4 Material und Umwelt
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- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (20)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (20)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (17)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (11)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (9)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (4)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (4)
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- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (2)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (2)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (2)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (2)
- 6.3 Strukturanalytik (2)
- 1.2 Biophotonik (1)
- 1.4 Prozessanalytik (1)
- 5 Werkstofftechnik (1)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (1)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (1)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (1)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (1)
- Z Zentrale Dienstleistungen (1)
- Z.1 Organisation, Controlling (1)
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Weltweit werden etwa 80–85 % aller abgebauten Rohphosphate für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Bei noch steigendem Bedarf an Phosphor (P) geht man derzeit davon aus, dass die weltweiten P-Reserven noch über 200 Jahre ausreichen. Um den P-Vorrat langfristig abzusichern, sollte der in Reststoffen enthaltene Phosphor möglichst umfänglich genutzt werden. Dieser Forderung trägt das von der Bundesregierung 2012 erstmals beschlossene Deutsche Ressourceneffizienzprogramm ProgRess Rechnung. Rohphosphat wird auch seitens der Europäischen Kommission aufgrundseiner ökonomischen Bedeutung und des unsicheren Angebots als „kritischer Rohstoff“ eingestuft. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung in der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung vom 27. September 2017 in Deutschland eine verpflichtende technische Rückgewinnung von Phosphor für Abwasserbehandlungsanlagen ab einer Ausbaugröße von 100.000 Einwohnerwerten (12 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) bzw. ab einer Ausbaugröße von über 50.000 Einwohnerwerten (15 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) vorgeschrieben. Die Verordnung enthält keine Vorgaben hinsichtlich der anzuwendenden Technologie bei der Phosphorrückgewinnung. Ausgenommen von der Rückgewinnungspflicht sind Klärschlämme mit niedrigen Phosphorgehalten (weniger als 20 Gramm Phosphor je Kilogramm Klärschlamm-Trockenmasse). Auch die im Jahre 2017 verabschiedeten neuen Rechtsvorschriften für die Düngung verlangen zukünftig einen nachhaltigen und ressourceneffizienten Umgang mit Nährstoffen bei der landwirtschaftlichen Erzeugung und schränken die P-Zufuhr insbesondere auf hoch versorgten Böden ein (Düngeverordnung vom 26. Mai 2017). Dies wird zu einem mehr am Pflanzenbedarf orientierten und ggf. vermehrt überbetrieblichen Einsatz von wirtschaftseigenen Düngern führen. Um den politischen und gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden, müssen einerseits wirksame und kosteneffiziente technische Verfahren zum P-Recycling (weiter)entwickelt werden. Andererseits müssen die Recyclingprodukte die Anforderungen für eine direkte Verwendung in der Landwirtschaft oder als Rohstoff für die Herstellung von Düngemitteln erfüllen. In dem vorliegenden Standpunkt wird zunächst der potenzielle Beitrag von Reststoffen zur Deckung des P-Bedarfs in der deutschen Pflanzenproduktion geschätzt. Für die wichtigsten Reststoffe werden technische Verfahren zur P-Rückgewinnung bzw. Aufarbeitung skizziert. Auf Basis der Anforderungen der Landwirtschaft bzw. der Düngemittelindustrie
an die P-Recyclingprodukte werden deren Herstellungsverfahren bewertet. Schließlich wird der Regelungs- und Forschungsbedarf formuliert.
The Montserrat Codex Miscellaneus (TM 59453/LDAB 552) has been the subject of numerous studies since the publication of ist first text by its owner, father Ramon Roca-Puig. Scholars have dealt with the content of its texts, as well as interrogated its origin and materiality. It is a fourth-century papyrus single quire codex, which contains texts in both Latin and Greek. It has been argued that it belonged to the Bodmer library, connected to a Pachomian library in the Thebaid. In this paper we want to contribute to the material study of the codex by presenting the first results of an archaeometric analysis performed upon the inks. The Analysis was carried out within the framework of the ‘PAThs’ project based at Sapienza University of Rome, and executed with the close cooperation of DVCTVS, a team of scholars who curate the Roca-Puig collection. The results obtained have not only cast light on the history of production of the codex, but also, and perhaps most importantly, point out that a meaningful interpretation of the analytical data is only possible through an interdisciplinary collaboration between the humanities and the natural sciences.
An interdisciplinary approach to the study of manuscript traditions is here applied to the analysis of the leaves from the White Monastery, one of the greatest centres of literary production in Late Antique Egypt. In the framework of the ‘PAThs’ project, archaeometric analyses complement the information pieced together by a range of disciplines in the field of humanities. The use of different complementary analytical techniques provides information on the type of ink used and its elemental composition, unveiling interesting details regarding the materials and methodology of manufacturing of writing media. Moreover, this contribution takes a step forward and discusses the possible existence of a regional arrangement in the elemental composition revealed in the inks studied.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die biologische Prüfmethode der Checkliste zur stoffli-chen Bewertung im Rahmen des Aufnahmeverfahrens für weitere Topfkonservierungsmittel in den Anhang 1 zur Vergabegrundlage RAL-UZ102 „Emissionsarme Innenwandfarben“ überarbeitet. Der Test für den Einsatz von Konservierungsmitteln in seiner jetzigen Fassung besteht seit nahezu 20 Jah-ren und erfolgt ausschließlich an weißer Dispersionsfarbe für den Innenraum. Die hierbei ermittelten Höchstmengen für den Einsatz von Topfkonservierern werden z.Zt. auch auf andere Innenraumbau-produkte übertragen. Ziel war es zu klären, ob die Anforderungen an die Topfkonservierung bei Far-ben tatsächlich für andere Innenraumbauprodukte übernommen werden können. Die im Vorhaben durchgeführten Versuche deuten darauf hin, dass dies nicht ohne weiteres möglich ist. Nach Rückspra-che mit Vertretern aus der Industrie wurde das Keimspektrum für die Prüfung zudem um Hefe- und Schimmelpilze erweitert. Des Weiteren wurde eine künstliche Alterung eingeführt und überprüft, ob dies einen Einfluss auf den Gehalt an Isothiazolinonen hat. Die Konzentration von Isothialzolinonen wurde mittels Ultra-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie kontrolliert und hinsichtlich einer Kor-relation mit dem Wachstum von Mikroorganismen ausgewertet. Da die in den Innenraumbauproduk-ten zugesetzten Isothiazolinone als Kontaktallergene bekannt sind, ist es ein Ziel des „Blauen Engel“-Umweltzeichens, die geringste erforderliche Menge an Konservierungsmittel in den Produkten zu ver-wenden, ohne die positive Auswirkung der Topfkonservierung zu gefährden. Daher sind die Optimie-rung der Leistungsstärke von Konservierungsmitteln und die Kontrolle der Hygiene im Herstellungs-prozess von zunehmender Bedeutung. Um Einblicke in den Herstellungsprozess von Farben zu gewin-nen, wurden im Rahmen des Vorhabens vier Farbwerke besichtigt, in denen weiße Innenraumfarben produziert werden, die mit dem Umweltzeichen „Blauer Engel“ ausgezeichnet sind. Gemeinsam mit den Fachleuten vor Ort wurde diskutiert, welche Maßnahmen zur Verbesserung der Werkshygiene er-griffen werden können, um den Einsatz von Topfkonservierern möglichst gering zu halten. Des Weite-ren wurde in dem Forschungsvorhaben untersucht, ob eine schnellere Bestimmung der Keimzahl in den Rohstoffen mittels quantitativer Polymerasekettenreaktion bereits im Farbwerk realisierbar ist.
Dem Fachbeirat Bodenuntersuchungen des BMBF/UBA wurden die abschließenden Ergebnisse zum UFOPLAN-Forschungsvorhaben „Monitoring zur Verwertung von Bodenmaterial“ vorgestellt. Die potentielle Auswirkung der neuen Regularien in der geplanten Novelle der BBodSchV (4. Referentenentwurf der Mantelverordnung) auf die Erweiterung der Verwertungsmöglichkeiten von Bodenmaterialien wurden aufgezeigt.
EI‐GEO is a multinational research project (Germany, Latvia, Russia) funded under the ERA.Net RUS Plus Call 2017. Aim of the project is the investigation whether geosynthetics in hydraulic engineering applications could be a source of microplastics (MPs) and other contaminants to the aquatic environment causing negative effects to aquatic organisms.
Whereas the behavior of geosynthetics in landfill engineering is well studied and documented since decades, little is known on application in applications such as coastal protection or ballast layers for wind energy plants. However, due to the rapid expansion of offshore wind energy, rising water levels and more extreme weather conditions as a result of climate change more and more hydraulic engineering projects will be realized in the future.
Applied methods are artificial ageing of geosynthetics in environmental simulation chambers, storage of samples under environmental condition for comparison with laboratory simulation, sample characterization by microscopic methods and ecotoxicological testing of water in contact with geosynthetics.
In parallel a case study at the Baltic Sea shore at Kaliningrad Oblast (Russia) will be performed. The aim of study is to estimate the level of pollution of the beaches by geosynthetic debris and identify the possible sources.
Das Element Phosphor ist für alle Lebewesen essenziell und wird beispielsweise von Pflanzen in Form von Phosphaten aufgenommen.
In der landwirtschaftlichen Produktion werden dem Boden die Phosphate durch Wachstum und Ernte der Pflanzen entzogen und müssen ihm in Form von Phosphatdüngemitteln wieder zugeführt werden, um die Nahrungsmittelproduktion zu sichern. Rohphosphat stellt die Grundlage unserer derzeitigen Phosphatdüngemittel dar, ist aber gleichzeitig ein endlicher Rohstoff.
Des Weiteren sind insbesondere sedimentäre Rohphosphate oftmals mit erheblichen Konzentrationen toxischer Schadstoffe wie Cadmium, Uran und Thorium belastet. Eine Kreislaufführung des Phosphats sollte erfolgen, um natürliche Rohstoffvorkommen zu schonen und den Eintrag von Schadstoffen auf unsere Böden zu unterbinden.
After their discovery on rock surfaces in cold and hot deserts, a polyphyletic group of ascomycetous black fungi was found to dominate a range of hostile environments – natural and man-made, from salterns to dishwashers, roofs and solar panels. Together with bacteria and algae they may establish subaerial biofilms and cause weathering of the surfaces they grow on. Their impressive survival abilities as well as their constitutive protective pigmentation and cluster-like microcolony organisation are similar in environmental isolates as well as in heat-tolerant opportunistic pathogens of animals and humans. We selected the rock-inhabiting fungus Knufia petricola (class Eurotiomycetes, order Chaetothyriales) that exhibits all the characteristics of microcolonial black fungi such as yeast-like cell growth, absence of reproductive structures and constitutive dihydroxynaphthalene (DHN) melanogenesis (Nai et al. 2013, Fungal Genet Biol). We developed protocols to efficiently generate and transform protoplasts resulting in stable homokaryotic transformants by targeting genes involved in pigment synthesis. The differences between the wild-type fungus and its melanin-deficient mutants were tested in geomicrobiological experiments and measured are now discussed in detail, with special accent on the possible effects of the mutation on EPS and other exuded substances.
Da das Recycling von tantalhaltigen Post-Consumer-Abfällen praktisch nicht existiert, stellen metallurgische Reststoffe eine äußerst wichtige Rohstoffquelle für das Tantalrecycling dar. Die meisten Zinnerze enthalten von Natur aus erhebliche Mengen an Refraktärmetallen. Diese Elemente werden in den Schlacken der pyrometallurgischen Primärzinngewinnung angereichert. Aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Wertstoffkonzentration und ihrer Funktion als zusätzlicher Schlackenbildner stellen diese Schlacken einen wertvollen Rohstoff für die Verhüttung tantalhaltiger Reststoffe dar. In der vorliegenden Arbeit wird ein existierendes Verfahren zur Tantalrückgewinnung diskutiert, dem hauptsächlich pyrometallurgische Rückstände geringer Wertstoffkonzentration als Einsatzstoff dienen. Mit Hilfe des Verfahrens sollte dasoxidisch vorliegende Tantal vollständig reduziert und in der Metallphase angereichert werden. Weiterhin sollte vermieden werden, dass unerwünschte Elemente wie Titan in die Metallphase überführt werden. Ziel der Untersuchung war es, die ablaufenden Reduktionsprozesse besser zu verstehen, um so Ansätze für die Prozessoptimierung identifizieren zu können.
Wasserzeichen und Papierstrukturen können einen wesentlichen Beitrag bei der Analyse von Kunstobjekten auf Papier darstellen. Ausgangspunkt hierfür bildet die korrekte Dokumentation mit entsprechender Bildaufnahme und der richtigen Erfassung und Interpretation der Phänomene. An Fallbeispielen aus Forschungsprojekten zu niederländischen Zeichnungen am Kupferstich-Kabinett Dresden und der Grafischen Sammlung Weimar sollen die Möglichkeiten der Papier- und Wasserzeichenforschung als historische Hilfswissenschaft demonstriert werden. Dieser Abendvortrag dient zugleich als Einführung in die Technologie der (Hand-)Papierherstellung, Wasserzeichenerfassung und –recherche.
Dihydroxynaphthalene (DHN) melanin is produced by different Ascomycetes via slightly differing biosynthetic routes. The polyketide synthases (PKS) release the heptaketide YWA1, the hexaketide AT4HN or the pentaketide T4HN. The first two products are deacetylated by ‘yellowish-green’ hydrolases to T4HN, and T4HN is further converted by a core set of enzymes to DHN. Final polymerization steps are accomplished by multicopper oxidases. DHN melanogenesis is often regulated in a spatial and temporal fashion resulting e.g. in melanized reproduction, survival and/or infection structures. Remarkable is the regulation of the DHN melanogenesis in the foliar plant pathogen Botrytis cinerea: it involves two differently expressed PKSs providing the precursor in conidia and sclerotia, respectively (Schumacher 2016, Mol Microbiol). In contrast, a polyphyletic group of Ascomycetes (microcolonial fungi/ black yeast) dwelling in hostile habitats such as bare rock surfaces in hot and cold deserts, exhibits constitutive melanogenesis. Here, DHN melanin builds a protective layer around all vegetative cells thus contributing to the survival of diverse environmental stresses even without specialized reproduction structures. As part of our continuing research on microcolonial rock-inhabiting fungi, we chose the genetically amenable Knufia petricola strain A95 (Nai et al. 2013, Fungal Genet Biol; Noack-Schönmann et al. 2014, AMB Express) for detailed studies. DHN-deficient mutants generated by targeted mutation of biosynthetic genes were studied with regard to the architecture of the cell wall and the EPS (extracellular polymeric substances) matrix, attachment to and weathering of olivine, as well as the tolerance to abiotic and biotic stresses. We will discuss the critical role of the outer cell surface (DHN melanin and EPS) in adhesion to the substrate and subsequent damage of the colonized surface.
Microcolonial black fungi, a polyphyletic group of ascomycetes, exhibit constitutive melanin formation, yeast-like growth and high stress tolerances. They dominate – often together with bacteria and algae in sub-aerial biofilms – a range of hostile environments including natural and man-made ones, from salterns to dishwashers, roofs and solar panels. Because of lacking genetic tools and the slow growth of most isolates, the genetic bases for these specific properties are largely unknown. The rock-inhabiting fungus Knufia petricola (Eurotiomycetes, Chaetothyriales) exhibits all characteristics of microcolonial black fungi and was selected as recipient for genetic engineering to study gene functions and genetic interactions. Different variants of green and red fluorescent proteins were successfully expressed indicating that fluorescence microscopy using genetically encoded fluorescent proteins and fluorescent dyes enables various cell biology approaches. Furthermore, genes of biosynthetic pathways (DHN melanin, carotenoids, uracil, adenine) were successfully mutated by applying traditional gene replacement and plasmid-based or ribonucleoprotein (RNP)-based CRISPR/Cas9 or silenced by RNA interference (RNAi). The availability of this advanced and efficient genetic toolbox and the annotated genome sequence of strain A95 makes K. petricola an excellent model for exploring the secrets of microcolonial black fungi.
A genetic toolbox for exploring the life style of the rock-inhabiting black fungus Knufia petricola
(2020)
After their discovery on rock surfaces in cold and hot deserts, a polyphyletic group of ascomycetous black fungi was found to dominate a range of hostile environments – natural and man-made, from salterns to dishwashers, roofs and solar panels. Together with bacteria and algae they may establish subaerial biofilms and cause weathering of the surfaces they grow on. Their impressive survival abilities as well as their constitutive protective pigmentation and cluster-like microcolony organisation are similar in environmental isolates as well as in heat-tolerant opportunistic pathogens of animals and humans. The exact genetic properties that ensure their survival in extreme environments can be studied if some black fungi were amenable to genetic manipulations. We selected the rock-inhabiting fungus Knufia petricola (class Eurotiomycetes, order Chaetothyriales) that grows moderately in axenic culture and exhibits all the characteristics of microcolonial black fungi such as yeast-like cell growth, absence of reproductive structures and constitutive dihydroxynaphthalene (DHN) melanogenesis (Nai et al. 2013, Fungal Genet Biol). We developed protocols to efficiently generate and transform protoplasts resulting in stable homokaryotic transformants by targeting genes involved in pigment synthesis and expressing fluorescent reporter genes. Hence, endogenous and foreign genes can be expressed from episomal AMA1-containing plasmids and genome-integrated DNA constructs. Moderate rates of homologous recombination allow for both ectopic and targeted integrations. CRISPR-Cas9 was further validated as a strategy for obtaining selection marker-free mutants and silencing via RNA interference as an approach to study essential genes. Availability of this genetic toolbox and an annotated genome sequence of the strain A95 is paving the way for studying interactions of K. petricola with environmental stressors, material surfaces, soil matrices and phototrophic symbionts.
8. Netzwerktreffen PerFluSan
(2020)
Uninvited and welcomed guests in museums – biological management of clothes moths and woodworms
(2020)
In museums and historic houses clothes, moths (Tineola bisselliella, Tinea pellionella) and the furniture beetle (Anobium punctatum) are the most economically important pests on textiles or wooden artifacts, respectively. Their management is essential to protect cultural ethnological heritage and natural history collections for future generations.
Pest management strategies have changed over time. Today, intensive knowledge on pest biology and overall material science are key cornerstones in IPM concepts - also for the Museum environment. The important first steps for sustainable pest management are risk assessment, early pest detection and identification of pathways of infestation. These steps are followed by physical and biological means of control, which have lately gained more importance than applying biocides. Several potentially effective biological enemies of clothes moths and woodworm have been known for a long time, but their promotion for pest control in Museums and historic houses is just beginning.
This short review summarizes current concepts of pest life cycle interruption by applying good quarantine and very specific biological measures. The lessons learned from recent faunistic surveys, life-history studies as well as behavioral observations of parasitoids and predators of clothes moths and woodworm may supplement the pest management tool box. The need for further research in this field is addressed.
Es wird über aktuelle Arbeitsthemen und Entwicklungen im Fachbeirat berichtet. So wurde in einer Sondersitzung des Fachbeirats über die Entlassung aus der Nachsorgephase beim Einsatz von Geokunststoffprodukten in Böschungen diskutiert. Die Unterarbeitsgruppe Fremdüberwachung in der Produktion hat getagt. Darüber hinaus werden Änderungen in den Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Kunststoff-Dränelemente und für die Fremdüberwachung kurz vorgestellt.
Es wird über aktuelle Arbeitsthemen und Entwicklungen im Fachbeirat berichtet. So wurde in einer Sondersitzung des Fachbeirats über die Entlassung aus der Nachsorgephase beim Einsatz von Geokunststoffprodukten in Böschungen diskutiert. Die Unterarbeitsgruppe Fremdüberwachung in der Produktion hat getagt. Darüber hinaus werden Änderungen in den Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Kunststoff-Dränelemente und für die Fremdüberwachung kurz vorgestellt.
Bottom ash (BA) from municipal solid waste incineration (MSWI) contains harmful substances such as heavy metals, chloride and sulfate which are mobilized in contact with water. Standardized leaching tests are used to measure the extent of mobilization. It is known that fresh bottom ash displays elevated concentrations of various heavy metals such as lead or zinc due to the formation of hydroxo complexes as a result of high pH values of 12 and above. Storage of BA is accompanied by ageing processes, mainly the reaction of CaO and Ca(OH)2 with CO2 leading to lower pH values in contact with water around 11. Usually heavy metals concentrations are minimum at these conditions. Knowledge of the long-term leaching behavior of potentially harmful substances is crucial for the assessment of the environmental compatibility of reusing municipal solid-waste incineration bottom ash (MSWI BA) in construction, i.e., as a road base layer. BA fractions obtained from wet-processing aiming at the improvement of environmental quality were used to investigate the mobility of relevant substances. Eluates from laboratory-scaled leaching procedures (column percolation and lysimeters) were analyzed to learn about the long-term release of substances. Unsaturated conditions and artificial rainwater were used in the lysimeter tests to simulate field conditions. In addition, batch test eluates were generated at usual liquid-to-solid ratios (L/S) for compliance testing purposes. A variety of cations and anions was measured in the eluates. The wet treatment reduces the leaching of chloride and particularly sulfate by more than 60%. The release of typical contaminants for the treated MSWI BA such as the heavy metals Cu and Cr was well below 1% in the conducted leaching tests. An increase in the Sb concentration was observed in the lysimeter experiments starting at L/S 0.75 L/kg and in the column experiment at L/S 4 L/kg is assumed to be related to decreasing concentrations of Ca and thus to the dissolution of sparingly soluble calcium antimonate. The same leaching mechanism applies with V, but the concentration levels observed are less critical regarding relevant limit values. However, on the long term the behavior of Sb could be problematic for the application of MSWI BA as secondary building material.