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Einfluss biologisch abbaubarer Verpackungsmaterialien auf die Qualitaet und Haltbarkeit von Obst und Gemuese

Vergleich herkoemmlicher Verpackungsmaterialien mit biologisch abbaubaren im Hinblick auf Qualitaetseigenschaften, Verwertbarkeit und Haltbarkeit von Obst und Gemuese.

Energieeffizienzerhöhung im Abfall- und Recyclingstoff-Sortierprozess durch Anwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz

Im FuE-Vorhaben EnSort sollen im hoch-komplexen Sortierprozess von recycelbaren Abfallstoffen (Verpackungsmaterialien, gelbe Tonne aus Haushalten etc.) zu Wertstoffen mit Hilfe der Künstlichen Intelligenz über zu erfassende und auszuwertende Materialerkennungsdaten Aggregate mit hohem spezifischen Energieverbrauch optimiert werden. Dazu muss die Anpassungsfähigkeit der Anlage an sich ändernde Input- und flexibel geforderte Outputqualitäten erhöht werden. Für die vorauslaufende Digitalisierung des bisher überwiegend manuell geregelten Prozesses ist ein Modell zur vollständigen Simulation des Sortierprozess als digitaler Zwilling zu erstellen. Dieses 'Betriebsmodell' wird im großtechnischen Praxisbetrieb einer Sortieranlage für Leichtverpackungsabfälle (LVP) iterativ verbessert und verifiziert. Die Energieeffizienzsteigerung ist später Resultat einer sich an die ständig wechselnden In- und Outputparameter anpassende Prozessregelung. Weiterhin wird über eine intelligente voll automatisierte Regelung der Gesamtanlage die Auslastung der Einzelaggregate optimiert und damit der Durchsatz erhöht. So sinkt der spezifische Energieverbrauch.

Design for Decomposition: Deutsches Pilotprojekt zur Transformation von Textilabfall in wertvollen Rohstoff, Design for Decomposition: Deutsches Pilotprojekt zur Transformation von Textilabfall in wertvollen Rohstoff

Großtechnische Umsetzung eines Bioökonomie-Prozesses zur Verknüpfung von Agrarindustrie und Kunststoffverarbeitern durch die kontinuierliche Produktion eines neuartigen Biopolymers

Die traceless materials GmbH ist ein Bioökonomie Start-up Unternehmen, das im Jahr 2020 als Ausgründung der TU Hamburg hervorgegangen ist. Das Hauptgeschäftsfeld stellt die Entwicklung und Produktion des traceless Materials (rückstandslos biologisch abbaubares Material) für den Kunststoffverarbeitungsmarkt dar. Erklärtes Ziel ist, einen messbaren Beitrag zur Lösung der weltweiten Verschmutzung durch Kunststoffe zu leisten. Die traceless materials GmbH stellt mittels eines innovativen Verfahrens ein Material her, welches vergleichbare Eigenschaften wie Kunststoff besitzt. Es handelt sich dabei aber um eine neuartige Materialkategorie. Konventioneller Kunststoff wird in einem synthetischen Verfahren und zum Großteil aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Der Rohstoff in diesem Projekt hingegen sind pflanzliche Reststoffe, welche nach der Extraktion der natürlichen Polymere noch als Futtermittel oder zur energetischen Verwertung genutzt werden können. Im Vorhaben soll eine Demonstrationsanlage mit einer Kapazität von mehreren Tausend Tonnen pro Jahr errichtet und betrieben werden. Im Herstellungsprozess des traceless Materials wird als Rohstoff ein pflanzlicher Reststoff verwendet, der als Nebenprodukt der industriellen Getreideverarbeitung anfällt. Mit einem zum Patent angemeldeten Verfahren werden daraus natürliche Polymere extrahiert und zu einem Granulat verarbeitet. Dieses Granulat kann mit gängigen Technologien der Kunststoffverarbeitung zu verschiedenen Produktanwendungen weiterverarbeitet werden, beispielsweise im Spritzguss oder der Extrusion. Das hergestellte Material könnte z.B. zur Herstellung von Einwegverpackungen und -produkten, welche leicht in die Umwelt gelangen oder sich nicht recyceln lassen, eingesetzt werden und so zur Verbrauchsminderung fossiler Rohstoffe beitragen. Damit soll auch die Umweltverschmutzung zurückgehen, da das Material sich rückstandslos abbaut und nicht schädlich für Flora und Fauna ist, wenn es unsachgemäß in der Umwelt entsorgt werden sollte. Produkte, die aus dem Material hergestellt werden, sind entweder über den Restmüll oder bei Verpackungen über den gelben Sack/die gelbe Tonne/Wertstofftonne zu entsorgen. In beiden Fällen werden sie energetisch verwertet, da der Marktanteil für eine sortenreine Sammlung und mechanisches Recycling derzeit zu gering ist. Eine Entsorgung über die Bioabfallsammlung ist nicht zulässig, auch wenn das Material zertifiziert gartenkompostierbar ist. Bei einer Kompostierung würde auch der energetische Nutzen verloren gehen. Bei einer jährlichen Produktionskapazität von mehreren Tausend Tonnen können nicht nur substantiell CO2-Emissionen und fossile Energieträger, sondern auch Wasser und Landressourcen eingespart werden. Das Verfahren ist für eine Vielzahl von Unternehmen der Chemie- und Kunststoffindustrie übertragbar. Da das Material auf den gängigen Anlagen der kunststoffverarbeitenden Industrie eingesetzt werden kann, ist eine Übertragbarkeit ohne (hohen) Aufwand möglich. Weiterhin wird an der Übertragbarkeit dieses Verfahrens der Polymerextraktion auf andere Reststoffe von Getreide geforscht.

Naturfasern

Faserpflanzen gehören zu den ältesten nachwachsenden Rohstoffen. Eine große Anzahl von Pflanzenarten enthalten vor allem aus Zellulose bestehende Fasern mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die größte wirtschaftliche Bedeutung hat die Baumwolle erlangt, aber auch Jute, Sisal, Flachs, Hanf und Kokosfasern spielen eine wichtige Rolle. Im Freistaat Sachsen ist in den Regionen Erzgebirge, Oberlausitz und Vogtland der Flachs (Faserlein), außerhalb der höheren Mittelgebirgslagen auch der Hanf anbauwürdig. Flachs und Hanf sind botanisch und bezüglich ihrer Wuchsform sehr unterschiedliche Pflanzen. Verwendung finden Kurz- und Langfasern in Mischgarnen, Verbundwerkstoffen, Geotextilien, Dämmstoffen, Verpackungsmaterialien, technischen Textilien, Asbestersatz.

Untersuchung der Migration von Packstoffbestandteilen in angrenzende waessrige oder fetthaltige Fuellgueter

Erarbeitung von Methoden zur Bestimmung von spezifischem Migrat und Gesamtmigrat. Laufende Kontrolle von Packstoffen.

Weniger Papierverbrauch durch leichtes Verpackungsmaterial aus Altpapier

Das Bundesumweltministerium unterstützt die Papierfabrik Palm GmbH bei der Investition in eine neue umweltfreundliche Papiermaschine mit innovativer Trocknungstechnologie. Das Familienunternehmen ist im Bereich der Papier- und Verpackungserzeugung mit Produktionsstandorten in Deutschland und Europa aktiv. Am Stammsitz in Aalen investiert das Unternehmen in eine neue Papierfabrik zur Herstellung von Wellpappenrohpapier für Verpackungen. Erstmals in Europa kann so sehr leichtes Verpackungsmaterial aus Altpapier hergestellt werden. Bei gleicher Festigkeit wie herkömmliches Papier wird ein um 15 Prozent reduziertes Flächengewicht erreicht. Dies wird durch eine Kombination aus Heißlufttrocknung und schonendem Papiertransport ermöglicht. Sie sorgt für eine schnellere und gründlichere erste Trocknungsphase des Papiers, wodurch es ermöglicht wird, dass die Papierbahn stabiler durch die Papiermaschine läuft und weniger Abrisse erfährt. Ein ständiger Abriss der Papierbahnen während der Trocknung wird verhindert. Verpackungen können zukünftig mit Hilfe der innovativen Trocknungstechnologie ressourcenschonender und energieeffizienter hergestellt werden. Bei einer geplanten Jahresproduktion von 700.000 Tonnen Papier können so gut 9.800 Tonnen CO2 pro Jahr eingespart werden. Kunststoff kann zukünftig vermehrt durch Papier als Verpackungsmaterial ersetzt werden. Das Vorhaben setzt einen neuen Standard für die umweltschonende Produktion von Verpackungsmaterial aus Altpapier. Bei erfolgreichem Projektverlauf ist von einer hohen Multiplikatorwirkung innerhalb der Branche auszugehen. Mit dem Umweltinnovationsprogramm wird die erstmalige, großtechnische Anwendung einer innovativen Technologie gefördert. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben.

Entwicklung eines Verfahrens zur Wiederaufbereitung von Polyolefinabfaellen

Abfaelle aus polyolefinischen Materialien fallen einerseits in grossen Mengen in Form von Verpackungsmaterial oder Ein-Weg-Gebrauchsgegenstaenden beim Endverbraucher an. Andererseits werden auch bei der Herstellung von Polyolefinen, je nach Herstellungsverfahren und -bedingungen niedermolekulare und wachsartige Nebenprodukte erhalten, die nur zum geringen Teil Verwendung finden. Diese Abfaelle - sowohl die Nebenprodukte aus der Produktion als auch die Abfaelle aus dem Endverbrauch - werden zum groessten Teil verworfen und finden nur zum geringen Teil Anwendung, z.B. bei der Dampferzeugung in Kraftwerken oder Muellverbrennungsanlagen. Mit dem Forschungsprojekt soll daher geprueft werden, wie weit aus diesen Polyolefinabfaellen die Rohstoffe - Aethylen oder Propylen - oder andere Komponenten der chemischen Grundstoffproduktion - z.B. Acetylen - gewonnen werden koennen.Bei den entwickelten Verfahren wurden, im Gegensatz zu den mechanisch-thermischen Aufbereitungsverfahren, die Polyolefine einer partiellen Oxidation unterworfen. Bei dem Forschungsprojekt wurde zunaechst von ataktischem Polypropylen ausgegangen. Dies wurde aufgeschmolzen und in einem Injektionsbrenner zerstaeubt und anschliessend in einer Brennkammer mit Sauerstoff partiell oxidiert. Der Oxidationsvorgang wird dabei durch die Eigenschaften des Brennstoffnebels - Troepfchengroesse, Relativgeschwindigkeit Troepfchen/Gas- und durch die Menge des im Unterschuss eingesetzten Sauerstoffs beeinflusst. Hierdurch laesst sich die Produktverteilung bei der partiellen Oxidation, insbesondere die Konzentration an Olefinen und Acetylen, in relativ weiten Grenzen steuern.

Veredelung von Nassgrünland-Biomasse zu Plattformchemikalien, Verpackungen, Faserguss und Papier, Teilvorhaben 2: Entwicklung und exemplarische Realisierung von Verfahren zur Gewinnung und Aufbereitung von Faserrohstoffen für den Einsatz im Sektor Pulp & Paper

EDELNASS fokussiert auf die stoffliche Verwertung von Aufwüchsen von wiedervernässten Moor-Grünland, welches heterogen in der Artenzusammensetzung ist und oft Bewirtschaftungseinschränkungen unterliegt (z.B. Erntezeitpunkt). Biomasse und ihre Standortparameter von 5 Moorstandorten in ganz Deutschland werden analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in 2 Verwertungsverfahren untersucht, getestet und bewertet: (i) Umwandlung in Bioraffinerien zu den biobasierten, hochwertigen Basischemikalien HMF und Furfural und der Optimierung der Verfahren an der Universität Hohenheim. Ebenso wird Lignin als weiteres Produkt hergestellt. Das HMF kann zur Herstellung des recyclebaren, biobasierten Hochleistungskunststoff PEF weiterverarbeitet werden, woraus die Hochschule Albstadt-Sigmaringen nachhaltige Verpackungslösungen entwickelt, (ii) Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie stellt zusammen mit seinen Partnern Faserstoffe aus der Biomasse her und verarbeiten diese weiter zu Papieren und Fasergussformteilen. Kopplungspotentiale von Stoffströmen der Rohstofffraktionen zwischen den Verfahren untersucht, indem Zwischen- und Nebenprodukte der Verfahren in die jeweils anderen Prozesse eingespeist werden. Ziel der Untersuchungen ist es, neue Wertschöpfungsketten auf der Grundlage von Nasswiesen-Bewirtschaftung zu entwickeln, die eine produktive Nutzung von Nassgrünland mit dem Erreichen von Naturschutz- und Klimaschutzzielen verbindet. Für eine zukünftige Honorierung von Ökosystemdienstleistungen vernässter Moore werden Datengrundlagen erstellt: CO2-Bilanz der Verfahren und möglicher Produkte (inkl. bodenbürtiger Emissionen), Entwicklung von Artenvielfalt und Wasserqualität. Die Kosten von der Rohstoffbereitstellung bis zum Endprodukt werden analysiert, um geeignete Betriebsmodelle für die einzelnen Verfahren abzuleiten und beispielhaft in Moorregionen zu projektieren.

Veredelung von Nassgrünland-Biomasse zu Plattformchemikalien, Verpackungen, Faserguss und Papier, Teilvorhaben 4: PEF-Verpackungen

EDELNASS fokussiert auf die stoffliche Verwertung von Aufwüchsen von wiedervernässten Moor-Grünland, welches heterogen in der Artenzusammensetzung ist und oft Bewirtschaftungseinschränkungen unterliegt (z.B. Erntezeitpunkt). Biomasse und ihre Standortparameter von 5 Moorstandorten in ganz Deutschland werden analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in 2 Verwertungsverfahren untersucht, getestet und bewertet: (i) Umwandlung in Bioraffinerien zu den biobasierten, hochwertigen Basischemikalien HMF und Furfural und der Optimierung der Verfahren an der Universität Hohenheim. Ebenso wird Lignin als weiteres Produkt hergestellt. Das HMF kann zur Herstellung des recyclebaren, biobasierten Hochleistungskunststoff PEF weiterverarbeitet werden, woraus die Hochschule Albstadt-Sigmaringen nachhaltige Verpackungslösungen entwickelt, (ii) Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie stellt zusammen mit seinen Partnern Faserstoffe aus der Biomasse her und verarbeiten diese weiter zu Papieren und Fasergussformteilen. Kopplungspotentiale von Stoffströmen der Rohstofffraktionen zwischen den Verfahren untersucht, indem Zwischen- und Nebenprodukte der Verfahren in die jeweils anderen Prozesse eingespeist werden. Ziel der Untersuchungen ist es, neue Wertschöpfungsketten auf der Grundlage von Nasswiesen-Bewirtschaftung zu entwickeln, die eine produktive Nutzung von Nassgrünland mit dem Erreichen von Naturschutz- und Klimaschutzzielen verbindet. Für eine zukünftige Honorierung von Ökosystemdienstleistungen vernässter Moore werden Datengrundlagen erstellt: CO2-Bilanz der Verfahren und möglicher Produkte (inkl. bodenbürtiger Emissionen), Entwicklung von Artenvielfalt und Wasserqualität. Die Kosten von der Rohstoffbereitstellung bis zum Endprodukt werden analysiert, um geeignete Betriebsmodelle für die einzelnen Verfahren abzuleiten und beispielhaft in Moorregionen zu projektieren.

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