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Charakterisierung und Dekontamination von i-Grafiten

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

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.

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.

Stoffliche Wiederverwertung von Elektrolyt-Leitsalzen und -Lösungsmitteln, Teilvorhaben: Recycling und Rückgewinnung des Elektrolytsalzes LiPF6 sowie dessen Zersetzungsprodukte

Das Projektvorhaben SWELL befasst sich mit der Entwicklung und Evaluierung effizienter Verfahren zur Steigerung der Recyclingeffizienz von Lithium-Ionen-Batterien. Im Fokus des Projektes stehen die Elektrolyte, bestehend aus Lithiumsalzen, Lösungsmitteln und Elektrolytadditiven. Bereits etablierte Recyclingprozesse fokussieren sich überwiegend auf die Rückgewinnung der in LIBs befindlichen Metalle, wohingegen die nichtmetallischen Komponenten zum großen Teil nicht wieder dem Verwertungskreislauf zugeführt werden. Die Elektrolyte gehen in bisherigen Prozessen größtenteils in Form von thermischer Verwertung oder Downcycling verloren. Die Elektrolytkomponenten weisen einen signifikanten Materialwert auf und enthalten zudem kritische, umweltrelevante Ressourcen, wie Lithium, Fluor und Phosphor. Ihre Rückgewinnung und effiziente Aufarbeitung mit dem Ziel einer (direkten) Wiederverwendung in LIBs, ist daher von großem Interesse und kann zur signifikanten Steigerung der Nachhaltigkeit der Batteriezellfertigung führen. Gesamtziel des Projektes ist es Verfahren zu entwickeln, in denen Elektrolytbestandteile selektiv extrahiert, getrennt und anschließend aufgearbeitet werden, um diese in den Stoffkreislauf zu reintegrieren. Hauptaugenmerk liegt hierbei auf den Elektrolytlösungsmitteln (Carbonate, wie DMC, EMC EC) und dem Lithiumsalz LiPF6 sowie dessen Zersetzungsprodukte.

Emissionen prioritärer Luftschadstoffe

<p>Seit den 1970-er Jahren führten zahlreiche politische und technische Anstrengungen zur Reduzierung der Emissionen von Schwefeldioxid, Stickstoffoxiden, flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan sowie von Feinstaub. Dennoch sind die Einträge in Ökosysteme nach wie vor zu hoch.</p><p>Entwicklung seit 2005</p><p>Die Bundesregierung hat sich in der <a href="https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/nachhaltigkeitspolitik/deutsche-nachhaltigkeitsstrategie-318846">Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie</a> zum Ziel gesetzt, die Emissionen von Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxiden (NOx), Ammoniak (NH3), flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>⁠) und Feinstaub (PM2,5) deutlich zu reduzieren. Deutschland hat sich im Rahmen der neuen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NEC-Richtlinie#alphabar">NEC-Richtlinie</a>⁠ der EU (siehe weiter unten) zu nationalen Emissionsminderungen für diese Stoffe verpflichtet. Ziel der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie ist es, das ungewichtete, arithmetische Mittel der zugesagten Emissionsminderungen (45 %) zu erreichen. Die Verrechnung der Emissionsentwicklungen zu einem Index ermöglicht es, steigende Emissionen einzelner Schadstoffe durch stärkere Eindämmung des Ausstoßes anderer Schadstoffe zu kompensieren.</p><p>Die Emissionen von Schwefeldioxid sinken am stärksten und zeigen im Jahr 2023 nur noch 46&nbsp;% des Niveaus des Jahres 2005. Die Emissionen von Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan (NMVOC) und Feinstaub zeigen ebenfalls einen stetigen Abwärtstrend und sanken bis 2022 auf etwa 53 % (Stickstoffoxide) bzw. 65 % (NMVOC) und 59 % (Feinstaub PM2.5) des Niveaus von 2005. Die Emissionen von Ammoniak lagen bis 2017 über dem Niveau von 2005 und sinken seitdem sichtbar, die Emissionen im Jahr 2023 liegen aber noch auf 80 % des Jahres 2005. Dadurch fällt der Schadstoff-übergreifende Indikatorwert mit 63 % etwas höher aus (siehe Abb. „Index der Luftschadstoff-Emissionen“).</p><p>Eine Sonderrolle im Trendverlauf nimmt dabei das Jahr 2009 ein, das durch die Effekte der globalen Wirtschaftskrise geprägt war. Die verminderten Aktivitäten führten zu sichtbaren Einbrüchen und Kompensationseffekten im Folgejahr 2010 bei allen Schadstoffen außer Ammoniak (NH3).</p><p>Problematische Stoffe</p><p>Obwohl der Ausstoß von Luftschadstoffen bis heute deutlich verringert wurde, ist er, gemessen an der dauerhaften Belastbarkeit der Ökosysteme, immer noch zu hoch. Dies gilt besonders für versauernde und eutrophierende Luftverunreinigungen (vor allem Stickstoffoxide und Ammoniak). Die über Jahrzehnte erfolgten Einträge von Schwefel und Stickstoff in die Böden hinterlassen noch für lange Zeit eine kritische Altlast. So haben zum Beispiel viele Waldböden erhebliche Anteile basischer Nährstoffe (zum Beispiel Calcium, Magnesium, Kalium) verloren und versauern. Damit geht auch eine Belastung des Sickerwassers einher. Ammoniak wird im Boden durch Bodenbakterien zu Nitrat oxidiert und ausgewaschen. Hohe Ammoniakdepositionen induzieren damit auch eine stärkere Nitratbelastung des Grundwassers und stellen somit eine Gefährdung unseres Trinkwassers dar. Luftverunreinigungen, insbesondere Stickstoffverbindungen, führen auch zum Rückgang der biologischen Vielfalt.</p><p>Internationale Vereinbarungen zur Minderung der Emissionen</p><p>Das Problem des grenzüberschreitenden sauren Regens machte deutlich, dass die Umweltprobleme nur durch internationale Anstrengungen bekämpft werden können. Der <a href="http://www.unece.org/env/lrtap/welcome.html">Genfer Luftreinhaltekonvention</a> der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (UNECE) über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigungen im Jahr 1979 folgten acht internationale rechtsverbindliche Vereinbarungen (Protokolle) zur Luftreinhaltung.</p><p>Ansätze für weitere Maßnahmen</p><p>Weitere Minderungen der NOx-Emissionen aus dem Straßenverkehr sind vor allem durch anspruchsvolle Abgasstandards für LKW (EURO VI), leichte Nutzfahrzeuge und PKW (EURO 6) sowie durch eine umweltverträgliche Gestaltung des Verkehrs zu erzielen. Selbstverständlich haben Abgasrichtlinien nur eine positive Wirkung, wenn sie nicht nur auf dem Prüfstand, sondern auch auf der Straße eingehalten werden.<br><br>Im Bereich der Lösemittel (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>⁠) besteht die Möglichkeit der Verwendung lösemittelarmer oder freier Produkte in allen Produktbereichen, die durch zusätzliche europäische Regelungen zur Beschränkung des Lösemittelgehaltes in Produkten gefördert werden soll.<br><br>Potenziale der Luftreinhaltung liegen auch in Energiesparmaßnahmen, der Steigerung der Energieeffizienz (zum Beispiel durch verbrauchsarme Motoren und neue Antriebstechnologien), dem Einsatz von emissionsfreien regenerativen Energien (beziehungsweise weitestgehender Verzicht auf Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen) sowie die Verwendung emissionsarmer Einsatzstoffe und Produkte.</p><p>Die Reduzierung der Ammoniak-Emissionen aus der Landwirtschaft soll durch die Reform der gemeinsamen europäischen Agrarpolitik und durch verschiedene <a href="https://www.bmel.de/DE/themen/landwirtschaft/eu-agrarpolitik-und-foerderung/agrarumwelt-und-klimamassnahmen-aukm/agrarumweltmassnahmen-deutschland.html">nationale Agrarumweltmaßnahmen</a> erreicht werden (siehe <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/luft/luftschadstoff-emissionen-in-deutschland/ammoniak-emissionen">„Ammoniak-Emissionen“</a>).</p>

Beispiele – Sanierung im 60:40-Freistellungsverfahren

Bild: SenSW Anilinfabrikation Berlin-Lichtenberg Zunächst als Färberei genutzt, entstand 1880 am Standort einschließlich benachbarter Grundstücke die "AG für Anilinfabrikation", später Aceta, die ab 1920 in die IG Farben aufging. 1991 sind erhebliche Boden- und Grundwasserbelastungen am Standort festgestellt worden. Weitere Informationen Bild: Lünser Elektrokohle Lichtenberg Im Jahr 1901 gründete die Firma Gebrüder Siemens & Co. eine Produktionsstätte, die 1928 als Siemens-Planiawerke AG, ab 1954 als Elektrokohle Lichtenberg in der Herzbergstraße eine breite Palette an Produkten aus Kohle und Graphit herstellte. Weitere Informationen Bild: Horn & Müller, Berlin Filterwerke Berlin Durch den Umgang mit Lösemitteln entstanden Schädigung vor allem der Bodenluft sowie des Grundwassers. Im Zeitraum zwischen 1991 und 1997 erfolgten umfangreiche Untersuchungen in den beiden genannten Kompartimenten zum Zwecke der Gefährdungsabschätzung und Sanierungsvorbereitung. Weitere Informationen Bild: Tauw GmbH Funkwerk Köpenick Durch die ab 1996 durchgeführten umfangreichen Boden-, Bodenluft- und Grundwasseruntersuchungen sind Boden- und Grundwasserbelastungen und untergeordnete Bodenluftverunreinigungen am Standort festgestellt worden. Hauptkontaminanten im Boden sind Schwermetalle und MKW. Weitere Informationen Bild: ARGUS Gummiwerke Berlin Der in Friedrichshain gelegene Standort der ehemaligen Gummiwerke Berlin wurde seit Beginn des 20. Jahrhunderts bis 2011 für die Gummiherstellung industriell genutzt. Infolge des produktionsspezifischen Umgangs mit LCKW bzw. BTEX kam es in der Vergangenheit zu erheblichen Untergrundverunreinigungen Weitere Informationen VEB Isokond Zwischen 1904 und 1990 wurden am Standort Produkte der Elektroindustrie, im Wesentlichen Kondensatoren, hergestellt. Seit 2000 wurden auf dem Gelände umfangreiche Sanierungsmaßnahmen durchgeführt. Weitere Informationen Bild: Kobert & Partner Knorr-Bremse Auf dem Gelände des ehemaligen Berliner Bremsenwerkes wurde 1923 mit der Produktion von Zubehörteilen begonnen. In den letzten Kriegs- bzw. frühen Nachkriegsjahren sind hier erhebliche Mengen an LCKW, die in der Produktion als Entfettungsmittel eingesetzt wurden, in das Grundwasser gelangt. Weitere Informationen Bild: IUP, Berlin Stralauer Glashütte Im Zuge der über einhundertjährigen industriellen Nutzung des Grundstücks wurden in erheblichem Umfang Schadstoffe in den Untergrund eingetragen. Die Bodenverunreinigungen konzentrieren sich auf lokale Belastungsschwerpunkte. Weitere Informationen WSSB Verkehrstechnik Auf dem Produktionsstandort wurden seit 1890 überwiegend eisenbahntechnische und elektrotechnische Ausrüstungen produziert. Infolge des produktionsspezifischen Umgangs mit leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW) war es zu Schadstoffeinträgen im Boden und ins Grundwasser gekommen. Weitere Informationen

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.

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