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Biobasierte funktionelle Fasergussverpackungen aus regional anfallenden landwirtschaftlichen Reststoffen, Teilvorhaben: Ökobilanzierung von Rohstoffen und Prozessen zur Bewertung des entstehenden Verpackungsproduktes

Schäume aus Ligninsulfonat für den Einsatz als Kernmaterial in Stoßfängern, Teilvorhaben 1: Entwicklung von Ligninpolymeren

Der chemische Aufschluss von Pflanzenfasern liefert Zellstoff, der vorwiegend aus Cellulose besteht und zentraler Rohstoff der Papierherstellung ist. 90% des weltweit erzeugten Zellstoffs wird aus Holz hergestellt. Eine effiziente Nutzung von Holz bedeutet auch die Entwicklung von Konzepten zur Verwendung von Nebenprodukten, die bei Prozessen mit dem nachwachsenden Rohstoff anfallen, wie z.B. Ligninsulfonate, die beim Zellstoffaufschluss nach dem Sulfitverfahren entstehen. Mit der Entwicklung von Ligninschäumen für die Anwendung als Kernmaterial für Stoßfänger wird eine Produktinnovation geschaffen, die dazu beiträgt, die potentielle Leistungsfähigkeit von Holz bestmöglich auszuschöpfen und ein wirtschaftlich günstiges und gleichzeitig biobasiertes Schaummaterial für die globale Wachstumsbranche 'Automobil' zu entwickeln. Ligninschäume sind zwar bekannt, ein ausschließlich Lignin-basierter Schaum ist bislang nicht entwickelt. Das Ziel des Vorhabens ist es zudem, die Schäume aus ungereinigtem Ligninsulfonat zu entwickeln. Als Ligninquelle wurden Ligninsulfonate ausgewählt, da das Magnesiumbisulfit-Verfahren in Deutschland aufgrund der geringeren Geruchsbelastung im Vergleich mit dem Sulfatverfahren, in dem Kraft Lignin anfällt, weiter verbreitet ist. Auch weitere Reststoffe des Sulfitaufschlusses wie nicht aufgeschlossene Faserbündel und Spuckstoffe sollen als Verstärkung für die Schäume eingesetzt werden. Als technologisch anspruchsvolles Anwendungsbeispiel für die Automobilindustrie wurde das Kernmaterial für vordere PKW-Stoßfänger, auch als Stoßstange bezeichnet, ausgewählt. Vorrangig werden hier bislang Formteile aus petrochemisch-basierten Partikelschäumen wie expandiertem Polypropylen (EPP) eingesetzt. Ziel ist es, ein wirtschaftlich günstiges und gleichzeitig biobasiertes Schaummaterial für die globale Wachstumsbranche der Automobilindustrie zu entwickeln.

Zero Waste Wohnungsbau: Leuchtturmprojekt zur Klimaschutz- und Ressourcenschutzwende im kommunalen Wohnungsbau

Angesichts der Klimanotlage steht auch die Bauwirtschaft in Berlin vor einem gravierenden Wandel: Schwindende Rohstoffe, knapper werdende Deponieräume sowie ambitionierte Klimaschutzziele machen es unerlässlich, den hohen Ressourceneinsatz im Bauwesen zu überdenken. Rund 60 Prozent der in Berlin verwendeten Rohstoffe sowie 40 Prozent der schädlichen Klimagasemissionen werden durch die Bauwirtschaft verursacht. Nach der vom Senat beschlossenen Klimanotlage ist es daher erforderlich, dass auch eine Wende im Bausektor erfolgt und zunehmend ressourcenschonende und klimaverträglichere Baustoffe bei Bauvorhaben zur Anwendung kommen. Selbst bei einem ambitionierten Gebäudeenergieverbrauchsstandard werden rund 50 Prozent der Klimagasemissionen im Gebäudebereich durch die eingesetzten Baustoffe verursacht. Insbesondere beim städtischen Berliner Wohnungsbau besteht noch ein großes bisher nicht genutztes Potenzial an vermeidbaren schädlichen Klimagasemissionen. Der derzeitige Ansatz im Wohnungsneubau ist vor allem von Effizienz im Hinblick auf Stückzahlen und Kostenminimierung geprägt. Aus dem Innovationsförderfond wurden u.a. für das Leuchtturmprojekt der STADT UND LAND Fördermittel zur Verfügung gestellt (Quelle: Vorlage der Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz vom 20.07.2021 zu innovationsfördernden Maßnahmen im Bereich Klimaschutz und Mobilitätswende). Anhand von zwei Projekten mit insgesamt drei Gebäuden sollen anhand des Typenhaus-Plus der STADT UND LAND Potentiale des klima-, kreislaufgerechten und ressourcenoptimierten Bauens im öffentlichen Mietwohnungsbau ermittelt und aufgezeigt werden und damit Grundlagen für eine weiterführende Anwendung am öffentlichen und privaten Berliner Wohnungsmarkt geschaffen werden. Die Gebäude werden mit unterschiedlichen Materialien und Ansätzen geplant und im Rahmen des Projektes in Bezug auf ihre Übertragbarkeit auf andere Mietwohnungsbauten untersucht und miteinander verglichen. 30. März 2022: Holz, Ziegel, Lehm – STADT UND LAND Wohnbauten-Gesellschaft startet Pilotprojekt zum nachhaltigen Geschosswohnungsbau Bei dem Teilprojekt A (Alt-Britz 107, 12359 Berlin) werden auf einem Grundstück zwei in Grundrissen, Kubatur und Geschossigkeit gleiche Gebäude in Holz-Lehm- und Ziegel-Holz-Bauweise geplant, realisiert und in den ersten Jahren des Betriebs wissenschaftlich begleitet und ausgewertet. Das Projekt hat im Kern das Ziel des einfachen, robusten Bauens und strebt an über den Einsatz klimasteuernder Baustoffe und einen klimaangepassten Entwurf den Einsatz von Gebäudetechnik extrem zu reduzieren und auf Klima- und Lüftungstechnik zu verzichten. Das Projekt wird wissenschaftlich von der TU Berlin, der Universität Stuttgart und der TU Braunschweig begleitet. Im Teilprojekt B – Buckower Felder, Haus 5 Baufeld VIII, Berlin-Neukölln wird ein Typenhaus Plus in nachhaltiger, ökologischer Bauweise als Typenhaus-Nachhaltigkeit weiterentwickelt und realisiert. Dabei sollen beim Roh- und Ausbau des Gebäudes im größtmöglichen Umfang Holzbaustoffe zum Einsatz kommen. Die somit schon deutlich verbesserte CO 2 -Bilanz soll durch den Einsatz aufbereiteter Baustoffe, z.B. Recyclingbeton, weiter optimiert werden. Darüber hinaus wird die Wiederverwertbarkeit und Rückführung der eingesetzten Baumaterialien in die Kreislaufwirtschaft nach dem Lebenszyklusende des Gebäudes angestrebt. Der Vergleich erfolgt mit einem grundrissgleichen Typenhaus, welches in mineralischer Bauweise errichtet wird. Die Ansichten können sich im weiteren Projektverlauf ändern. Die energetische Optimierung und der klimaneutrale Betrieb im Wohnungsbau sind weitgehend erforscht und prototypisch realisiert. Die Ziele des Leuchtturmprojektes Klima- und Ressourcenschutzwende liegen daher in der Beantwortung der Frage, welche materielle Ressourcenanwendung in der Gebäudekonstruktion zu einer weiteren CO 2 -Einsparung führt. Ziel des Projektes ist es aufzuzeigen, wieviel CO 2 durch die Verwendung von ökologischen Baustoffen (Ökobilanz) wie z.B. Holz, Zellulose und Recycling-Material im Vergleich zu konventionellen Materialien – bei eingehaltenen Anforderungen des Wärme-, Schall- und Brandschutzes – eingespart werden kann. Zum anderen sollen die unterschiedlichen Bauweisen Holz-Lehm Haus und Ziegel-Holz Haus langfristig miteinander verglichen werden, um für die Zukunft grundsätzliche Erkenntnisse für die Umsetzung im Geschosswohnungsbau zu erhalten. Durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe in der Gebäudehülle wird eine CO 2 -Einsparung von ca. 50% erwartet. Über die LCA Berechnungen mit e-LCA des BNB Systems hinaus werden mögliche Wirkungen des kreislaufgerechten Bauens der Pilotprojekte auf das Modul D also die Wiederverendung und Wiederverwertung zum Ende der Nutzungsphase aufgezeigt. Teilprojekt A Generalplanung: Arge ZRS Architekten GvA mbH und Bruno Fioretti Marquez GmbH Teilprojekt B Totalunternehmer: mib – Märkische Ingenieur Bau GmbH mit Arnold und Gladisch Objektplanung Generalplanung GmbH 2 Mio. € Förderung durch die Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt, davon 1,5 Mio. € für das Teilprojekt A und 0,5 Mio. € für das Teilprojekt B 01.01.2022-30.11.2024

Dissolved organic matter (DOM) composition in axenic and xenic cultures of Thalassiosira gravida in response to varying temperatures and photoperiods

This dataset comprises dissolved organic matter (DOM) composition from axenic and xenic cultures of Thalassiosira gravida that were cultivated at the Alfred-Wegener-Institute (Bremerhaven, Germany) in March, 2023. After a cell density of ~ 15.000 cells * mL-1 was reached, cultures were filtered through a 0.2 µm polycarbonate (PC) filter (Whatman) that was cleaned by soaking in 10 % hydrochloric acid (HCl, Merck suprapure) for at least 12 h and subsequently rinsing with ultrapure water (Merck Millipore MilliQ). Cultures were grown under two temperatures (9 °C, 13.5 °C) and two photoperiods (16:8 h, 24:0 h light:dark). 2 mL of the sample were filtered through a 0.2 µm regenerated cellulose (RC)-membrane syringe filter (Sartorius) after defrosting. Molecular composition data were acquired with Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS) coupled to a reversed-phase liquid chromatography (RPLC) with negative electrospray ionization (ESI) according to Lechtenfeld et al., 2024 (doi: 10.1021/acs.est.3c07219). Measurements were performed on on a solariX XR, Bruker Daltonics, Billerica, U.S.A. at the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ; Leipzig, Germany). Molecular formulas were assigned and filtered using UltraMassExplorer (Leefmann et., 2019; doi: 10.1002/rcm.8315). If the Total ion chromatogram (TIC) was much higher and/or different in certain retention time windows compared to other samples of the same treatment, the sample was excluded from the dataset. The aim of this study was to investigate responses of algal extracellular release and bacterial DOM transformation to marine heatwave-like conditions.

Pore water data of sediment incubation experiments under anoxic conditions

Enhanced mineral dissolution in the benthic environment is currently discussed as a potential technique for ocean alkalinity enhancement (OAE) to reduce atmospheric carbon dioxide (CO2) levels. This study explores how biogeochemical processes affect the dissolution of alkaline minerals in surface sediments during laboratory incubation experiments. These involved introducing dunite and calcite to organic-rich sediments from the Baltic Sea under controlled conditions in an anoxic to hypoxic environment. The sediment cores were incubated with Baltic Sea bottom water. Eight sediment cores were positioned vertically in a rack. Since the sediment surface was slightly oxidized by the bottom water (∼125 μmol l−1 upon recovery), the cores were left plugged on the top for 13 days to settle after recovery until the sediment surface was anoxic. To achieve chemical conditions that are expected in the natural system, 500l of retrieved sea water were degassed via bubbling with pure dinitrogen gas in batches of 100 l. Afterwards, between 50 and 60 l were transferred into an evacuated gas tight bag. After the transfer, pH and total alkalinity (TA) were measured to determine the dissolved inorganic carbon (DIC) of the water. Afterwards the DIC was increased via adding pure CO2 until a CO2 partial pressure (pCO2 ) of ∼2,300–∼3,300 μatm was established mimicking conditions prevailing in Boknis Eck during summer. Stirring heads were installed on the cores. To prevent the development of oxic conditions, it was ensured that as little gas phase as possible was left in the cores. Elimination of pelagic autotrophs, heterotrophs, and suspended particles was achieved by flushing the cores with modified bottom water for 2 days with a flow rate of 1.5 mml min−1. Afterwards, a continuous throughflow of 700 μl min−1 from the reservoir of modified bottom water was applied, leading to a residence time of ∼2.1 days inside the cores. For the experimental incubations, six cores received additions of alkaline materials, three with calcite (Cal1 - Cal3) and three cores with dunite (Dun1 - Dun3), leading to three replicates per treatment. Two control cores remained untreated (C1, C2). The amount of added substrate was based on the rain rate of particulate organic carbon observed in Boknis Eck (0.5 mmol cm−2 a−). The incubation lasted for 25 days. The volume of water in each core was determined at the end of the experiment via measuring the height of the water column after removing the stirring heads. At the end of the experiments, the bottom water was removed via suction and the cores were sliced for pore water analysis. The pore waters were recovered by centrifuging each respective sediment layer in 50 ml falcon tubes at 3000 rpm for 10 minutes. Afterwards, the supernatant water was transferred to polyethylene (PE) vials in an Ar-filled glove bag to minimize contact with oxygen. All samples were filtered through a 0.2 µm cellulose membrane filter and refrigerated in 25 ml ZinsserTM scintillation vials. TA samples (1 ml) were titrated with 0.02N HCl. For H2S, an aliquot of pore water was diluted. A 5 ml aliquot was frozen directly after the sampling procedure for later nutrient analysis. Nutrient measurements were performed either via manual photometric measurement (NH4) or using a Seal – AnalyticalTM QuAAtro autoanalyzer (PO43-). Samples for TA were analyzed directly after sampling by titration of 1 ml of bottom/pore water with 0.02N HCl. Titration was ended when a stable purple color appeared. During titration, the sample was degassed by continuous bubbling with nitrogen to remove any generated CO2 and H2S. The acid was standardized using an IAPSO seawater standard. Acidified sub-samples (30 μl suprapure HNO3- + 3 ml sample) were prepared for analyses of major and trace elements (Si, Na, K, Li, B, Mg, Ca, Sr, Mn, Ni and Fe) by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES, Varian 720-ES). For H2S, an aliquot of pore water was diluted with appropriate amounts of oxygen-free artificial seawater and the H2S was fixed by immediate addition of zinc acetate gelatin solution

ClassII-peroxidase-sequences from pure cultures (HAI, 2008)

<p>Original data comes from a project which takes or took place as part of the DFG priority program "Exploratories for large-scale and long-term functional biodiversity research". The data is stored together with descriptive metadata, in combination called a dataset, in the project repository (https://www.bexis.uni-jena.de). Species information was extracted from that original dataset. The second paragraph is part of the metadata of the original dataset.</p><p>Leaf litter and other forms of plant litter are beside wood the ubiquitous results of terrestrial plant life. Based on a rough estimate, circa 260 billion tons of plant biomass are annually produced by green plants, which makes about 90 billion tons of cellulose, 50 billion tons of lignin and 50 billion tons of hemicellulose. It has been shown that fungi play an essential role in the carbon cycle of their habitats. They are involved in formation of soil humic matter and soil fine structure. Moreover, fungi (especially agaric) are most likely involved in the breakdown of the most recalcitrant moieties of the plant biomass (lignins and phenolic compounds). Identification of fungal genes and enzymes involved in the decay processes will be crucial for understanding this important ecophysiological process in forests and other ecosystems.</p>

Die Biosynthese der pflanzlichen Cellulose

Cellulose stellt den am häufigsten vorkommenden Naturstoff unseres Planeten dar. Mit einer pflanzlichen Weltjahresproduktion von ca. 180 Milliarden Tonnen (Engelhardt, j. Carbohydr. Eur. 12, 5-14 (1995)) ist Cellulose der bedeutendste nachwachsende Rohstoff. Dieses Biopolymer findet außer in der Papier-, Pharma- und Textilindustrie in vielen anderen Bereichen (z.B. Medizin, Kosmetik, Kunststoff-Industrie) reichliche Verwendung. Trotz der großen wirtschaftlichen Bedeutung und über drei Jahrzehnten intensiver Forschung ist bisher nicht bekannt, wie Cellulose in der Pflanze gebildet wird. Informationen über die Gene und die dazugehörigen Enzyme, die die Cellulose synthetisieren, würden neue Möglichkeiten eröffnet bis hin zu transgenen Pflanzen mit erhöhtem Cellulosegehalt, einer verbesserten Qualität, aber auch der Entwicklung ganz neuer Herbizide, die gezielt die Cellulosebiosynthese z. B. von Unkräutern inhibieren können. Die Zielsetzung dieses Projektes ist es, die Proteine die an der Cellulosesynthese beteiligt sind, unter Aktivitätserhalt zu isolieren und zu charakterisieren sowie die entsprechenden Gene zu identifizieren, um so erstmals den molekularen Mechanismus der pflanzlichen Cellulosebiosynthese aufzuklären.

Mikrobielle Aufbereitung zellulosehaltiger Abfallprodukte zu Fuetterungszwecken

Nutzung zellulosehaltiger Abfallprodukte durch Abbau mit Hilfe von Pilzen. Produktion von Pilzbiomasse.

Versuche zur Wiederverwendung von lackierten, veredelten und kaschierten Stanzabfaellen auf Cellulosebasis

Aus den bei der Verarbeitung veredelter Papiere anfallenden Abfaellen soll nach bereits erfolgten Vorversuchen eine Wiederverwertung dieser Abfaelle ermoeglicht werden.

Nutzung von Lignocellulosereichen Substraten zur Biogas- und Faser, bzw. Cellulosegewinnung mittels innovativer Verfahren

Eine Substitution fossiler durch biogene Rohstoffe für stoffliche Anwendungen ist ein maßgeblicher Schritt zur Reduktion der anthropogenen CO2 Emissionen. Dabei sollte Biomasse im Sinne der Bioökonomie möglichst ganzheitlich und effizient genutzt werden, um die Flächeneffizient und den Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels zu maximieren. Die hochwertige Verwendung von bisher kaum genutzten landwirtschaftlichen Reststoffen ist eine vielversprechende Methode zur Effizienzsteigerung. Die stoffliche Nutzung von Agrarreststoffen ist allerdings problematisch. Biogene Stoffe haben stets eine schwankenden Produktqualität. Deshalb ist eine Vorbehandlung und Auftrennung der Reststoffe auf verwertbare Bestandteile notwendig und ein entscheidender Schritt für die Weiternutzung. Deutschland und Taiwan stellen zwei Technologieführer mit hohem Umweltbewusstsein in ihrer jeweiligen Klimazone dar. Deutschland befindet sich in der gemäßigten Klimazone, während Taiwan sich in der (sub-)tropischen Klimazone befindet. Besonders vielversprechende landwirtschaftliche Reststoffe, die sich für eine stofflich Nutzung eignen und daher untersucht werden sollen, sind in der gemäßigten Klimazone Getreidestroh und in der (sub-)tropischen Klimazone Kakao- und Bananenschalen, sowie Reisstroh. Zudem fallen Tomatenpflanzenreste in beiden Klimazonen an. Im angestrebten Projekt wird der landwirtschaftliche Reststoff zunächst in einem hydrothermalen Aufbereitungsverfahren aufgeschlossen, um die anaerob kaum abzubauenden Fasern von den sehr gutvergärbaren Bestandteilen zu trennen. Dies wird in Deutschland mittels Thermodruckhydrolyse realisiert und in Taiwan mittel Überkritischer Wassermethode. Anschließend folgt eine Auftrennung in einem Flüssig/Fest-Separator. Der faserreiche Feststoff soll als Torfersatzprodukt und als Substrat zur mikrobiellen Zelluloseproduktion genutzt werden. Torf findet insbesondere im Gartenbau Anwendung, da er diverse Vorteile besitzt. Allerdings bildet sich Torf in Mooren nur sehr langsam und zur Gewinnung müssen die CO2-bindende Moore entwässert werden. Im Projekt soll untersucht werden in wie weit die produzierten Fasern Torf ersetzen können. Ein zweiter zu untersuchender Ansatz im Projekt ist es die Feststofffraktion als Nährmedium für Bakterienkulturen zu verwenden, die gezielt mikrobielle Zellulose produzieren. Die Flüssigkeit soll mithilfe innovativer zweistufiger Biogasanlage energetisch genutzt werden soll. Die Nutzung der Organik zur Biogasproduktion soll die Prozessenergie der energieintensiven Aufbereitung bereitstellen. Der TS-Gehalt der flüssigen Fraktion ist sehr gering, was bei herkömmlichen volldurchmischten Reaktoren eine lange Verweilzeit und somit ein sehr großes Reaktorvolumen verursacht. Um diese Nachteile zu reduzieren, sollen im Projekt zweistufige Reaktorsysteme untersucht werden. Während in Taiwan beide Fermenter volldurchmischt betrieben werden, wird in Deutschland der Methanreaktor als Festbettfermenter ausgeführt.

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