Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Biowissenschaften, Abteilung Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "High performance wood adhesives based on by-products of the pulp and paper industry" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Forstbenutzung und forstliche Arbeitswissenschaft durchgeführt. The goal of the project is to valorize the pulp fiber rejects from the pulp and paper industry into nanoscale fibers of high mechanical performance for use as reinforcement and formaldehyde scavenger in traditional wood adhesives and coatings. It is expected that the modification with cellulose nanowhiskers will dramatically improve mechanical performance and indoor air quality via VOC emission reductions of traditional wood composites
Bei Nanocellulose handelt es sich um eine relativ neue Werkstoffentwicklung auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Es existieren mehrere Varianten des Materials wie mikrofibrillierte Zellulose (microfibrillated cellulose ¬ MFC) oder nanokristalline Drähte/Fasern, die sich aus zellstoffhaltigen Pflanzenabfällen, aber auch biotechnologisch durch bakterielle Synthese herstellen lassen. Nanocellulose zeichnet sich durch mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit aus und verbindet diese mit den Vorteilen einer hohen biologischen Verträglichkeit und steuerbaren biologischen Abbaubarkeit. Mittlerweile hat die Herstellung von Nanocellulose die Schwelle zur Kommerzialisierung überschritten und wird von einigen Unternehmen in größerem Maßstab umgesetzt, wie zum Beispiel von CelluForce (Kanada) oder Inventia (Schweden). Auch in Deutschland und der Schweiz gibt es Entwicklungsaktivitäten zu Nanocellulose wie durch das Start-up¬Unternehmen Jenpolymer Materials oder das Adolphe Merkle Institute der Universität Fribourg (Schweiz), das unter anderem an der Entwicklung neuer Hochleistungskomposite aus synthetischen Kunststoffen und zellulosen Nanofasern forscht. Das Anwendungsspektrum von Nanocellulose ist sehr vielseitig und umfasst beispielsweise Anwendungen als Füllstoff zur Verstärkung von Papier oder Lebensmittelfolien, als Wundauflage und Implantatmaterial oder als Trägermaterial für pharmazeutische und kosmetische Wirkstoffe. Darüber hinaus wird Nanocellulose auch als Werkstoff zum Ersatz von Verstärkungsmaterialien entwickelt. Kurz¬ bis mittelfristig erscheint angesichts der mechanischen Eigenschaften unter anderem die Substitution von Glasfasern in Epoxidharzsystemen interessant. In diesem Zusammenhang wurde in einer Studie der TA Swiss im Rahmen einer orientierenden Bilanzierung der CO2 ¬Fußabdruck im Vergleich zu herkömmlichen glasfaserverstärkten Kompositen ermittelt. Im Rahmen einer Hochrechnung wurde dabei angenommen, dass mittel¬ bis langfristig durch die verschiedenen Anwendungsbereiche für Nanocellulose 25 Prozent der glasfaserverstärkten Kunststoffe durch Zellulose¬Nanokomposite substituiert werden können. Ausgehend von dem spezifischen CO2 -Einsparpotenzial in Höhe von rund 1,8 kg CO2 ¬Äquivalente pro Kilogramm Glasfaser könnte sich so ein Gesamteinsparpotenzial von knapp einer halben Million Tonnen CO2 ¬Äquivalente ergeben.
Das Projekt "Spinneinrichtung für Nanofäden aus Zellstoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NANOVAL GmbH & Co. KG durchgeführt. Es ist mit dem Verfahren von Nanoval gelungen, durch Spleißen aus Schmelzen synthetischer Polymere wie Polypropylen (PP) feine Fäden bis unter 1 mym mittlerem Durchmesser zu erzeugen. Beim Spinnen aus Celluloselösungen sind die Fäden noch deutlich dicker, werden aber für die Endprodukte als Filter für Gase und Flüssigkeiten wie Kraftstoffe und Vliese für hygienische und medizinische Zwecke, Wischtücher (wipes) bis in den Nanobereich unter 1 mym gewünscht. Dieses zeigten die Ergebnisse des Vorhabens FKZ 22000203 gemeinsam mit dem TITK, Rudolstadt-Schwarza. An einer von uns mit eigenen Mitteln geschaffenen Spinndüse neuer Bauart, die eine höhere Schubspannungseinwirkung auf das flüssige Monofil ermöglicht, sollen Vorversuche in Berlin zur Auslegung für die Anlage im TITK gefahren werden. Dazu wird die Geometrie in der Spleißzone, der Lavaldüse unterhalb der Spinndüse, variiert werden und die rheologischen Bedingungen nach Durchsatz und Cellulosetype mit dem besonderen Augenmerk auf den Einsatz nicht zu hochgereinigter und chemisch aufbereiteter Zellstoffe für den Anwendungsfall Vliesstoffe.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anwendung von CNT/CNF als Funktionsadditiv in der Nassvliestechnologie und bei der Herstellung von composite films (TRACER)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Frenzelit Werke GmbH durchgeführt. Ziel dieses Projektes ist es, entlang einer Wertschöpfungskette (Herstellung - Verarbeitung - Halbzeug - Funktionsmuster) die Biokompatibilität und hier speziell Fragen zur Toxizität von Kohlenstoffnanoröhren und Nanofasern, zu bewerten und daraus Empfehlungen für den Umgang bei der Herstellung und Verarbeitung sowie dem Einsatz möglicher Endprodukte abzuleiten. Im Fokus steht die Herstellung von PEEK/CNT/CNF-Kompositen, aus denen Fasern gesponnen werden sollen; diese Fasern werden dann als Basis für die Herstellung von Papieren/Vliesstoffen genommen. Andererseits sollen CNF/CNT direkt in Form von Additiven bei der Papier-/Vliesherstellung eingesetzt werden. Aus beiden Wegen werden durch Konsolidierungsprozesse anschließend sog. Composite-films hergestellt. Für die bei Frenzelit neuentwickelte Werkstoffreihe HICOTEC hat die Prüfung der Verwendbarkeit und Anwendbarkeit von CNT/CNF und die Evaluierung und Etablierung von Alleinstellungsmerkmalen Schlüsselfunktion für die Weiterentwicklung dieser Produkte und für die nachhaltige Etablierung des neuen Geschäftssegmentes.
Das Projekt "ERA-WoodWisdom: Prozesse für die Herstellung von Nanocellulose-Kompositen (PRONANOCELL) - Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von A. Schulman GmbH durchgeführt. Im Rahmen von PRONANOCELL sollen Leichtbau-Verbundwerkstoffe aus umweltfreundlichen Rohstoffen und neue Verfahren zu deren Herstellung für den Automotiv- und Bausektor entwickelt werden. Als Hauptkomponenten für die Herstellung dienen nanofibrillierte Cellulose (NFC) und Standardkunststoffe wie Polyolefine (PE, PP). Die Forschungsinhalte im Rahmen des PRONANOCELL Projektes beinhalten folgende Entwickungsziele: 1. Entwicklung eines Compoundsystemes basierend auf den in PRONANOCELL entwickelten NFC-Fasern, funktionalen Additven und Standardkunststoffen. 2. Entwicklung und Implementierung von Upscaling Prozessen unter Berücksichtigung folgender Zielanforderungen: - Gleichmäßige Verteilung der NFC in der Matrix - Maximierung der mechanischen Eigenschaften - Optimierung der Anhaftung zwischen NFC und der Matrix Die Arbeit von A. Schulman im Rahmen des PRONANOCELL Projektes unterteilt sich in zwei Aufgaben. Aufbauend auf dem vom Fraunhofer ICT entwickelten Verfahren zur Einarbeitung der NFC in die Polymermatrix wird A. Schulman die Entwicklung des Compound durchführen. Die Anforderung an die Eigenschaften des Compounds wird hierzu vorab in einem Pflichtenheft definiert. Im zweiten Schritt erfolgt die Skalierung auf Produktionsanlagen. Das Hauptziel hierbei ist es das Compound zu einem verkaufsfähigen Produkt zu entwickeln.
Das Projekt "Teilvorhaben: KIT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sondervermögen Großforschung beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) durchgeführt. Ziel von CANDECT ist die Entwicklung von neuen Materialien und deren Integration in Sensoren, die eine kostengünstige und schnelle Vorort-Überwachung der Wasserqualität auch im ländlichen Raum oder in Entwicklungsländern ermöglichen soll. Auslese- und Steuerungsprozesse werden durch kleinelektronische Komponenten wie Smartphones bewältigt. Die technologische Kernkomponente ist die gezielte Einbindung von eigens entwickelten Clusterverbindungen (IIT Madras) in speziell hergestellten Fasermaterialien. Dadurch wird ein preiswertes Sensormaterial generiert, das insbesondere Schwermetallionen im Ultraspurenbereich nachweisbar macht. Integral ist die Weiterentwicklung der Materialien, um weitere Schadstoffe wie Arsen in gleicher analytischer Präzision zu detektieren. Parallel wird die Technologie auf bisher schwierig zu messende Schadstoffe wie Chromate, eine selektierte Auswahl von Pestiziden und Alkylphenolen auf Machbarkeitsstufe ausgeweitet.
Das Projekt "CarboLifeCycle - Materialeigenschaften, Freisetzung und Verhalten in der Umwelt von CNT-Materialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. durchgeführt. 1. Vorhabenziel CarboLifeCycle stellt einen innovativen Beitrag zur Erforschung der anwendungsbezogenen Sicherheit von CNT dar, indem deren Einbindung in Komposite und eine mögliche Freisetzung bei Verwendung und Entsorgung dieser Materialien untersucht wird. Das Hauptziel des Projekts ist der Beitrag wichtiger Aspekte für eine spätere Life Cycle Analyse. Dabei sind die Ziele des Teilprojekts die Bestimmung des Einflusses von CNT und CNT-Kompositen auf die Ergebnisse der EC/OC-Analytik, die Bestimmung der Mobilität von CNT in verschiedenen bodenähnlichen Substraten und die Bestimmung der Kompositdegradation bei thermogravimetrischer Analyse im Hinblick auf CNT-Freisetzungen. 2. Arbeitsplanung IUTA ist in folgenden Unterarbeitspaketen eingebunden: AP 2.1.3 Verhalten von CNT und CNT-Kompositen bei der thermischen Analyse auf elementare und organische Kohlenstoffgehalte, AP 2.1.5 Transport von CNT in verschiedenen Modell-Bodenarten, AP 2.2.1.3 Thermische Kompositdegradation bei thermogravimetrischer Analyse im Hinblick auf CNT-Freisetzung und AP 2.2.3 Arbeitsplatzmessungen bei der Verwendung und Entsorgung von CNT-haltigen Kompositen.