4 Material und Umwelt
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Organisationseinheit der BAM
- 4 Material und Umwelt (442)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (95)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (91)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (81)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (77)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (66)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (46)
- 6 Materialchemie (30)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (27)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (16)
Obwohl der Leichtbau mit carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourceneffizienz liefert, stellt der wachsende Abfallstrom von aktuell 62 kt/a eine große Herausforderung dar. Weil die Produktion von Carbonfasern (CF) überwiegend auf fossilen Rohstoffen basiert und sehr energieintensiv ist, werden nachhaltige Recyclinglösungen dringend benötigt. Hier wird ein Überblick über aktuelle Recyclingprozesse gegeben und deren Limitierungen diskutiert. Darüber hinaus wird eine Möglichkeit zur sicheren chemischen Nutzung von CF-haltigen Reststoffen aufgezeigt, die nicht zur Wiederverwertung geeignet sind. Das Projekt CF Pyro untersucht deren Einsatz als Sekundärrohstoff in der Pyrometallurgie und setzt besondere Schwerpunkte bei der Reaktivität von CF, der Prozessstabilität und der Vermeidung von Emissionen gesundheitsschädlicher WHO-Fasern. Abschließend wird eine, auf den experimentellen Ergebnissen und im Dialog mit Expertinnen und Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik entwickelten, Technologiebewertung vorgestellt.
Obwohl der Leichtbau mit carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourceneffizienz liefert, stellt der wachsende Abfallstrom von aktuell 62 kt/a eine große Herausforderung dar. Weil die Produktion von Carbonfasern (CF) überwiegend auf fossilen Rohstoffen basiert und sehr energieintensiv ist, werden nachhaltige Recyclinglösungen dringend benötigt. Hier geben wir einen Überblick über aktuelle Recyclingprozesse und diskutieren deren Limitierungen. Darüber hinaus zeigen wir eine Möglichkeit zur sicheren chemischen Nutzung von CF-haltigen Reststoffen auf, die nicht zur Wiederverwertung geeignet sind. Das Projekt CF Pyro untersucht deren Einsatz als Sekundärrohstoff in der Pyrometallurgie und setzt besondere Schwerpunkte bei der Reaktivität von CF, der Prozessstabilität und der Vermeidung von Emissionen gesundheitsschädlicher WHO-Fasern. Nach der Präsentation der Projektergebnisse erfolgte in der Diskussion mit Expertinnen und Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik eine Technologiebewertung für die Nutzung von CF in pyrometallurgischen Prozessen.
Without precaution, insects may cause serious damage to Museum collections. Quarantine of potentially infested objects can be logistically challenging. Anoxia under controlled nitrogen atmosphere is a most compatible but also time-consuming method to eradicate insect pests in all kinds of different materials. Treatment results are usually effected by duration, temperature, humidity and residual oxygen content. During a two-year research project, 34 relevant pest insect species of all developmental stages were tested in several different materials (wood, paper, wool) to monitor treatment success and to determine optimum treatment parameters. Duration of Treatment ranged from one to three weeks at temperatures of 20 - 27 °C.
As expected, results showed significant differences in mortality among tested species. Highest tolerance of hypoxic conditions was found in older larvae of Hylotrupes bajulus. However, this species is an unlikely museum pest. Anobiids and other wood boring beetles are more often an issue related to cultural heritage. Tested imbedding materials in general had no mortality lowering influence. A combination of three weeks exposure time at up to 0.5 % residual oxygen and at 24 °C and 50 % RH is recommended for infested artefacts.
The compatible solute ectoine is a versatile protectant synthesized by many prokaryotes. It is used as an osmolyte helping microorganisms to maintain an osmotic equilibrium. In addition, ectoine acts as a stabilizer and protects proteins, membranes and whole cells against detrimental effects such as freezing and thawing, drying and high temperatures. Its protective effect is explained by the preferential exclusion model, which postulates that ectoine does not directly interact with biomolecules but is excluded from their surface. Interestingly, details on the interaction of ectoine with DNA are still unknown. Therefore, we studied the influence of ectoine on DNA and the mechanisms by which ectoine protects DNA against ionizing radiation. To emulate biological conditions, we used a sample holder comprising a silicon chip with a Si3N4 membrane, which allows for electron irradiation of DNA in aqueous solution. Analysis by atomic force microscopy revealed that without ectoine, DNA was damaged by irradiation with a dose of 1,7 +/-0,3 Gy. With ectoine, DNA remained undamaged, even after irradiation with 15 Gy. Simulations with dsDNA and ectoine in water revealed a preferential binding of the zwitterionic ectoine to the negatively charged DNA. According to the simulations, binding of ectoine will destabilize dsDNA. Destabilizing is probably caused by the transition of B-DNA to A-DNA and will reduce the DNA melting temperature, which was experimentally proven. The preferential binding provides a stable ectoine shell around DNA, which allows ectoine to reduce OH-radicals and electrons near the DNA and thereby mitigating the damaging effect of ionizing radiation.
Vorstellung der Ergebnisse bei der Entwicklung einer neuen OECD Prüfrichtlinie zur Bestimmung der Partikelgröße und Anzahlgrößenverteilung von Nanomaterialien. (Projektteil Fasern.)
Ergebnisse:
Abweichungen zwischen SEM and TEM insbesondere bei langen Fasern
Die Anwendung von TEM auf kurze Fasern < 5 µm beschränkt
Für SEM wurde keine signifikante Abhängigkeit der Bestimmung der Faserdurchmesser von der Pixelgröße der Aufnahmen festgestellt
Für TEM wurde eine Abhängigkeit der Bestimmung der Faserdurchmesser von der Pixelgröße festgestellt
Der Einfluss der Bildauswertenden auf die Varianz der Ergebnisse ist klein im Vergleich zu der gesamten Varianz.
Nanofasern können mit TEM und SEM bestimmt werden!
The particle size distribution is considered the most relevant information for nanoscale property identification and material characterization. The current OECD test guideline on particle size and size distribution (TG 110) is not applicable to ‘nano-sized’ objects. In this project we thus develop a new OECD test guideline for the measurement of the size and size distribution of particles and fibers with at least one dimension in the range of 1 - 1000 nm. A fiber is defined as an object having an aspect ratio of length/diameter l/d >3. The width and length of each fiber should be measured concurrently.
In order to measure the particle size distributions, many techniques are available. 9 methods for particles and 2 methods for fibres have been tested in a prevalidation study and appropriate methods will be compared in an interlaboratory round robin test starting in February 2019.
Die agronomische Effizienz von Düngemitteln wird üblicherweise im Vegetationsversuch geprüft. Vegetationsversuche erlauben die Betrachtung unterschiedlicher Kulturpflanzen und deren Strategien der Nährstoffmobilisierung und -aneignung ebenso wie die Berücksichtigung verschiedener Substrattypen und deren Eigenschaften hinsichtlich Nährstofffixierung und –freisetzung. Solche Versuche, selbst wenn sie nicht im Feld, sondern nur im Gefäß durchgeführt werden, sind jedoch sowohl zeit- als auch kostenintensiv. In erster Näherung wird die Pflanzenverfügbarkeit insbesondere von Phosphor (P)-Düngemitteln daher herkömmlicherweise mit Hilfe standardisierter chemischer Extraktionsmethoden abgeschätzt, deren Durchführung in der deutschen ebenso wie in der europäischen Düngemittelverordnung normiert ist. Diese Methoden werden auch im Rahmen der staatlichen Düngemittelverkehrskontrolle genutzt, um die Einhaltung düngemittelrechtlicher Vorgaben zu überprüfen. Wie jüngere Arbeiten gezeigt haben, ist jedoch die Übertragung herkömmlicher Standardextraktionsmethoden auf neue Dünger aus Recyclingmaterialien wie Klärschlamm mit einigen Schwierigkeiten verbunden, Korrelationen zwischen P-Aufnahme im Vegetationsversuch und chemischer Löslichkeit im Standardextrakt sind oft nur mäßig bis schwach oder überhaupt nicht signifikant. Die vorliegende Literaturübersicht gibt einen Überblick zum aktuellen Stand des Wissens über die chemische Löslichkeit von klärschlammbasierten P-Recyclingdüngern, deren Effizienz im Vegetationsversuch und statistische Relationen zwischen beiden Parametern. Anschließend werden alternative Methoden zur Abschätzung der P-Verfügbarkeit von Recyclingdüngern vorgestellt, die derzeit Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion sind.
Microbiologically influenced corrosion (MIC) of iron is usually attributed to sulfate-reducing microorganisms (SRM) in oil and gas facilities. SRM act upon the metal by the re-activeness of hydrogen sulfide (HS-), and by withdrawal of the available electrons in electrical contact with the metal (EMIC). Methanogenic archaea (MA) can also cause MIC (Mi-MIC). Several MAs were identified to be corrosive by using elemental iron as the sole electron donor for methanogenesis, including Methanobacterium-affliated IM1 and Methanococcus maripaludis Mic1c10. Currently, low corrosion rates were reported for MA, possibly due to the formation of siderite (4Fe + 5HCO3- + 5H+ ® 4FeCO3 + CH4 + 3H2O). Since MA do not produce HS-, withdrawal of electrons may be their main corrosive mechanism; however, mechanistic details and kinetics of the overall process are poorly understood.
To investigate the corrosion potential of MA, we studied the EMIC methanogenic strains (IM1 and Mic1c10) individually or part of a syntrophic co-culture with SRM. Corrosion studies were conducted using an in-house developed flow-through system to simulate fluctuating environmental conditions. Results indicate that the rates of iron corrosion by MA (up to 0.4 mm/yr) are higher to that caused by the marine SRM Desulfovibrio alaskensis (0.15 mm/yr) and the co-culture (0.1 mm/yr). Scanning electron microscopy (SEM) images of the metal incubated with MA showed severe pitting corrosion. Genomic analysis of the EMIC MA was conducted to provide an insight on the possible cellular mechanisms that could be involved. Furthermore, low concentrations of MA-targeting biocides will be applied to EMIC MA in static and flow conditions to gain insights for possible mitigation strategies. Such knowledge and deeper understanding also from an electrokinetic point of view may not only provide further models in microbial electrophysiology, but also contribute to mitigation strategies in MIC.
In dieser Präsentation wurden dem Beirat Umwelt die High-Lights und der weitere Ausblick des Foresight Process MIC vorgestellt. Im Fokus stehen hierbei insbesondere die neu angelaufenen Projekte:
COST Action Euro-MIC
MIC im Endlager
Hydrogen: MIC & Wasserstoffversprödung
Biorezeptivität von Betonoberflächen
Mitigation schwarze Pilze
WIPANO ResTest