Im Zuge dieses Gutachtens wurde der aktuelle Wissensstand bezüglich Polyquaternium-Verbindungen dargestellt. Ziel war es, einen besseren Überblick über die Struktur, die Diversität, die typischen Anwendungsgebiete, die hergestellten und verwendeten Mengen und die potenziellen Umweltgefährdungen zu erhalten. Hierfür wurden aktuelle Fachliteratur, Berichte, Statistiken und Bewertungen bezüglich Polyquaternium-Verbindungen recherchiert und ausgewertet. Basierend auf den gefundenen Informationen und Daten wurde ein Fragebogen entwickelt und an relevante Stakeholder versendet. Verbleibende Datenlücken wurden mittels Telefoninterviews soweit möglich geschlossen. Da Polyquaternium-Verbindungen auf Grund ihrer positiven Ladungen meistens in Kosmetikprodukten und zur Abwasserreinigung verwendet werden, besteht ein großes Risiko zur Freisetzung in die Umwelt. In Laborversuchen konnte gezeigt werden, dass Polyquaternium-Verbindungen eine hohe Ökotoxizität gegenüber aquatischen Lebewesen besitzen. Infolge ihrer positiven Ladungen binden sie beispielsweise an die negativ geladene Lipiddoppelschicht in Zellmembranen und an der äußeren Zellwand von Algen und brechen diese dadurch auf, was schlussendlich zum Zelltod führt. In Fischen binden sie an die Kiemenoberflächen, wodurch deren Ionenregulierung gestört wird. In der wässrigen Phase binden sie jedoch auch schnell an gelösten organischen Kohlenstoff und an Schwebstoffe, fallen als neutraler Komplex aus und sind somit nicht mehr bioverfügbar. Es konnte gezeigt werden, dass die Anwesenheit solcher Stoffe die Ökotoxizität um ein Tausendfaches verringern kann. Es wird deshalb angenommen, dass die reale Ökotoxizität dieser Stoffe gering ist. Die Verwendung dieser Polymere sollte jedoch trotzdem vermieden werden, da sie persistent in der Natur und in Kläranlagen sind und nicht abgebaut werden können. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Cd-Verlagerung von der Wurzel in den Sproß bei Buschbohne (Phaseolus vulgaris L.) und Raps (Brassica napus L.)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die unterschiedlichen Mechanismen, die einerseits eine effiziente Cd-Retention in Buschbohnenwurzeln und andererseits eine ausgeprägte Verlagerbarkeit des aufgenommenen Cd in den Rapssproß bewirken, zu verstehen. Dabei stehen die Bedeutung der Wurzelspitze als Barriere für die Cd-Aufnahme und die Cd-Bindung im Wurzelapoplasten im Vordergrund der Untersuchungen. Durch Entfernen der Wurzelspitze soll ihre Barrierefunktion für die Translokation von Cd über das Xylem in den Sproß quantifiziert werden. Zeitverlaufstudien mit radioaktiv markiertem Cd sollen Aufschluß über den Cd-Transportweg und die Bedeutung der Neusynthese von Cd-Bindungsstellen im Bereich der Wurzelspitze geben. Mittels Autoradiographie soll zwischen der Anreicherung im Zentralzylinder der Wurzel und der Wurzelrinde unterschieden werden. Die Isolierung der Zellwände aus verschiedenen Wurzelzonen soll Material für Cd-Bindungsstudien liefern, um so die Bedeutung des Apoplasten für die Immobilisierung von Cd in verschiedenen Wurzelteilen zu verstehen.
Kieselalgen (Diatomeen) sind mikroskopisch kleine Einzeller mit einer kieselsäurehaltigen Zellwand, die aus zwei wie Schachtelhälften ineinander greifenden Teilen besteht. Dieses harte und haltbare Kieselsäureskelett besitzt artspezifische morphologische Merkmale, die zur Bestimmung am Mikroskop verwendet werden. Das Mikroskopieren von Diatomeen hat eine lange Tradition, aus der eine umfangreiche Bestimmungsliteratur hervorgegangen ist. Benthische Diatomeen leben auf oder in Verbindung mit einem bestimmten Substrat und werden auch als Aufwuchs oder Phytobenthos bezeichnet. Sie sind das ganze Jahr über arten- und individuenreich in allen Gewässertypen anzutreffen und besiedeln, wo die Lichtverhältnisse dies zulassen, alle verfügbaren Oberflächen. Als Primärproduzenten reagieren sie direkt auf stoffliche Zustände. In Seelitoralen hat dabei die Trophie eine entscheidende Bedeutung für das Vorkommen von benthischen Diatomeen. Ändert sich das Nährstoffangebot, stellen sich die Diatomeen auf die Milieuänderung ein, indem sich Artenzusammensetzung und Abundanzverhältnisse innerhalb der Kieselalgengesellschaft verschieben. Da die Diatomeen kurze Generationszeiten besitzen, erfolgt diese Umstellung innerhalb weniger Wochen. Benthische Diatomeen sind daher ideale Kurzzeit-Indikatoren, die schnell und präzise auf Veränderungen reagieren. Durch eine Untersuchung der Diatomeenflora lässt sich nicht nur der allgemeine Zustand des Gewässers ermitteln, sondern es können auch lokale Nährstoffeinträge festgestellt werden. Mehrmalige Diatomeenuntersuchungen an einer Probestelle ermöglichen es zudem, auch zeitlich begrenzte Störungen aufzudecken. Chemische und physikalische Methoden erlauben zwar eine schnelle und genaue Quantifizierung von Umweltbelastungen, zeigen aber nur den Zustand zum Zeitpunkt der Probenahme an. Die Verwendung von Bioindikatoren hingegen bietet den Vorteil, dass schon durch die einmalige Untersuchung der im Gewässer lebenden Organismen die mittlere Gewässerbelastung über einen längeren Zeitraum erfasst werden kann. Verschiedene Organismengruppen integrieren je nach ihrer Lebensdauer über unterschiedlich lange Zeiträume. Des Weiteren lassen sich mit chemischen Untersuchungen nur bekannte Schadstoffe analysieren. Bioindikatoren reagieren hingegen auf die Gesamtheit der Umwelteinflüsse am Standort und zeigen auch Substanzen an, die in einem routinemäßigen Messprogramm nicht erfasst würden. Auch komplexe Umweltbelastungen lassen sich mit Hilfe von Bioindikatoren sicher indizieren. Der zuletzt genannte Aspekt gewinnt in neuerer Zeit zunehmend an Bedeutung. Zur Bewertung dieser Teilkomponente steht das Bewertungsverfahren PHYLIB für Makrophyten und Phytobenthos in Fließgewässern und Seen zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie in Deutschland zur Verfügung.
Das Projekt "UV-B-Schirmpigmente/ Einfluss von UV-B-Strahlung auf die Schirmpigmente der Buche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, Institut für Biochemische Pflanzenpathologie durchgeführt. Erste Arbeiten zu Schutzmechanismen von Waldbaeumen gegen erhoehte UV-B-Strahlung hatten gezeigt, dass Nadelbaeume auf zunehmende UV-B-Strahlung mit einer verstaerkten Bildung von Flavonoiden reagieren. Die Verbindungen tragen neben ihrer Flavonol-Grundstruktur, die eine Abschirmung in den Bereichen UV-A und UV-B erlaubt, zwei substituierte Zimtsaeurereste, die vor allem eine starke Absorption von UV-B-Strahlung zur Folge haben. Diese Pigmente wurden ausschliesslich in der Epidermis der Nadeln nachgewiesen, was eine Funktion als UV-B-Schirmpigmente unterstuetzte. In dem vorliegenden Projekt konnte nun gezeigt werden, dass die Buche als wichtigster Laubbaum in Bayern verwandte Schutzmechanismen aufweist. Dazu wurden in zwei Experimenten Buchenkeimlinge unter jeweils vier unterschiedlichen UV-B-Bedingungen kultiviert und die UV-B-abhaengige Bildung phenolischer Inhaltsstoffe untersucht. Diese Metabolite wurden isoliert und ihre Struktur mit Hilfe spektroskopischer Methoden ermittelt. Es zeigte sich, dass auch die Buche Pigmente aus der Klasse der Flavonoide bildet, die substituierte Zimtsaeuren zur wirksamen UV-B-Abschirmung tragen. Ausserdem wurden grosse Mengen aehnlicher Strukturen in den Zellwaenden vor allem der Epidermiszellen gefunden. Mit Hilfe der UV-induzierten Chlorophyllfluoreszenz konnte zudem eine starke Abschirmung von UV-A- und UV-B-Strahlung durch die Blattepidermis gezeigt werden. Am natuerlichen Standort ist die Buche einem Zusammenspiel vieler oekologischer Faktoren ausgesetzt. So kann die Erhoehung der UV-B-Strahlung eine Aenderung der Empfindlichkeit gegenueber anderen Stressfaktoren zur Folge haben. Als Beispiel fuer eine Wechselwirkung zweier Faktoren wurde in einem weiteren Expositionsexperiment die UV-B-bedingte Praedisposition der Buchenblaetter fuer die Infektion durch das Blattpathogen Apiognomia errabunda untersucht. Die ersten Ergebnisse deuten an, dass erhoehte UV-B-Strahlung eine nachfolgende Infektion durch das Pathogen foerdert.
Das Projekt "The role of turgor in rain-cracking of sweet cherry fruit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Biologische Produktionssysteme, Fachgebiet Obstbau durchgeführt. Rain-cracking limits the production of many soft and fleshy fruit including sweet cherries world wide. Cracking is thought to result from increased water uptake through surface and pedicel. Water uptake increases fruit volume, and hence, turgor of cells (Pcell) and the pressure inside the fruit (Pfruit) and subjects the skin to tangential stress and hence, strain. When the strain exceeds the limits of extensibility the fruit cracks. This hypothesis is referred to as the Pfruit driven strain cracking. Based on this hypothesis cracking is related to two independent groups of factors: (1) water transport characteristics and (2) the intrinsic cracking susceptibility of the fruit defined as the amount of cracking per unit water uptake. The intrinsic cracking susceptibility thus reflects the mechanical constitution of the fruit. Most studies focussed on water transport through the fruit surface (factors 1), but only little information is available on the mechanical constitution (i.e., Pfruit and Pcell, tensile properties such as fracture strain, fracture pressure and modulus of elasticity of the exocarp; factors 2). The few published estimates of Pfruit in sweet cherry are all obtained indirectly (calculated from fruit water potential and osmotic potentials of juice extracts) and unrealistically high. They exceed those measured by pressure probe techniques in mature grape berry by several orders of magnitude. The objective of the proposed project is to test the hypothesis of the Pfruit driven strain cracking. Initially we will focus on establishing systems of widely differing intrinsic cracking susceptibility by varying species (sweet and sour cherry, Ribes and Vaccinium berries, plum, tomato), genotype (within sweet cherry), stage of development and temperature. These systems will then be used for testing the hypothesis of Pfruit driven strain cracking. We will quantify Pfruit und Pcell by pressure probe techniques and compression tests and the mechanical properties of the exocarp using biaxial tensile tests. When the presence of high Pfruit and Pcell is confirmed by direct measurements, subsequent studies will focus on the mode of failure of the exocarp (fracture along vs. across cell walls) and the relationship between failure thresholds and morphometric characteristics of the exocarp. However, when Pfruit und Pcell are low, the hypothesis of Pfruit driven strain cracking must be rejected and the mechanistic basis for low pressures (presence of apoplastic solutes) clarified on a temporal (in the course of development) and a spatial scale (exocarp vs. mesocarp). We focus on sweet cherry, because detailed information on this species and experience in extending the short harvest period is available. Where appropriate, other cracking susceptible species (sour cherry, plum, Vaccinium, Ribes, tomato) will be included to further extend the experimental period and to maximize the range in intrinsic cracking susceptibility.
Das Projekt "Teilprojekt Siemens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Current energy and chemical needs are met by the extraction and processing of the fossil fuels. Such resources are finite and their use causes environmental pollution and greenhouse gas (GHG) emissions. The challenge facing humankind is, therefore, to identify new, sustainable and cleaner processes for chemical and energy generation. Biological routes represent a promising option, but strategies to date rely on the use of microbes to convert through fermentation the easily accessible carbohydrates (sugar and starch) of plants (such as sugar cane or corn) into chemicals and fuels. This has led to concerns over competition with the use of these carbohydrates as food, and a re-focussing of efforts on non-food, plant cell wall material (lignocellulose). However, lignocellulose is extremely resistant to being broken down into the sugar needed for fermentation. Overcoming this recalcitrance in a cost effective manner is proving extremely challenging. There is, however, an exciting low-cost alternative, and that is to directly capture carbon, by harnessing the ability of certain bacteria to 'eat' single carbon GHG gases such as CO2. The gas is injected into the liquid medium of fermentation vessels where it is consumed by the bacteria and converted into the chemicals we need. Fortunately, such gases are an abundant resource, and may be derived from non-food sources such as waste gases from industry as well as 'synthesis gas' produced from the gasification (heating) of non-food biomass and domestic/ agricultural wastes. In this project, we will use this technology to make the platform chemical hydroxypropanoic acid. It has a multitude of uses, including the manufacture of plastics, coatings, adhesives, floor polishes and paints. By using non-food, waste gas as a feedstock, competition with food and land resources is avoided while at the same time providing benefits to the environment and society through a reduction in GHG emissions.
Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, Projektzentrum Prien - Projektzentrum Verkehr, Mobilität und Umwelt durchgeführt. In Zentraleuropa werden heutzutage hauptsächlich Nadelhölzer für bauliche Anwendungen verwendet. Laubhölzer hingegen sind aufgrund ihres Drehwuchses und ihrer geringen Dauerhaftigkeit nur eingeschränkt als Baustoff verwendbar. Während der Bestand an Nadelhölzern aufgrund der vielseitigen Nutzung sowohl als Bau- sowie als Energierohstoff abnimmt, steigen die Holzvorräte an größeren und älteren Laubbäumen. Dieses Potenzial soll zukünftig im Baubereich genutzt werden. Die genannten physiologischen Nachteile des Laubholzes führen zu einem enormen Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Besonderes Augenmerk liegt hierbei in der Verbesserung der Prozessfähigkeit zur Werkstoffherstellung und der Erhöhung der Dauerhaftigkeit der Werkstoffe. Seit November 2014 beschäftigen sich die Projektpartner Pollmeier Massivholz GmbH & Co. KG, Fraunhofer-Institut für Holzforschung (WKI), Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT), Hochschule Nachhaltige Entwicklung Eberswalde und die Dynea Erkner GmbH unter der Projektleitung des Fraunhofer Instituts für Materialfluss und Logistik (IML) Projektzentrum Verkehr, Mobilität und Umwelt mit Mehrlagenwerkstoffen aus Buchenfurnieren für das Bauwesen. Ziele der Projektarbeit im Hinblick auf die Herstellung dieser Werkstoffe sind die Vermeidung von Schälrissen, eine hohe Oberflächenqualität der Furniere und eine verbesserte Imprägnierung (Tränkung) der Werkstoffe mit Harzen durch einen CO2-intensivierten Imprägnierprozess. Bei der Zerspanung des Holzstammes entstehen Risse. Durch die rauen Oberflächen kommt es zum Eintritt von Wasser in das Furnier. Dies vermindert die Festigkeit und die Dauerbeständigkeit des Furniers und der daraus hergestellten Werkstoffe. Ein Teilziel des Projekts besteht demnach aus der Erarbeitung von Produktionsprozessen von Furnierholz, die eine Rissbildung und Oberflächenrauheit reduzieren könnten. Des Weiteren wird im Laufe dieses Projekts an einer Erhöhung der Dauerbeständigkeit von Buchenwerkstoffen geforscht. So wird ein Imprägnierverfahren mit PF-Harzen in verdichteter CO2-Atmosphäre untersucht. Als Vorteil wird hierbei unter anderem die hohe Eigendiffusionsfähigkeit der CO2-Moleküle angesehen, die ausgenutzt werden soll, um eine gleichmäßige und gezielte Imprägnierung der Zellwände zu erzielen und den anschließenden Trocknungsprozess zu beschleunigen. Die Entwicklung von Verfahren zur effizienteren Furnierherstellung sowie zur Herstellung von dauerbeständigen Werkstoffen auf Buchenholzbasis hat eine hohe ökologische und ökonomische Bedeutung. Gelingt die Optimierung des Schälprozesses und die Imprägnierung des Buchenfurniers in verdichteter CO2-Atmosphäre, stellt dies einen enormen Fortschritt für die Verwendung von Buchenholz im Bauwesen dar.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Technische Biochemie durchgeführt. Cellulose ist der Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden (Massenanteil etwa 50 %) und damit die häufigste organische Verbindung und auch das häufigste Polysaccharid (Vielfachzucker). Sie ist unverzweigt und besteht aus mehreren hundert bis zehntausend beta-D-Glucose-Molekülen bzw. Cellobiose-Einheiten. Cellulose lässt sich jedoch nicht thermoplastisch verarbeiten. Motivation dieses Vorhabens ist es, flexible Biokunststoffverpackungen aus Nicht-Nahrungsmittel-Rohstoffen herzustellen. Hierzu soll Cellulose aus Holz oder Baumwolle eingesetzt werden. Durch Bioadditive und mittels neuartigem biochemischen Prozess sollen die Rohstoffe thermoplastifiziert verarbeitet werden können. Durch bislang unerreichte Weichmachung sollen Dehnfähigkeit und Reißfestigkeit verbessert werden, die einen Einsatz für flexible Verpackungen ermöglicht. Ziel dieser Projektidee ist es, Cellulose derart zu behandeln und aufzuschließen, dass folgende Einzelziele erreicht werden: - Rohstoff ohne potentielle Nahrungsmittel-Konkurrenz, - thermoplastisch, - dehnfähig, - mit möglichst geringem fossilen Kohlenstoffanteil.
Das Projekt "Ursachen und Auswirkung von Bakterien- und Pilzbefall an Baeumen und Nutzhoelzern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Department für Biologie, Zentrum Holzwirtschaft, Ordinariat für Holzbiologie und Institut für Holzbiologie und Holzschutz der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft durchgeführt. A) Vermeidung von Qualitaetsminderungen an Rohholz und Holzprodukten, Kenntnisse zum biologischen Abbaumechanismus der verholzten Zellwand. B) Isolierung von Holzpilzen und Bakterien an in- und auslaendischen Holzarten zur Erstellung des Befallsspektrums und physiologische Untersuchungen im Labortest, mikrospektralphotometrische Untersuchungen bei Abbau durch Braun-, Weiss- und Moderfaeulepilzen. C) Labor- und Feldbeobachtungen bis 12.78, Auswertung 06.79.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Hermsdorf durchgeführt. Lebenden Organismen ist es im Lauf der Evolution gelungen, energieeffiziente und ressourcen-schonende, selbstregulierende und -regenerierende Stoffwechselfunktionen zu etablieren, die auf engstem Raum, parallelisiert und hochgradig präzise ablaufen. Wesentliches Element sind dabei Membranen, die als mikroskopische Zellwand oder makroskopisches Organ den Stofftransport nicht nur ermöglichen, sondern häufig selbstlernend regeln. Im vorliegenden Projekt sollen erstmalig diese Prinzipien der Natur genutzt werden, um neuartige, technische Membranen und Membranmodule zu entwickeln, die bezüglich ihres Durchflusses und ihrer Selektivität, ihres Energieverbrauches und ihrer volumenspezifischen Membranfläche erheblich besser sind als heute existierende Membranen. Als Vorbild im vorliegenden Projekt dient die menschliche Niere. Zusätzlich werden Möglichkeiten geschaffen, 'intelligent' zu trennen, Strömung und Mischung zu optimieren, Wärmetauscher zu integrieren und mehrere Trennverfahren und Stoffströme in einem Modul zu kombinieren.