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Regionales Grundwassermonitoring

Das regionale Grundwassermonitoring ist ein integraler Bestandteil des ökologischen Großprojektes „Industriegebiet Spree“ (ÖGP „IG Spree“) und dient der Überwachung der Grundwasserbeschaffenheit in den sogenannten Transfergebieten von Schadstoffen zwischen altlastenverunreinigten Industrieflächen sowie den Brunnengalerien der Wasserwerke Johannisthal und Wuhlheide. Die Untersuchungsergebnisse bilden die Grundlage für die Einschätzung der hydraulischen Wirksamkeit laufender und der Überprüfung der Nachhaltigkeit abgeschlossener Sicherungs- und Sanierungsmaßnahmen sowie der Bewertung der allgemeinen Beschaffenheitsentwicklung im Projektgebiet. Die Messstellen des regionalen Grundwassermonitorings werden seit 1995 entsprechend dem hydrologischen Jahresgang einmal im Mai (Frühjahrskampagne) und einmal im Oktober (Herbstkampagne) beprobt. 1995 wurde mit insgesamt 61 Messstellen der Grundstein für das Überwachungsmessnetz des Großprojektes gelegt. Dieses Messnetz wurde im Verlauf der vergangenen Jahre sowohl flächen- als auch teufenmäßig gezielt erweitert und verdichtet. Durch die mittlerweile 1.500 Einzelpegel im Nord- und 1.900 Pegel im Südbereich des Untersuchungsgebietes konnte ein ausreichend hoher Aufschlussgrad der hydrodynamischen und hydrochemischen Gesamtsituation erzielt werden. Zusätzlich wurden zahlreiche Grundwassermessstellen aus standortbezogenen Maßnahmen auf Altlastenflächen sowie von den Berliner Wasserbetrieben (BWB) betriebene Messpegel in die Bewertung der Grundwasserbeschaffenheit einbezogen. Schwerpunkte der Analytik definieren sich durch die auf den Altlastenstandorten eingetragenen Schadstoffe. Dazu zählen: chlorierte und fluorierte Kohlenwasserstoffverbindungen (LCKW, FCKW), Benzinkohlenwasserstoffverbindungen (BTEX), polycyclische aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK), Arsen, Cyanide, Pflanzenschutzmittel und pharmatypische Verbindungen. Alle bohrungs- und messstellenrelevanten Stamm- und Ausbaudaten sowie die entsprechenden hydrodynamischen und chemischen Messergebnisse werden seit 1995 in einer übergreifenden Datenbank (GeODin) erfasst und verwaltet. Auf dieser Grundlage werden mittels geographischer Informationssysteme (GIS) für das Gesamtgebiet Grundwassergleichen- und Grundwasserdifferenzenpläne, modellgestützte Nachbildungen der Hydrodynamik sowie Darstellungen zur hydrochemischen Beschaffenheit des Grundwassers in Form von Schadstoffbelastungskarten erarbeitet. Die kurzfristige Datenverfügbarkeit ermöglicht die Bearbeitung lokaler und regionaler Fragestellungen und Zielsetzungen. Die Grundwasserdynamik wird neben den Infiltrationsbedingungen der Oberflächengewässer durch den Betrieb der Sicherungs- und Abwehrbrunnen und durch die Grundwasserförderung der Wasserwerke Wuhlheide und Johannisthal beeinflusst. Eine wesentliche Voraussetzung für die Verwertbarkeit aller ermittelten Untersuchungsergebnisse stellt die Durchführung gezielter qualitätssichernder Maßnahmen sowohl für die Errichtung der Grundwassermessstellen als auch für die Probenahme und die analytischen Leistungen der Labore dar. Hierzu zählt die Überprüfung des Messstellenausbaus (Dichtigkeit der Rohrverbindungen, Überprüfung der Lage von Verfüllmaterialien wie Kiesschüttung, Füllsand und Tonsperren zur Oberflächenabdichtung und Wiederherstellung durchteufter Grundwasserstauer) mittels geophysikalischer Messmethoden im Bohrloch. Als Kontrolle für die Laborleistungen konnte – neben Vorortkontrollen bei der Probenahme und der standardmäßigen Plausibilitätskontrolle auf Basis des Datenmanagementsystems – die BAM (Bundesanstalt für Materialprüfung und -forschung, Bereich organische Chemie) als unabhängige Überwachungsinstitution gewonnen werden. Seit 1997 führt die BAM kontinuierlich Kontrolluntersuchungen an ausgewählten Grundwasserproben, Schiedsanalysen (Ringversuche für LHKW bis 2007, für Anilin-Verbindungen zuletzt in 2017/2018), Laborbegehungen und Konsultationen durch und steht den Projektbeteiligten beratend zur Seite. Aufgrund der nachhaltigen Sanierungserfolge auf den Eintragsbereichen (Quellensanierung) sowie den Transferbereichen (Schadstofffahnen) werden seit 2014 Grundwassermessstellen zurückgebaut. Die Kosten für alle dem regionalen Grundwassermonitoring (ÖGP „IG Spree“) zuzuordnenden Maßnahmen belaufen sich durchschnittlich auf ca. 175.000 € pro Jahr.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Organische Chemie I durchgeführt. Für die Herstellung von Caprolacton aus nachwachsenden Rohstoffen wurden 3 interessante Synthesewege identifiziert. Die Synthesewege unterscheiden sich vor allem durch verschiede Startrohstoffe und durch die Kombination an chemischen und enzymatischen Syntheseschritten. Die 3 Synthesewege sollen zunächst evaluiert und priorisiert werden. Bei allen Synthesezugängen wird unter Einbezug der Rohstoffkosten die Prozesseffizienz untersucht, optimiert und evaluiert. Der priorisierte Prozess wird dann gezielt optimiert und in den vergrößerten Labormaßstab überführt. Ein Forschungsfokus hierbei wird die Optimierung der Bio- und Chemo-Katalysatoren sein, um die benötigten technischen Kenndaten zu erreichen. Um zusätzlich eine günstige Prozessökonomie zu erreichen soll auf Reinigung der Zwischenstufen verzichtet und die Reaktionen als Mehrstufen-Eintopf-Synthesen durchgeführt werden. Zudem werden erste Produktmuster hergestellt, die dann beim Unternehmen BYK in Anwendungstests im Hinblick auf die Gleichwertigkeit mit dem heutigen auf Erdöl basierenden Produkt getestet werden. Am Ende dieses Projekts soll ein nachhaltiger, effizienter und ökonomisch attraktiver bio-basierter Produktionsprozess für Caprolacton stehen.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Biologische und Chemische Systeme durchgeführt. In diesem Vorhaben soll das ELN (Electronic Laboratory Notebook) Chemotion an die Anforderungen der Elektrochemie angepasst werden, sodass das ETOS-Cluster mit den nötigen digitalen Werkzeugen ausgestattet ist, um nachvollziehbare und reproduzierbare Ergebnisse in effizienter Weise zu generieren und Forschungsprozesse zu beschleunigen. Das bereits existierende und auf die Belange der organischen Chemie optimierte ELN Chemotion soll mit den nötigen Funktionen versehen werden, sodass die Forschung innerhalb des ETOS-Clusters in Bezug auf Schnelligkeit, Präzision und Vollständigkeit der Dokumentation optimiert werden kann. Die Etablierung des ELNs ermöglicht die Standardisierung der Prozessdokumentation, die Vereinheitlichung von Informationen und die Bereitstellung von intelligenten Tools in Kombination mit einer Zugriffsmöglichkeit vieler Partner auf gemeinsame Daten. Dies wird die Arbeiten innerhalb von ETOS erleichtern sowie den Erkenntnisgewinn und Transfer der Ergebnisse in die Industrie beschleunigen. Die Erweiterung des ELNs hin zu einer auf die Elektrochemie zugeschnittenen Software für Dokumentation, Analyse und Informationsbereitstellung ist die wesentliche Voraussetzung zur Bereitstellung einer Forschungsdateninfrastruktur, die die Arbeitsgruppen in ETOS bei der Durchführung der chemischen Arbeiten und ihrer Interpretation unterstützt. Die Software wird von den Wissenschaftlern gemeinsam definiert, um alle für die Nutzer wichtigen Aspekte abbilden zu können. Das ELN wird im Produktivbetrieb den Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt, sodass alle Gruppen die Möglichkeit zur Nutzung der Infrastruktur haben. Die Arbeiten ermöglichen die Generierung von FAIRen Daten, die durch einen optionalen Transfer in Repositorien durch die internationale chemische Community nachgenutzt werden können.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Department Chemie durchgeführt. In diesem Vorhaben soll das ELN (Electronic Laboratory Notebook) Chemotion an die Anforderungen der Elektrochemie angepasst werden, sodass das ETOS-Cluster mit den nötigen digitalen Werkzeugen ausgestattet ist, um nachvollziehbare und reproduzierbare Ergebnisse in effizienter Weise zu generieren und Forschungsprozesse zu beschleunigen. Das bereits existierende und auf die Belange der organischen Chemie optimierte ELN Chemotion soll mit den nötigen Funktionen versehen werden, sodass die Forschung innerhalb des ETOS-Clusters in Bezug auf Schnelligkeit, Präzision und Vollständigkeit der Dokumentation optimiert werden kann. Die Etablierung des ELNs ermöglicht die Standardisierung der Prozessdokumentation, die Vereinheitlichung von Informationen und die Bereitstellung von intelligenten Tools in Kombination mit einer Zugriffsmöglichkeit vieler Partner auf gemeinsame Daten. Dies wird die Arbeiten innerhalb von ETOS erleichtern sowie den Erkenntnisgewinn und Transfer der Ergebnisse in die Industrie beschleunigen. Die Erweiterung des ELNs hin zu einer auf die Elektrochemie zugeschnittenen Software für Dokumentation, Analyse und Informationsbereitstellung ist die wesentliche Voraussetzung zur Bereitstellung einer Forschungsdateninfrastruktur, die die Arbeitsgruppen in ETOS bei der Durchführung der chemischen Arbeiten und ihrer Interpretation unterstützt. Die Software wird von den Wissenschaftlern gemeinsam definiert, um alle für die Nutzer wichtigen Aspekte abbilden zu können. Das ELN wird im Produktivbetrieb den Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt, sodass alle Gruppen die Möglichkeit zur Nutzung der Infrastruktur haben. Die Arbeiten ermöglichen die Generierung von FAIRen Daten, die durch einen optionalen Transfer in Repositorien durch die internationale chemische Community nachgenutzt werden können.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Institut für Organische Chemie, Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie durchgeführt. Schaltbare Kleber, also gezieltes Abschalten der Haftung ('Debonding on Demand' = DoD), sind ein lang gehegter Traum der Klebstoffbranche. Die Vorteile des reversiblen Klebens liegen auf der Hand, Reparatur und Recycling würden drastisch vereinfacht. Dies gilt für aufwendige technische Konstruktionen (z.B. Austausch eines Handy-Displays mittels einer auf dem Handy installierten Debonding-App) als auch für eher einfache Fügeteile (Automobil/Verpackung). Mehrfache Reversibilität und damit einhergehende Selbstheilung einer Klebeverbindung können als ultimatives Ziel ausgegeben werden, aber bereits einmalige Schaltbarkeit hätte für den überwiegenden Teil technischer Anwendungen einen erheblichen Mehrwert. Leider besteht ein offensichtlicher Zielkonflikt. So darf eine Verklebung während des Gebrauchs nicht versagen (Stabilität gegenüber mechanischer Krafteinwirkung, Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, Wasserfestigkeit, chemische Resistenz, etc..), sollte aber im Reparatur- oder Recyclingfall einfach abzulösen sein. Trotz zahlreicher technologischer Anstrengungen ist es HENKEL sowie seinen Mitbewerbern Stand heute nicht gelungen, die anspruchsvollen Kriterien eines Strukturklebers mit befriedigender Schaltbarkeit zur gezielten Enthaftung zu kombinieren. Ein Strukturkleber kann dabei als 'High Performance Adhesive' angesehen werden, da dieser i.d.R. für stark belastete Bauteile verwendet wird. HENKEL ist Willens, neue Wege zu gehen, biogene Ressourcen zu nutzen, Kompetenzen und Wissenschaftler*innen verschiedener Disziplinen zusammenzubringen sowie eine enge und längerfristige Zusammenarbeit mit der Academia vor Ort einzugehen. Die Konvergenz von Biotechnologie, Polymerchemie und Technik wird ausdrücklich als Chance begriffen, um zu neuen biobasierten Lösungsansätzen zu gelangen. Die Arbeiten sollen sich mit unterschiedlichen Materialklassen beschäftigen, wobei dem elektrochemischen DoD besondere Aufmerksamkeit gilt.

ETOS: ELN für Elektrochemische Reaktionen

Das Projekt "ETOS: ELN für Elektrochemische Reaktionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Biologische und Chemische Systeme durchgeführt. In diesem Vorhaben soll das ELN (Electronic Laboratory Notebook) Chemotion an die Anforderungen der Elektrochemie angepasst werden, sodass das ETOS-Cluster mit den nötigen digitalen Werkzeugen ausgestattet ist, um nachvollziehbare und reproduzierbare Ergebnisse in effizienter Weise zu generieren und Forschungsprozesse zu beschleunigen. Das bereits existierende und auf die Belange der organischen Chemie optimierte ELN Chemotion soll mit den nötigen Funktionen versehen werden, sodass die Forschung innerhalb des ETOS-Clusters in Bezug auf Schnelligkeit, Präzision und Vollständigkeit der Dokumentation optimiert werden kann. Die Etablierung des ELNs ermöglicht die Standardisierung der Prozessdokumentation, die Vereinheitlichung von Informationen und die Bereitstellung von intelligenten Tools in Kombination mit einer Zugriffsmöglichkeit vieler Partner auf gemeinsame Daten. Dies wird die Arbeiten innerhalb von ETOS erleichtern sowie den Erkenntnisgewinn und Transfer der Ergebnisse in die Industrie beschleunigen. Die Erweiterung des ELNs hin zu einer auf die Elektrochemie zugeschnittenen Software für Dokumentation, Analyse und Informationsbereitstellung ist die wesentliche Voraussetzung zur Bereitstellung einer Forschungsdateninfrastruktur, die die Arbeitsgruppen in ETOS bei der Durchführung der chemischen Arbeiten und ihrer Interpretation unterstützt. Die Software wird von den Wissenschaftlern gemeinsam definiert, um alle für die Nutzer wichtigen Aspekte abbilden zu können. Das ELN wird im Produktivbetrieb den Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt, sodass alle Gruppen die Möglichkeit zur Nutzung der Infrastruktur haben. Die Arbeiten ermöglichen die Generierung von FAIRen Daten, die durch einen optionalen Transfer in Repositorien durch die internationale chemische Community nachgenutzt werden können.

Bestimmung von Schadstoffen in der Umwelt und Untersuchungen ihrer Wanderung, Wirkung und Umwandlung

Das Projekt "Bestimmung von Schadstoffen in der Umwelt und Untersuchungen ihrer Wanderung, Wirkung und Umwandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität des Saarlandes, Fachrichtung Organische Chemie durchgeführt. Entwicklung massenspektrometrischer Verfahren zur Bestimmung von Luftschadstoffen. Luftschadstoffmessung Quecksilber, halogenierter Kohlenwasserstoffe, organischer Schwefelverbindungen.

IBÖM-08: BioHartschaumstoffe II - Nachhaltige Produkte zum Ersatz von Phenol-Formaldehyd-Harzen

Das Projekt "IBÖM-08: BioHartschaumstoffe II - Nachhaltige Produkte zum Ersatz von Phenol-Formaldehyd-Harzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Organische Chemie I durchgeführt.

Teilvorhaben 1: Herstellung Stärkeester

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Herstellung Stärkeester" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie, Kompetenzzentrum Polysaccharidforschung durchgeführt. In den letzten Jahrzehnten gewinnen Biopolymere als Ersatz für synthetische Kunststoffe zunehmend an wirtschaftlicher und ökologischer Bedeutung. Die Biopolymere Cellulose und Stärke gehören dabei zu den wichtigsten nachwachsenden Rohstoffen, die stofflich für die Entwicklung und Produktion von Funktionspolymeren verwendet werden. Aufgrund ihres historisch schon sehr langen Gebrauchs, stehen sie in gleichbleibender Qualität und Reinheit zur Verfügung. Längst ist jedoch nicht das gesamte Potential dieser Naturstoffe bekannt und ausgeschöpft. Ihre molekular und übermolekular strukturell bedingten Eigenschaften lassen sich über eine gezielte chemische Modifizierung der Hydroxylgruppen breit variieren und für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche spezifisch anpassen. Durch die erhältlichen wasserbindenden, verdickenden, klebenden und haftvermittelnden Eigenschaften erfüllen sie wichtige Funktionen, beispielsweise in Nahrungsmitteln, Pharma- und Kosmetikprodukten sowie in Baustoffen, Farben und Verpackungsmaterialien. Stärkeester sind dabei besonders interessante Produkte, da diese durch die chemische Modifizierung thermoplastische Eigenschaften gewinnen können. Wie aus aktuellen Arbeiten hervorgeht, sind insbesondere Stärkeester, die durch die Umsetzung mit langkettigen Fettsäuren erhalten werden, für die Verformung zu Folien und Filmen geeignet. Ziel des Vorhabens ist es, aus thermoplastischen Stärkeestern Folien und Klebstoffe zu entwickeln, die bezüglich ihrer chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften für Anwendungen im Bereich Lebensmittelverpackung etabliert werden können. Zur Modifizierung wird einerseits das vorhandene Know-how der Antragsteller weiterentwickelt, um neue Produkte mit hoher Wertschöpfung durch die Einführung spezifischer Funktionalitäten zu schaffen und diese auch in einen technisch nutzbaren Maßstab zu überführen.

Photosensibilisierung: Ein neuer Pfad zur SOA Bildung und Änderung der Eigenschaften von troposphärischen Partikeln

Das Projekt "Photosensibilisierung: Ein neuer Pfad zur SOA Bildung und Änderung der Eigenschaften von troposphärischen Partikeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. Troposphärische Aerosolpartikel sind oft in einer sehr simplen Art und Weise, als nicht-flüchtig und chemisch-inert, in Modellen beschrieben. Diese Annahmen werden durch die aktuelle Forschung in Frage gestellt, wonach die flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und sekundäre organische Aerosole (SOA) ein System bilden, das sich in der Atmosphäre durch chemische und dynamische Prozessierung entwickelt. Ein aktuelles Schlüsselproblem in der Atmosphärenchemie sind organische Partikel, welche in Modellen auf der Grundlage verfügbarer Parametrisierungen von Laborversuchen implementiert sind, die die SOA Bildung stark unterschätzen und nicht ausreichendend das Partikelwachstum vorhersagen. Differenzen zwischen den gemessenen und modellierten SOA-Konzentrationen deuten darauf hin, dass andere wesentliche SOA Quellen noch nicht identifiziert und charakterisiert sind. Zur Erklärung und Schließung dieser Lücke wurden Studien durchgeführt. So wurde gezeigt, dass das gasförmige Glyoxal deutlich zur SOA Masse durch Mehrphasenchemie beitragen kann. Solche Senken in der kondensierten Phase sind in der Lage, einen wichtigen Teil der fehlenden SOA Masse in Modellen, die oft als aqSOA bezeichnet wird, zu erklären. Jedoch implizieren Beobachtungen, dass es immer noch große Unsicherheiten in der SOA Bildung gibt. Herkömmliche aqSOA Quellen können offenbar nicht vollständig das fehlende SOA erklären. Weiterhin wurde gezeigt das, Multiphasenprozesse lichtabsorbierende partikuläre Verbindungen herstellen können. Die Bildung von solchen lichtabsorbierenden Spezies können neue photochemische Prozesse in Aerosolen und/oder in Gas/Partikel-Grenzflächen bewirken. Eine signifikante Menge an Literatur über photoinduzierten Ladungs- oder Energietransfer in organischen Molekülen existiert für andere Bereiche der Wissenschaft. Solche organischen Moleküle können Aromaten, substituierte Carbonyle und/oder stickstoffhaltige Verbindungen sein, welche allgegenwärtig in troposphärischen Aerosolen sind. Während die Wasserphotochemie aufgezeigt hat, dass viele dieser Prozesse, den Abbau von gelösten organischen Stoffen beschleunigen, ist nur wenig über solche Prozesse in/auf Aerosolpartikeln bekannt.Daher soll in PHOTOSOA, die Photosensibilisierung in der Troposphäre studiert werden, da diese eine wichtige Rolle bei der SOA-Bildung und Alterung spielen kann. Solche Photosensibilisierungen können neue chemische Pfade eröffnen, die bisher unberücksichtigt sind, obwohl sie die atmosphärische chemische Zusammensetzung beeinflussen können und so dazu beitragen die aktuellen SOA Unterschätzung abzubauen. Dieses Projekt zielt auf die Verringerung solcher Unsicherheiten, durch die Kombination von Laboruntersuchungen fokussiert auf die Chemie von Triplett-Zuständen von relevanten Photosensibilisatoren in verschiedenen Phasen und ihre Rolle bei der SOA-Bildung, ab. Die Grundlagenforschung zu diesen Prozessen ist erforderlich, um ihre troposphärische Bedeutung abschätzen zu können.

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