erhoben (Meß-Rohdaten, kombinierte Daten, Meßreihen, statistische Aussagen über Daten). Sie sind verteilt abgelegt in Laborbüchern, Rohdatenfiles der Meßgeräte, Spreadsheet-Daten. Es existieren Daten zu den Extraktionsmitteln Doppellactat, Dithionit, Reinstwasser, Oxalat, Calciumchlorid, Strontiumchlorid und Azetaten.

Extrahierbare organische Komponenten aus Böden

Die Extraktion organischer Komponenten aus Böden ergibt aus ihrer Untersuchung eine spezielle Form bodenanalytischen Daten. Es handelt sich um umweltchemische Daten. Sie werden im Labor des LUNG M-V erhoben (Meß-Rohdaten, kombinierte Daten, Meßreihen, statistische Aussagen über Daten). Sie sind verteilt abgelegt in Laborbüchern, Rohdatenfiles der Meßgeräte, Chromatogrammen, Spreadsheet-Daten. Es existieren Daten zur Probenvorbereitung, zu den Extraktionsmitteln und -verfahren und zum Cleanup.

Errichtung einer Anlage zur die großtechnische Anwendung einer neuen Fertigungstechnologie zur umweltfreundlichen Herstellung lösemittelarmer Lacke und Lasuren

Die J.W. Ostendorf GmbH & Co KG (JWO-Gruppe) errichtet eine neue Produktionsstätte am Standort Coesfeld zur großtechnischen Anwendung einer neuen Fertigungstechnologie zur umweltfreundlichen Herstellung lösemittelarmer Lacke und Lasuren. Zielsetzung der geplanten Fertigungstechnologie ist es, sowohl die innerbetrieblichen Emissionen bei der Herstellung der Anstrichmittel als auch die anwendungstechnischen Emissionen beim Gebrauch durch den Konsumenten erheblich zu reduzieren. Die Senkung der innerbetrieblichen Emissionen wird vor allem durch eine lagerlose Kleinmengenfertigung erreicht. Deren Kernstück ist die exakte Dosierung der benötigten Basiskomponenten direkt in das Verkaufsgebinde ('Tinting During Filling' - TDF -). bis zu einer Gebindegröße von 0,125 l-Dosen. Die Senkung der anwendungstechnischen Emissionen soll durch Substitution der bestehenden durch lösemittelfreie Rezepturen erreicht werden. Mit der Anwendung der neuen Fertigungstechnologie (das TDF-Verfahren) mit geschlossener Prozessführung werden die innerbetrieblichen Emissionen im Vergleich zu konventionellen Verfahren nochmals deutlich gesenkt: Der Ausstoß flüchtiger organischer Substanzen (VOC), die als Vorläufersubstanzen für den Sommersmog gelten, sinkt um rund 76 Prozent, die Staubbelastung um rund 85 Prozent. Da die Belieferung des Unternehmens künftig mit Tankfahrzeugen erfolgt, werden jährlich rund 200 000 Papiersäcke und 4000 Einweg-Container eingespart. Spüllösungen, die einer speziellen Abwasserbehandlung bedürfen, werden um 66 Prozent reduziert. Um 82 Prozent sinkt die Menge der aufwändig zu entsorgenden Farb- und Lackschlämme. Durch eine energiesparende Mischtechnologie werden über 70 Prozent weniger Energie verbraucht und damit ein deutlicher Beitrag zum Klimaschutz geleistet.

Effizienter Betrieb von Extraktionskolonnen durch Online-Zustandsdiagnostik

Die Extraktion ist als produktschonendes, niedrig-energetisches Trennverfahren prädestiniert für biotechnologische Prozesse. Die Anwendung der Extraktion im biotechnologischen Downstream kann eine Schlüsselrolle einnehmen, um den Weg zu Produkten und Produktionsprozessen der nächsten Generation zu ebnen. Im industriellen Maßstab wird die Extraktion vor allem in Gegenstromkolonnen realisiert, die häufig nur mit minimaler Instrumentierung ausgestattet sind. Daher fehlen Informationen über den inneren Zustand der Kolonne. Zusätzlich kann die obere Betriebsgrenze modellbasiert nur mit großen Unsicherheiten vorhergesagt werden. Dem entsprechend erfordern mögliche Unsicherheiten in der bisherigen Auslegung für einen stationären Betrieb signifikante Sicherheitsaufschläge und führen damit zu Effizienzverlusten, vor allem bei der nachgeschalteten, energetisch aufwendigen Regeneration des Lösungsmittels mittels Rektifikation. Im Hinblick auf biotechnologische Prozesse werden Schwankungen im Produktstrom die notwendigen Sicherheitsaufschläge und damit die Effizienzverluste deutlich erhöhen. Um die Anwendung der Extraktion im biotechnologischen Downstream zu realisieren und Effizienzverluste zu vermeiden, bedarf es einer Flexibilisierung des Betriebs und einer zuverlässigen Zustandsdiagnostik für Extraktionskolonnen. Ziel ist die Einhaltung der Produkt- bzw. Prozessspezifikationen bei optimalem Betrieb. Innerhalb des Projekts soll daher anhand einer Extraktionskolonne im technischen Maßstab ein optimaler und flexibler Betrieb realisiert werden. Dazu wird eine Kombination aus Messtechnik und schnellem, prädiktivem Modell die Kolonne zu einem smarten, gläsernen Apparat machen, der einen effizienten und autonomen Betrieb am energetischen Optimum (min. Lösemittelstrom) ermöglicht. Die enge Zusammenarbeit von Apparate- und Messtechnikherstellern, sowie Partnern aus der Prozessindustrie sichert außerdem die Übertragbarkeit der entwickelten Systematik in den industriellen Maßstab.

Abiotischer Abbau und Diffusion chlorierter Lösemittel in Fe2+-haltigen ungestörten Kalksteinen und Tonsteinen

Langsame Diffusionsprozesse von Schadstoffen in geringdurchlässigen wasser-gesättigten Gesteinen sind ein wesentlicher Grund für den beschränkten Erfolg vieler Untergrundsanierungen. Zu den immer noch wichtigsten Schadstoffen im Grundwasser zählen die chlorierten Lösemittel, die trotz jahrzehntelanger Sanierungsanstrengungen inzwischen lange Fahnen im urbanen Raum ausbilden. Eine langsame Diffusion bedingt aber auch lange Aufenthaltszeiten in der Gesteinsmatrix und damit können langsame abiotische Abbaumechanismen zum Tragen kommen, die auf Fe2+-haltige Mineralien wie z.B. Eisensulfide, Magnetit oder Phyllosilikate zurückgehen, und bei der Einschätzung des natürlichen Abbaupotentials berücksichtigt werden sollten. Ziel dieses Vorhabens ist es daher, die Transformation von Tri- und Perchlorethen während der Diffusion in Gesteinsproben geklüfteter Aquifere und Aquitarde zu quantifizieren. Weil die Reaktionsraten der Ausgangssubstanzen sehr wahrscheinlich zu klein sind, um im Labor gemessen werden zu können, liegt der Fokus auf der Bestimmung von Transformations- und Abbauprodukten (bspw. teil-chlorierte Ethene, Azetylen, Ethan). Die Experimente zur reaktiven Diffusion müssen mit intakten Gesteinsproben durchgeführt werden, da beim Zerkleinern reaktive Mineralober-flächen (z.B. bei Quarz und Pyrit) entstehen könnten, die zur Dehalogenierung der Ausgangssubstanzen führen könnten. Im Unterschied zu früheren Studien sollen hier die für die Reaktivität verantwortlichen spezifischen Minerale in der Gesteins-matrix identifiziert werden. Die Ergebnisse sind nicht nur für das Langzeitverhalten von chlorierten Lösemitteln im Grundwasser, sondern generell auch für die Endlagerung von radioaktiven Abfällen oder die chemische Verwitterung (Oxidation) von reduzierten Gesteinen relevant.

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