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Veredelung von Melasse durch gepaarte Elektrolyse und elektrodialytische Aufarbeitung

Das Vorhaben hat zum Ziel Melasse als Rohstoff für die elektrochemische Umsetzung zu Folgeprodukten zu verwenden. Bisher wird Melasse vor allem als Futtermittel oder als Kohlenstoffquelle für Fermentationen verwendet. Sie zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aus. Diese sollen durch anodische Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren bzw. durch gepaarte Elektrolyse zu Polyolen umgesetzt werden, wobei katalytisch aktive Nickelhydroxidelektroden als innovativer Ansatz zur Anwendung kommen sollen. Dabei kommt es zunächst zu einer Spaltung der Kohlenhydrate und Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren, welche anschließend kathodisch hydriert werden (Domino-Oxidationsreduktions-Sequenz, DoORs). Neben den im Mittelpunkt stehenden elektrochemischen Umsetzungen sind Untersuchungen zur Zusammensetzung der Melasse sowie zu den möglichen Reaktionsprodukten notwendig. Dazu werden einerseits Kopplungsmethoden wie LC- und GC-MS eingesetzt sowie direkt an die MS gekoppelte elektrochemische Durchflusszellen (EC-MS). Störende Komponenten, die entweder die elektrochemische Umsetzung verhindern oder zu störenden Nebenprodukten führen, sollen durch eine Vorbehandlung der Melasse abgetrennt werden. Hier kommen Membranverfahren wie Nanofiltration oder Elektrodialyse zum Einsatz. Für die Optimierung der Versuchs- und Prozessbedingungen werden notwendige kinetische Parameter bestimmt und auf Basis einfacher formalkinetischer Modelle die Reaktionen beschrieben. Daneben kommen statistische Methoden der Versuchsplanung zum Einsatz, um die komplexen Zusammenhänge im Hinblick auf Selektivität, Ausbeute und Energieverbrauch zu optimieren. In einem abschließenden Arbeitspaket soll in einem Durchflussreaktor unter GMP-Bedingungen Material im kg-Maßstab für Anwendungsuntersuchungen gewonnen werden.

Nachbewilligung zur Dritten Phase des Projektes: Entwicklung eines zweistufigen biologischen Verfahrens zur Reinigung von Deponiesickerwasser und industriellen Abwässern mit komplexen Stoffgemischen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel der letzten Projektphase war es, mit einer Langzeit-Praxiserprobung das zweistufige biologische Verfahren zur Deponiesickerwasserreinigung als Stand der Technik zu etablieren und zu bilanzieren. Nach der Inbetriebnahme des Technikums am Deponiestandort Schöneiche ging es in der zwölfmonatigen Laufzeit des Projektes AZ 14996/04 in den Langzeitversuchen um die Validierung der Laborergebnisse im technischen Maßstab, die verfahrenstechnische Optimierung der Anlage und um eine damit verbundene mögliche Kostenreduzierung des Systems. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Nach dem ersten Technikums-Probebetrieb wurde eine Reihe von Optimierungsmaßnahmen durchgeführt: - der Umbau des Rohsickerwasserzulaufs, - die Verwendung von Soda statt Bicarbonat für die Ammoniumoxidation in Reaktor 2, - der Einsatz von Membrandosierpumpen mit integrierten Rückschlagventilen für die Zugabe von Soda und Essigsäure, - der Einbau von zusätzlichen Polyurethan-Festbetten zur Vergrößerung der Oberfläche für die Besiedlung mit Mikroorganismen, - die Einstellung des Sollwerts für Reaktor 4 auf einen pH-Wert von 6,5, - ein Update der SPS-Steuerung der Nanofiltration zur freien Programmierung der Spülzyklen, - der Einbau eines Absperrhahns vor den Nanofiltrations-Vorfilter - und die Trennung des Nanofiltrationsablaufs vom Reaktoren-Sammelablauf zur Behälterleerung. Es wurde sowohl Rohsickerwasser der MEAB-Deponie Schöneiche als auch Sickerwasserkonzentrat der Deponie Vorketzin behandelt. Fazit: Wegen der durchgeführten Optimierungsmaßnahmen ist es prinzipiell gelungen, das Schöneicher Rohsickerwasser gemäß Anhang 51 der Abwasserverordnung aufzureinigen. In Vorketzin wurde die organische Belastung über 70% und Stickstoff über 80% reduziert. Nach Rückgang der Calciumfracht sollte es zukünftig möglich sein, mit der Zweistufen-Biologie das Sickerwasserkonzentrat ausreichend zu reinigen, da organische Belastung und Stickstoffgehalt geringer als im Schöneicher Rohsickerwasser sind. Um das Verfahren als Stand der Technik, vor allem für die Behandlung von Sickerwasserkonzentraten, zu etablieren, müssten die Laborvorgaben mit den Erfahrungen des Technikumsbetriebs kombiniert und in einer weiteren Versuchsreihe unter optimierten Bedingungen verifiziert werden.

Veredelung von Melasse durch gepaarte Elektrolyse und elektrodialytische Aufarbeitung, Teilvorhaben 2: Elektrosynthese

Das Vorhaben hat zum Ziel Melasse als Rohstoff für die elektrochemische Umsetzung zu Folgeprodukten zu verwenden. Bisher wird Melasse vor allem als Futtermittel oder als Kohlenstoffquelle für Fermentationen verwendet. Sie zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aus. Diese sollen durch anodische Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren bzw. durch gepaarte Elektrolyse zu Polyolen umgesetzt werden, wobei katalytisch aktive Nickelhydroxidelektroden als innovativer Ansatz zur Anwendung kommen sollen. Dabei kommt es zunächst zu einer Spaltung der Kohlenhydrate und Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren, welche anschließend kathodisch hydriert werden (Domino-Oxidationsreduktions-Sequenz, DoORs). Neben den im Mittelpunkt stehenden elektrochemischen Umsetzungen sind Untersuchungen zur Zusammensetzung der Melasse sowie zu den möglichen Reaktionsprodukten notwendig. Dazu werden einerseits Kopplungsmethoden wie LC- und GC-MS eingesetzt sowie direkt an die MS gekoppelte elektrochemische Durchflusszellen (EC-MS). Störende Komponenten, die entweder die elektrochemische Umsetzung verhindern oder zu störenden Nebenprodukten führen, sollen durch eine Vorbehandlung der Melasse abgetrennt werden. Hier kommen Membranverfahren wie Nanofiltration oder Elektrodialyse zum Einsatz. Für die Optimierung der Versuchs- und Prozessbedingungen werden notwendige kinetische Parameter bestimmt und auf Basis einfacher formalkinetischer Modelle die Reaktionen beschrieben. Daneben kommen statistische Methoden der Versuchsplanung zum Einsatz, um die komplexen Zusammenhänge im Hinblick auf Selektivität, Ausbeute und Energieverbrauch zu optimieren. In einem abschließenden Arbeitspaket soll in einem Durchflussreaktor unter GMP-Bedingungen Material im kg-Maßstab für Anwendungsuntersuchungen gewonnen werden.

Veredelung von Melasse durch gepaarte Elektrolyse und elektrodialytische Aufarbeitung, Teilvorhaben 1: Up- und Downstream processing

Das Vorhaben hat zum Ziel Melasse als Rohstoff für die elektrochemische Umsetzung zu Folgeprodukten zu verwenden. Bisher wird Melasse vor allem als Futtermittel oder als Kohlenstoffquelle für Fermentationen verwendet. Sie zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aus. Diese sollen durch anodische Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren bzw. durch gepaarte Elektrolyse zu Polyolen umgesetzt werden, wobei katalytisch aktive Nickelhydroxidelektroden als innovativer Ansatz zur Anwendung kommen sollen. Dabei kommt es zunächst zu einer Spaltung der Kohlenhydrate und Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren, welche anschließend kathodisch hydriert werden (Domino-Oxidationsreduktions-Sequenz, DoORs). Neben den im Mittelpunkt stehenden elektrochemischen Umsetzungen sind Untersuchungen zur Zusammensetzung der Melasse sowie zu den möglichen Reaktionsprodukten notwendig. Dazu werden einerseits Kopplungsmethoden wie LC- und GC-MS eingesetzt sowie direkt an die MS gekoppelte elektrochemische Durchflusszellen (EC-MS). Störende Komponenten, die entweder die elektrochemische Umsetzung verhindern oder zu störenden Nebenprodukten führen, sollen durch eine Vorbehandlung der Melasse abgetrennt werden. Hier kommen Membranverfahren wie Nanofiltration oder Elektrodialyse zum Einsatz. Für die Optimierung der Versuchs- und Prozessbedingungen werden notwendige kinetische Parameter bestimmt und auf Basis einfacher formalkinetischer Modelle die Reaktionen beschrieben. Daneben kommen statistische Methoden der Versuchsplanung zum Einsatz, um die komplexen Zusammenhänge im Hinblick auf Selektivität, Ausbeute und Energieverbrauch zu optimieren. In einem abschließenden Arbeitspaket soll in einem Durchflussreaktor unter GMP-Bedingungen Material im kg-Maßstab für Anwendungsuntersuchungen gewonnen werden.

Erstmalige Demonstration einer Mikro- und Nanofiltrationsanlage zur Aufbereitung und Nutzung von Brauch- und Regenwasser in einer Wäscherei mit wissenschaftlicher Begleitung

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die ITEX Gaebler-Industrie-Textilflege GmbH & Co. KG ist ein Unternehmen, das sich auf Berufskleidungs- und Textilleasing spezialisiert hat. Vor Projektbeginn fand keine Wasserbehandlung statt. Die Abwasserteilströme wurden gesammelt, zum Hauptkontrollschacht gepumpt und flossen von dort im Überlauf in den Kanal, wobei keine Angaben über die Wassermengen existierten. Ziel des Projektes lag darin, die bestehenden Verbräuche an Wasser, Waschmittel und Energie im Unternehmen mit Hilfe einer optimalen Nutzung der anfallenden Regenwassermengen und der Wiederaufbereitung des Brauchwassers mit Hilfe von Mikro - und Nanofiltration zu minimieren. Der jährliche Verbrauch von ca. 37.000 m3 Frischwasser sollte dabei um ca. 80 % verringert werden. Zusätzlich sollten ca. 15 % der verwendeten Waschmittel eingespart werden. Fazit: Die Vorreinigung von Schmutzwässern vor dem Passieren von Membrantrennanlagen wird von vielen Anlagenherstellern bei Angebotserstellung vernachlässigt; Nachrüstungen wie im vorliegenden Fall sind die mit zusätzlichem Zeit- und Kostenaufwand verbundenen Folgen. Ebenso wird von Anlagenherstellern häufig der Vorversuchsphase zu wenig Bedeutung zugemessen; es sollte bei neuen Anlagenkonzepten darauf geachtet werden, dass ausführliche Versuche an Versuchsanlagen mit Prozesswässern über mehrere Wochen im Betrieb durchgeführt werden. Nur dann kann die Eignung der einzusetzenden Module in Bezug auf die Prozesswasserinhaltsstoffe sicher festgestellt werden. Die Einsparpotentiale im Bereich des Wasserverbrauchs und der Wärmeenergie müssen vor dem Hintergrund der hohen Betriebskosten einer solchen Anlage (Stromverbrauch, Wartung und Reparatur) kritisch betrachtet werden. Für die weitere Optimierung der Anlage wurde in 2004 ein Klärdekanter in den Prozesskreislauf integriert. Zudem wurde die Nanofiltration in eine Umkehrosmose umgewandelt und damit die Reinigungsleistung des Systems stabilisiert.

Ressourceneffiziente Erzeugung hochwertiger Proteine und Fasern aus Schmalblättrigen Bitterlupinen für die (vegane) Humanernährung

LuproCess zielt auf die Gewinnung hochwertiger, weitestgehend nativer und funktioneller Protein- und Faserfraktionen aus Schmalblättriger Bitterlupine (Lupinus angustifolius L.) für die Humanernährung ab. Aus der gewonnen Proteinfraktion sollen im hier skizzierten Projekt Fleischersatzprodukte entwickelt werden. In LuproCess soll die bei der Proteingewinnung anfallende Faserfraktion auf ein lebensmittelgeeignetes Qualitätsniveau aufbereitet und als Zusatz bei der High-Moisture-Extrusion eingesetzt werden. Die bei der Faseraufbereitung abgeschiedenen antinutritiven Substanzen - Chinolizidinalkaloide und Oligosaccharide sowie Mineralstoffe - werden dem Prozesswasser mittels Nanofiltration entzogen und separiert, wodurch es im geschlossenen Kreis wiederverwendet werden kann. Die Chinolizidinalkaloide können als pflanzliche Sekundärmetaboliten mit bioaktiver Wirkung zu biologischen Pflanzenschutzmitteln und/oder medizinischen/veterinärmedizinischen Wirkstoffen weiterentwickelt werden. Um die Ressourceneffizienz durchgängig zu gewährleisten sollen Nebenstromketten bereits ab dem Schälprozess der Lupinensaaten vor dem Flockieren verfolgt werden. Im Rahmen der hier beschriebenen Forschungsvorhaben wird die Lupine als weitere alternative nachhaltige und ernährungsphysiologisch vorteilhafte Proteinquelle erschlossen. Des Weiteren leistet das Forschungsvorhaben einen Beitrag zur Ressourcenschonung oder sogar Ressourcenaufwertung, indem die Lupinenfasern als anfallender Nebenstrom zur Aufwertung der Textur und somit des Mundgefühls von extrudierten Fleischersatzprodukten eingesetzt werden. Darüber hinaus ist der benötigte hohe Wasserbedarf für die Diafiltration eine nicht zu akzeptierende Belastung der Trinkwasserressourcen. Ziel ist es hier das gesamte Prozesswasser für die zusätzlichen Waschungsstufen in den Prozesskreislauf zurückzuführen.

Künstliche Grundwasseranreicherung als Hybridverfahren als Adaptierungsstrategie für eine resistente und nachhaltige Grundwasserressource, Teilprojekt 2

Ressourceneffiziente Erzeugung hochwertiger Proteine und Fasern aus Schmalblättrigen Bitterlupinen für die (vegane) Humanernährung, Teilprojekt B

LuproCess zielt auf die Gewinnung hochwertiger, weitestgehend nativer und funktioneller Protein- und Faserfraktionen aus Schmalblättriger Bitterlupine (Lupinus angustifolius L.) für die Humanernährung ab. Aus der gewonnen Proteinfraktion sollen im hier skizzierten Projekt Fleischersatzprodukte entwickelt werden. In LuproCess soll die bei der Proteingewinnung anfallende Faserfraktion auf ein lebensmittelgeeignetes Qualitätsniveau aufbereitet und als Zusatz bei der High-Moisture-Extrusion eingesetzt werden. Die bei der Faseraufbereitung abgeschiedenen antinutritiven Substanzen - Chinolizidinalkaloide und Oligosaccharide sowie Mineralstoffe - werden dem Prozesswasser mittels Nanofiltration entzogen und separiert, wodurch es im geschlossenen Kreis wiederverwendet werden kann. Die Chinolizidinalkaloide können als pflanzliche Sekundärmetaboliten mit bioaktiver Wirkung zu biologischen Pflanzenschutzmitteln und/oder medizinischen/veterinärmedizinischen Wirkstoffen weiterentwickelt werden. Um die Ressourceneffizienz durchgängig zu gewährleisten sollen Nebenstromketten bereits ab dem Schälprozess der Lupinensaaten vor dem Flockieren verfolgt werden. Im Rahmen der hier beschriebenen Forschungsvorhaben wird die Lupine als weitere alternative nachhaltige und ernährungsphysiologisch vorteilhafte Proteinquelle erschlossen. Des Weiteren leistet das Forschungsvorhaben einen Beitrag zur Ressourcenschonung oder sogar Ressourcenaufwertung, indem die Lupinenfasern als anfallender Nebenstrom zur Aufwertung der Textur und somit des Mundgefühls von extrudierten Fleischersatzprodukten eingesetzt werden. Darüber hinaus ist der benötigte hohe Wasserbedarf für die Diafiltration eine nicht zu akzeptierende Belastung der Trinkwasserressourcen. Ziel ist es hier das gesamte Prozesswasser für die zusätzlichen Waschungsstufen in den Prozesskreislauf zurückzuführen.

Ressourceneffiziente Erzeugung hochwertiger Proteine und Fasern aus Schmalblättrigen Bitterlupinen für die (vegane) Humanernährung, Teilprojekt C

LuproCess zielt auf die Gewinnung hochwertiger, weitestgehend nativer und funktioneller Protein- und Faserfraktionen aus Schmalblättriger Bitterlupine (Lupinus angustifolius L.) für die Humanernährung ab. Aus der gewonnen Proteinfraktion sollen im hier skizzierten Projekt Fleischersatzprodukte entwickelt werden. In LuproCess soll die bei der Proteingewinnung anfallende Faserfraktion auf ein lebensmittelgeeignetes Qualitätsniveau aufbereitet und als Zusatz bei der High-Moisture-Extrusion eingesetzt werden. Die bei der Faseraufbereitung abgeschiedenen antinutritiven Substanzen - Chinolizidinalkaloide und Oligosaccharide sowie Mineralstoffe - werden dem Prozesswasser mittels Nanofiltration entzogen und separiert, wodurch es im geschlossenen Kreis wiederverwendet werden kann. Die Chinolizidinalkaloide können als pflanzliche Sekundärmetaboliten mit bioaktiver Wirkung zu biologischen Pflanzenschutzmitteln und/oder medizinischen/veterinärmedizinischen Wirkstoffen weiterentwickelt werden. Um die Ressourceneffizienz durchgängig zu gewährleisten sollen Nebenstromketten bereits ab dem Schälprozess der Lupinensaaten vor dem Flockieren verfolgt werden. Im Rahmen der hier beschriebenen Forschungsvorhaben wird die Lupine als weitere alternative nachhaltige und ernährungsphysiologisch vorteilhafte Proteinquelle erschlossen. Des Weiteren leistet das Forschungsvorhaben einen Beitrag zur Ressourcenschonung oder sogar Ressourcenaufwertung, indem die Lupinenfasern als anfallender Nebenstrom zur Aufwertung der Textur und somit des Mundgefühls von extrudierten Fleischersatzprodukten eingesetzt werden. Darüber hinaus ist der benötigte hohe Wasserbedarf für die Diafiltration eine nicht zu akzeptierende Belastung der Trinkwasserressourcen. Ziel ist es hier das gesamte Prozesswasser für die zusätzlichen Waschungsstufen in den Prozesskreislauf zurückzuführen.

Ressourceneffiziente Erzeugung hochwertiger Proteine und Fasern aus Schmalblättrigen Bitterlupinen für die (vegane) Humanernährung, Teilprojekt D

LuproCess zielt auf die Gewinnung hochwertiger, weitestgehend nativer und funktioneller Protein- und Faserfraktionen aus Schmalblättriger Bitterlupine (Lupinus angustifolius L.) für die Humanernährung ab. Aus der gewonnen Proteinfraktion sollen im hier skizzierten Projekt Fleischersatzprodukte entwickelt werden. In LuproCess soll die bei der Proteingewinnung anfallende Faserfraktion auf ein lebensmittelgeeignetes Qualitätsniveau aufbereitet und als Zusatz bei der High-Moisture-Extrusion eingesetzt werden. Die bei der Faseraufbereitung abgeschiedenen antinutritiven Substanzen - Chinolizidinalkaloide und Oligosaccharide sowie Mineralstoffe - werden dem Prozesswasser mittels Nanofiltration entzogen und separiert, wodurch es im geschlossenen Kreis wiederverwendet werden kann. Die Chinolizidinalkaloide können als pflanzliche Sekundärmetaboliten mit bioaktiver Wirkung zu biologischen Pflanzenschutzmitteln und/oder medizinischen/veterinärmedizinischen Wirkstoffen weiterentwickelt werden. Um die Ressourceneffizienz durchgängig zu gewährleisten sollen Nebenstromketten bereits ab dem Schälprozess der Lupinensaaten vor dem Flockieren verfolgt werden. Im Rahmen der hier beschriebenen Forschungsvorhaben wird die Lupine als weitere alternative nachhaltige und ernährungsphysiologisch vorteilhafte Proteinquelle erschlossen. Des Weiteren leistet das Forschungsvorhaben einen Beitrag zur Ressourcenschonung oder sogar Ressourcenaufwertung, indem die Lupinenfasern als anfallender Nebenstrom zur Aufwertung der Textur und somit des Mundgefühls von extrudierten Fleischersatzprodukten eingesetzt werden. Darüber hinaus ist der benötigte hohe Wasserbedarf für die Diafiltration eine nicht zu akzeptierende Belastung der Trinkwasserressourcen. Ziel ist es hier das gesamte Prozesswasser für die zusätzlichen Waschungsstufen in den Prozesskreislauf zurückzuführen.

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