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Platinbestimmung von Membran- Elektroden- Einheiten aus Brennstoffzellen

Die genaue Kenntnis der Platingehalte von Membranen aus Brennstoffzellen ist für einen Aufbereitungsprozess und vor allem zur genauen Berechnung der Wertschöpfung von großer Bedeutung. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung, vor allem durch erhöhte Fluorfrachten, wird die genaue Analytik, aber auch die Aufbereitung, erschwert. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojektes stand deshalb die Prüfung von Probenahme, Probenaufbereitung und Analytik hinsichtlich ihrer Eignung bei der Bestimmung von Platingehalten der Membran- Elektroden Einheiten. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die größten Probleme erwartungsgemäß bei der Probenvorbereitung und -aufbereitung auftreten. Bei der anschließenden vergleichenden Analytik lagen die Messwerte sehr eng beieinander, so dass keinem der Verfahren hier der Vorrang gegeben werden kann. Auf Grund der gewonnenen Erkenntnisse in der Probenaufbereitung konnten abschließend auch einige Vorschläge für einen Aufbereitungsprozess zusammengestellt werden.

Elbe Element Explorer 2018-2023: A time series of dissolved metals in the Elbe river

The river Elbe flows through Geesthacht right before the tidal part of the Elbe begins. In order to monitor and investigate the metal load and transport from the upstream river with a study focus on extreme events, water samples were taken weekly from the Geesthacht riverbank a couple of kilometers upstream of the weir starting in April 2018 and going until April 2023. During extreme events, i.e. floods or droughts, the sampling interval was increased to (bi-)daily sampling. The water samples were taken in pre-cleaned LDPE bottles, filtered over <0.45 µm polycarbonate filters into pre-cleaned LDPE bottles/tubes and acidified with nitric acid. The filtrates were then measured for their (trace) metal concentrations with ICP-MS/MS coupled online to a seaFAST preconcentration and matrix removal system. The physiochemical parameters pH value, dissolved oxygen, temperature and conductivity were measured for each sample using a corresponding multimeter probe.

Erstellung von 'Environmental Health Criteria' Dokumenten (IPCS/WHO)

Im Rahmen des Internationalen Programms fuer Chemische Sicherheit (IPCS) wird an der Erstellung mehrerer Baende der Schriftenreihe 'Environmental Health Criteria Documents' als 'leading institution' gearbeitet. Unter gemeinsamer Verantwortung wird die Reihe vom 'United Nations Environmental Programme' (UNEP), der 'International Labour Organisation' (ILO) und der 'World Health Organization' (WHO) herausgegeben. Ziel der Kriteriendokumente ist es, vorhandene Informationen ueber eine definierte Chemikalie oder Stoffgruppe zu sammeln, sie zu ueberpruefen und sie zu bewerten. Damit soll eine wissenschaftlich fundierte Grundlage geschaffen werden, die besonders in den Entwicklungslaendern politische Entscheidungen ermoeglicht, um Mensch und Umwelt vor nachteiligen Folgen einer entsprechenden Exposition zu schuetzen.

Bestimmung von Edelmetallen und ihren Spezies in biologischen Proben mittels Atomfluoreszenzspektrometrie, Laserablation mit ICP-MS und Atomabsorptionsspektrometrie

Die anthropogene Verbreitung der Edelmetalle durch die Nutzung vornehmlich als Katalysator in der chemischen Industrie und in Kraftfahrzeugen hat bereits zu messbaren Veraenderungen der Edelmetallgehalte in Umweltproben gefuehrt. Ein systematischer Ueberblick ueber die Veraenderungen und deren Auswirkungen auf Lebewesen ist noch nicht machbar, da zu wenige Untersuchungen vorliegen. Fuer das Element Platin sind, zumindest fuer die Verbreitung in der Umwelt, einige Aussagen verfuegbar. Fuer die Metalle Palladium, Rhodium und Iridium sind Untersuchungen nur ansatzweise zu finden. Praktisch keine Aussagen sind ueber die Bindungszustaende zu erhalten. Angaben ueber die vorkommenden Metallspezies sind aber fuer die Kenntnis der Wirkungsmechanismen dieser Metalle auf Lebewesen wichtig. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung von Umweltproben, speziell biologischer Proben, bezueglich ihrer Gehalte an Edelmetallen und deren Spezies.

Platin - Umwelt- und Arbeitsmedizinische Untersuchungen

Ziel: Erfassung der inneren Belastung von Personen mit unterschiedlicher Exposition gegenüber Platin (Umwelt, Arbeitsplatz, Krebstherapie). Methodik: Bestimmung der Platinkonzentration in Urinproben mittels Voltammetrie. Ergebnisse: Da das Edelmetall Platin ubiquitär vorhanden ist, sind auch im menschlichen Körper entsprechende Spuren vorhanden. Neben Getränken und Nahrungsmitteln kann Platin vor allem durch platinhaltige Goldlegierungen aufgenommen werden. Eine Aufnahme über die Atmung durch platinhaltige Autoabgase (Abrieb aus Dreiwegekatalysator) tritt zwar auf, ist aber aufgrund der niedrigen Luftkonzentrationen (5 - 50 pg/m3) sehr gering. In der Arbeitsmedizin gibt es schon seit 70 Jahren Berichte über Sensibilisierungen. Um diese Gefährdung besser zu erfassen, eignet sich die Bestimmung der Platinkonzentration im Urin besser als umfangreiche Luftmessungen. In der Chemotherapie werden die Platinverbindungen Cisplatin und Carboplatin eingesetzt, wobei die Urinausscheidung von Patienten - auch 8 Jahre nach der letzten Therapie - noch 500-fach über dem Median der Normalbevölkerung liegt.

Katalytische Reduktion des Stickoxids bei Gegenwart von Sauerstoff

Ziel der Untersuchung ist es, die Besonderheiten der Kinetik der NO/CO Reaktion als Zusammenwirken von Vorgaengen an der Phasengrenze, Transportvorgaengen in der Gasphase und Vorgaengen im Metall zu verstehen, um die in der Praxis bei der katalytischen Umsetzung von NO in Abgasen auftretenden Schwierigkeiten zu beheben. Zunaechst Untersuchung der Vorgaenge an Platin, dem in der Praxis der katalytischen NO-Beseitigung wichtigsten Katalysatormetall.

Metabolische Dosis-Wechselwirkungen verschiedener Platinverbindungen bei wachsenden, graviden und laktierenden Ratten

Elektrokatalysatoren fuer Membranbrennstoffzellen

a) Herstellung und Optimierung von Elektrode-Membran-Verbuenden fuer die Membranbrennstoffzelle. Es wurde ein Spruehverfahren zur Herstellung von Elektrode-Membran-Verbuenden entwickelt. b) Optimierung der Elektrodenstruktur der Kathode fuer den Betrieb mit Luft bei 1 bar. c) Entwicklung und Charakterisierung von ternaeren Katalysatoren fuer die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle auf der Basis Pt/Ru. d) Herstellung von verbesserten makroporoesen Luftelektroden.

Remanufacturing von PEM-Brennstoffzellenstacks für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft, Teilvorhaben: Optische Inspektion von Bipolarplatten

Brennstoffzellensysteme werden erst wirtschaftlich und ökologisch nachhaltig, wenn eine Kreislaufwirtschaft um das Produkt aufgebaut wird. Denn (Primär-)Platin, das Teil der MEA ist, hat einen erheblichen Anteil am CO2-Fußabdruck und den Kosten eines Brennstoffzellenstacks. Außerdem haben Brennstoffzellensysteme eine hohe Wertschöpfung, die am Ende des ersten Produktlebenszyklus so weit wie möglich erhalten bleiben sollte. Brennstoffzellekomponenten, insbesondere die MEA, weisen nach einer gewissen Betriebszeit chemische Degradationserscheinungen auf und können nicht unmittelbar weiterverwendet werden. Sobald ein Brennstoffzellenstack an sein Lebensende gelangt oder aufgrund eines Defekts frühzeitig ausfällt, muss sein Zustand beurteilt werden. Daraus muss abgeleitet werden, ob eine Reparatur des Stacks in Form eines Austauschs degradierter Zellen möglich ist. Falls nicht, muss der Brennstoffzellenstack demontiert, entsprechend befundet und ggf. Einzelkomponenten wiederaufbereitet werden, um der Anforderung eines möglichst hohen Wertschöpfungserhalts gerecht zu werden. Komponenten, die aufgrund irreversibler Degradationserscheinungen nicht mehr aufbereitet werden können, müssen im Sinne der Nachhaltigkeit möglichst sortenrein einem Recycling zugeführt werden. Unter Berücksichtigung der erwarteten Stückzahlen müssen daher bereits jetzt Konzepte für die automatisierte Zustandsbeurteilung und Demontage von Brennstoffzellenstacks, mit dem Ziel einer Kreislaufwirtschaft, entwickelt werden, um langfristig zum Erfolg der Technologie beizutragen. ISRA untersucht im Teilvorhaben in AP3 Inline-Messtechniken zur Erkennung von Korrosion, Deformation und Anhaftung von Dichtungsresten bei demontierten Bipolarplatten. In AP4 wird ISRA versuchen, mit Hilfe von Methoden der Produktionsanalyse bei der Untersuchung der Korrelationen der Parameter für den Aufbau eines vereinfachten Alterungsmodells mitzuwirken. In AP5 werden die Ergebnisse aus AP3 in einen Demonstrator überführt.

Remanufacturing von PEM-Brennstoffzellenstacks für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft, Teilvorhaben: Forschung und Technologietransfer

Brennstoffzellensysteme werden erst wirtschaftlich und ökologisch nachhaltig, wenn eine Kreislaufwirtschaft um das Produkt aufgebaut wird. Dies liegt zum einen darin begründet, dass (Primär-)Platin, das Teil der MEA ist, einen erheblichen Anteil am CO2-Fußabdruck und den Kosten eines Brennstoffzellenstacks hat und zum anderen, dass Brennstoffzellensysteme eine hohe Wertschöpfung haben, welche am Ende des ersten Produktlebenszyklus so weit wie möglich erhalten bleiben sollte. Da verschiedene Komponenten der Brennstoffzelle, insbesondere die MEA, nach einer gewissen Betriebszeit chemische Degradationserscheinungen aufweisen, ist eine unmittelbare Weiterverwendung ausgeschlossen. Sobald ein Brennstoffzellenstack an sein Lebensende gelangt oder aufgrund eines Defekts frühzeitig ausfällt, bedarf es einer Zustandsbeurteilung des Stacks. Daraus muss abgeleitet werden, ob eine Reparatur des Stacks in Form eines Austauschs degradierter Zellen möglich ist. Falls dies nicht mehr möglich ist, bedarf es der Demontage des Brennstoffzellenstacks sowie einer entsprechenden Befundung und ggf. Wiederaufbereitung der Einzelkomponenten, um der Anforderung eines hohen Wertschöpfungserhalts gerecht zu werden. Komponenten, die aufgrund irreversibler Degradationserscheinungen nicht mehr aufbereitet werden können, müssen möglichst sortenrein einem Recycling zugeführt werden. Unter Berücksichtigung der erwarteten Stückzahlen müssen daher bereits jetzt Konzepte für die automatisierte Zustandsbeurteilung und Demontage von Brennstoffzellenstacks, mit dem Ziel einer Kreislaufwirtschaft, entwickelt werden, um langfristig zum Erfolg der Technologie beizutragen. Der Fokus des wbks liegt einem Demonstrator für die automatisierte Demontage unter Berücksichtigung der genannten Herausforderungen. Der Demonstrator bildet Aspekte der Handhabung und Qualitätssicherung ab und ist für verschiedene Stackdesigns befähigt.

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