Das Projekt "Energy saving in the manufacture of ethanol with simultaneous reduction of pollution" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hans-Egon Frangmeier durchgeführt. Objective: The aim of the project is to include two innovative unit operations in an ethanol from biomass total system plant so as first to reduce the energy demand of the plant which becomes more energy self sufficient and, secondly, to improve its economics. The two unit operations are the pervaporation of the dilute ethanol-containing fractions originating from the distillation unit and the electrophoresis of the effluent from the biogas digesters treating the spent liquor after distillation. The yearly expected energy saving is slightly below 3 GWh for a production of about 8 x 1000 hl ethanol and the treatment of about 28 x 1000 m3 effluent. The payback is 3.5 years on average for the two innovative unit operations, by comparison with a similar total system plant without the two improved unit operations. General Information: The pervaporation process uses synthetic membranes to separate water from a dilute ethanol-containing solution in order to concentrate the ethanol in the latter. The membrane consists of an inactive porous backing-layer and an active pore-free layer, a few micrometre tick, consisting of cross-linked and specially treated polyvinylalcohol. The electrophoresis plant consists of a semi permeable filter which separates two chambers. The lower chamber contains a moving brine (NaCl) solution and the positive electrode. The upper chamber (floating on top of the brine) contains the effluent to be treated and the negative electrode. The pervaporation unit is linked with the distillation treating the dilute plant ethanol-containing mash originating from the fermentation plant and the electrophoresis unit is linked to treat the effluent from methane digesters treating anaerobically the spent liquor from the distillation unit before final disposal. The dilute ethanol-containing stream is heated and introduced in a fractionation distillation tower. Anhydrous ethanol is removed at one particular height of the tower. High ethanol-containing condensates are recycled. Low ethanol-containing condensates pass through the pervaporation plant before being recycled. Energy and mass balances as well as pressures and temperatures will be continuously monitored for the pervaporator as a function of quantitative and qualitative changes in membrane modules. Achievements: The project had to be abandoned in 1992 for two main reasons: - the permit for building the digester next to the factory was not granted by the Municipality and no agreement had been reached so far concerning another site. Consequently, it was no possible to implement the electrophoresis unit; - there was a lack of techno-economic success prospect for the pervaporation step. 2 pervaporation units of different makes were tested. None of them were able to reach the initial specifications, i.e. 2,000 l/d ethanol at 99.8 vol per cent on a stable basis. One of the 2 units succeeded in reaching the specified concentration. However, with the time, the flow rate and concentration were
Das Projekt "Biologischer Abbau von Schlichtemitteln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich Biotechnologie II - Biotransformation und -Sensorik durchgeführt. Schlichtemittel koennen mit 50-80 Prozent zur CSB- Belastung des Abwassers in der Textilindustrie beitragen. Ein wichtiges Schlichtemittel ist Polyvinylalkohol (PVA), welches bei der Entschlichtung ins Abwasser gelangt. In vielen Klaeranlagen wird PVA nicht abgebaut, obwohl adaptierte Mikroorganismen in der Lage sind, PVA zu veratmen. Durch die diskontinuierliche Betriebsweise in den Textilbetrieben gelangen Schlichtemittel chargenweise ins Abwasser. Der Belebtschlamm in der Klaeranlage kann sich nicht an Polyvinylalkohol adaptieren, da die Verweilzeit dafuer zu kurz ist. Eine Adaptation tritt erst nach ca. einem Monat ein. Untersuchungen mit Modellklaeranlagen zeigten, dass die Abbaufaehigkeit des adaptierten Belebtschlammes auch nach einer Unterbrechung der PVA-Zufuhr von 8 Tagen fast vollstaendig erhalten blieb. Nach einer Unterbrechung der PVA-Zufuhr von 32 Tagen ging die Abbaufaehigkeit der adaptierten Mikroorganismen verloren. Der Abbau von Polyvinylalkohol wurde optimiert, indem eine Mischkultur, welche aus ca. 8 Bakterien bestand und stabil war, isoliert wurde. Ausserdem wurde das PVA-verwertende Bakterium Sphingomonas sp. SDG isoliert, welches auf Polyvinylalkohol als alleiniger Kohlenstoff- und Energiequelle waechst. Die optimalen Zuechtungsbedingungen fuer den adaptierten Belebtschlamm, die isolierte Mischkultur und Sphingomonas sp. SDG wurden erforscht. Durch die Zugabe von konservierten Mikroorganismen, die an PVA adaptiert waren, wurde der Abbau von Polyvinylalkohol in Abwasser und synthetischen Mineralmedien verbessert. Der mikrobielle Abbau von Polyvinylalkohol wurde durch eine Immobilisierung der Mikroorganismen auf Aktivkohle optimiert. Durch die Immobilisierung blieb die Abbaurate der Mischkultur in einem kontinuierlich betriebenen Wirbelschichtreaktor nach einer Unterbrechung der PVA-Zufuhr von 28 Tagen fast konstant erhalten. Durch die Immobilisierung von Sphingomonas sp. SDG wurde die Abbaurate im Vergleich zum adaptierten Belebtschlamm um das ca. 56-fache gesteigert.
Das Projekt "Verwendung von Polyvinylalkohol (PVAL) für die Herstellung von Faserverbundwerkstoffen und Einwegsystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich 4 Produktionstechnik durchgeführt. In zahlreichen industriellen Anwendungsbereichen werden für Reinigungs- bzw. Bekleidungszwecke textile Produkte eingesetzt, die nach jedem Gebrauch entweder gereinigt werden müssen, um wiederverwendet werden zu können, oder die nach Gebrauch z.T. als Sondermüll entsorgt werden müssen. Zu diesem Produktbereich gehören: Wischtücher und Putzlappen Arbeitsschutzbekleidung Atemschutzmasken Abdecktücher und -laken Filtermaterialien für Öl, Luft usw. Für einige dieser Produkte besteht ausschließlich die Einweglösung, bei der das Material am Ende seiner Nutzung in jedem Fall als Sondermüll entsorgt werden muß, wie z. B. bei den Filtern aus Pkw. Ein Material, das zwar nicht aus einem nachwachsenden Rohstoff besteht, das aber in Bezug auf eine umweltfreundlichere Entsorgung positiv einzuschätzen ist, ist Polyvinylalkohol (PVAL). PVAL kann so hergestellt werden, daß es bei einer Temperatur von 90 Grad C in Wasser in Lösung geht, aber auch unter definierten Bedingungen im Kompost verrottet werden kann. Ziel des Forschungsprojektes ist es, PVAL-Materialien im Gemenge mit Naturfasern, wie z. B. Flachs oder Baumwolle zu kostengünstigen, umweltfreundlichen Bauteilen nutzbar zu machen. Suchfelder hierfür sind: Gehäusebau Möbelindustrie und Trennwandbau Einwegprodukte aus fast reinem PVA wie Kanister u. ä. Textile Produkte aus PVA PVAL kann zu Folien, Beuteln, Kanistern, Behältern und Schalen verarbeitet werden. Es ist somit möglich, viele Gebrauchs- gegenstände innerhalb eines Arbeitsraumes bzw. einer Betriebsstätte aus demselben Material zu produzieren und somit eine sortenreine Entsorgung zu garantieren. Auf PVAL-Fasern basierte Produkte werden in Amerika in Krankenhäusern für die komplette Ausrüstung von Operationssälen eingesetzt. Nach den Operationen können Tücher, Bekleidung, Auffangschalen für Blut, Urin, usw. bei 95 Grad C 'gewaschen', gelöst und über die Kläranlage entsorgt werden. PVAL selbst ist nicht toxisch und u.a. in Augentropfen, Hygieneprodukten, Klebstoffen, Waschmitteln und medizinischen Hautpräparaten enthalten.
Das Projekt "Reaktivmembranen auf Basis von Polymer-Wirkstoff-Verbundsystemen (SFB 448 Teilprojekt A7)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Fachbereich 05 Chemie, Institut für Technische Chemie durchgeführt. Abwasserreinigung/Trinkwasseraufbereitung: Nitritabbau mittels einer Pd-haltigen Polymermembran. Ziel: Verbesserung der Katalysatoraktivitaet durch Verminderung von Stofftransportlimitierungen (Diffusion). Erste Ergebnisse zeigen, das dieses Ziel erreicht werden kann mit einer Polyvinylalkoholmembran, die semiverteilte Pd-Kolloide enthaelt.
Das Projekt "Diffusiver Transport und innere Verwitterungsreaktionen in mikroporösen Feldspäten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Bodenkunde durchgeführt. Feldspäte weisen als Einzelkörner im Boden und in massiven Granitkörpern verbreitet Mikroporensysteme auf. Die Poren sind Relikte von spätmagmatischen und hydrothermalen Prozessen und können durch Verwitterung weiter ausgebildet werden. Struktur, Größe und Interkonnektivität der Poren haben einen starken Einfluß auf den Stoffaustausch zwischen Feldspäten und deren Umgebung und auf den Verlauf chemischer Reaktionen im Mineralinnern. Die Mechanismen dieser Reaktionen, die sowohl bei der hydrothermalen Alteration von Gesteinen als auch bei der chemischen Verwitterung im Boden und im Bereich des Grundwassers von Bedeutung sind, sind bisher nur unzureichend geklärt. Es sollen der Transport im Inneren von mikroporösen Feldspäten und dessen Einfluß auf die Verwitterungskinetik experimentell untersucht werden. Im ersten Antragszeitraum stehen die Charakterisierung der Porensysteme und die Diffusion unter gleichgewichtsnahen Bedingungen im Vordergrund. Dabei sind verschiedene Prozesse von Interesse, die i.b. mit ortsaufgelöster IR Spektroskopie unter in situ Bedingungen analysiert werden sollen: Hydratation und Dehydratation als Folge variabler Wasserdampfdrücke; Selbstdiffusion von Wasser, Diffusion von Alkoholen unterschiedlicher Kettenlängen bis hin zu Polyvinylalkoholen; Diffusion von Kationen und organischen Säuren wie Zitronensäure und Fulvosäuren bzw. deren Anionen. Die Studien ermöglichen Rückschlüsse über die Einflüsse von Teilchengröße und -ladung sowie Komplexierungsreaktionen auf den Transport in den Porensystemen. Komplexe chemische Reaktionen bei der inneren Verwitterung sollen im zweiten Förderzeitraum untersucht werden.
Das Projekt "Herstellung von Produkten aus einem biologisch abbaufaehigen Faserverbundwerkstoff auf Naturfaserbasis und Biopolymermatrix (Bio-Verbund)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Franz Falke-Rohen, Falke Garne, Abteilung Vliesstoffe durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Produkten aus thermoplastischen, biologisch abbaubaren Faserverbundwerkstoffen. Als Matrixmaterialien werden verschiedene biodegradable Polymere, wie z. B. thermoplastische Staerkeblends, Polyvinylalkohol oder Polylactid verwendet. Der Einsatz eines solchen Matrixsystems haengt dabei im wesentlichen von der geplanten Produktgruppe und der gewaehlten Verarbeitungstechnologie ab. Beispielsweise lassen sich aus Staerkeblends sehr gut Folien herstellen aber keine Fasern spinnen. Sehr gut spinnbar ist dagegen das Polylactid, was z. B. bei der Faservliesherstellung entscheidend ist. Zur Verstaerkung und Steifigkeitserhoehung der Matrixwerkstoffe werden die Naturfasern Flachs oder Hanf inkorporiert. Zur Verarbeitung der Ausgangsstoffe zu Faserverbunden werden verschiedene Verarbeitungstechnologien vergleichend untersucht. Polymerfolien und Naturfasern werden z. B. nach dem klassischen Flim-stacking-Verfahren miteinander verpresst. Eine weitere Variante ist die Herstellung eines Mischfaservlieses bestehend aus Polymer- und Naturfasern, welches in einem zweiten Prozessschritt zu einem biegesteifen Produkt verpresst wird. In einem dritten Verarbeitungsschritt wird die Oberflaeche des Formteils fuer die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche konfektioniert. Mittels Vakuumkaschierung kann beispielsweise eine Stoffdekorschicht appliziert werden. Fuer Fussbodenelemente oder Arbeitsplatten wird die Oberflaeche mit einer kratzfesten Kunststoffschicht ausgeruestet. Aufgrund des umfangreichem Know-hows des Industriepartners auf dem Gebiet der Textilverarbeitung wird die Vliestechnologie favoritisiert.
Das Projekt "Biologischer Abbau technisch relevanter Polymere und synthetischer Polymere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Institut für Mikrobiologie durchgeführt. Polymere stellen eine sehr umfangreiche Gruppe chemischer Verbindungen dar, die verschiedenen Stoffklassen angehoeren. Sie kommen in aussergewoehnlich grossen Mengen in unserer Biosphaere vor. Es handelt sich dabei um Substanzen, die aus solchen Molekuelen aufgebaut sind, in denen eine Art oder mehrere Arten von Atomen oder Atomgruppierungen wiederholt aneinandergereiht sind. Polymere sind auch Hauptbestandteil der Kunststoffe. Hierbei handelt es sich um Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten oder durch biotechnologische Produktion entstehen. Der Abbau von Polymeren in Kunststoffen sowie von natuerlichen und synthetischen Kautschuken durch Bakterien und Pilze ist auf biochemischer und molekularer Ebene bisher wenig erforscht worden. Ein Verstaendnis der ablaufenden Vorgaenge koennte dazu beitragen, biotechnologische Verfahren zu entwickeln, solche polymeren Werkstoffe und Verpackungsmaterialien zu entsorgen oder in wiederverwertbare Substanzen zu ueberfuehren. Fuer wasserloesliche, technisch relevante Polymere ist die Kenntnis und ein Verstaendnis des Abbaus besonders wichtig, weil diese meist nicht rezyklisiert oder deponiert werden koennen. Darueber hinaus tragen Kenntnisse ueber die biologischen Abbaumechanismen dazu bei, polymere Materialien zu entwickeln, die gegenueber einem Abbau inert sind und die fuer besonders langlebige Anwendungen geeignet sind. Die am Abbau von aus Biosynthesen hervorgegangenen Polyamide, Poly(aepfelsaeure) und Naturkautschuk beteiligten Proteine sollen charakterisiert und deren Strukturgene kloniert werden. Daneben zielen Untersuchungen auch auf die Aufklaerung des mikrobiellen Abbaus synthetischer Polymere wie zB Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol oder Polyacrylsaeure sowie synthetischer Kautschuk ab.
Das Projekt "Biologischer Abbau wasserloeslicher Polymere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Institut für Mikrobiologie durchgeführt. Chemosynthetische wasserloesliche Polymere finden eine weite industrielle Anwendung. Da es keine Moeglichkeiten zum Sammeln, zum Rezyklisieren oder zum Verbrennen dieser Polymere gibt, kommt der biologischen Abbaubarkeit eine erhoehte Bedeutung zu. Ziel dieser Arbeit ist es, Mikroorganismen zu isolieren, die in der Lage sind, wasserloesliche Polymere abzubauen und als Kohlenstoffquelle zu verwenden, und die Abbaumechanismen aufzuklaeren. Dies soll zunaechst an Polymeren, wie Polyethylenglycol, Polyvinylalkohol und Polyacrylsaeure geschehen.
Das Projekt "Projektverbund: Klaerschlammentwaesserung unter Einsatz biologisch abbaubarer Polyelektrolyte als Flockungshilfsmittel - Teilvorhaben 1: Entwicklung der synthetischen Polyelektrolyte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Ziel der Arbeiten ist es, biologisch abbaubare synthetische Polymere fuer den Einsatz als Flockungshilfsmittel zu synthetisieren, die mit gleicher Effektivitaet wie bisherige kommerzielle Flockungsmittel bei der Entwaesserung von Klaerschlaemmen kommunaler Abwasseranlagen eingesetzt werden koennen. Damit soll die landwirtschaftliche Verwertung nicht kontaminierter Schlaemme gefoerdert werden. Als Loesungsweg ist die Synthese von hochmolekularem Polyvinylalkohol und dessen anschliessende Modifizierung zu kationischen, anionischen und aggregierenden Polyelektrolyten vorgesehen. Die hinsichtlich chemischer Struktur und molekularen Parametern charakterisierten Polymeren werden anschliessend in Arbeitsgruppen der Universitaeten Potsdam und Hamburg auf flockungsrelevante Wechselwirkungen und Wirkungsmechanismen bei der Schlammentwaesserung untersucht. Daraus werden Struktur-Wirkungsbeziehungen abgeleitet und Empfehlungen fuer die Entwaesserung von Klaerschlaemmen gegeben.
Das Projekt "Teilvorhaben 6A: Modifizierung von Cellulosefaserprodukten mit polyvinylacetat und Derivaten und ihre Anwendung in Biokunststoffen - Faserbehandlung und Composite" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Ziel dieses Teilvorhabens des Forschungsverbundes 'Biopolymere' ist die Entwicklung vollständig biobasierter Cellulosefaser verstärkter Composite mit verbesserten mechanischen Eigenschaften unter Ausnutzung der ausgezeichneten adhäsiven Eigenschaften von Polyvinylacetat und dessen Derivaten. Es wird die gezielte Beeinflussung der Faser-Biopolymer-Grenzschicht und damit eine gezielte Steuerung der Compositeigenschaften, insbesondere der Schlagzähigkeit angestrebt. Zur Realisierung der Ziele erfolgt im Fraunhofer-IAP die Behandlung hochfester cellulosischer Spinnfasern, die vorwiegend als Verstärkung für Hochgeschwindigkeitsreifen eingesetzt werden, mit entsprechenden Dispersionen bzw. Lösungen. Unter Verwendung der erhaltenen modifizierten Fasern werden Composite mit biobasierten Matrixmaterialien hergestellt und charakterisiert. Dabei finden Polylactide und im Hause synthetisierte Stärkederivate besondere Berücksichtigung. Zusätzlich werden thermoplastifizierte Polyvinylalkohole hergestellt und als mögliche bioabbaubare Matrixmaterialien in die Untersuchungen einbezogen. Durch die Verwendung von Polyvinylacetat und dessen Derivaten als Phasenvermittler in vollständig biobasierten spritzgussfähigen Compositen sollen Möglichkeiten geschaffen werden, mit verbesserten Materialeigenschaften weitere Anwendungsfelder für Materialien auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu erschließen. Besondere Verbesserungen sind für das Verhalten bezüglich schlagartiger Beanspruchungen zu erwarten.
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