Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Greifswald, Institut für Biochemie, Abteilung Biotechnologie und Enzymkatalyse durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer effizienten biokatalytischen Methode zur Acylierung von nachwachsenden Rohstoffen in Form von pflanzlichen Polysacchariden mit Fettsäuren zur Herstellung von amphiphilen Polysacchariden. Diese qualitativ-hochwertigen bio-basierten Produkte sollen, alternativ zu den herkömmlichen chemischen Methoden, mit Hilfe von maßgeschneiderten Lipasen hergestellt werden. Amphiphile Polymere spielen eine große Rolle in Anwendungen für Lebensmittel, Pharmazeutika und Kosmetika, aber auch bei technischen Anwendungen als Binder, Coating und Detergenz. Zur Zeit kommen hierfür petro-basierte synthetische Copolymere zum Einsatz. Die Kombination und Integration von spezifischem Know-how im Protein-Engineering von Lipasen und deren Einsatz in der Modifikation von Polysacchariden ermöglichen neue Wege zur Herstellung von bio-basierten Produkten mit attraktiven Eigenschaften.
Das Projekt "Teilvorhaben 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt e.V. durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung von multifunktionalen, sprühfähigen und biologisch abbaubaren Folien für den landwirtschaftlichen Kulturpflanzenanbau auf Basis einheimischer nachwachsender Rohstoffe. Das TITK entwickelt im Rahmen des Projektes vor allem Rezepturen auf der Basis von Polysacchariden und deren Derivaten. Entsprechende Synthesetechnik ist am TITK vorhanden. Die auf 4 Forschungseinrichtungen und 1 mittelständige Firma verteilten Arbeiten enthalten als Schwerpunkte: Entwicklung von Rezepturen für wässrige, sprühfähige Dispersionen und Lösungen der ausgewählten Rohstoffe, Charakterisierung der Filmbildungsprozesse und der resultierenden Folieneigenschaften, Auswahl geeigneter Sprühtechnik zum Aufbringen der Dispersionen bzw. Lösungen auf den Boden, Nachweis der Verwendbarkeit der entwickelten Rezepturen in Freilandversuchen, Charakterisierung der Wechselwirkungen zwischen den neuen Folien und dem Boden sowie Ermittlung weiterer innovativer Anwendungsgebiete. Die Projektergebnisse stehen der Firma Agrofol GmbH für eine Produktentwicklung zur Verfügung. Ziel ist die Patentierung und industrielle Herstellung des neu entwickelten Werkstoffes. Wissenschaftlich bedeutsame Erkenntnisse werden publiziert.
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 "Kernprojekt C7A: Neue Oxidations- und Sorptionsverfahren zur Entfernung von Partikeln und gelösten Störstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Wasserreinhaltung durchgeführt. Im Forschungsprojekt wurde einerseits die Möglichkeit des Einsatzes von Voroxidationsverfahren zur Flockungsverbesserung untersucht Für den Einsatz der Verfahren in Schwellen- und Dritte Welt Ländern sind veränderte Randbedingungen wie extreme Temperaturbereiche und Rohwasserbeschaffenheiten sowie die Verfügbarkeit von Chemikalien, Materialien und Fachwissen vor Ort zu beachten. Untersucht wurde im Detail der Erfolg einer Voroxidation bei Verwendung eutropher Rohwässer. Sowohl die mit Ozon als auch mit H2O2 stellten sich in den Versuchen als effiziente und praktikable Möglichkeit der Verbesserung der Flockung dar. Hohe Gehalte an gelösten organischen Stoffen stellen ein Potenzial für die Bildung halogenorganischer Verbindungen bei der Desinfektion durch Chlorung dar. Aus diesem Grund wurde untersucht inwieweit eine Entfernung gelöster organischer Stoffe durch Adsorption an Granuliertem Eisenhydroxid erfolgen kann. In den Versuchen zeigte sich, dass die ursprünglich geplante Regeneration des Adsorbens problematisch ist; eine vollständige Ablösung der adsorbierten Stoffe gelingt bei NOM aus Oberflächenwasser nicht. Ursache sind makromolekulare Stoffe, die sich an die Adsorbensoberfläche irreversibel anlagern. Für die Verringerung des DOC kommt dieses Verfahren daher nicht in Betracht.
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 "Teilvorhaben 1: Verfahrens- und Formteilentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Partikelschaumes auf Basis natürlicher Polymere (Polysaccharide, Polypeptide) zur Herstellung von Formteilen. Die Idee ist ein zweistufiges Verfahren, bei dem in einer ersten Stufe ein expandierbares Granulat hergestellt wird, das in der zweiten Stufe mittels eines Aufschäumprozesses in einem Formwerkzeug zu einem Schaumformteil verarbeitet wird. Auf Basis natürlicher Polymere wird ein treibmittelgefülltes Granulat für den anschließenden Verschäumungsprozess entwickelt. Um eine Expansion herbei zu führen ist ein Treibmittel erforderlich, welches im Granulat gebunden bzw. enthalten sein muss. Im vorliegenden Vorhaben soll vorrangig Wasser als Treibmittel wirken, welches durch weiteren Energieeintrag verdampft und die Partikel auftreibt. Diese Verfahren sollen an die technische Anwendung als Verpackung angepasst und optimiert werden. Weitere Rezepturbestandteile können Fließhilfsmittel, Feuchthaltemittel, Nukleierungsmittel und synthetische bzw. halbsynthetische Biopolymere sein. Des Weiteren ist der Einfluss der Lagerung zu prüfen. Hinsichtlich des Aufschäum- und Formgebungsprozesses ist ein Verfahren zu entwickeln, welches eine maximale Expansion bei gleichmäßiger Formfüllung ermöglicht. Hinsichtlich der Energieübertragung zur Einleitung der Expansion stehen unterschiedliche Medien zur Auswahl (Dampf, Heißluft), deren Eignung, Vor- und Nachteile auszuwerten sind.
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.
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