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Pflanze am Beispiel TiO2, CeO2, MWCNT und Quantum dots

Das Projekt "Pflanze am Beispiel TiO2, CeO2, MWCNT und Quantum dots" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vita 34 AG durchgeführt. In den letzten Jahren beschäftigten sich eine Vielzahl von Veröffentlichungen mit der Thematik 'Nanopartikel' und deren Auswirkungen auf die Umwelt. Nanopartikel, freigesetzt aus industriellen bzw. im Haushalt genutzten Nanomaterialien, gelangen durch Anwendung, Verschleiß bzw. Abfallentsorgung in die Abwässer und Klärschlämme der Wasseraufbereitung. Ziel des Projektes ist es, den Verbleib von Nanopartikeln in Abwasserkläranlagen zu untersuchen und explizit die mögliche Aufnahme von Nanopartikeln aus Klärschlammen über den Bodenpfad in die Pflanze zu untersuchen. Vita 34 übernimmt vorwiegend die Entwicklung, Planung und Durchführung der Laborversuche mit Pflanzen. Insgesamt werden jeweils vier Pflanzenarten aus dem Bereich der Nahrungsmittel- und Nutzpflanzen untersucht. Dazu zählen Radieschen, Feldsalat, Sonnenblume und das deutsche Weidelgras. Für die Untersuchungen werden zwei Testsysteme verwendet. Im ersten Ansatz wird die Aufnahme von radiomarkierten Nanopartikel (TiO2 und CeO2) über die wässrige Phase (Leitungswasser, synthetisches und vorgeklärtes Abwasser) betrachtet. Die Radiomarkierung erlaubt es in geringen (umweltrelevanten) Konzentrationen zu arbeiten. In der Pflanze können so die Aufnahmewege und die Ort der Ablagerung besser verdeutlicht werden. Die wässrige Phase erlaubt es außerdem die Aufnahme ohne Wechselwirkung mit Bodenpartikeln abzubilden. Im zweiten Ansatz wird die Aufnahme aus natürlichen Bodenmatrizes nachgebildet. Topfversuche zeigen die Aufnahme der Nanopartikel aus dem Boden bzw. Bodenporenwasser in die Pflanze. Als Kontrolle wird der Ansatz vorerst ohne Klärschlamm untersucht. Anschließend wird Nanopartikel dotierter Klärschlamm beigefügt. In beiden Ansätzen werden ausgewählte Parameter (pH, Zeta-Potential, Leitfähigkeit, Partikelgröße, org. Gehalt, u.a.) ermittelt, um die Agglomerationseigenschaften der Nanopartikel abbilden und verstehen zu können. Die Synthese von radiomarkierten Nanopartikeln und der Nachweis in den verschiedenen Matrizes wird bei unserem Partner, dem HZDR, realisiert und unter Strahlenschutzbedingungen statt finden. Aus den Ergebnissen wird eine systematische Bewertung von möglichen Umweltgefährdungen ausgehend von Nanopartikel entlang des Wirkungspfades Klärschlamm - Boden - Pflanze erstellt. Standartarbeitsanweisungen, Richtlinien bzw. Konzepte sowohl für die landwirtschaftliche Praxis als auch Vorschläge für eine potentielle Phytosanierung werden ausgearbeitet.

GEF10-121 Bioremediation von toxischem Zyanid aus Böden: Ein transgener Ansatz

Das Projekt "GEF10-121 Bioremediation von toxischem Zyanid aus Böden: Ein transgener Ansatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Botanik durchgeführt. Zyanide kommen natürlicherweise nur in sehr geringen Mengen vor, durch menschliche Aktivitäten können aber lokal sehr hohe Konzentrationen erreicht werden. Zyanide fallen vor allem bei industriellen Prozessen an und werden oftmals auf den Geländen abgelagert, was zur Kontamination von Gewässern führt. Zyanide sind starke Inhibitoren des Stoffwechsels und daher für Menschen in sehr geringen Konzentrationen hochtoxisch. In diesem Verbundprojekt soll eine neue Methode zur Bioremediation von Zyanid aus Böden entwickelt werden. Transgene Arabidopsis thaliana Pflanzen, in die zwei Zyanid-abbauende Enzyme übertragen wurden, dienen als Modell. Die Abbauprodukte des Zyanids werden sogar als Nährstoffe von der Pflanze genutzt. Wir werden den Zyanid-Stoffwechsel sowie das Wachstum und die Photosyntheseleistung der transgenen Pflanzen unter Zyanid-Stress charakterisieren. Innerhalb des Projektes werden Wissenschaftler zwischen den Standorten zur Ausbildung ausgetauscht. Die erfolgreiche Etablierung der Methode wird es erlauben, neue Varietäten von Nutzpflanzen zu erzeugen, die Cyanide aus kontaminierten Böden umweltfreundlich abbauen können.

Theoretische und praktische Aspekte bei der Behandlung von TNT-Kontaminationen

Das Projekt "Theoretische und praktische Aspekte bei der Behandlung von TNT-Kontaminationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BioPlanta GmbH durchgeführt. Phytoremediation has been defined as the use of green plants and their associated micro-organisms, soil amendments and agronomic techniques to remove, contain or render harmless environmental contaminants. Phytoremediation is expected to be complementary to classical bioremediation techniques, based on the use of microorganisms. It should be particularly useful for the extraction of toxic metals from contaminated sites and the treatment of recalcitrant organic pollutants. At the present time, phytoremediation is still a nascent technology that seeks to exploit the metabolic capabilities and growth habits of higher plants: delivering a cheap, soft and safe biological treatment that is applicable to specific contaminated sites and wastewaters in a relatively recent focus. To develop such techniques, in vitro systems often offer advantages over the whole plant, provides that xenobiotic metabolism or metal accumulation in cultivated plant cells and tissues reflect what occurs in vivo. In particular the screening of plant species to degrade or accumulate xenobiotics belonging to the same chemical family will be done much easier, quicker and independently of the climate conditions. According to the results obtained in vitro, the most promising systems have then to be tested in whole plants cultivated in controlled and well defined plots or under hydroponic conditions for validation, before any application at large scale. During this project the cooperation of an industrial partner with a basic research laboratory is proposed. The aim of the cooperation is to combine the knowledge of both partners in the field of phytoremediation of TNT and develop a methodology for cleaning of TNT (nitroaromatics) polluted soils and waters.

Teilprojekt 2: Entwicklung eines AMF-Pflanze-Systems für eine erfolgreiche Phytoremediation

Das Projekt "Teilprojekt 2: Entwicklung eines AMF-Pflanze-Systems für eine erfolgreiche Phytoremediation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von INOQ GmbH durchgeführt. Mercury-AMF wendet erstmals ein biologisch nachhaltiges Mykorrhizapilz-Pflanze-System zur Sanierung von Quecksilber-kontaminierten Goldabbaustätten in Ghana und Burkina Faso an. Gold ist eine wichtige Exporteinnahmequelle in Ghana und Burkina Faso, gleichzeitig gehen landwirtschaftliche Flächen durch die Verwendung von Quecksilber beim Abbau verloren. Diese Flächen müssen zur Bewirtschaftung zurück gewonnen werden. Der Anbau mehrjähriger Leguminosen zur Akkumulation von Quecksilber war hierzu vielversprechend. Unser innovatives Verfahren der Mykophytoextraktion ist eine Erweiterung, die die Symbiose von Pflanzen mit Mykorrhizapilzen nutzt. Die Partner aus Deutschland, Ghana und Burkina Faso leisten gemeinsam einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der Funktionsweise von Mykophytoextraktion bis zur konkreten Anwendung. Vor Ort werden multiple Stakeholder für die Nutzung der Ergebnisse zur Kommerzialisierung von Produkten und Dienstleistungen in Westafrika eingebunden. Damit bezieht sich das Projekt auf den inhaltlichen Schwerpunkt von CLIENTII zu nachhaltigen Technologien und Dienstleistungen im Bereich Landmanagement.

Kaskadennutzung von Miscanthus zur Steigerung der Ressourceneffizienz

Das Projekt "Kaskadennutzung von Miscanthus zur Steigerung der Ressourceneffizienz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES), Forschungsbereich Nachwachsende Rohstoffe durchgeführt. Miscanthus as a fast growing perennial C4-grass gives high biomass yields which make it a promising multi­ purpose renewable resource for bioeconomy. Furthermore it can act as a tool for ecological services like phytoremediation or to increase biodiversity in agriculture. On one side Miscanthus can be used for direct combustion or for producing bio-fuels. On the other side it can be a feedstock in biorefinery to produce platform chemicals from lignocelluloses. Several material uses like animal litter, growth substrate in horticulture, bio-plastics, composite and insulating or building materials demonstrate the potential of Miscanthus as a raw material for a bio-based industry. Despite these different possible utilizations of Miscanthus industry is focusing on pre-defined single uses. Side products are often considered as dead end products with no further intended use. The same is valid for the product after its primary use. A sustainable bioeconomy strategy should increase resource efficiency to preserve the natural environment. The challenge in this context is to understand as many as possible side and end-of-life products as feedstock for follow-up uses. This can be done by combination of material and energetic uses in cascade utilization pathways. Such an approach could have major economic implications by establishing new market areas organized in supply chain networks. Possible cascade pathways will be shown and how different uses could be combined to increase the resource efficiency.

Stoffströme und Mechanismen der Aufnahme von Schwermetallen von kontaminierten Böden mit Schwerpunkt auf Seltenerdelemente durch Pflanzen

Das Projekt "Stoffströme und Mechanismen der Aufnahme von Schwermetallen von kontaminierten Böden mit Schwerpunkt auf Seltenerdelemente durch Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Qualität und Quantität von Boden und Bodenwasser bestimmen das Wachstum von Pflanzen und beeinflussen die Biodiversität, sowie die ökologische Balance eines Lebensraumes. Der Abbau von schwermetallhaltigen Erzen führt zur Kontamination des Bodens mit Schwermetallen und Radionukliden. Die Verwitterung sulfidischer Minerale bewirkt außerdem eine Versauerung des Bodens. Dies wiederrum erhöht die Mobilität und damit Bioverfügbarkeit von Schwermetallen. Zudem steigt das Risiko, dass auch Grundwasser durch diese verunreinigt wird. Einige Pflanzen werden als Bioindikatoren angewandt und lassen durch ihre Anwesenheit Rückschlüsse auf Umweltbedingungen in einem Gebiet zu. Pflanzen, die ein oder mehrere Metalle (hyper)akkumulieren, können zur Phytoextraktion angewandt werden. Exkluderpflanzen sind in der Lage Schwermetalle im Boden zu stabilisieren (Phytostabilisierung) und damit die Ausbreitung dieser im Boden und Grundwasser zu minimieren. Die 'Gessenwiese', ein circa 0,5 ha großes Testfeld für Remediationsversuche, in der Nähe von Ronneburg (Ostthüringen, Deutschland) wurde auf dem ehemaligen Uranbergbaugelände 'Gessenhalde' angelegt. Der Boden ist in diesem Gebiet mit Radionukliden und Schwermetallen, wie Kupfer, Nickel und Zink kontaminiert. Zudem ist der Boden durch Uranlaugungsprozesse zwischen 1970 und 1989 versauert. Auch Seltenerdelemente (SEE) kommen in hoher Konzentration im Boden vor und können zu geochemischen Modellierung und als Indikatoren für trivalente Aktinoide eingesetzt werden. Um Phytoremediationsprozesse von Boden und Wasser zu optimieren müssen Stoffströme und Mechanismen bei der Aufnahme von Schwermetallen durch die eingesetzten Pflanzen besser verstanden werden. Dies soll in diesem Projekt durch die ortsaufgelöste Analyse von Pflanzenkompartimenten mit der Laserablations-induktiv gekoppelten Plasma- Massenspektrometrie und über Untersuchungen mit Radionukliden getan werden. In Lysimetern werden dafür Helianthus annus, Melilotus albus, Festuca rubra, sowie diverse Hyperakkumulatoren auf homogenisiertem Bodensubstrat der 'Gessenwiese' angepflanzt. Um den Einfluss des Bodens zu eliminieren sollen diese auch in Hydrokulturen angebaut werden. Die somit erhaltenen sehr komplexen Daten sollen über univariat- und multivariat-statistische Methoden ausgewertet und interpretiert werden.

Teilprojekt 5: Phytosanierung von Schwermetallen in Böden mit Hilfe gentechnisch veraenderter Pappeln

Das Projekt "Teilprojekt 5: Phytosanierung von Schwermetallen in Böden mit Hilfe gentechnisch veraenderter Pappeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Forstbotanik und Baumphysiologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die Stabilitaet des Transgens ueber mehrere Vegetationsperioden an Freilandstandorten, die fuer die Phytosanierung geeignet sind, zu analysieren und einen moeglichen horizontalen Gentransfer auf assoziierten Mykorrhizapilze und Bakterien in der Rhizosphaere auszuschliessen. Getestet werden soll das Verhalten, der Wildtyp und transgene Pappeln jeweils auf Standorten mit unbelastetem Boden und Boeden mit mittlerer und hoher Kontamination mit Schwermetallen. Diese Standorte sollen in Deutschland, in der Mansfelder Land, und in der Naehe von Revda, 60 km von Ektarinburg/Russland am Ural lokalisiert sein. Am Ende der Vegetationsperiode werden Pflanzen geerntet, die Biomassen der Organe gemessen und analysiert. Zum Testen der Genstabilitaet werden regelmaessig Blattproben entnommen und auf Genexpression des Transgens und GSH- und Schwermetallgehalt analysiert. Aus den chemischen Analysen werden Konzentrationen ermittelt und mit den Biomassedaten eine Bilanz erstellt. Diese Daten und Daten zur Stabilitaet des Transgens werden statistisch ausgewertet. Der moegliche horizontale Gentransfer in die Rhizoflora wird im Teilprojekt Nehls ermittelt.

An Integrated Framework of Methods, Technologies, Tools and Policies for Improvement of Brownfield Regeneration in Europe (TIMBRE)

Das Projekt "An Integrated Framework of Methods, Technologies, Tools and Policies for Improvement of Brownfield Regeneration in Europe (TIMBRE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Grundwassersanierung durchgeführt. Brownfield regeneration is essential for sustainable land management in European Member States. Currently, the success in brown field regeneration is unsatisfying in terms of financial and eco-efficiency or social acceptance. Many useful and innovative technologies site clean-up as well as methods to support decision making processes exist, but they are only rarely applied using their full potential. An immense diversification of tools with little connection to each other as well as a lack of consideration of regional and cultural specificities deters end-users from application. Sometimes the non-visibility of tools is the reason that problem owners, managers, local authorities and other stakeholders do not regenerate brownfields using the best technology available. Additionally, emerging challenges, such as the urgent demand for soil remediation and the reuse of on-site infrastructures, call for the development of new and integrated solutions. This project will overcome existing barriers to brownfield regeneration by developing and providing customised problem- and target-oriented packages of approaches, technologies and tools. As a unique asset, these packages deliberately include the cultural and administrative characteristics and their regionally distinctive features. By providing a customisable toolbox specifically addressing the diverse processes that have to be dealt with during the course of a regeneration project, end-users will be enabled to find best practice based solutions. Improvement of existing means to support brownfield regeneration will be further accomplished by filling methodological core topics such as intelligent remediation in terms of technological advancements with regard to phytoremediation and partial source removal technologies. The project will deliver a tailored training and dissemination programme as part of an information centre that will transfer existing and emerging knowledge to the scientific community and end-users.

Wirkungs-orientierte Untersuchung und Phytoremediation von Partikel-gebundenen Schadstoffen im Drei Schluchten-Staudamm Beiträge für ein nachhaltiges Management von Böden und Sedimenten

Das Projekt "Wirkungs-orientierte Untersuchung und Phytoremediation von Partikel-gebundenen Schadstoffen im Drei Schluchten-Staudamm Beiträge für ein nachhaltiges Management von Böden und Sedimenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Umweltforschung, Lehr- und Forschungsgebiet Ökosystemanalyse (ESA) durchgeführt. Schadstoffe, die in Gewässer gelangen, können an Partikel adsorbieren, auf diese Weise nach Sedimentation der Wassersäule entzogen werden und so ein Schadstoffpotenzial in Gewässern oder in Überflutungsflächen aufbauen. Diese partikel-gebundenen Schadstoffe können direkt Schädigungen an Benthosorganismen verursachen oder z.B. durch Hochwasserereignisse wieder in die Wassersäule gelangen. Anderseits können sie nach Ablagerung auf landwirtschaftliche Flächen auch in die Nahrung des Menschen gelangen und sich dort anreichern. Erste Studien am Dreischluchtendamm in der Volksrepublik China zeigten z.T. sehr hohe Schadstoffkonzentrationen und starke ökotoxikologische Effekte von partikel-gebundenen Schadstoffen. Analog zu europäischen Flussgebieten muss auch für den Yangtze von einer hohen Relevanz von Sedimentbelastungen für die aquatische und terrestrische Umwelt sowie für die menschliche Gesundheit ausgegangen werden. Ziel dieses Anbahnungsprojektes ist es, eine Zusammenarbeit von bzgl. partikel-gebundener Schadstoffe international ausgewiesenen deutschen und chinesischen Arbeitsgruppen zu initiieren und so eine Basis für die Beantragung eines gemeinsamen Projekts zu erarbeiten. Durch

Teilvorhaben: Hochschule Rhein-Waal

Das Projekt "Teilvorhaben: Hochschule Rhein-Waal" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Rhein-Waal, Fakultät Kommunikation und Umwelt durchgeführt. Geplant ist eine Analyse zur Erfassung und Sanierung mit POPs belasteter agrarisch genutzter Flächen in Georgien und Aserbaidschan. Neue Kooperationsansätze werden für einen nachhaltigen Bodenschutz entwickelt. Das Konsortium besteht aus drei Vertretern deutscher Hochschulen (Universität Gießen, Hochschule Mannheim, Hochschule Rhein-Waal) und zwei Partnern aus der Region (Universität Tblisi, Georgien, Akademie der Wissenschaften Baku, Aserbaidschan). Die wissenschaftliche Zielsetzung der geplanten interdisziplinären Zusammenarbeit ist die Entwicklung und Anwendung eines POP screening Verfahrens zur flächenhaften Erfassung der Belastungssituation und der Etablierung einer Phytoremediationsmethode zur nachhaltigen Sanierung von POP-belasteten Ackerböden in der Region Südkaukasus.

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