4 Material und Umwelt
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- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (15)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (13)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (10)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (7)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (3)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (3)
- 6 Materialchemie (3)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (2)
Recent research has suggested that some of the inks used in Herculaneum papyri do not consist of pure carbon. Starting from this finding, in June 2018 a preliminary campaign of analysis by means of X-Ray fluorescence (XRF) of external portions removed mechanically from their original rolls in the eighteenth century (the so-called scorze) took place at the Biblioteca Nazionale at Naples. Also in this case, the aim of the survey was to investigate the ink composition in order to detect possible traces of metal. This article sums up the results of this survey.
Scientific material analysis of the elemental composition of inks from different strata of a manuscript has the potential to complement scholarly observations using palaeography and philology in reconstructing the history of the manuscript’s production, correction and repair.
There are three typologically different classes of black writing inks: soot inks consist of carbon particles.
Wet-mechanical treatment: Processing of bituminous road construction waste in a jigging machine
(2023)
Jigging machines are used in processing technology in many areas. Examples are the processing of coal, ores, and primary and secondary raw and waste materials. Even small differences in density are offen sufficient for successful sorting. In the work presented here, milled material from road construction waste contaminated with bitumen is to be separated from uncontaminated material. In this way, scarce landfill space could be saved and mineral material be returned to the material cycle.
Zur Weiterentwicklung der Probenpräsentation wurde ein Adapter entwickelt, der Emissionsprüfkammer und Bewertungstrichter miteinander verbindet und dadurch eine der direkten Messung vergleichbare Geruchsbewertung ermöglicht. Die analytischen Messungen zeigen, dass es kaum Unterschiede in der Zusammensetzung der Probenluft in der Kammer im Vergleich zum Probenbehälter gibt. Bei den olfaktorischen Messungen kam es jedoch bei der Bewertung der Probenluft mit Hilfe des Adapters zu Minderbefunden. Anschließende Untersuchungen zeigten, dass beim Ausschalten des Geräts Umgebungsluft über den Trichter in den Adapter strömt und zu einer Verdünnung der Probenluft führt. Um dies zu vermeiden, werden derzeit weitere Messungen durchgeführt.
Eine weitere Versuchsreihe wurde durchgeführt, um den Messaufwand bei der Bewertung der empfundenen Intensität zu reduzieren. Die entwickelte „größer-oder-kleiner/gleich“ Abfrage kann hier hilfreich sein. Die Untersuchungen im Luftqualitätslabor und im Rahmen eines Ringversuches mit verschiedenen Laboren, zeigen, dass die Abfrage in fast allen Fällen zu den gleichen Ergebnissen führt, wie die normgerechte aber aufwendigere Ermittlung der empfundenen Intensität mithilfe des Vergleichsmaßstabes.
Normativ ist der Holzschutz in Deutschland durch die DIN 68800-Reihe geregelt. Die Normungsarbeit in CEN/TC 38 bildet dafür den Rahmen, der national angepasst und fachspezifisch erweitert wurde. Zusammen mit dem Kommentar ergeben beide ein in Europa einzigartiges Regelkompendium im Holzschutz. In Zukunft wird die Regelsetzung noch stärker durch internationale Zusammenarbeit bestimmt sein. Der interkontinentalen Marktöffnung sollten Verständigungen auf gemeinsame Qualitätsstandards vorausgehen.
Derzeit gibt es intensive Diskussionen über die Entlassung von Deponien aus der Nachsorgephase. Die Deponie müsste dafür nach der Deponieverordnung (DepV) u. a. „insgesamt dauerhaft standsicher" sein. Geokunststoffe erfüllten ihre Funktion über einen Zeitrahmen von lediglich mindestens hundert Jahren. Dies stehe somit im Widerspruch wird argumentiert. Das neue LANUV-Arbeitsblatt 33 schließt daher im Moment eine Entlassung aus der Nachsorge von Deponien faktisch aus, wenn in den Böschungen Geokunststoffprodukte eingesetzt wurden. Auch der Fachbeirat der BAM zur Zulassung von Geokunststoffen, Polymeren und Dichtungskontrollsystemen hat sich daher mit der Thematik beschäftigt. Die aktuelle Situation soll daher auf dieser Grundlage diskutiert werden.
Wie Länder mit ihren Abfällen umgehen, hängt nicht nur von der Wirtschaftskraft eines Landes ab. Selbst in einem reichen Land wie Australien werden unbehandelte Abfälle einfach deponiert. Im Rahmen der Travelling Conference, einer vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Vortragsreihe, besuchten Fachleute die Länder Südkorea, Vietnam und Australien, um mit Experten vor Ort Fragestellungen aus der Abfallwirtschaft zu diskutieren. Zu den Schwerpunktthemen zählte die Steigerung der Ressourceneffizienz im Spannungsfeld von ökonomischen und umweltpolitischen Interessen. Eine Frage war beispielsweise die Bewertung der Umweltverträglichkeit von mineralischen Abfällen, wenn diese als Ersatzbaustoffe eingesetzt werden. In diesem Beitrag werden Ähnlichkeiten und Unterschiede bei der Entsorgung von Siedlungsabfällen, beim Recycling und bei der Bewertung der Umweltverträglichkeit der Wiederverwertung von Abfällen in den drei besuchten Ländern im Vergleich zu Deutschland aufgezeigt. Dabei ist man sich in Deutschland und den drei besuchten Ländern einig, dass die Abfallbeseitigung auf Deponien ohne Rückgewinnung von Ressourcen oder Energie die schlechteste Abfallentsorgungsoption ist. Einigkeit besteht auch darin, dass die Ziele einer nachhaltigen Abfallwirtschaft der Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt sowie die Schonung von Ressourcen sind. In allen drei Ländern werden große Mengen an mineralischen Abfällen erzeugt, die bei Nachweis der Umweltverträglichkeit einen Teil von natürlichem Sand und Kies für die Bauindustrie ersetzen könnten. Ähnlich wie in Deutschland werden recycelte Abfälle im Tiefbau jedoch nur in geringem Maße eingesetzt. Gründe dafür sind fehlende Behandlungsanlagen für mineralische Abfälle und Bedenken im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit.
While studying the socio-geographic history of inks, division 4.5 of the BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung) together with the Centre for the Study of Manuscript Cultures in Hamburg has developed a protocol for ink analysis.
It consists of a primary screening to determine the type of the ink, and a subsequent in-depth analysis using several spectroscopic techniques. The XRF elemental analysis aims primarily at identifying and characterizing metallic components of inks. Besides the instrumental methods, the paper presents an overview of historic inks in the period of transition from carbon inks of the Antiquity to iron-gall inks commonly used in the Middle Ages.
An understanding of the interactions of 2D nanomaterials with pathogens is of vital importance to developing and controlling their antimicrobial properties. In this work, the interaction of functionalized graphene with tunable hydrophobicity and bacteria is investigated. Poly-(ethylene glycol)-block-(poly-N-isopropylacrylamide) copolymer (PEG-b-PNIPAM) with the triazine joint point was attached to the graphene Surface by a nitrene [2 + 1] cycloaddition reaction. By thermally switching between hydrophobic and hydrophilic states, functionalized graphene sheets were able to bind to bacteria. Bacteria were eventually disrupted when the functionality was switched to the hydrophobic state. On the basis of measuring the different microscopy methods and a live/dead viability assay, it was found that Escherichia coli (E. coli) bacteria are more susceptible to hydrophobic interactions than B. cereus bacteria, under the same conditions. Our investigations confirm that hydrophobic interaction is one of the main driving forces at the presented graphene/bacteria interfaces and promotes the antibacterial activity of graphene derivatives significantly.
Treatment and reusing of hazardous wastes have become significant issues of modern societies. Blast furnace sludge (BFS) and electric arc furnace dust (EAFD) are such typical wastes, because they usually contain high amounts of undesirable elements such as zinc (Zn) and lead (Pb).
These elements can cause operational problems in reusing of BFS and EAFD. In this study, the Ferro Duo GmbH and the Federal Institute for Materials Research and Testing have investigated a novel approach for eliminating and/or recovering Zn and Pb from both wastes. Applied was a selective chlorination and volatilization of Zn and Pb as chlorides at temperatures between 500 °C and 1100 °C. Both product obtained, Zn and Pb in the form of ZnCl2 and PbCl2 and the purified solid mineral compound are attractive materials for further use. Hydrochloric acid and iron(II) chloride were used as chlorination agents. Exceptionally high Zn and Pb removal efficiencies of >99.5 % could be achieved with both chlorination agents, whereby iron(II) chloride exhibited better performance.
BAM is currently building up a platform of novel nanoRMs relying on iron oxide nanoparticles of different shape, size and surface chemistry. Iron oxide was chosen as a core material because of its relevance to the material and life sciences.
As a first candidate of this series, we present cubic iron oxide nanoparticles with a nominal edge length of 8 nm. These particles were synthesized by thermal decomposition of iron oleate in high boiling organic solvents adapting well-known literature procedures. After dilution to a concentration suitable for electron microscopy (TEM and SEM) as well as for small-angle X-ray scattering (SAXS) measurements, the candidate nanoRM was bottled and assessed for homogeneity and stability by both methods following the guidelines of ISO 17034 and ISO Guide 35.
The particle sizes obtained by both STEM-in-SEM and TEM are in excellent agreement with a minimum Feret of 8.3 nm ± 0.7 nm. The aspect ratio (AR) of the iron oxide cubes were extracted from the images as the ratio of minimum Feret to Feret resulting in an AR of 1.18 for TEM to 1.25 for SEM. Alternatively, a rectangular bounding box was fitted originating from the minimum Feret and the longest distance through the particle in perpendicular direction. This led to AR values of 1.05 for TEM and 1.12 for SEM, respectively. The results confirm the almost ideal cubic shape.
The quest for the mixed inks
(2018)
In this article, we would like to share our observations concerning the inks produced by intentionally mixing soot or charcoal with tannin extracts or iron-gall ink. Aside from Zerdoun’s mention in her outstanding review of written sources, “Les encres noires au Moyen-Âge”, this ink category has received little if any attention from scholars and scientists. And yet, if analytically attested, the use of such inks could serve as an additional category to classify and distinguish the writing inks on the historical socio-geographic map of the writing inks we are trying to build.
In an interdisciplinary collaboration, restorers, art historians, and scientists examined Guilio Romano’s The Madonna with the Wash-Basin of 1525 (Dresden State Art Collections). Insights into the painting technique along with art historical comparisons provided the opportunity for a better understanding of the painting’s genesis, in particular concerning an early reworking of the background by the artist. A recovery and reconstruction of the earlier version of the background is now possible. The discovery of zinc in distinct passages of the painting, as well as the grey-black pigment stibnite and glass particles used as a supplement in paint layers are of special interest. The technological investigation initiated a discussion about the circumstances of the revision, as well as the painting’s relation to Vasari’s Lives of Artists.
The BAM Data Store
(2023)
As a partner in several NFDI consortia, the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM, German federal institute for materials science and testing) contributes to research data standardization efforts in various domains of materials science and engineering (MSE). To implement a central research data management (RDM) infrastructure that meets the requirements of MSE groups at BAM, we initiated the Data Store pilot project in 2021. The resulting infrastructure should enable researchers to digitally document research processes and store related data in a standardized and interoperable manner. As a software solution, we chose openBIS, an open-source framework that is increasingly being used for RDM in MSE communities.
The pilot project was conducted for one year with five research groups across different organizational units and MSE disciplines. The main results are presented for the use case “nanoPlattform”. The group registered experimental steps and linked associated instruments and chemicals in the Data Store to ensure full traceability of data related to the synthesis of ~400 nanomaterials. The system also supported researchers in implementing RDM practices in their workflows, e.g., by automating data import and documentation and by integrating infrastructure for data analysis.
Based on the promising results of the pilot phase, we will roll out the Data Store as the central RDM infrastructure of BAM starting in 2023. We further aim to develop openBIS plugins, metadata standards, and RDM workflows to contribute to the openBIS community and to foster RDM in MSE.
This paper reports the outcome of an interdisciplinary team’s application of multispectral imaging techniques and material analysis to a music fragment from the first decades of the fifteenth century: Atri, Archivio Capitolare, Museo della Basilica Cattedrale, Biblioteca del Capitolo della Cattedrale, Frammento 17. This important parchment leaf has rarely been investigated since its discovery 45 years ago. Thanks to the applied techniques and methods (such as the evaluation of the data using the fingerprint model), it is now possible to discuss new evidence supporting conclusions regarding the fragment’s origin and afterlife.
Rare occurrences of termites in Germany. Termites are typical elements of the tropical and subtropical insect fauna. In Europe, their most northern natural range is southern France, Italy and the South-Balkan region. Only occasionally are termites found in Germany. Their occurrence is always very closely associated with the synanthropic environment. Drywood termites like Cryptotermes brevis or Kalotermis flavicollis were accidentally imported with furniture, wooden artefacts or plant material into homes or indoor arboretums. Similar pathways of termite introduction are described for Coptotermes gestroi and Reticulitermes sp. into tropical botanical gardens and tropical theme parks. Although termites were introduced to Germany several times, successful spreading or long term establishment never occurred due to climatic barriers, namely cold winter temperatures. Only Reticulitermes flavipes formed sustainable colonies in the city of Hamburg for several decades. Originating from the eastern United States of America, this species was introduced in the 1930s with infested wood through the sea port. Small subterranean colonies could survive the winter in areas where pipes of the central heating system kept the ground from freezing. Control efforts of this potentially invasive species of economic importance started early on but failed until modern bait techniques were applied in the year 2000. Currently, termites have not been detected in Hamburg for the last five years.
Fluorides are well-known as wood preservatives. One of the limitations of fluoride-based wood preservatives is their high leachability. Alternative to current fluoride salts such as NaF used in wood protection are low water-soluble fluorides. However, impregnation of low water-soluble fluorides into wood poses a challenge. To address this challenge, low water-soluble fluorides like calcium fluoride (CaF2) and magnesium fluoride (MgF2) were synthesized as nanoparticles via the fluorolytic sol−gel synthesis and then impregnated into wood specimens. In this study, the toxicity of nano metal fluorides was assessed by termite mortality, mass loss and visual analysis of treated specimens after eight weeks of exposure to termites, Coptotermes formosanus. Nano metal fluorides with sol concentrations of 0.5 M and higher were found to be effective against termites resulting in 100% termite mortality and significantly inhibited termite feeding. Among the formulations tested, the least damage was found for specimens treated with combinations of CaF2 and MgF2 with an average mass loss less than 1% and visual rating of “1”. These results demonstrate the efficacy of low water-soluble nano metal fluorides to protect wood from termite attack.
Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung eines bestehenden pyrometallurgischen Prozesses zur Rückgewinnung von Tantal und Niob aus metallurgischen Reststoffen mit vorwiegend niedriger Wertstoffkonzentration.
Zur näheren Erforschung der im vorliegenden Stoffsystem ablaufenden Reduktionsprozesse wurden in einem Elektrolichtbogenofen Schmelzversuche im Pilotmaßstab durchgeführt. Als Reduktionsmittel diente Koks, welcher mithilfe einer Argon-gespülten Eisenlanze in die flüssige mineralische Schmelze eingebracht wurde. Während der Reduktionsbehandlung werden Refraktärmetalle wie Tantal und Niob in ihre Carbide überführt und anschließend in der erschmolzenen eisenbasierten Metallphase am Boden des Reaktors angereichert. Neben Tantal und Niob gelangt auch ein Teil des im Einsatzmaterial enthaltenen Titans als unerwünschtes Begleitelement in die Metallphase.
Sein Großteil verbleibt jedoch als Oxid in der Schlacke und wird dort hauptsächlich im Mineral Perowskit (CaTiO3) gebunden. Die erstarrten Schlackeproben wurden mit verschiedenen Methoden wie Röntgenfluoreszensanalyse, Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie mit gekoppelter energiedispersiver Röntgenanalyse untersucht, um die Bildung tantalhaltiger Mineralphasen zu verschiedenen Stadien des Reduktionsprozesses zu verfolgen.
Die hier gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass weniger die durch das Einblasen von Koks verursachte Reduktionsreaktion, sondern das Absinken der tantalreichen Eisentröpfchen in der flüssigen mineralischen Schmelze, gefolgt von ihrer Anreicherung in die Metallphase, für die Kinetik ausschlaggebend ist.
The investigation of physical properties and chemical composition generates data important for answering cultural-historical questions that cannot be solved by historical and philological methods alone. Due to technological developments, technical diagnostics in art and culture are in ever-greater demand in such fields of transdisciplinary research. Natural sciences play auxiliary role in the studies of manuscripts. The success of their contribution depends strongly on the formulation of the question, the choice of the methods to obtain the requested answer, and appropriate reference databases. First, report was given on the measurements performed on local raw materials, such as, plants, minerals and animals, which constitute the reference session. Then, the first results of the scientific analysis of several fragments from the Malian manuscript collections were present.
Die Thermische Abfallbehandlung in Abfallverbrennungsanlagen sorgt für eine Inertisierung des Restmülls bei gleichzeitiger Minimierung von abgas- und abwasserseitigen Emissionen. Da der Großteil der Rückstände in verwertbare Sekundärprodukte überführt wird, fördert die thermische Abfallbehandlung die Verwirklichung einer Circular Economy in Europa.
Schwarze mikrokoloniale Pilze besiedeln zunehmend von Menschen geschaffene Habitate, wie schadstoffbelastete Böden, Statuen, Gebäudefassaden und Dächer. Sie verfärben und zersetzen die Oberflächen von anfälligen Materialien oder reduzieren die Lichtausbeute von Solaranlagen. Die Biologie dieser Pilze und ihre Relevanz für die Materialforschung stehen im Fokus unserer Studien an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Mit einer Kollektion schwarzer Pilze, die von Solaranlagen isoliert wurden, bringen wir klima- und materialrelevante Biodiversität in den Stammbaum des Lebens. Die Überlebensstrategien dieser Organismen versuchen wir mit molekularbiologischen und genetischen Untersuchungsansätzen zu entschlüsseln.
Subaerial biofilms (SAB) are an important factor in weathering, biofouling, and biodeterioration of bare rocks, building materials, and solar panel surfaces. The realm of SAB is continually widened by modern materials, and the settlers on these exposed solid surfaces always include melanized, stress-tolerant microcolonial ascomycetes. After their first discovery on desert rock surfaces, these melanized chaetothyrialean and dothidealean ascomycetes have been found on Mediterranean monuments after biocidal treatments, Antarctic rocks and solar panels. New man-made modifications of surfaces (e.g., treatment with biocides or photocatalytically active layers) accommodate the exceptional stress-tolerance of microcolonial fungi and thus further select for this well-protected ecological group. Melanized fungal strains were isolated from a microbial community that developed on highly photocatalytic roof tiles after a long-term environmental exposure in a maritime-influenced region in northwestern Germany. Four of the isolated strains are described here as a novel species, Constantinomyces oldenburgensis, based on multilocus ITS, LSU, RPB2 gene phylogeny. Their closest relative is a still-unnamed rock-inhabiting strain TRN431, here described as C. patonensis. Both species cluster in Capnodiales, among typical melanized microcolonial rock fungi from different stress habitats, including Antarctica. These novel strains flourish in hostile conditions of highly oxidizing material surfaces, and shall be used in reference procedures in material testing.
Direct and indirect effects (DIERec) of the recovery of secondary resources are in the range of 500 million tons per year in Germany; energy savings are 1.4 million TJ. These savings are between 10 and 20% of the total. The effects of materials recovery exceed those of energy recovery by far except for secondary plastic material, where DIERec from energy recovery is higher by factor of 2.7. Untapped potential for the recovery of secondary resources exists in the fine fraction of bottom ash from municipal solid waste incineration, mainly Cu and precious metals, and in urban mining.
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.
Jährlich entstehen in Brasilien ca. 2 bis 10 Millionen Tonnen Aschen aus der Verbrennung von Zuckerrohrbagasse. Die Aschen enthalten schwankende Zusammensetzungen an mineralischen Nährelementen und könnten daher zu Düngezwecken verwendet werden.
Allerdings ist (i) die Nährstoffverfügbarkeit gering, (ii), die entsprechende Nährstoffzusammensetzung nicht optimal für die Nutzung der Aschen als Düngemittel für die Hauptanbaukulturen in Brasilien und (iii) weisen die Aschen aufgrund häufig schlechter Verbrennungsqualitäten hohe organische Kohlenstoffgehalte auf. Im Rahmen des Forschungsprojekts ASHES („Rückführung von Nährstoffen aus Aschen von thermochemischen Prozessen mit Bagasse bzw. Zuckerrohrstroh“), arbeiten 7 deutsche und 4 brasilianische Partner an der Optimierung der thermochemischen Verwertung von Rückständen aus der Zuckerproduktion in Brasilien, inklusive der Formulierung von optimierten Düngemischungen auf Basis der generierten Aschen. In dieser Veröffentlichung wird die Verarbeitung dieser optimierten Mischungen zu Pellets und Granulaten unter Verwendung verfügbarer regionaler Reststoffe wie Filterkuchen (Vinasse-Presskuchen) sowie Hühnertrockenkot beschrieben. Zur Untersuchung der Handlingeigenschaften wurden die produzierten Pellets und Granulate hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität und des Wasseraufnahmevermögens untersucht. Dafür wurden geeignete Prüfverfahren angepasst und entsprechende Versuche durchgeführt.
Small grain size fractions of municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash (BA) contain elemental and chemically bonded metals in appreciable amounts, especially copper. Investigations with a centrifugal concentrator were carried out using samples, which had been treated with different impact devices. Partly the impacts of single devices were visible in outlines, but mostly the surfaces of the metals were still covered with mineral residues. To generate copper rich fractions, parameters of the separation process should ensure mass yields <2%, best between 0.5 and 1%. The density of the concentrates is then generally >3.2 g/cm3. Best results were achieved with material from a special treatment train which is adapted to grain sizes <2 mm. Reliable copper contents between 20 and 40% (single runs >50%) could be realised.
However, considering the required mass yields, referred to this subset only 150–170 g copper would be recovered from 1 Mg MSWI BA. Furthermore, this copper is only in parts present in elemental form. A
dependable added value of such treatment step seems to be given only, if that enables a recycling of the mineral aggregates (tailings) in parallel to avoid landfill costs.
Rechtliche Vorgaben der Klärschlammverordnung und deren Auswirkungen auf die Phosphor-Rückgewinnung
(2022)
Im Abfalltechnik-Ausschuss der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) wurde eine Vollzugshilfe zur Klärschlammverordnung erarbeitet, die nach Verabschiedung durch die Umweltministerkonferenz Mitte Mai 2020 als LAGA-Merkblatt M-39 veröffentlicht wurde. Im vorliegenden vierten Arbeitsbericht der DWA-Arbeitsgruppe KEK-1.1 werden verschiedene Aspekte der ab dem Jahr 2029 geltenden Regelungen aufgegriffen und damit einige Punkte des LAGA M-39 hinsichtlich der technischen Auswirkungen für den Kläranlagenbetreiber konkret ausgeführt.
Eine entscheidende Problematik nach Inkrafttreten der neuen
Klärschlammverordnung ist, wie Phosphor nicht nur rückgewonnen,
sondern in den Markt eingeschleust und letztlich auch
in den Kreislauf zurückgeführt werden kann. Die Wege hierzu
sind noch weitgehend ungeklärt. Die DWA-Arbeitsgruppe KEK-
1.1 hat aus diesem Grund einen Workshop durchgeführt, um
rechtliche Anforderungen an Rezyklate, Aspekte der Rezyklatqualität
und -beschaffenheit sowie den aktuellen Markt für Rezyklate
zu diskutieren. Auf Basis dieses Workshops wurde ein
Arbeitsbericht erstellt, der sich schwerpunktmäßig mit dem Einsatz
von Rezyklaten zu Düngezwecken beschäftigt. Hierzu liegen
bereits Erkenntnisse vor, und es sind bereits Praxisbeispiele in
der Umsetzung.
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.
The manuscript Codex germanicus 1 (Cod. germ. 1) of the Staats- und Universitätsbibliothek Hamburg is a fifteenth-century German-language manuscript. It comprises two codicological units and has an especially complex developmental history. To trace this developmental history, neglected until now in the research literature, the manuscript was investigated, for the first time not solely with classical codicological and palaeographical methods, but also with the aid of X-ray fluorescence spectroscopy, in order to determine the composition of the writing materials. These methods made it possible, first, to support and check palaeographic findings and, second, to gain information about the stratigraphy of the manuscript where palaeographic methods find their limits – in regard to short entries, rubrications, and non-alphabetical signs.
Der Verwertung von Bodenmaterialien wird auf Grund des Volumens dieses Stoffstromes eine hohe umweltpolitische Bedeutung beigemessen. Dabei ist unter Gewährleistung des Vorsorge- und Nachhaltigkeitsprinzips eine möglichst hochwertige Verwertung anzustreben, um natürliche Ressourcen zu schonen und die Beseitigung von Abfällen weitestgehend zu vermeiden.
Die vorgesehene Novelle der BBodSchV enthält in den Paragraphen 6 bis 8 neue Vorgaben hinsichtlich des Auf- und Einbringens von Bodenmaterialien unterhalb oder außerhalb einer durchwurzelbaren Bodenschicht. So soll die Möglichkeit eingeräumt werden, Bodenmaterialien mit Feststoffgehalten von regulierten Stoffen zwischen dem einfachen und doppelten Vorsorgewert einer weiteren Verwertung zuzuführen unter der Voraussetzung, dass die Eluatwerte eingehalten werden.
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens des Umweltbundesamtes (FKZ: 3716 74 203 0) wurden unterschiedliche Bodenmaterialien (Baggergut, Bankettschälgut, Stadt- und Auenböden, Bergematerial), die unter diese Kriterien fallen, mit besonderem Fokus auf PAK hinsichtlich ihres Verwertungspotentials untersucht.
Dabei wurden auch die Auswirkungen der Umstellung des Elutionsverfahrens von einem Wasser-Feststoffverhältnis (W/F) von 10 l/kg auf ein W/F von 2 l/kg auf die Einstufung von Bodenmaterialien betrachtet.
Insbesondere für die Stoffgruppe der PAK konnte gezeigt werden, dass sich mit Verabschiedung der neuen Regelungen zusätzliche Verwertungsmöglichkeiten von Bodenmaterialien außerhalb der durchwurzelbaren Bodenschicht eröffnen und deren Deponierung teilweise vermieden werden kann.
Plants and microorganisms, besides the climate, drive nitrogen (N) cycling in ecosystems. Our objective was to investigate N losses and N acquisition strategies along a unique ecosystem-sequence (ecosequence) ranging from arid shrubland through Mediterranean woodland to temperate rainforest. These ecosystems differ in mean annual precipitation, mean annual temperate, and vegetation cover, but developed on similar granitoid soil parent material, were addressed using a combination of molecular biology and soil biogeochemical tools. Soil N and carbon (C) contents, δ15N signatures, activities of N acquiring extracellular enzymes as well as the abundance of soil bacteria and fungi, and diazotrophs in bulk topsoil and rhizosphere were determined. Relative fungal abundance in the rhizosphere was higher under woodland and forest than under shrubland. This indicates toward plants' higher C investment into fungi in the Mediterranean and temperate rainforest sites than in the arid site. Fungi are likely to decompose lignified forest litter for efficient recycling of litter-derived N and further nutrients. Rhizosphere—a hotspot for the N fixation—was enriched in diazotrophs (factor 8 to 16 in comparison to bulk topsoil) emphasizing the general importance of root/microbe association in N cycle. These results show that the temperate rainforest is an N acquiring ecosystem, whereas N in the arid shrubland is strongly recycled. Simultaneously, the strongest 15N enrichment with decreasing N content with depth was detected in the Mediterranean woodland, indicating that N mineralization and loss is highest (and likely the fastest) in the woodland across the continental transect. Higher relative aminopeptidase activities in the woodland than in the forest enabled a fast N mineralization. Relative aminopeptidase activities were highest in the arid shrubland. The highest absolute chitinase activities were observed in the forest. This likely demonstrates that (a) plants and microorganisms in the arid shrubland invest largely into mobilization and reutilization of organically bound N by exoenzymes, and (b) that the ecosystem N nutrition shifts from a peptide-based N in the arid shrubland to a peptide- and chitin-based N nutrition in the temperate rainforest, where the high N demand is complemented by intensive N fixation in the rhizosphere.
This work presents the non-destructive spectroscopic characterisation of original Dead Sea Scrolls (DSS)parchment fragments from Ronald Reed collection. The fragments are of paramount importance becausethey have never been subjected to any treatment of preservation and restoration, this allows to investi-gate the manufacturing method of real original Jewish parchments. The manufacture of “sacred” Jewishparchments, in fact, is traditionally supposed to use a superficial tannin treatment. To study the DSS frag-ments, it was necessary both to analyse mock-up samples, especially manufactured in order to reproduceancient Oriental Jewish ritual parchments, and to compare the results with those obtained in the analysisof modern and ancient Western Jewish ritual parchments, in order to test the effectiveness of the selectedspectroscopic techniques. Traditionally, the main difference between Oriental and Western traditionalparchment preparation consisted in the dehairing method: enzymatic for Oriental and lime-based forWestern. Moreover, a finishing treatment with tannin was supposed to be applied on ritual Jewish parch-ments. The need of reference samples derives from the knowledge that each parchment preparation,treatment and degradation can induce structural modifications that affect the spectral features. FourierTransform Infrared Spectroscopy by Attenuated Total Reflection (ATR-FTIR), FT-Raman and m-Ramanwere used in this study. The experimental results allowed us to recognise, with different sensitivity, thepresence of tannin by using m-Raman and IR spectroscopies and to prove that not all the archaeologicalsamples were manufactured in the same way with vegetal extracts. Many salts (tschermigite, dolomite,calcite, gypsum and iron carbonate) were found on the surface of DSS fragments. They can derive fromthe degradation processes and storage environment before the discovery or from the manufacture. More-over, the different sensitivities and instrumental characteristics of the used techniques permitted us toestablish an analytical protocol, useful for further studies of similar materials.
Museumsvitrinen sollen Kunst- und Kulturgut „ins rechte Licht“ setzen und vor Diebstahl oder Vandalismus schützen. Vergleicht man historische Schauvitrinen, die zumeist aus einfachen Glasscheiben in Holzrahmungen bestehen, mit heutigen Konstruktionen, lässt sich eine Entwicklung zu hochtechnisierten Gebilden ablesen, die deutlich mehr Ansprüchen genügen müssen als in der Vergangenheit.
Zahlreiche Beispiele verdeutlichen, dass Kunstwerke nicht nur außerhalb, sondern auch innerhalb von Museen oder Archiven ungünstigen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. So können Einbauten bzw. Dekorationen in Ausstellungsräumen, Aufbewahrungsbehältnisse in Depoträumen oder Ausstellungsvitrinen flüchtige Substanzen, sogenannte VOCs (Volatile Organic Compounds) freisetzen, die zu irreversiblen Veränderungen an den Objekten führen und diese schädigen. Hierzu zählen organische Säuren, wie Ameisen- oder Essigsäure, aber auch Verbindungen, die Sulfide enthalten. Hier wird die an der BAM entwickelte BEMMA-Bewertungsmethode vorgestellt, die von Museen verwendet werden kann Materialien mit einem geringeren Emissionspotential auszusuchen.
Wood treated with nano metal fluorides is found to resist fungal decay. Sol−gel synthesis was used to synthesize MgF2 and CaF2 nanoparticles. Electron microscopy images confirmed the localization of MgF2 and CaF2 nanoparticles in wood. Efficacy of nano metal fluoride-treated wood was tested against brown-rot fungi Coniophora puteana and Rhodonia placenta. Untreated wood specimens had higher
mass losses (∼30%) compared to treated specimens, which had average mass loss of 2% against C. puteana and 14% against R. placenta, respectively. Nano metal fluorides provide a viable alternative to current wood preservatives.
In this article, we present two Coptic papyri, P 11934 and P 11935 from the Berlin collection excavated in Ashmunein (ancient Hermopolis) by Otto Rubensohn in 1906. We employ a multi-disciplinary approach that takes into account both their materiality – writing support as well as ink – and their content, as has become ‘best practice’. 1 Material aspects of written documents have traditionally been the purview of papyrologists. Recently developed methods of scientific analysis generate sets of archaeometric data with the potential to improve understanding of the materiality of ancient document production, as well as to yield new evidence for genuine papyrological research questions. To achieve this, a large corpus of comparative data needs to be built. Our contribution offers a first step in this direction. We aim at presenting the papyri, which were selected because of the ink corrosion during conservation work at the Berlin collection, in a format that is exhaustive both for material and textual aspects. The inks from both papyri were analysed using a combination of techniques, contributing to our better understanding of the development of ink technology in Late Antiquity.
Long Term Temperature and Humidity Evolution Forecast in Near Field of Nuclear Waste Container
(2018)
The paper aims to simulate the corrosion environment of nuclear waste containers at different geological disposal periods to obtain temperature and humidity information at the interface between the container and the surrounding environment. The simulated data and calculation results of long term temperature evolution at the surface of nuclear waste (HLW) containers from some typical nuclear countries about the safety disposition were reviewed. Combining different burial patterns, this paper speculated the long term temperature evolution rule for China. According to the study about saturation variation of buffer/backfill material at home and abroad, the humidity evolution of bentonite at the surface of HLW containers was specu- lated. The study showed that the temperature of the container surface increased rapidly at the beginning, and gradually decreased after the climax. For safety reasons, the maximum temperature was designed below 100°C. The saturation of bentonite was af- fected by the mutual influences of the heat released by nuclear waste decay and the infiltration of groundwater. It was dominated by the released heat in the early stage, and later was influenced greatly by the infiltration of groundwater. It is generally believed that the water content at the surface of the container will increase obviously in about 3 years, and will be saturated in about 10 years. The prediction of long-term temperature and humidity evolution will lay a foundation for study of corrosion evolution of nuclear waste containers in China.
Warum eine Kreislaufwirtschaft ohne Abfallverbrennung nicht funktionieren wird, beschreibt die Dechema im Positionspapier „Abfallverbrennung in der Zukunft“. Experten der Fachgruppe „Abfallbehandlung und Wertstoffrückgewinnung“ von ProcessNet, einer gemeinsamen Initiative der Dechema und der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, haben es erstellt.
The influence of interfacial pH between AISI 4135 steel and seawater under different polarization potentials on the formation of calcareous deposits has been studied. An interfacial pH of 9.61 at −0.9 V vs. SCE using state of the art iridium oxide microelectrode was found to be the critical pH for the precipitation of magnesium hydroxide. Calcareous deposits with a double-layer structure comprising an inner-brucite layer and an outer-aragonite layer were found to form at potentials between −1.0 V and −1.2 V vs. SCE. Furthermore, the facilitation of hydrogen permeation into steel induced by the formation of calcareous deposits was verified using the Devanathan-Stachurski electrochemical test. The mechanism of calcareous deposits facilitates hydrogen permeation into steel is related to its inhibition on hydrogen recombination and escape processes.
Aim of study: In this study, natural durability of some domestic and foreign wood species against Hylotrupes bajulus and Anobium punctatum larvae were tested on laboratory scale
Area of study: This study was conducted at Department of Forest Products Engineering in Duzce University, Turkey and Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), Germany.
Material and Methods: Scotch pine (Pinus sylvestris), fir (Abies nordmanniana), spruce (Picea orientalis), cedar (Cedrus libani), poplar (Populus tremula) and beech (Fagus orientalis) woods were used to test H. bajulus larvae (EN 46-1). Alder (Alnus glutinosa), oak (Quercus cerris), poplar (Populus tremula), beech (Fagus orientalis), maple (Acer carpinifolium), ash (Fraxinus angustifolia), teak (Tectona grandis), ayous (Triplochiton scleroxylon), movingui (Distemonanthus benthamianus), dahoma (Piptadeniastrum africanum), iroko (Chlorophora excelsa), bubinga (Guibourtia tessmannii) and sapele (Entandrophragma cylindiricum) woods were used for A. punctatum larvae (EN 49-1). At the end of the experiment, the mortality rates of the larvae were determined and the size and weights of the surviving larvae were measured.
Main results: F. orientalis and C. libani were found to be the most resistant wood species against H. bajulus larvae while A. nordmanniana was the least resistant. All tropical wood species and oak and maple from domestic wood species showed 100% mortality rate therefore found to be the most resistant against A. punctatum larvae. The most vulnerable wood species was found to be alder with a 35% mortality.
Research highlights: while F. orientalis, C. libani, and P. tremula were found the most resistance wood species against H. bajulus, P. sylvestris and A. nordmanniana were determined as most vulnerable. All tropical wood species and two domestic species (Q. cerris and A. carpinifolium) showed the highest mortality rate as 100%. The least durable domestic wood was determined as alder.
The scribe of ‘Erfurt 7’, a thirteenth-century Torah scroll now kept in Berlin, initially left blank spaces for the divine appellations Elohim ( אלהים ) and YHWH Elohim ( ,(יהוה אלהים which were filled in during a second stage of writing. The appearance of the ink employed to write the appellations was significantly darker than that of the surrounding ink.
X-ray fluorescence analysis (XRF) has shown that the light and dark brown inks had similar elemental compositions, but contained different ratios of iron to potassium, which could be explained by the use of different batches of ink.
According to some medieval sources, the divine appellations were sometimes filled in during a second stage of writing in the presence of ten men from the Jewish community. In Erfurt 7, the two-stage procedure was only performed in the first 1.5 columns of the original sheets, suggesting it may have been part of a public ceremony inaugurating the writing of the divine names in the scroll. Erfurt 7 emerges from this study not only as a ritual object used for liturgy, but as a rallying point for the Jews of Erfurt to come together as a community to express their reverence for the written form of God’s name. The divine name YHWH ( יהוה ) was written in a smaller script than the surrounding text on three replacement sheets using the same two-stage procedure. The ink used on the replacement sheets contained zinc, which is characteristic of other Erfurt manuscripts as well. This suggests that Erfurt was the place where the scroll was used, cherished and eventually repaired.
Microbial communities in the immediate environment of socialized invertebrates can help to suppress pathogens, in part by synthesizing bioactive natural products. Here we characterized the core microbiomes of three termite species (genus Coptotermes) and their nest material to gain more insight into the diversity of termite-associated bacteria.
Sampling a healthy termite colony over time implicated a consolidated and highly stable microbiome, pointing toward the fact that beneficial bacterial phyla play a major role in termite fitness. In contrast, there was a significant shift in the composition of the core microbiome in one nest during a fungal infection, affecting the abundance of wellcharacterized Streptomyces species (phylum Actinobacteria) as well as less-studied bacterial phyla such as Acidobacteria. High-throughput cultivation in microplates was implemented to isolate and identify these less-studied bacterial phylogenetic group.
Amplicon sequencing confirmed that our method maintained the bacterial diversity of the environmental samples, enabling the isolation of novel Acidobacteriaceae and expanding the list of cultivated species to include two strains that may define new species within the genera Terracidiphilus and Acidobacterium.
Surface environment changes of nuclear waste container, mainly including oxygen contents, buffer pore water components and pH under the conditions of “borehole” type and “In-floor” type with bentonite buffer/backfill and concrete buffer were summarized. This summarization provides a basic corrosion environment reference for the corrosion evolution re- search of high-level radioactive waste disposal repository in our country.
Second occurrence of aberrant antenna in house longhorn beetle Hylotrupes bajulus (Coleoptera: Cerambycidae) in the F3 generation. In 2016, the house longhorn beetle (Hylotrupes bajulus) breeding culture of the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) in Berlin produced a second female beetle with a unique malformed right antenna similar to the one previously reported. As in the first case the flagellum following the pedical was bifurcated. This time, however, both branches were of similar length with 7 and 8 flagellomeres, respectively. The left antenna was normally developed with 11 antennal segments (scape, pedicel and 9 flagellomeres). This second female stands as F3-generation in direct maternal line to the previous one. A heritable cause for the malformation is likely.
Wie können industriell synthetisierte Schadstoffe aus einer Stoffklasse quantifiziert werden, deren genauer Umfang unbekannt ist und auf mehrere tausend Verbindungen geschätzt wird? Im Falle der per- und polyfluorierten alkylierten Substanzen (PFAS) stellen sich Wissenschaftler*innen weltweit seit über zehn Jahren diese Frage. Neben der etablierten Methodik der Einzelstoffanalytik (engl. target analytic) existieren Summenparameteranalysen zur Quantifizierung
organisch gebundener fluorierter Verbindungen in Umweltmedien und Konsumprodukten. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) beschäftigen wir uns mit der Weiterentwicklung von Summenparametermethoden am Beispiel von PFAS-belasteten Umweltkompartimenten wie Böden, Klärschlämmen und Gewässerproben sowie PFAS-haltigen Konsumgütern. In diesem Beitrag stellen wir zwei ausgewählte Fallbeispiele vor und diskutieren die Vor- und Nachteile der Methoden im Vergleich zur Einzelstoffanalytik.
A short natural and cultural history of the webbing clothes moth (Tineola bisselliella). It is generally accepted that the natural habitats of most pest insects can be found outside the synanthropic environment in layers of leaf litter, under bark, as well as in rodent or bird nests. Indeed, most of the common fabric pests have been reported as being facultative nidicolous. Therefore, infestation of commodities by pest insects out of these reservoirs is one possibility to be considered. However, the likelihood of a pest´s occurrence and survival outside of the synanthropic habitat largely depends on its ecological potential and competitiveness against other species of the same ecological guild. Some pest species are rarely found in wild habitats, especially in those regions where they are not native and where they have been introduced by man.
The fabric pest Tineola bisselliella serves as a good example. Most likely originating from Central or Southern Africa, this insect was introduced into Europe probably not earlier than the late 18th century. Being more tolerant to dry environments than other fabric pests, its economical importance increased during the 20th century when the indoor climate changed because of central heating systems. Its occurrence in outdoor natural habitats must be regarded as accidental. Reported finds of webbing clothes moth larvae in bird nests e. g. have been largely overstated in the literature. Tineola bisselliella should be regarded as an invasive and eusynanthropic species in most parts of the world.
Die agronomische Effizienz von Düngemitteln wird üblicherweise in Vegetationsversuchen geprüft. Diese erlauben die es, unterschiedliche Kulturpflanzen und deren Strategien der Nährstoffmobilisierung und -aneignung zu betrachten und verschiedene Substrattypen und deren Eigenschaften im Hinblick auf Nährstofffixierung und -freisetzung zu berücksichtigen. 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 in der Regel mit Hilfe standardisierter chemischer Extraktionsmethoden abgeschätzt, deren Durchführung in der deutschen ebenso wie in der europäischen Düngemittelverordnung normiert ist. Diese Methoden werden auch bei der staatlichen Düngemittelverkehrskontrolle genutzt, um zu überprüfen, ob die düngemittelrechtlichen Vorgaben eingehalten werden. Wie jüngere Arbeiten gezeigt haben, ist es jedoch schwierig, herkömmliche Standardextraktionsmethoden auf neue Dünger aus Recyclingmaterialien wie Klärschlamm zu übertragen. 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.