Das Projekt "Bedeutung von Eisenoxiden und Tonmineralen für die Stabilisierung der organischen Substanz im Unterboden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Bodenkunde durchgeführt. Das Wissen über die Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz in Böden der gemäßigten Breiten beschränkt sich bis auf wenige Ausnahmen auf die Oberböden (A-Horizonte und Auflagen) Hier finden sich die höchsten Konzentrationen der organischen Substanz. Jüngere Inventurarbeiten haben nun gezeigt, daß auch im Unterboden (B- und Cv-Horizonte) beträchtliche Mengen an organischer Substanz, allerdings in niedrigen Konzentrationen vorliegen. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, (1) die Menge der organischen Substanz im Unterboden zu erfassen, (2) ihre Zusammensetzung und Herkunft zu bestimmen und (3) ihre Umsetzbarkeit zu erfassen. Daraus sollen Rückschlüsse auf die Stabilisierungsmechanismen der organischen Substanz im Unterboden gezogen werden. Nach einer Inventur der Bodenprofile an den SPP-Standorten (C-Gehalte, 14C-Alter) erfolgt die Erfassung der Zusammensetzung der organischen Substanz mittels Festkörper-13C-NMR-Spektroskopie. Die Zusammensetzung der Lipid-, Polysaccharid- und Ligninfraktion soll Hinweise auf die Herkunft der stabilisierten organischen Substanz differenziert nach oberirdischen, unterirdischen Pflanzenrückständen und mikrobiellen Resten geben. Abbauversuche unter kontrollierten Bedingungen im Labor und die Erfassung des 14C-Alters des freigesetzten CO2 sollen Aufschluß über die Umsetzbarkeit des 'jungen' und 'alten' C im Unterboden geben. Dabei werden jeweils die Profile über die gesamte Entwicklungstiefe untersucht, um die Ergebnisse der Unterbodenhorizonte in Bezug zu den Oberböden und zu den Ergebnissen anderer AG im SPP zu setzen. Darauf aufbauend können dann in den nächsten Phasen des SPP die Eigenschaften der organischen Substanz im Unterboden und die Regulation der C-Umsetzungen im Unterboden untersucht werden.
Das Projekt "Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz im Unterboden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Department für Ökologie, Lehrstuhl für Bodenkunde durchgeführt. Das Wissen über die Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz in Böden der gemäßigten Breiten beschränkt sich bis auf wenige Ausnahmen auf die Oberböden (A-Horizonte und Auflagen). Hier finden sich die höchsten Konzentrationen der organischen Substanz. Jüngere Inventurarbeiten haben nun gezeigt, dass auch im Unterboden (B- und Cv-Horizonte) beträchtliche Mengen an organischer Substanz, allerdings in niedrigen Konzentrationen vorliegen. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, (1) die Menge der organischen Substanz im Unterboden zu erfassen, (2) ihre Zusammensetzung und Herkunft zu bestimmen und (3) ihre Umsetzbarkeit zu erfassen. Daraus sollen Rückschlüsse auf die Stabilisierungsmechanismen der organischen Substanz im Unterboden gezogen werden. Nach einer Inventur der Bodenprofile an den SPP-Standorten (C-Gehalte, 14C-Alter) erfolgt die Erfassung der Zusammensetzung der organischen Substanz mittels Festkörper-13C-NMR-Spektroskopie. Die Zusammensetzung der Lipid-, Polysaccharid- und Ligninfraktion soll Hinweise auf die Herkunft der stabilisierten organischen Substanz differenziert nach oberirdischen, unterirdischen Pflanzenrückständen und mikrobiellen Resten geben. Abbauversuche unter kontrollierten Bedingungen im Labor und die Erfassung des 14C-Alters des freigesetzten CO2 sollen Aufschluß über die Umsetzbarkeit des 'jungen' und 'alten' C im Unterboden geben. Dabei werden jeweils die Profile über die gesamte Entwicklungstiefe betrachtet, um die Unterbodenhorizonte in Bezug zu den Oberböden und zu den Ergebnissen anderer AG im SPP zu setzen. Darauf aufbauend können dann in den nächsten Phasen des SPP die Eigenschaften der organischen Substanz im Unterboden und die Regulation der C-Umsetzungen im Unterboden untersucht werden.
Das Projekt "Biologisch abbaubare Abdeckungen für eine Nachhaltige Landwirtschaft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Osnabrück, Fakultät Ingenieurwissenschaften und Informatik durchgeführt. Sprühbare Folien für die Landwirtschaft aus Polysacchariden. In der deutschen Landwirtschaft fallen jährlich in zunehmendem Maße Kunststoffabfälle an. Besonders die Anwendung von Mulchfolien in der Landwirtschaft und im Gartenbau sind von kurzfristiger Natur und mit einem Abfallproblem verbunden. Europaweit bedeutet dies, dass jährlich große Mengen von Kunststoff produziert und auf mehreren hunderttausend Hektar Land ausgebreitet werden. Um Entsorgungskosten von Mulchfolien zu sparen, werden Folienabfälle häufig unsachgemäß gelagert bzw. entsorgt. Durch Verbrennen der Folien oder die Einwirkung von VU-Licht können umweltschädliche Abfallprodukte freigesetzt werden. Biologisch abbaubare Folien stellen eine Lösungsmöglichkeit für dieses Problem dar. Am Ende der Vegetationszeit können sie in den Boden eingearbeitet werden, was Kosten spart und die Umwelt schont. Kommerzielle biologisch abbaubare Alternativen, die auf Basis thermoplastischer Stärke/alipathischer Polyester oder PLA hergestellt werden, werden bereits von verschiedenen Firmen angeboten. Sie liegen aber im Preis noch zu hoch, als dass sie im größeren Umfange verwendet werden. Ziel des LIFE-Forschungsprojektes ist es, sprühbare Folien zu entwickeln, die ausschließlich aus natürlichen Rohstoffen bestehen. Die Filmbildung soll direkt auf der landwirtschaftlichen Fläche erfolgen, nachdem eine wässerige Lösung oder Dispersion der filmbildenden Polymere auf den Boden gesprüht wurde. Folgende Anforderungen müssen an diese Polymere und Filme gestellt werden: Polymere müssen wasserlöslich oder in Wasser dispergierbar sein. Verwendete Substanzen, Zwischen- und Endprodukte des Abbaus dürfen nicht toxisch sein. Verwendete Substanzen dürfen keine unerwünschten Nebenwirkungen mit der Bodenflora und -fauna entwickeln. Die Filme müssen ausreichenden mechanische Stabilität über einen bestimmten Zeitraum und unter vorgegebenen klimatischen Bedingungen aufweisen. Ein vollständiger biologischer Abbau in einem vorgegebenen Zeitfenster wird gefordert. Die Filme müssen durchlässig sei für Gase (CO2,O2) und Feuchtigkeit. Das EU-Forschungsprojekt befasst sich mit folgenden Schwerpunkten: Suche nach geeigneten und verfügbaren biologisch abbaubaren Polymeren und Untersuchungen zur Herstellung wässriger Lösungen oder Dispersionen. Definition der Anforderungsprofile an die Filme für den Anbau verschiedener Kulturen, zum Mulchen und zur Solarisation. Untersuchung der physikalsichen Eigenschaften der Lösungen und Dispersionen und der Filme, radiometrische Untersuchungen der Filme. Computersimulation der Solarisation und der thermo-optischen Eigenschaften der Filme. Feldversuche zum Anbau spezifischer Kulturen in verschiedenen Regionen Europas. Untersuchungen zu den Auswirkungen der Filme auf Mikroflora und Mikrofauna der Böden.
Das Projekt "Verhalten von Biopolymeren während der Uferfiltration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Wasserreinhaltung durchgeführt. Problemstellung: In Berlin sowie an vielen anderen urbanen Standorten wird für die Trinkwassergewinnung Uferfiltrat eingesetzt. Im Gegensatz zu Grundwasser handelt es sich bei Uferfiltrat um Oberflächenwasser welches nach einer Untergrundpassage aus ufernahen Brunnen gefördert wird. Neben klassischen Filtereigenschaften weißt das Ufer als Filter auch eine hohe Dichte an verschiedenen Mikroorganismen auf. Aus Feldstudien geht hervor, dass die Reduktion bis hin zur vollständigen Entfernung von gelösten organischen Kohlenstoffen und zahlreichen Spurenstoffen auf mikrobielle Aktivität zurückzuführen ist. Die Abbau- bzw. Transformationsleistung wird dabei von zahlreichen Parametern wie Redoxbedingung, Temperatur oder zur Verfügung stehenden Substraten beeinflusst. Ein Substrat stellen dabei die Biopolymere dar, welche sich als eine Fraktion des gelösten organischen Kohlenstoffs überwiegend aus Proteinen und Polysacchariden zusammen setzten. Vorangegangene Arbeiten weisen auf einen Zusammenhang zwischen dem Abbau von Biopolymeren und einigen Spurenstoffen hin. Ähnlich der Biopolymere wird zum Beispiel das Röntgenkontrastmittel Iopromid als Vertreter der Spurenstoffe unmittelbar nach der Infiltration unabhängig von der Temperatur fast vollständig abgebaut bzw. transformiert. Detaillierte Kenntnisse über die im Ufer stattfindenden biologischen Prozesse liegen aber bisher nicht vor. Projektziel und Vorgehensweise: In Langzeitversuchen wird der Abbau von Biopolymeren genauer untersucht. Über mehrere Jahre kontinuierlich mit Oberflächenwasser durchströmte Sandsäulen dienen dabei als Modellsystem. Zunächst werden Hinweise für den Betrieb von Sandsäulen in Bezug auf das verwendete Füllmaterial und die damit verbundenen Einlaufzeiten aus den Langzeitversuchen ermittelt. Durch Variation der Temperatur, der Redoxbedingungen und des Füllmaterials kann deren Einfluss auf den Biopolymerabbau bestimmt werden. Um darüber hinaus Klarheit über einen möglichen Cometabolismus zwischen Iopromid und den Biopolymeren zu gewinnen wird der Spurenstoff mittels Massenspektrometrie detektiert. Neben den Abbauraten sollen auch neue Aufschlüsse über die Kinetik der zugrunde liegenden Bioreaktionen gewonnen werden. Zu diesem Zweck sind Kleinfilterkreislaufversuche mit verschiedenen Medien geplant. Diese werden so ausgelegt, dass die ersten 10 cm der Bodenpassage, also die Infiltrationszone simuliert werden kann. Um eine genaue Zuordnung zwischen Spurenstoff- und Biopolymerabbau zu gewährleisten ist weiterhin der Einsatz von künstlichen oder aufkonzentrierten Biopolymerlösungen angedacht.
Das Projekt "Verhinderung von Viskosisitaetserhoehungen in Abwaessern aus der Automobillackierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät II Biologie, Institut für Mikrobiologie, Arbeitsgruppe J. Eberspächer durchgeführt. Bei der Spritzlackierung von Karosserien entsteht Lacknebel, der mit Wasser ausgewaschen wird. Dieses Auswaschungswasser gelangt zur Ausfaellung der Lackpartikel in ein Absetzbecken. Nach Entfernung der Feststoffanteile wird das Wasser erneut ersetzt. Bei diesem im Idealfall abwasserfrei arbeitenden Kreisprozess nahm immer wieder die Viskositaet des Auswaschwassers in unerwarteter Weise sprunghaft zu, was eine kostspielige Erneuerung des Auswaschwassers erforderlich machte. Untersuchungen zeigen, dass Mikroorganismen im Milieu des Kreislaufwassers - das heisst bei hohem Kohlenstoff- und Stickstoff- und geringem Phosphorgehalt - hochmolekulare, viskose Polysaccharide bilden. Im Hohenheimer Labor wurde herausgefunden, dass sich diese schleimigen Verbindungen durch Zugabe von Phosphat verfluessigen lassen. Das Verfahren wurde patentiert und wird gegenwaertig in der Industriepraxis angewandt.
Das Projekt "Biowerkstoffe aus Protein-Polysaccharid-Verbunden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik (DIL) e.V. durchgeführt. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von neuartigen Werkstoffen auf Basis von Polysacchariden und Proteinen. Es sollten die Voraussetzungen zur Ausnutzung umweltverträglicher Vernetzungsreaktionen (chemisch und enzymatisch) für die Herstellung von Biowerkstoffen aus Protein-Polysaccharid-Gemischen geschaffen werden. Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf Vernetzungsreaktionen zwischen pflanzlichen Proteinen im Gemisch mit pflanzlichen Ölen und modifizierten Stärkesacchariden unter Einbeziehung von Hitze und Druck. Durch gezielte Nutzung und Steuerung von inter- und intramolekularen Vernetzungsreaktionen sollten die physikalischen Eigenschaften von Biowerkstoffen (z.B. zur Herstellung von Folien, Formkörpern etc.) gezielt einstellbar sein und die Anwendungsbreite für Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen erweitert werden. Die strukturellen, physikalischen und chemischen Untersuchungen sollten dazu dienen, die Anwendungseignung von pflanzlichen Proteinen und modifizierten Stärken besser einschätzen zu können und die Festlegung geeigneter modifizierter pflanzlicher Rohstoffe für weitere Forschungen auf dem Werkstoffgebiet zu ermöglichen.Für die Herstellung von Protein-Polysaccharid-Verbunden wurden folgende Proteine, teilweise in Form von Isolaten, geprüft: Kartoffel, Erbse, Lupine, Leinsaat, Raps, Sonnenblume, Mais- und Weizenkleber. Die von Firmen (Cerestar, BMA AG, Dena) gespendeten und die vom IVV Freising bereitgestellten Proteinproben hatten Proteingehalte von ca. 75 Prozent bis 95 Prozent. Als Verbundpartner wurden wässrige Emulsionen nativer Stärke, teilabgebauter Stärke, hydrophobe Stärke, Dialdehydstärke sowie Stärkekombinationen als auch Emulsionen mit nativem oder oxidiertem Öl untersucht. Im Ergebnis des Projekts konnte die Strukturbildung der Werkstoffe durch die Anwendung geeigneter Druck-Hitze-Regime erreicht werden. Bei Temperaturen von ca. 120 C und Drücken von 12 bar konnte bei den untersuchten Proteinen der Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand festgestellt werden. Hierdurch kommt es zur Auffaltung der Proteine aus dem Speicherzustand und es bietet sich die Möglichkeit zur Neustrukturierung. Dieser Neustrukturierung liegen mutmaßlich die Ausbildung von Disulfidbindungen, Wasserstoffbrücken und hydrophobe Wechselwirkungen zugrunde. Im Rahmen des Vorhabens konnten Verbunde aus Proteinen und Polysacchariden mit einem sehr breiten Spektrum am mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Die Festigkeitseigenschaften können durch die Auswahl der Komponenten und Herstellungsparameter eingestellt werden. Sie erlauben die Herstellung spröder und viskoelastischer Formkörper deren Eigenschaften mit denen herkömmlicher Thermoplaste weitgehend vergleichbar sind. Maiskleber und Kartoffelprotein eignen sich eher für feste Materialien, Weizenkleber verlieh diesen eher viskoelastische Eigenschaften. Hydrophobe Stärke bewirkt eine Verstärkung der viskoeleastischen Eigenschaften.
Das Projekt "Untersuchungen des Grubenholzabbaues und Speziation der daraus entstehenden loeslichen Abbauprodukte waehrend und nach der Flutung des Schlema-Alberodaer Grubensystems und Untersuchung der Einflussnahme der freigesetzten organischen Stoffe ..." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Pflanzenchemie und Holzchemie, Lehrstuhl für Pflanzenchemie und Zellstofftechnik durchgeführt. Das Verhalten von vor Ort gealterten Grubenhoelzern im hydrothermalen System wurde in Laborversuchen simuliert. Mittels Py-GC/MS, GC/MS, HPLC und weiteren analytischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass sowohl das Lignin als auch die Polysaccharide des Holzes beeinflusst werden. Die Rolle von Einflussfaktoren wurde bewertet. Im hydrothermalen Prozess gehen phenolische Stoffe sowie Saccharide in Loesung. Sie wurden isoliert und charakterisiert. Ihre Wechselwirkung mit toxischen und radiotoxischen Schwermetallen wird im FZR untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Polysaccharidderivate zur Anwendung in Klebstoffsystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Das Konsortium des beantragten Forschungsvorhabens, bestehend aus Fraunhofer IAP und IFAM im Verbund mit industriellen Herstellern von Biopolymeren und Modifikaten, sowie mit Klebstoffproduzenten und Applikanten, hat sich das Ziel gesetzt, für verschiedene Klebstofftypen und Anwendungen biobasierte Klebstoffsysteme zu entwickeln. Basis soll die Erarbeitung von Struktur-Wirkungsbeziehungen von Derivaten der Stärke, Cellulose und Hemicellulose sein, um den optimalen Rohstoff/optimale Derivate für vielfältige industrielle Verwendungen und auch für Alltags- bzw. Konsumentenklebstoffe zur Verfügung zu stellen. Ein partieller Ersatz von synthetischen Polymeren und Copolymeren in Marktprodukten wird angestrebt. Ausgehend von verschiedenen industriellen Rohstoffen werden Stärke-, Hemicellulose und Cellulosederivate am Fraunhofer IAP hergestellt, in der Entwicklung von Formulierungen am Fraunhofer IFAM verwendet und für Anwendungen als Dispersionskleber, Schmelz- und Reaktivklebstoff am IFAM und bei renommierten Klebstoffproduzenten getestet. Für Dispersionskleber wird eine Kombination von Degradation und Funktionalisierung durch Veresterung/Veretherung mit Variation der Kettenlänge des Substituenten und des Substitutionsgrades unter Erhalt der Wasserdispergierbarkeit durchgeführt, wobei Anwendungskonzentrationen von 30-50% mit speDas Klebevermögen von funktionalisierten Stärkeprodukten wird mit relativ hoch substituierten Hemicellulose- und Cellulosederivaten verglichen, um den Einfluss der chemischen Struktur auf das Klebevermögen von Biopolymerderivaten für verschiedene Materialien zu untersuchen. Schmelzbare Derivate werden aus Stärke, Cellulose und Hemicellulose hergestellt, um die Erfordernisse an Tg und MFI zu erfüllen. Im Arbeitspaket Reaktivklebstoffe geht es zum einen um den Aufbau von PUR-Dispersionen, zum anderen um die Einführung reaktiver Gruppen in die verschiedenen Polysaccharide.
Das Projekt "Einfluss bakterieller Schleimbildung auf die Desinfektionsmittelresistenz von freien und an Oberflaechen angehefteten Gewaesserbakterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gesamthochschule Duisburg, Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserchemie und Wassertechnologie durchgeführt. Die bakterielle Anheftung an Oberflaechen mit nachfolgender Biofilmbildung ist an aquatischen Standorten weitverbreitet und kann in technischen Systemen zu Betriebsstoerungen und hygienischen Problemen fuehren. Eine besondere Rolle bei der Biofilmbildung spielen extrazellulaere polymere Substanzen (EPS), meist Polysaccharide, die von den Bakterien ausgeschieden werden und zur Stabilitaet des Biofilms gegenueber physikalischen, chemischen und biologischen Einwirkungen beitragen. Anhand des im Wasser und Boden weit verbreiteten Bakteriums Pseudomonas aeruginosa soll untersucht werden, inwieweit die Bildung von EPS dieser Bakterien an der Resistenz gegenueber chemischen Desinfektionsmitteln ursaechlich beteiligt ist. Dazu sollen aus dem Aufwuchs aquatischer Standorte isolierte schleimbildende, sogenannte mucoide Staemme von P aeruginosa mit nicht-schleimbildenden Staemmen verglichen werden. Der Schleim mucoider Staemme von P aeruginosa enthaelt als charakteristisches EPS das saure Polysaccharid Alginat. Als Desinfektionsmittel werden Chlor und Wasserstoffperoxid verwendet. Im einzelnen sind folgende Untersuchungen vorgesehen: 1) Isolierung und Charakterisierung von freien und an Oberflaechen angehefteten P aeruginosa-Staemmen aus den Bereichen des aufbereiteten Trinkwassers, des Schwimmbeckenwassers, des Brauchwassers und natuerlicher Gewaesser. 2) Vergeichende Untersuchungen des Ueberlebens von P aeruginosa in An- und Abwesenheit von Alginatschleimbildung von suspendierten und an Aufwuchsmaterial (Aktivkohle, Metalloberflaechene) angehefteten Bakterien in Abhaengigkeit von Desinfektionsmittelkonzentration, Einwirkdauer, pH-Wert, Temperatur usw.
Das Projekt "Polysaccharid-Forschung - Teilvorhaben 17: Vergleichende Untersuchungen zur Struktur-Eigenschaftenrelation von Cellulose- und Amylosederivaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. Durch gezielte Aenderung von mikroskopischer Struktur und Morphologie wurden in den letzten Jahren erhebliche Verbesserungen in den Werkstoffeigenschaften von synthetischen Polymeren erzielt, die bei den Polysacchariden aufgrund mangelnder Grundlagenforschug ausblieben. Die Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist deshalb die Verbesserung des Grundlagenwissens und die Bereitstellung von physikalisch-chemischen Daten zum Einsatz von Polysacchariden als nachwachsende Rohstoffe mit hoher Wertschoepfung. Insbesondere sollen die Zusammenhaenge zwischen Struktur, Dynamik und Eigenschaften von festen Cellulose- und Amylosederivaten aufgezeigt werden, um Vorhersagen ueber spezielle Verwertbarkeit, Guete und Verarbeitbarkeit von Filmen, Fasern und Feststoffen treffen zu koennen.
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