Das Projekt "Sub and supercritical water extraction of valuable products from algae" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik (440), Fachgebiet Konversionstechnologie und Systembewertung nachwachsender Rohstoffe (440f) durchgeführt. Microalgae is considered as a promising substitute resource for both energy and human health, as they contain high amount of carbohydrates, proteins and lipids, while not grabbing arable land. The main concept is a hydrothermal bio-refinery. First the valuable substance will be extracted followed by residue converted by hydrothermal liquefaction and the process water treated by aqueous phase reforming. As the last step reaction water with nutrients should be used for the production of algae. In the whole process the reaction medium is water. Contents: Microalgae is a rich source of carbohydrates, proteins, minerals, vitamins, oils, fats and polyunsaturated fatty acids (FUFAs), which are important food supplements. Production of algal extracts involving toxic organic solvents or aggressive extraction that could deteriorate biologically active compounds. Water in high pressure and temperature condition has a lower dielectric constant, which means it can work as a polar solvent. Sub- and supercritical water (critical point 374?, 22.1MPa) is a feasible green solvent for algal extracts production. Aims: By optimizing extraction conditions, the highest efficiency should be obtained while maintaining the functional properties of extracts. A selectivity of substance of different polarities will be reached by applying different temperatures and pressures around critical point. Approach: Pretreatment of selected algae samples - mechanical, ultrasonic, chemical, enzymatically - Extraction process - temperature, pressure, flow rate, modifiers - kinetics of extraction - evaluation of bioactive properties of extracts - other mechanical factors affecting extraction efficiency.
Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut und Lehrstuhl für metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling durchgeführt. Laugungsprozesse sind weit verbreitet zur Extraktion von Metallen aus unterschiedlichen Rohstoffen. Häufig werden Laugungszusätze wie Säuren oder Basen eingesetzt, welche im Überschuss zum Aufschluss zugegeben werden müssen. Dies stellt sowohl einen Kostenfaktor als auch eine Umweltbelastung dar. Insbesondere schwer zu laugende Rohstoffe werden so teilweise nicht als Ressource aufgegriffen, sodass die enthaltenen Wertmetalle den Rohstoffkreislauf verlassen. Ein Beispiel ist verschlacktes Li und Co aus dem pyromet. Batterierecycling, welche aktuell deponiert werden, da kein kostendeckender Prozess existiert. Für solche Rohstoffe sieht das Vorhaben die Entwicklung einer Technologie vor, welche durch den Einsatz von z.B. Ultraschall-, Mikrowellen- oder Plasma-aktiviertem Wasser die traditionelle Laugung unterstützt, Chemikalien einspart, Extraktionseffizienzen steigert und für aktuell ungenutzte Rohstoffe den Extraktionsprozess gewinnbringend gestaltet. Diese Technik soll in Kooperation aus kanadischen und deutschen Forschungs- und Industriepartner am Beispiel Li-Co-Batterieschlacken (Deutschland) und Co/Ag-Mining-Wastes (Kanada) entwickelt und erprobt werden. Eine Übertragung auf andere Ressourcen und die Vermarktung/Veröffentlichung der Technologie ist geplant. Des Weiteren stellt dieses Projekt den ersten Schritt für eine langjährige kanadisch-deutsche Zusammenarbeit auf dem Gebiet des Green Processing's dar. -Literaturstudien zu transformativen Laugungstechnologien (TransTech) -Aufstellung eines Benchmarks mittels traditionellen Laugungsmethoden anhand Li-Co-Batterieschlacken -Screeningtests mittels TransTech (Identifizierung geeigneter Technologie) -Implementierung der TransTech in eine industrielle Prozesskette bis zu einem markfähigen Li, Co & Ag-Produkt -Untersuchung der Flexibilität der neuen Laugungstechnologie durch Übertragung auf alternative Rohstoffe -Bewertung der TransTech über Wirtschaftlichkeitsanalyse und Ressourceneffizienzpotential.
Das Projekt "Reinigung kontaminierter Boeden / Zentrale Analytik (SFB 188/TPZ)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Forschungsschwerpunkt 04, Arbeitsbereich Abfallwirtschaft und Stadttechnik durchgeführt. Im Rahmen der zentralen Analytik werden analytische Verfahren zur Bestimmung von Mineraloelaltlasten im Boden weiterentwickelt sowie erste Schritte fuer eine umweltfreundlichere Analytik erarbeitet. Als komplexe analytische Fragestellungen werden folgende Schwerpunkte behandelt: Untersuchungen zur Extraktion von Boden-materialien mit Hilfe von Ultraschall; - Entwicklung alternativer Bestimmungsmethoden zur summarischen Bestimmung von Mineraloelkohlenwasserstoffen (DIN 38409, DEV H 18); - Weiterentwicklung der PAK-Analytik; - Einfuehrung der Duennschichtchromatographie. Fuer die systematische Untersuchung erfolgte an Bodenmaterialien mit unterschiedlich starker PAK-Belastung. Die Vorteile der Ultraschallextraktion liegen in der Zeitersparnis, dem geringen Loesungsmittelverbrauch, dem reduzierten Verlust an leichtfluechtigen und thermolabilen Verbindungen sowie der effektiven Extraktions-leistung. Als Alternative zur zur Bestimmung von Mineraloelprodukten in Anlehnuing an die DIN-Methode 38409, DEV H18, werden eine duennschichtchromatographische und gaschromatographische Bestimmungsmethode erarbeitet. Die Vorteile der duennschichtchromatographischen Bestimmungsmethode liegen in der Schnelligkeit, einfachen Handhabung, im geringen apparativen Aufwand sowie im Verzicht auf halogenierte Loesungsmittel und Clean-up. Die Gaschromato-graphie bietet zudem den Vorteil der simulierten Destillation und kann Informationen ueber die Art und den Abbau der Kontamination geben. Neben der gaschromatographischen PAK-Bestimmung wurde eine HPLC-Methode erarbeitet. Die Vorteile der HPLC gegenueber der Gaschromatographie liegen in der Trennung hochmolekularer PAKs, kuerzeren Analysezeiten, Erfassung polarer Metaboliten, selektiver und empfindlicher Detektoren und keinem Diskriminierungseffekt. Nachteilig erweist sich die begrenzte Trennleistung der HPLC-Saeulen gegenueber den Kapillarsaeulen der Gaschromatographie. Die Duennschichtchromatographie soll als schnell-analytische methode zur Prozessbeschreibung in Form von Summenparametern als auch zur quantitativen Analytik etabliert werden.
Das Projekt "Entwicklung eines fluorspezifischen Gruppenparameters" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches, Technologiezentrum Wasser (TZW) durchgeführt. Um Aussagen über die Höhe der bislang mit der Einzelsubstanzanalytik auf bekannte per- und polyfluorierte Verbindungen (PFAS) nicht erfassbaren Gehalte an Organofluor in Böden zu erhalten, wurde in diesem Vorhabens ein Analysenverfahren mit dem Titel EOF (extrahierbares organisch gebundenes Fluor) erarbeitet, das unabhängig von der Verfügbarkeit von Analysenstandards von Zielverbindungen ist. Basierend auf einer ausführlichen Literaturrecherche wurden verschiedene Verfahrensvarianten zur Bestimmung des EOF geprüft und ein Verfahren festgelegt. Es basiert auf der zweifachen Extraktion (Ultraschall und Vortexmischen) des Bodens oder eines anderen Feststoffs mit Methanol, gefolgt von einem Clean-up-Schritt zur Entfernung des anorganischen Fluorids aus dem Extrakt. Der verbleibende Organofluorgehalt wird als EOF definiert und durch Verbrennungsanalyse gekoppelt mit der Ionenchromatografie (Combustion Ion Chromatography, CIC) als Fluorid bestimmt. Diese Methode weist eine Bestimmungsgrenze von 50 myg/kg TS auf und ist geeignet, eine Priorisierung von PFAS-belasteten Flächen für weitere Detailuntersuchungen zu treffen. Der Vergleich der Einzelsubstanzanalytik auf PFAS einschließlich zweier homologer polyfluorierter Phosphatdiester (6:2 und 8:2 diPAP) zeigte, dass in allen Fällen, in denen ein positives Messergebnis für das EOF resultierte, die Summe des Organofluors aus bekannten Einzelverbindungen zum Teil erheblich vom EOF abwich. Der nicht erklärbare Anteil lag in der Mehrzahl der untersuchten Proben in der Größenordnung zwischen etwa 40 % bis zu über 90 %. Dies impliziert die Anwesenheit weiterer, nicht bekannter Organofluorverbindungen. Dabei könnte es sich um sog. Präkursoren, also derzeit mit der Einzelsubstanzanalytik nicht erkannte fluorierte Verbindungen handeln, die im Boden vorhanden sind und zu messbaren perfluorierten Endprodukten abgebaut werden können. Die inzwischen in einigen belasteten Flächen aus dem Raum Baden-Baden/Rastatt nachgewiesenen zwei Vertreter der diPAP zeigen, dass hier zumindest diese Stoffklasse einen bedeutenden Anteil am EOF haben kann, da es noch eine Reihe weiterer Homologe gibt, für die jedoch nur für sehr wenige analytische Standards zur Verfügung stehen. Dass diese Stoffklasse - wenn auch nicht vollständig - mit der erarbeiteten Methode erfasst wird, ergaben Wiederfindungsversuche für eine Auswahl fluorierter Referenzverbindungen. Hiernach wird das organisch gebundene Fluor der untersuchten diPAP und triPAP sowie des diSAmPAP, die als aktive Wirkstoffe in Produkten zur Papierimprägnierung enthalten waren, zu etwa 30 % bis 90 % analytisch erfasst. Diese Fluor-Wiederfindungen wurden in diesem Bericht bei der Ermittlung des nicht erklärbaren EOF-Anteils noch nicht eingerechnet. Berücksichtigt man die Fluor-Wiederfindungen der nachgewiesen diPAP, ergibt sich ein noch etwas größerer Anteil an nicht erklärbarem EOF. (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Projektmanagement, Entsorgungskonzepte und LCA/LCC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategien durchgeführt. Bei ReAK geht es um die Optimierung und Weiterentwicklung der existierenden Verfahren sowie die Etablierung neuer Verfahren im Umgang mit arsenreichen Kupfererzen und deren Konzentraten. Entlang der Prozesskette greift ReAK dabei gezielt an folgenden Punkten an: 'Flotation' Behandlung der arsenreichen Kupferfraktion - Röstung (sulfatisierend, partiell, pyrometallurgisch) - sulfidische Laugung - mikrobielle Laugung arsenhaltiger Minerale - Oxidative Extraktion zur As-Stabilisierung (Arsen (III) größer als oder gleich Arsen (V) größer als oder gleich Skorodit) - UV-Licht - Ozon und Ultraschall - elektrochemische Oxidation (Diamant-Elektrode) - mikrobielle Oxidation des mobilen Arsens Die erzielten Arsenverbindungen sollen hinsichtlich ihrer Mobilität untersucht und bewertet werden. Weiterhin ist die Entwicklung eines Entsorgungskonzeptes bis hin zur sicheren Deponierung wichtiger Bestandteil des Vorhabens. Im Sinne der besseren Vergleichbarkeit der erzielten Ergebnisse werden von allen relevanten Prozessen Bilanzierungen bezüglich der Umweltwirkungen und der Kosten durchgeführt. Neben der Verbreitung der Ergebnisse rundet eine umfangreiche Charakterisierung aller Ausgangs- und Zwischenprodukte das Projekt ab.
Das Projekt "Teilvorhaben 6: Oxidative Extraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EnviroChemie GmbH durchgeführt. Bei ReAK geht es um die Optimierung und Weiterentwicklung der existierenden Verfahren sowie die Etablierung neuer Verfahren im Umgang mit arsenreichen Kupfererzen und deren Konzentraten. Entlang der Prozesskette greift ReAK dabei gezielt an folgenden Punkten an: - Flotation - Behandlung der arsenreichen Kupferfraktion -Röstung (sulfatisierend, partiell, pyrometallurgisch) -sulfidische Laugung -mikrobielle Laugung arsenhaltiger Minerale - Oxidative Extraktion zur As-Stabilisierung (Arsen (III) größer als oder gleich Arsen (V) größer als oder gleich Skorodit) -UV-Licht -Ozon und Ultraschall -elektrochemische Oxidation (Diamant-Elektrode) -mikrobielle Oxidation des mobilen Arsens Die erzielten Arsenverbindungen sollen hinsichtlich ihrer Mobilität untersucht und bewertet werden. Weiterhin ist die Entwicklung eines Entsorgungskonzeptes bis hin zur sicheren Deponierung wichtiger Bestandteil des Vorhabens. Im Sinne der besseren Vergleichbarkeit der erzielten Ergebnisse werden von allen relevanten Prozessen Bilanzierungen bezüglich der Umweltwirkungen und der Kosten durchgeführt. Neben der Verbreitung der Ergebnisse rundet eine umfangreiche Charakterisierung aller Ausgangs- und Zwischenprodukte das Projekt ab.
Für die Bestimmung von per- und polyfluorierten Chemikalien (PFAS) in Wasser, Schlamm, Kompost und Boden liegen genormte Analysenverfahren vor (DIN 38407-42 bzw. DIN 38414-14, ISO 21675 und der Normentwurf DIN EN 17892). Die Stoffauswahl der Verfahren unterscheidet sich in Bezug auf weitere untersuchte PFAS, während die Grundauswahl an Säuren bzw. Sulfonsäuren gleich ist. Durch die Labore des LANUV wurden die ursprünglichen DIN Verfahren um weitere PFAS erweitert und umfasst die in Tabelle 1 aufgeführten Einzelsubstanzen, die sich für die Bewertung von Umweltproben als relevant erwiesen haben. Die Bestimmung der PFAS kann über verschiedene Verfahren erfolgen. So stehen die Festphasenextraktion (SPE) und Direktinjektion zur Verfügung. Für Feststoffproben wie zum Beispiel Böden kann die Extraktion auch durch Ultraschall erfolgen. Die Messung der verschiedenen PFAS erfolgt mittels HPLC-MS/MS, kann jedoch insbesondere auch bei Schadensfällen unter Zuhilfenahme von hochauflösender Massenspektrometrie erfolgen. Speziell im Bereich Abwasser- und Brandfalluntersuchung setzt das LANUV auch auf die Methode der Umwandlung unbekannter Precursor-PFAS in bekannte PFAS, den sogenannten Total Oxidizable Precursor assay (TOP Assay). Die Methoden der Direktinjektion wie auch der TOP Assay befinden sich aktuell in der Normung auf nationaler und europäischer Ebene, bei welcher die Labore des LANUV intensiv mitarbeiten. Die unteren Anwendungsgrenzen für die einzelne Substanz betragen bei der Untersuchung von Wasser 10 ng/l bzw. 25 ng/l bei Abwasser und 2,5 µg/kg Trockenmasse bei Feststoffen. Da neben den unverzweigten Verbindungen teilweise auch verzweigte Isomere auftreten, legen die Verfahren eine Konvention zur Quantifizierung des Gesamtgehalts aller Isomere fest. Unter Berücksichtigung besonderer Fragestellungen und dem Wissen über die ubiquitäre Verbreitung von PFAS (Stichwort Blindwerte), lassen sich auch Bestimmungsgrenzen von 1 ng/L erreichen. In diesem Fall steigen die Anforderungen an die qualitätssichernden Maßnahmen jedoch überproportional an. Tabelle 1: Umfang der im LANUV gemessenen PFAS Stoffname Abkürzung Matrix Summenformel Rel. molare Masse CAS-Nr Perfluorcarbonsäuren Perfluorbutansäure PFBA AW, GW, OW, F C 4 HF 7 O 2 214,04 375-22-4 Perfluorpentansäure PFPeA AW, GW, OW, F C 5 HF 9 O 2 264,05 2706-90-3 Perfluorhexansäure PFHxA AW, GW, OW, F C 6 HF 11 O 2 314,05 307-24-4 Perfluorheptansäure PFHpA AW, GW, OW, F C 7 HF 13 O 2 364,06 375-85-9 Perfluoroktansäure inkl. Isomere PFOA AW, GW, OW, F C 8 HF 15 O 2 414,07 335-67-1* Perfluornonansäure PFNA AW, GW, OW, F C 9 HF 17 O 2 464,08 375-95-1 Perfluordekansäure PFDA AW, GW, OW, F C 10 HF 19 O 2 514,08 335-76-2 Perfluorundekansäure PFUdA AW, GW, OW, F C 11 HF 21 O 2 564,09 2058-94-8 Perfluordodekansäure PFDoA AW, GW, OW, F C 12 HF 23 O 2 614,1 307-55-1 Perfluortridekansäure PFTrA AW, GW, F C 13 HF 25 O 2 664,1 72629-94-8 Perfluorsulfonsäuren Perfluorbutansulfonsäure inkl. Isomere PFBS AW, GW, OW, F C 4 HF 9 O 3 S 300,1 375-73-5* Perfluorpentansulfonsäure inkl. Isomere PFPeS AW, GW, F C 5 HF 11 O 3 S 350,11 2706-91-4* Perfluorhexansulfonsäure inkl. Isomere PFHxS AW, GW, OW, F C 6 HF 13 O 3 S 400,12 355-46-4* Perfluorheptansulfonsäure inkl. Isomere PFHpS AW, GW, OW, F C 7 HF 15 O 3 S 450,12 375-92-8* Perfluoroctansulfonsäure inkl. Isomere PFOS AW, GW, OW, F C 8 HF 17 O 3 S 500,13 1763-23-1* Perfluornonansulfonsäure inkl. Isomere PFNS AW, GW, F C 9 HF 19 O 3 S 550,14 68259-12-1* Perfluordekansulfonsäure inkl. Isomere PFDS AW, GW, OW, F C 10 HF 21 O 3 S 600,15 335-77-3* Perfluorundekansulfonsäure inkl. Isomere PFUdS AW, GW, F C 11 HF 23 O 3 S 650,14 749786-16-1* Perfluordodekansulfonsäure inkl. Isomere PFDoS AW, GW, F C 12 HF 25 O 3 S 700,15 79780-39-5* Perfluortridekansulfonsäure inkl. Isomere PFTrS AW, GW, F C 13 HF 27 O 3 S 750,16 791563-89-8* Weitere PFAS H 4 -Perfluorhexansulfonsäure 4:2 FTS AW, GW, OW, F C 6 H5F 9 O 3 S 328,15 757124-72-4 H 4 -Perfluoroktansulfonsäure 6:2 FTS (H 4 PFOS) AW, GW, OW, F C 8 H 5 F13O 3 S 428,17 27619-97-2 H4-Perfluordekansulfonsäure 8:2 FTS AW, GW, OW, F C 10 H 5 F 17 O 3 S 528,18 39108-34-4 Capstone A Capstone A (DPOSA) AW, F C 13 H 17 F 13 N 2 O 3 S 528,33 80475-32-7 Capstone B Capstone B (CDPOS) AW, F C 15 H 19 F 13 N 2 O 4 S 570,37 34455-29-3 Perfluoroktansulfonamid PFOSA AW, F C 8 H 2 F 17 NO 2 S 499,14 754-91-6 4,8-Dioxa-3H-perfluornonansäure DONA AW, F C 7 H 2 F 12 O 4 378,07 919005-14-4 Hexafluorpropylenoxid Dimersäure HFPO-DA (Gen-X) AW, F C 6 HF 11 O 3 330,05 13252-13-6 9-Chlorhexadekafluor-3-oxanonan-1-sulfonsäure 9Cl-PF3ONS AW, F C 8 HClF 16 O 4 S 532,58 756426-58-1 11-Chloreicosafluor-3-oxaundekan-1-sulfonsäure 11Cl-PF3OUdS AW, F C 10 HClF 20 O 4 S 632,60 763051-92-9 *CAS-Nummer des linearen Isomers Abkürzungen: AW = Abwasser, GW = Grundwasser, OW = Oberflächenwasser, F = Feststoff