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Entwicklung eines gekoppelten bioelektrochemischen Prozesses zur Produktion von E-Fuels und hochwertigen Chemikalien aus Abgasen und Abwässern, Teilprojekt C

Ehemaliges Reifenwerk Schmöckwitz – Gefahrenabwehrmaßnahmen zur Sicherung des Wasserwerks Eichwalde

Im Jahr 1944 ließ der Unternehmer Georg Müller am südöstlichen Rand Berlins in Schmöckwitz ein Reifenwerk errichten, welches nach Kriegsende für die Runderneuerung und Reparatur von Lkw- und Pkw-Reifen diente. Nach der Enteignung im Jahr 1953 und Gründung des VEB Berliner Reifenwerk entwickelte sich der Standort bis 1985 zu einem bedeutenden Betrieb der DDR-Reifenindustrie. Ab 1990 wurde der zuvor auswärtig produzierte Rohgummi am Standort selbst produziert. Nach der Wende erfolgte die Rückübertragung an die Erben. Im Jahr 2008 wurde der Betrieb am Standort endgültig eingestellt. Nachdem im Jahr 2015 das Gelände des ehemaligen Reifenwerks nach einer Zwangsversteigerung zurück an das Land Berlin ging, erfolgte ebenfalls ab dem Jahr 2015 nach jahrelangem Leerstand der Rückbau der ehemaligen Produktionsgebäude. Zwischen 2005 und 2009 kam es zu mehreren Brandereignissen, wobei der Großbrand im Mai 2005 als Haupteintragsereignis von per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) angesehen wird. Beim Großbrand am 30.04./01.05.2005 waren ~ 20.000 m³ Altreifen in Brand geraten. Die Brandbekämpfung erfolgte auf einer zum großen Teil unversiegelten Fläche von ~ 5.000 m² unter Einsatz von insgesamt 80 m³ bzw. 80 t Löschmittel. Es ist davon auszugehen, dass ca. 50% des Löschmittels versickert sind, was einer Menge von 40 t entspricht. Recherchen ergaben den Einsatz von 6 verschiedenen Löschmitteln, die teilweise PFAS enthalten haben. Zu weiteren Bränden kam es am 21.05.2008 (Halle) und am 14.07.2009 (Verwaltungsgebäude). Beide Brände hatten deutlich geringere Ausmaße als der Großbrand im Jahr 2005. Nach dem Großbrand im Jahr 2005 wurde auf Veranlassung des Umweltamtes Treptow-Köpenick die Brandfläche vom Bauschutt beräumt und nach den umgehend erfolgten Bodenuntersuchungen die oberste, kontaminierte Bodenschicht (0,3 m) abgezogen und entsorgt. Insgesamt wurden in den Jahren 2005 – 2007 dann im Auftrag der Senatsumweltverwaltung Maßnahmen zur Erkundung des eingetretenen Grundwasserschadens durchgeführt, ein Grundwassermessstellennetz aufgebaut und vom Oktober 2007 bis Juli 2008 eine hydraulische Sanierung mittels Sanierungsbrunnen und Grundwasserreinigungsanlage für die nachgewiesenen Schadstoffe der Monoaromaten (BTEX) und anionische Tenside durchgeführt und erfolgreich abgeschlossen. Zum damaligen Zeitpunkt standen PFAS noch nicht im Fokus der durchgeführten Gefahrenabwehrmaßnahmen. Nach Beendigung der hydraulischen Sanierung sowie des nachsorgenden Grundwassermonitorings wurde das gesamte Messstellennetz einschließlich Sanierungsbrunnen zurückgebaut. Die Abkürzung PFAS steht für per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen. Die Stoffgruppe der PFAS umfasst eine Vielzahl verschiedener Einzelsubstanzen. Sie sind vom Menschen gemacht und kommen nicht natürlich in der Umwelt vor. Aufgrund ihrer wasser- und fettabweisenden Eigenschaften werden PFAS vielseitig u.a. in der Textil- und Papierindustrie, bei der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen und auch in Feuerlöschschäumen eingesetzt. In der Umwelt sind PFAS sehr persistent und ubiquitär verbreitet. In Anbetracht ihrer Persistenz und Akkumulationsfähigkeit stellen PFAS eine human- und ökotoxikologische Gefährdung dar. Menschen können PFAS über die Nahrung, über das Wasser und über die Luft aufnehmen. Beim Einsatz von PFAS-haltigen Löschschäumen können PFAS in den Untergrund gelangen und somit ins Grundwasser eingetragen werden, wo sie aufgrund ihrer Langlebigkeit sehr lange verweilen. Mit PFAS kontaminierte Medien wie Boden und Grundwasser zu sanieren, ist aufgrund der Stabilität der PFAS sehr kosten- und ressourcenaufwendig. Am 24. Juni 2023 ist die Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung – TrinkwV) in Kraft getreten, die erstmalig Grenzwerte für PFAS im Trinkwasser enthält. Damit wurde die EU-Trinkwasserrichtlinie vom 16.12.2020 in nationales Recht umgesetzt. In Deutschland wird es neben einem Grenzwert für die Summe PFAS 20 von 100 ng/l, der ab Januar 2026 gilt, aus Vorsorgegründen einen zusätzlichen Grenzwert für die Summe PFAS 4 von 20 ng/l mit einer Übergangsfrist bis Januar 2028 geben. Aufgrund des Einsatzes von PFAS-haltigem Löschschaum ist es zu einer Verunreinigung der Umweltkompartimente Boden und Grundwasser gekommen. Die Belastung im Grundwasser hat sich bis zum den Brunnengalerien des 250 m weit entfernten Wasserwerk Eichwalde ausgebreitet. Im Dezember 2022 teilte der Wasserversorger MAWV der Senatsumweltverwaltung seine perspektivischen Probleme mit der Einhaltung der neuen, stark verschärften Trinkwassergrenzwerte für PFAS ab den Jahren 2026 und 2028 mit und bat um Unterstützung zur Sicherung der Trinkwasserversorgung. Zügig wurden in Abstimmung mit allen behördlich und fachlich Beteiligten Maßnahmen zur Eingrenzung des PFAS-Schadens im Grundwasser eingeleitet. Erkundung Im Auftrag des Bodenschutz- und Altlastenreferates der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt wurden hinsichtlich PFAS zwei Erkundungsetappen, beginnend ab 2023 geplant und im 1. Quartal 2024 sowie im 1. Quartal 2025 durchgeführt. Im Rahmen der 1. Erkundungsetappe 2024 wurden tiefenorientierte Grundwasserprobenahmen zur Erkundung des wasserwerksnahen Bereichs zwischen dem ehemaligen Reifenwerksgeländes und der Berliner Brunnengalerie (Waldseite) des Wasserwerks Eichwalde platziert. Insgesamt wurden 20 Direct-Push Sondierungen bis maximal 29 m unter Geländeoberkante (u. GOK) abgeteuft. Mit den Untersuchungsergebnissen konnte die PFAS-Schadstofffahne in ihrer horizontalen und vertikalen Ausdehnung sowie hinsichtlich der Schadstoffzusammensetzung bis zur Berliner Brunnengalerie beschrieben werden. Die Hauptbelastung im Grundwasserkörper beschränkt sich auf den oberflächennahen Bereich bis ca. 10 m u. GOK. Im Rahmen der 2. Erkundungsetappe 2025 wurden tiefenorientierte Grundwasserprobenahmen im Bereich beider Brunnengalerien (Berliner Brunnengalerie Waldseite und Brandenburger Brunnengalerie Turmseite) durchgeführt. Insgesamt wurden 19 Direct-Push Sondierungen bis ebenfalls maximal 29 m u. GOK abgeteuft. Eine Auswertung der horizontalen und vertikalen Ausbreitung der PFAS der 2. Erkundungsetappe im Bereich des Wasserwerksgeländes erfolgt im 2. Quartal 2025. Zur unmittelbaren Schadenssicherung ist direkt am Wasserwerk Eichwalde der Aufbau und der Betrieb einer hydraulischen Sicherung mittels Sicherungsbrunnen und einer Grundwasserreinigungsanlage bis Ende 2026 geplant. Dabei sind in 2025 zusätzliche planungsvorbereitende Maßnahmen umzusetzen, u.a. Modellierungsarbeiten zur Festlegung der Entnahmemengen der Sicherungsgalerie, Errichtung der Sicherungsbrunnen, Sanierungsvorversuche und Pumpversuche. Auf Grundlage der in 2024 – 2025 durchgeführten Erkundungen wird weiterführend ein stationäres Grundwassermessstellennetz geplant, abgestimmt und beginnend ab dem 3. Quartal 2025 errichtet. Dieses Messnetz dient der regelmäßigen Überwachung der PFAS-Schadstofffahne und der Bewertung der Wirksamkeit und Effektivität sowie der Planung und Kontrolle aller einzuleitenden Gefahrenabwehrmaßnahmen. Zurzeit wird das Betriebsregime des Wasserwerks so angepasst, dass die PFAS-Schadstofffahne auf bestimmte Brunnen ausgerichtet wird, wodurch die umgebenen Brunnen geschützt werden. Bis die hydraulische Sicherung mittels Sicherungsbrunnen und Grundwasserreinigungsanlage vollständig installiert ist, wird durch den Wasserversorger MAWV ab Sommer 2025 das Wasser der Brunnen, die die PFAS-Schadstofffahne aktuell fokussieren, zur Sicherung der Trinkwassergewinnung im Rahmen einer temporären Zwischenlösung im Sinne § 6, Nr. 4 Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) zurück zum Reifenwerk geleitet und dort in die dem Wasserwerk anströmende Schadstofffahne wieder in den Grundwasserleiter injiziert. So wird das PFAS-haltige Wasser in einem Kreislauf gefahren. Diese Zwischenlösung sichert die Trinkwassergewinnung und wird nach dem Grundsatz der Verhältnismäßigkeit im Sinne des Gesetz zum Schutz vor schädlichen Bodenveränderungen und zur Sanierung von Altlasten (Bundes-Bodenschutzgesetz – BBodSchG) und seiner Verordnung unter Beachtung, dass dauerhaft keine Gefahren, erhebliche Nachteile oder Belästigungen für den Einzelnen oder die Allgemeinheit entstehen, durchgeführt. Nach erfolgter unmittelbarer Schadenssicherung des Wasserwerks in 2026/27 ist perspektivisch die vollständige Schadenserkundung, die Bewertung des Schadstoffrestpotentials und bei Bedarf die aktive Schadensbeseitigung mittels Boden- und Grundwassersanierung bzw. -sicherung auf den Eintragsflächen des ehemaligen Reifenwerks und im Transfergebiet bis zum Wasserwerk Eichwalde geplant. Die Kosten für die Umsetzung der Gefahrenabwehrmaßnahmen seitens des Landes Berlin werden für die schon erfolgten Erkundungsmaßnahmen und die noch kommenden planungsvorbereitenden Maßnahmen sowie den Aufbau und Betrieb einer Grundwasserreinigungsanlage für den Zeitraum 2024 – 2027 auf etwa 2 Mio. Euro geschätzt. Weitere Kosten für eine etwaige grundstücksbezogene Boden- und Grundwassersanierung auf dem ehemaligen Reifenwerksgelände sind von den Ergebnissen der perspektivischen Erkundungsmaßnahmen und den technologischen Fortschritten bei den Aufbereitungstechnologien (Bodenreinigungsanlagen, In-Situ-Technologien) abhängig.

Öle und Fette

Pflanzliche Öle werden als energiereiche Reservestoffe in Speicherorgane von Pflanzen eingelagert. Sie sind chemisch gesehen Ester aus Glycerin und drei Fettsäuren. In Deutschland konzentriert sich der Ölsaatenanbau auf Raps, Sonnenblume und Lein. Im Freistaat Sachsen dominiert auf Grund der Standortbedingungen und vor allem der Wirtschaftlichkeit eindeutig der Raps. Der maximal mögliche Anbauumfang von Raps liegt aus anbautechnischer Sicht bei 25 % der Ackerfläche und ist noch nicht ausgeschöpft (Sachsen 2004: 17 %). Für den landwirtschaftlichen Anbau kommen eine Reihe weiterer ölliefernder Pflanzenarten oder spezieller Sorten in Betracht. Interessant sind sie aus der Sicht der Verwertung insbesondere, wenn sie hohe Gehalte einzelner spezieller Fettsäuren aufweisen. Bei der Verarbeitung können dann aufwändige Aufbereitungs- und Trennprozesse eingespart und die Synthesevorleistung der Natur optimal genutzt werden. Der Anbauumfang ist jedoch meist noch sehr gering. Beispiele sind Nachtkerze und Iberischer Drachenkopf, aber auch Erucaraps und ölsäurereiche Sonnenblumensorten. a) stoffliche Verwertung In der stofflichen Verwertung reichen die Einsatzfelder pflanzlicher Öle von biologisch schnell abbaubaren Schmierstoffen, Lacken und Farben, über Tenside, Kosmetika, Wachse bis zu Grundchemikalien, aber auch Bitumen. b) energetische Verwertung Desweiteren können Pflanzenöle in Fahrzeugen, stationären oder mobilen Anlagen energetisch verwertet werden. Für den breiten Einsatz ist derzeit vor allem Biodiesel geeignet. Dieser kommt als reiner Kraftstoff zum Einsatz, seit 2004 auch in Beimischung zu Dieselkraftstoff. Eine weitere Möglichkeit eröffnet sich durch die Verwendung von reinem Rapsöl.

Stärke und Zucker

Stärke ist ein pflanzlicher Reservestoff, der in Form von Stärkekörnern in Speicherorganen von Pflanzen (Körner, Knollen, Wurzeln oder Mark) angereichert wird. Stärke wird sowohl im Lebensmittel - als auch im technischen Bereich in breitem Umfang eingesetzt. Die landwirtschaftliche Erzeugung von stärkehaltigen Rohstoffen erfolgt in Deutschland durch den Anbau von Kartoffel, Weizen und Körnermais. In der Zukunft könnten die Markerbse und Neuzüchtungen mit sehr hohem Amylose- ("Amylo-Mais") oder Amylopektinanteil (z. B. Amylose-freie Kartoffel) Bedeutung erlangen, da sich hierdurch verarbeitungs- und anwendungstechnische Vorteile ergeben. Hinsichtlich der Verwendung werden drei wesentliche Produktlinien unterschieden - native Stärke (Papier, Pappe, Leime, Kleber, Gipskartonplatten, Textilverarbeitung, Kosmetika), - modifizierte Stärke (Lacke, Streichfarben, Bindemittel (Quellstärken), kationische Stärken, Papier, Pappe, Tabletten, Stärkeether und -ester) etc. sowie - Verzuckerungsprodukte (Tenside, Sorbit, Kunststoffe, Vitamin C, Alkohole, Biotechnologie).

Reinigung von Grauwasser mit Hilfe von vier vertikal durchstroemten Bodenfiltern mit verschiedenen Substraten und Sumpfpflanzen (L1 48 99)

Die Eignung von Regenwasser in Zisternen (bei sachgemaesser techn. Ausfuehrung) ist fuer die Nutzungsarten WC-Spuelung, Gartenberegnung und Waeschewaschen nicht mehr umstritten. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll die Dachablaufwaesser in Regenwassernutzungsanlagen (RWNA) zu sammeln und fuer o.g. Nutzungsarten zu verwenden. Auf diese Art kann teures Trinkwasser eingespart, das Kanalisationsnetz und die techn. Klaerwerke entlastet werden. In vielen Regionen der BRD reicht jedoch der Niederschlag fuer o.g. Nutzungsarten nicht aus, so dass eine Nachspeisung der Zisterne zwingend notwendig wird. Anstelle der Nachspeisung mit Trinkwasser koennte auch gereinigtes Grauwasser zum Einsatz kommen; Voraussetzung: es ist in seiner Beschaffenheit vergleichbar mit Regenwasser. Hauptproblem sind hierbei die hohen Konzentrationen von Tensiden, die ueber die Waschmittel in das Grauwasser gelangen. Ziel des Versuches ist es das Grauwasser mittels bepflanzten Bodenfiltern so gut zu Reinigen, dass die Grenzwerte der EU-RL ueber die Qualitaet der Badegewaesser eingehalten bzw. unterschritten werden koennen.

Gasaustausch an der Meeresoberflaeche

Die Geschwindigkeit des Austausches von Gasen zwischen Ozean und Atmosphaere ist fuer viele klimatologische Voraussagen von grosser Bedeutung. Das Projekt untersucht die Abhaengigkeit dieses Prozesses von der Windgeschwindigkeit, dem Wellenspektrum und der Kontamination der Oberflaeche des Meeres. Durchgefuehrt werden Laboruntersuchungen, Experimente in einem Wind-Wellen-Kanal und Messungen in der Nordsee. Die Versuche werden durch Modellrechnungen unterstuetzt. Quantitative Resultate liegen fuer den Windeinfluss und den Einfluss oberflaechenaktiver Substanzen auf die Ab-Desorptionsgeschwindigkeit von CO2 und O2 vor.

Toxizitaet von Emulgatoren (Tenside) bei verschiedenem Salzgehalt

Ziel: Einfluss von Tensiden auf Organismen des Seewassers; Grenzwerte; Abbau der Tenside.

Analytische Methoden auf dem Gebiet des Umweltschutzes

Die Loesung konkreter Umweltprobleme erfordert exakte analytische Bestimmungsmethoden. Im Rahmen dieses Vorhabens wird u.a. bearbeitet: 1. Die Erfassung von Metaboliten des biologischen Alkylbenzolsulfonates auch im Hinblick auf die Trinkwasserversorgung. 2. Entwicklung einer Analyse fuer kationaktive Tenside. 3. Analyse von Sickerwasserproben aus Versuchsdeponien.

Biologische Behandlung von Metallspaenen und -schlaemmen, die mit Kuehlschmierstoffen verunreinigt sind

Bei der Fertigung von Autoteilen im Mercedes Benz Werk fallen Metallspaene und Metallschlaemme an, die mit Kuehlschmierstoffen verunreinigt sind. Im Arbeitsbereich Abfallwirtschaft sollen Untersuchungen zur biologischen Reinigung dieser Problemstoffe durchgefuehrt werden. Zeitgleich werden Reaktoren zur Behandlung dieser Problemstoffe konzipiert und angefertigt. Wegen der meist nicht festen Konsistenz, des zumeist hohen Fremdstoffgehaltes und der unterschiedlichen und oft problematischen Zusammensetzung ist die Verwertung oder Entsorgung der oelhaltigen Spaene und Schlaemme schwierig und kostspielig. Eine Moeglichkeit, einen Teil der Verunreinigung abzutrennen, ist das Zentrifugieren der Problemstoffe. Dabei kann ein Teil der Kuehlschmierstoffe (KSS) zurueckgewonnen werden, und der Transport der Abfallstoffe wird vereinfacht. Ausserdem ist eine thermische Entfeuchtung bzw. Wiederverwertung moeglich. Bei diesen Verfahren fuehrt die meist unvollstaendige Verbrennung zu Problemen in der Abluft und zur Zerstoerung von Elektrofiltern durch Glimmbraende. Eine Abgasnachverbrennung koennte hier die Probleme minimieren. Mit Wasch- und Extraktionsverfahren, bei denen mit Waschwasser und Tensiden gearbeitet wird, ist ebenfalls eine Trennung moeglich. Von Huettenwerken werden nur Metallspaene angenommen, wenn diese eine trocknende Vorbehandlung, mindestens in Form eines Zentrifugierens, erfahren haben. Ordnungsgemaess aufbereitete, fuer die schmelztechnische Verarbeitung vorgesehene Spaene sollten Restfeuchten von kleiner 0,3 Prozent aufweisen. Ein Recycling ohne vorherige Reinigung ist daher nicht moeglich. Erste Voruntersuchungen zur biologischen Reinigung der oelhaltigen Schlaemme bzw. Spaene haben gezeigt, dass die Verunreinigungen verringert werden koennen. Bei diesen anaeroben Versuchen wurde den oelhaltigen Abfallstoffen anaerobes organisches Material zum Animpfen zugegeben. Weitere Versuche mit unterschiedlichen Zuschlagsstoffen und veraenderten Milieubedingungen werden folgen.

P 2.3 - Dynamiken von Konvektionen als Kopplung zwischen dem marinen Oberflächenfilm und der Wassermasse

Unsere Motivation liegt in der Tatsache, dass die dynamische Verbindung zwischen dem marinen Oberflächenfilm (engl. sea-surface microlayer, SML) und der darunterliegenden oberflächennahen Wasserschicht über Konvektion zu heterogenen Eigenschaften der SML führt. Dies wiederum steuert das Ausmaß der bio-photochemischen Reaktionen und des Gasaustausches zwischen dem Ozean und der Atmosphäre. Die Konvektion wird durch Verdunstung angetrieben, die die SML abkühlt und es salzhaltiger macht. Infolgedessen wird die SML dichter, sinkt ab und wird durch das darunterliegende Wasser ersetzt. Die auftriebsgetriebene Konvektion wurde jedoch bei der Erforschung der SML und des Gasaustausches als dynamisches Bindeglied zwischen der Atmosphäre und dem Ozean vernachlässigt. Unser Hauptziel ist es, ein mechanistisches Verständnis der Dynamik zwischen der SML und der oberflächennahen Wasserschicht zu beschreiben. Ein mechanistisches Verständnis der Konvektion ist wichtig, da das Ausmaß der bio-photochemischen Reaktionen und Austauschprozessen von Spurengasen, Energie und Impuls letztlich durch Austauschprozesse zwischen der SML und der oberflächennahen Wasserschicht und schließlich mit tieferen Schichten bestimmt wird. Wir werden einen experimentellen Aufbau mit mehreren profilierenden Mikroelektroden und einem optischen Schlierensystem entwickeln, um die Konvektion unter verschiedenen externen Antrieben zu untersuchen. Wir werden den Effekt der horizontalen Strömung aufgrund von Gradienten der Oberflächenspannung (d.h. Marangoni-Effekt) untersuchen. Wir werden auch an dem gemeinsamen Mesokosmen-Experiment BASS teilnehmen, um den Einfluss biogener Tenside auf den konvektiven Transportmechanismus zwischen der SML und der oberflächennahen Wasserschicht zu untersuchen. Im gemeinsamen Feldexperiment BASS werden wir der Frage nachgehen, inwieweit Variationen der klein-skaligen Konvektion durch die Variabilität sub-mesoskaligen (1 km-10 km) und hydrodynamischen Prozessen nahe der Meeresoberfläche beeinflusst werden. Wir werden zwei Forschungskatamarane und eine Flotte von Treibbojen einsetzen, die mit Leitfähigkeits- und Temperatursensoren ausgestattet sind, um Dichteanomalien zwischen der SML und oberflächennahen Wasserschicht zu untersuchen. Wir werden externe ozeanische und atmosphärische Einflüsse beobachten, um die Dichteanomalien zu beschreiben. Schließlich werden wir die gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborexperimenten, der Mesokosmos-Studie und der Feldstudie nutzen, um einen mathematischen Rahmen zur Beschreibung von Temperatur- und Salzgehaltsprofilen und deren Schwankungen unter dem Einfluss definierter ozeanischer und atmosphärischer Einflüsse zu entwickeln.

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