4 Material und Umwelt
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Organisationseinheit der BAM
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- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (93)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (91)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (81)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (75)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (66)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (44)
- 6 Materialchemie (30)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (27)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (16)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (11)
- 1.4 Prozessanalytik (10)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (10)
- 7 Bauwerkssicherheit (10)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (7)
- 1.8 Umweltanalytik (7)
- 5 Werkstofftechnik (7)
- 4.6 Molekulare und angewandte Entomologie (6)
- 7.1 Baustoffe (6)
- 1.2 Biophotonik (5)
- 7.4 Baustofftechnologie (5)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (5)
- 9 Komponentensicherheit (5)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (4)
- 6.3 Strukturanalytik (4)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (4)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (3)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (3)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (3)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (2)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (2)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (2)
- 8.5 Röntgenbildgebung (2)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (1)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (1)
- 5.6 Glas (1)
- 6.7 Materialsynthese und Design (1)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (1)
- 8.3 Thermografische Verfahren (1)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (1)
Eingeladener Vortrag
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Microbiologically influenced corrosion (MIC) of iron is usually attributed to sulfate-reducing microorganisms (SRM) in offshore industries, such as the oil and gas pipelines, due to the high concentrations of sulfate in the seawater. SRM act upon the metal by the reactiveness of hydrogen sulfide (HS-), and by withdrawal of the available electrons (Fe --> Fe2+ + 2e-; E° = -0.47 V) in electrical contact with the metal (EMIC). However, methanogenic archaea can also cause MIC. Because they 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 methanogens, we studied the EMIC methanogenic strains isolated from marine sediments (Methanobacterium-affiliated strain IM1) and crude oil tanks (Methanococcus maripaludis Mic1c10), in an in-house developed flow-through cell to simulate a fluctuating environment. A co-culture of M. maripaludis and D. alaskensis was also established to study the effect of syntrophic growth on metal corrosion that may occur in industrial pipelines. Results indicate that the rates of iron corrosion due to coupled methanogenesis (up to 0.4 mm/yr) are higher to that caused by the marine SRM Desulfovibrio alaskensis (0.15 mm/yr). Surface analyses of the metal showed severe pitting with high methane production. Genomic analysis of the EMIC methanogen M. maripaludis Mic1c10 will provide an insight on the mechanisms of MIC. 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.
OECD test guideline on particle size and size distribution: Comparability of measurement results
(2019)
OECD-Prüfrichtlinien werden weltweit für regulatorische Zwecke angewandt, da sie eine harmonisierte und über internationale Ringversuche validierte Vorschrift zur Analyse vorgeben. Die bestehende Prüfrichtlinie TG 110 zur Größencharakterisierung von Partikeln und Fasern ist für viele Methoden und Materialklassen nicht geeignet, weswegen es Bedarf an einer Neuentwicklung gibt. Im Fokus der neuen TG steht die reproduzierbare und vergleichbare Anwendung von Methoden zur Bestimmung von Partikelgröße sowie Größenverteilung annährend sphärischer und faserförmiger Nanomaterialien im Bereich 1-1000 nm. Berücksichtigt werden die häufig angewandten Methoden zur Größencharakterisierung mit ihren unterschiedlichen physikalisch-technischen Limitierungen und die Bestimmung unterschiedlicher Durchmesser (hydrodynamischer, Feret…). Weiterhin sind materialspezifische Einflüsse durch die Partikel sowie das Messmedium zu berücksichtigen. Jede der Methoden soll unter Berücksichtigung von ISO-Standards und den materialspezifischen Limitierungen in der neuen Prüfrichtlinie beschrieben und über einen Ringversuch validiert werden.
The presented Humboldt Codices are from the early colonial period of Mexico and originate from different localities
1. typical indigen colors and mixtures:
cochineal (red), indigo (blue and green), carbon (black),
mangle, zacatlaxcalli, organic (brown, yellow)- critical!
2. colonial influence:
iron gall ink for writing
3. single fragments belong together:
are cut (fragments IX-XII),
from Mizquahuala distributed (VII, XIII, XIV, [XV]) (VII, XIII in Mexico, XIV in Paris)
Techialoyan/ Central Mexico
MsAmer7 shows limited colors:
ochre (yellow, brown red, rose)
indigo (blue, green, greyblue+?)
cerussite + chalk (white)
organic ink for writing (brown)
Los códices de Mizquiahualla
MsAmer1 frag VII, XIII (XIV, XV) muestran:
- colores indigenes: cochinilla (rojo), indigo (verde, azul), carbón (negro), zacatlaxcalli (amarillo)
- papel indigen (amate)
- pintura con líneas perfil en negro, pintado antes y después de la coloración
- influencía colonial: escritura en tinta hierro- gálica (1571, 1569)
Los Códices Humboldt, que proceden de la época colonial de Mexico, muestran:
1. colores indígenas típicos y sus mezclas:
cochinilla (rojo), índigo/ Azul Maya (azul y verde), carbón (negro),
zacatlaxcalli, mangle, colores orgánicos (amarillo)
2. influencia colonial:
tinta hierro- gálico para escribir
3. fragmentos distribuidos y cortados:
partes singulares forman parte de otros fragmentos dentro de la colección
(y en otras colecciones?)
The mayor part of the Berlin collection `Manuscripta Americana´ consists of documents compiled by Alexander von Humboldt. The diversity of the written fragments and their shape presume few accordance concerning purpose, place or time of production. Even before the papers came to Berlin, manuscripts were copied, divided and collected by famous scholars also in Mexico. Back in Europe, Humboldt visited further collections and published the detected hieroglyphic writings altogether with cultural objects and landscapes in the book `Vues des Cordillères et Monuments des Peuples Indigènes de l`Amerique, voyage de Humboldt et Bonpland´, labelled corresponding to the cultural background.
By scientific and culture historical analyses, the Humboldt codices are revised and related to each other and others. In especial, the compilation of fragments shown on plate 36 in the book is looked at more closely. Whereas most of the plates represent only one sheet of painted amate paper, here segments with details of seven fragments are put together. It is tried to comprehend why these pieces are on one plate.
To find out a common feature of the documents, their content and represented form are compared. A correlation between some pieces is obvious and thus is also expected in the manufacture of the codices, in the kind of material used. For this the inks and colors are determined by scientific analysis including XRF-, Raman-, FTIR- and VIS- spectroscopy. Special material is detected and related to results of former analysis of codices written during the colonial period of America. Herewith a clear cultural assignment of the manuscripts is performed.
A relation of the fragments represented on plate 36 among each other and to other codices of the collection Manuscripta Americana in Berlin is discussed. Also, if the manuscripts are unique `originals´ or represent fragments of documents, whose corresponding pieces maybe found- in the best case- incorporated in other collections. We detected, that at least two of them can be put into relation to similar manuscripts deposited in Mexico. Further material analysis should clarify, if the corresponding pieces are identical- from one document, or if one of them is a copy. Herewith an approximation to authenticity features and history is issued.
Dieser Vortrag beschreibt die Entwicklung eines neuen chemischen Verfahrens, das in einem Kooperationsprojekt zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Ferro Duo GmbH entwickelt wird. Mit dem entwickelten Verfahren soll es ermöglicht werden, schwermetallhaltige Filterstäube und -schlämme, die als Abfälle während der Produktion von Roheisen und Rohstahl anfallen und die derzeit größtenteils deponiert werden, zu recyceln und die darin enthaltenen Wertstoffe (v.a. Eisen, Kohlenstoff und Zink) wieder in den Rohstoffkreislauf zurückzugeben. Dies wird durch eine Chlorierung der in den Filterstäuben und -schlämmen enthaltenen Schwermetalloxiden erreicht, die bei Temperaturen zwischen 650 und 1100 °C in Form von Schwermetallchloriden verdampft und so selektiv separiert werden. Erste experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Gehalte an Schwermetallen wie Zink, Blei und Cadmium um bis zu 99,7% reduziert werden können und die thermochemisch behandelten Filterstäube und -schlämme durch das Verfahren in sekundäre Rohstoffe für die Roheisenproduktion umgewandelt werden können.
Vor nun 30 Jahren im Jahre 1989 wurde die erste Zulassung für eine Kunststoffdichtungsbahn von der BAM auf der Grundlage des „Niedersächsischen Dichtungserlasses“ erteilt. Vor ungefähr 10 Jahren wurde die BAM mit dem Erscheinen der Deponieverordnung (DepV) mit der Zulassung von Geokunststoffen, Polymeren und Dichtungskontrollsystemen beauftragt. Wir möchten dies zum Anlass nehmen, an dieser Stelle den viele ehrenamtlichen Experten des Fachbeirats und seiner Arbeitsgruppen für ihren Einsatz und die Unterstützung zu danken.
Darüber hinaus soll über aktuelle Arbeitsthemen und Entwicklungen im Fachbeirat berichtet werden. So soll in einer Sondersitzung des Fachbeirats über die Entlassung aus der Nachsorgephase beim Einsatz von Geokunststoffprodukten in Böschungen diskutiert werden. Es ist geplant, in einer Unterarbeitsgruppe eine Sitzung über die Fremdüber¬wachung in der Produktion abzuhalten. Darüber hinaus werden Änderungen in den Zulassungsrichtlinien für Kunststoff Dichtungsbahnen und Kunststoff Dränelemente kurz vorgestellt. In der Zwischenzeit wurde auch die abschließende Zulassungsrichtlinie für Geogitter verabschiedet. Neue Fragestellungen sind hier entstanden. Unter welchen Voraussetzungen können Geogitter in Zwischenabdichtungen eingesetzt werden. Bisher können diese Produkte formal nur in Oberflächenabdichtungen eingesetzt werden. Auch auf diese beiden Themen soll im Folgenden in Kürze eingegangen werden.
CFK-Abfälle werden trotz der bestehenden Verfahren zur Rückgewinnung der Carbonfasern zukünftig vermehrt anfallen. Für diese Abfälle wird nach technischen Lösungen der energetischen oder stofflichen Verwertung gesucht. Eine Möglichkeit ist die Nutzung der CFK-Abfälle als Primärkohleersatz im Lichtbogenofen bei der Stahlherstellung.
The termites are a derived eusocial lineage of otherwise non-social cockroaches. Understanding the proximal and ultimate drivers of this major evolutionary transition represents an important goal in biology. One outstanding question concerns the evolution of termite immunity, which is thought to have undergone broad-sweeping adaptations in order to enhance group-level immune protection. To understand the evolutionary origins of termite immunity, we conducted qualitative and quantitative transcriptome analyses along a gradient of sociality. Firstly, we aimed to identify large-scale genetic shifts in immune traits linked to eusociality by comparing immune gene repertoires in solitary and subsocial cockroaches and across a range of eusocial termite lineages. Secondly, we compared the responses of a solitary cockroach, a subsocial wood-roach and different castes of a lower termite species to a non-specific immune challenge, in order to understand how sociality may have influenced the evolution of immune gene regulation. Firstly, we found that termites have a broadly representative repertoire of canonical immune genes as compared to gregarious cockroaches and subsocial wood-roaches. Secondly, with respect to immune challenge, the solitary cockroach and the subsocial wood-roach displayed a similarly comprehensive induced response, while the termite response was considerably dampened by comparison and strongly influenced by caste; with reproductives displaying a generally higher constitutive level of immune-gene expression compared to sterile castes. In summary we did not find termite eusociality to be associated with significant changes in immune gene diversity, but rather to be linked with significant modifications to the regulation of immunity following the origin of division of labour.
Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz, die jeweils mit polybromierten Flammschutzmitteln (PBFSM) versehen sind. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Auch soll mit Hilfe der RFA und der LA-ICP-MS die Abreicherung der PBFSM in den Modellmaterialien beschrieben werden. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden.
Our understanding of RNA viruses from edible insects is minimal at best, with studies largely focusing on model insect species and those associated with obvious signs of disease. This represents a considerable gap in understanding, given the growing role of insects as a source of food and feed, as well as the more general relevance of insects in agriculture and health. Illness due to entomophagy is rare but well documented, including fatal cases following the consumption of termites. Termites are eaten commonly in tropical Asia, Africa and South America, and are among the insects with the highest recorded fat content. There are many species of termites, with a wide range of diets and habitats centering around the consumption of wood and soil substrates. In this study, we report the results from a survey of more than 30 cockroach and termite transcriptomes, with the aim of understanding the diversity and evolution of RNA viruses as well as other potentially pathogenic organisms that are associated with this relevant but somewhat overlooked group of insects. We discuss our results in the context of the possible zoonotic risk posed by insects, as well as in the context of emerging viral and other disease threats that may face insects being reared at industrial scales.
Technical advances in the study of molecular evolution have crystallized the fundamental insight that many bee pathogens evolve and adapt over timescales that overlap with host ecology. At the same time, the role played by bee host community ecology is increasingly being appreciated in host-parasite interactions. Here, we focus on Deformed wing virus (DWV) and present recent studies exploring the link between virulence, DWV genetic diversity and changes to host ecology - namely the arrival of an invasive ectoparasite, the Varroa destructor mite, which vectors viruses between honeybees. Specifically, we show how V. destructor may have created conditions for the emergence of more virulent strains of DWV in the western honeybee, Apis mellifera. We present a molecule-to-ecology framework to help interpret findings and to guide future hypotheses, emphasizing the role of molecular interactions between viruses and host immunity as drivers of change at the bee population level.
Bee populations have declined significantly in recent years and this is thought to be attributable at least in part to the (re-)emergence of viruses. These viruses are predominantly positive single stranded (+ss) RNA viruses belonging to the Picornavirales. Managed honeybees are often infested with the invasive mite, Varroa destructor, which vectors RNA viruses including Deformed wing virus (DWV, family Iflaviridae): a leading culprit of colony losses. Many bee viruses have been sequenced and structural features are now available for viruses such as DWV. DWV consists of at least 3 distinct genotypes, two of which have been shown to be differentially virulent in honeybees. Molecular studies have demonstrated that DWV has a mean evolutionary rate of 1.35 x 10-3 per site per year. For such viruses – in contrast to their eukaryotic hosts – ecological and evolutionary timescales significantly overlap. This rapid evolution allows RNA viruses to adapt quickly to novel host environments with recombination representing an additional key source of genetic variation. Interestingly, recombination between genotypes of DWV has recently been shown to be a common occurrence in honeybees. A challenge has been to develop bioinformatics tools that can accurately reconstruct viral haplotypes – including recombinants – from heterogenous high-throughput sequence data.
The impact of blood-to-blood Varroa destructor transmission on virus evolution represents an important question in bee virus research. Due to the nature of the V. destructor life cycle, predictions can be made about the potential impact of the mite on virus virulence evolution. Specifically, the developing honeybee host pupa should remain alive until close to the completion of metamorphosis to provide sufficient time for successful mite reproduction, including offspring mating. For optimal transmission, any virus found in a mature and mated daughter mite will hold a significant selective advantage over a virus found in an immature or unmated daughter mite – placing a cost on virus virulence that impacts honeybee pupae before mites can mate. On the other side, viruses replicating too slowly and with delayed virulence effects will hold a selective handicap because fewer transmission units will be found in mated mites. I have hypothesized that the evolution of virus virulence shifted following the arrival of V. destructor, with viruses, including recombinants and/or specific viral genotypes being selected for a level of virulence in pupae (and likely also in adults) that maximises R0, which represents the basic reproductive number of the virus in the host population. R0 is defined by the number of subsequent infections caused by a single infection and it must be greater than 1 for an infection to spread in a population. It is enhanced by maximising the number of transmission units passed to uninfected susceptible vectors, and ultimately hosts (Figure 1).
Honeybee viruses are also shared with sympatric wild bees and viral prevalence and sequence data indicate frequent virus transmission between managed and wild bee species. In addition to infecting the western honeybee (Apis mellifera), DWV can infect other Asian honeybee species such as Apis ceranae. Outside of honeybees, DWV has been found widely in bumblebees, including solitary bees and wasps and there is evidence that it can actively replicate in several Bombus and solitary bee species. Whether the arrival of the V. destructor mite in A. mellifera has driven viral emergence in non-Apis bees is a target of ongoing research.
A new sewage sludge ordinance was set in force in Germany in 2017 that makes phosphorus recovery from sewage sludge mandatory. The technological possibilities for P-recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ash were presented.
The Cairo Geniza is an “archive” discovered in the 19th century in Ben Ezra Synagogue in Fustat, a district in Old Cairo (Egypt). The collection of mostly Jewish documents that vary in genres, languages and writing supports contains a large number of early medieval Hebrew manuscripts.
The Geniza provides sources for the literary, linguistic, historical studies of the various aspects Jewish life. As the documents attest, at least two Jewish communities co-existed in Fustat up to 11th century: a so-called Babylonian and Palestinian. These communities had different leaders, different traditions and lived independently. The differences seem to manifest themselves also in the paleographical, codicological and some material properties of the manuscripts produced by each community.
The aim of this project is to compare the inks used in the Jewish documents depending on different variables: support (paper, parchment), purpose of the manuscript (legal, private, religious), provenance of the scribe. For the determination of the inks type and composition we had to choose non-invasive, non-destructive and portable techniques to analyze the corpus directly on-situ.
The analyses were carried out with a micro-X-ray spectrometer ArtTAX® (Bruker GmbH) and a digital stereomicroscope features built-in LED illumination at 395 nm and 940nm, Dino Lite.
We would like to stress that though the methods of material analysis listed above have been successfully employed in the field of cultural heritage and conservation including ancient and medieval manuscripts they have not yet been used to study fragments from the Cairo Genizah. Therefore, we believe that this research project is a pioneering study that will provide new insights into the history of Hebrew writing materials, their production techniques and materials and, thus, contribute new data to the field of Hebrew paleography.
L'archéométrie est une discipline riche qui peut nous apporter beaucoup d'informations sur l'étude des manuscrits et qui, conjuguée à la paléographie et la codicologie, peut s'apporter un outil précieux pour mieux appréhender les sociétés qui ont produits ces manuscrits.
Nous verrons ici quelques exemples de techniques scientifiques non destructives, principalement appliqués à la Génizah du Caire, appliquées à l'étude des manuscrits.
The technique of painting on the reverse side of a glass panel was rediscovered by German artists at the beginning of the 20th century. They appreciated the impressive gloss, luminosity, and depth of colours in this genre. Compared to stained glass, the distinctive properties of this technique are: (1) the paint is applied “cold”, hence, it doesn’t involve a firing step, (2) reverse paintings on glass are framed and always viewed in reflected light and (3) the reverse paint stratigraphy is different from canvas paintings, starting with the front most layer and ending with the backing layer. In 1908 several artists, including Gabriele Münter, Wassily Kandinsky, Heinrich Campendonk, August Macke and Franz Marc of the “Der Blaue Reiter” (the Blue Rider) collective took an interest in this technique and started to share their interest with other colleagues in Europe. Our pioneering project is tracing this transfer of knowledge by a multidisciplinary approach in terms of art history, paint technology and material science. More than 100 artists and >1000 reverse paintings on glass were identified during the project. This high number of objects clearly points out that this technique was by far more important for modern art than previously assumed. In-situ, non-invasive measurements (XRF, Raman, VIS, DRIFTS) on a well-considered selection of 67 paintings reveal the broad palette of colorants ranging from traditional to experimental. Special attention is paid to the impact of synthetic organic pigments (SOP) in artists palette. Demonstrative examples by W. Kandinsky, L. G. Buchheim and F. Jespers are used to discuss analytical challenges and highlights.
Z02 is one of the three technically supporting projects at the Centre for the Study of Manuscript Cultures (CSMC). In collaboration with the other two service projects, Z01 and Z03, it aims at bridging the gap between humanities and natural sciences and technology. To that purpose, we set up a laboratory with a range of high-end instruments, most of them mobile, allowing thorough non-destructive analysis of manuscripts. In addition to working on constantly improving the laboratory and the methods of analysis, a substantial part of our activities is dedicated to service, by supporting different research projects conducted at the centre. In this talk, we will present our equipment and the possibilities offered by the different techniques available regarding the different kinds of missions: typology and classification of inks, provenance studies, recovery of faded inscriptions and palimpsests, reconstruction of the history of manuscripts, authentication and dating. We will give a brief overview of our past and ongoing activities in the frame of the second phase of the CSMC. Finally, a selection of projects will be presented in greater detail to highlight the possibilities of our laboratory and the diversity of missions which can be carried out.
Environmental sustainability and –stability of Materials concerning the Migration of pollutants
(2018)
MaUS is an acronym for ”Material und Umweltsimulationen“. Plastics are in the focus of environmental politics due to their long-term behaviour and therefore to their persistence. Not only that they appear as visible contaminants in the sea and on the beach, but their unknown behaviour concerning their additives as well as the related transformation products are anxious. Therefore, we wish to establish a certified reference method to provide a method for testing plastics.
Aim of this project is the development of fast motion standard reference methods for testing plastics regarding to their environmental compatibility. To establish these testing methods, we use polystyrene (PS) and polypropylene (PP) with environmental relevant brominated flame retardants, known for their persistent bioaccumulative and toxic (PBT) properties. In case of PS the material contains 1 wt% of 1,2,5,6,9,10-hexabromocyclododecan (HBCD) and in case of PP 0.1 wt% bromodiphenylether (BDE-209), which is known as a substance of very high concern (SVHC). Furthermore, we use polycarbonate (PC), which is still used as material in baby flasks and releases Bisphenol A (BPA), an estrogenic active substance.
As an additional material PTFE is used for its importance as a source for two ubiquitous environmental substances (PFOS and PFOA), whose toxicological effects are still incompletely known.
The focus in this current work is set on the transfer of potential pollutants out of applied materials mentioned above into environmental compartments like water or soil. Here an accelerated aging concept should be developed to shortened time consuming natural processes. For these resulting simulations we use a programmable weathering chamber with dry and wet periods and with high and low temperatures. These programmes run for several weeks and according to a defined sampling schedule we take water samples, run a clean-up procedure by SPE (Molecular imprinted polymers (MiPs) resp. polymer-based cartridges (Waters Oasis HLB)) and analyse them by HPLC-UV resp. LC-MS/MS. Of most interest in case of flame retardants are photocatalytic transformation products. Therefore, we conduct a non-target-screening resp. a suspected target-screening by LC-MS/MS and HRMS.
Gegenstand des Projekts ist die Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polycarbonat, Polytetrafluorethylen, Polystyrol und Polypropylen zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden, die es gestatten, Schnellprüfverfahren zu etablieren, die die Simulation der realen Beanspruchungen im Zeitraffermodell anwendbar machen. Somit sollen standardisierbare Schnellbeanspruchungs-verfahren erarbeitet werden, die als Prüfeinrichtungen etabliert werden und von externen Auftraggebern zur Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von neuen Materialien genutzt werden können. Die Umweltwirkungen (chemisch-physikalisch und mikrobiologisch) sollen so definiert eingesetzt werden, dass eine reproduzierbare Prüfung möglich wird. Aus diesen Verfahren und Methoden sollen Normen abgeleitet werden, die eine standardisierte Materialprüfung ermöglichen.
Gemeiner Nagekäfer und Kleidermotte sind unerwünscht im Museum. Kulturgüter mit Anteilen von Holz, Federn, Wolle, Haare, etc. wie ethnologische oder naturkundliche Sammlungsstücke, aber auch Bilderahmen oder Freilichtmuseen werden von ihnen gerne besucht. Dabei sind es die Jugendstadien (Larven) dieser Insekten, die sich von ungeschützten Exponaten oder Depotstücken, die diese natürlichen Materialien enthalten, ernähren. Die Entwicklung der Larven findet verborgen im Inneren der Materialien statt. Die geflügelten erwachsenen Formen, die sich im freien Raum bewegen, sich fortpflanzen und den Neubefall herbeiführen, treten saisonal sehr begrenzt auf. Eine frühzeitige Detektion der Schädlinge, als erwachsenes Insekt oder als Larve, ist dadurch erschwert. Es gilt folglich deren Präsenz und erste Anzeichen eines Befalls zuverlässig und vor allem frühzeitig feststellen zu können, um geeignete Maßnahmen zum Schutz des Kulturgutes einzuleiten.
Neben dem Wissen um die Materialeigenschaften des Kulturgutes sind umfängliche Kenntnis über die Biologie der Schädlinge, zu ihren grundsätzlichen Lebensansprüchen und insbesondere zum Verhalten, das zum Neubefall führt, wichtig. Die Larvenstadien von Holz- und Textilschädlingen zeichnen sich durch hohe Toleranzen gegenüber extremen Temperaturen und Luftfeuchten aus. Für sie ungünstige Bedingungen können sie sehr lange in Ruhephasen überdauern. Nicht erkannter, versteckter Befall von Materialien sind häufige Infektionsquellen für Neubefall von Sammlungen. Verborgene natürliche Befallsquellen im eigenen Museumssystem spielen bei Neubefall von Exponaten eine größere Rolle als der Zuflug von Schadinsekten aus Reservoiren von außen.
Der Vortrag stellt beispielhaft Lebenszyklen relevanter Schädlingsarten vor und zeigt Möglichkeiten gezielter Interventionen auf, die in ein IPM Konzept einfließen können. Dies umfasst vorbeugende Maßnahmen wie geeignetes Klima in Ausstellungs- und Lagerräumen, das sogenannte Monitorring sowie eine konsequente Quarantäne bis hin zu physikalischen, biologischen oder chemischen Bekämpfungsmaßnahmen.
Ammoniakemissionen in die Umwelt erfolgen insbesondere durch die Landwirtschaft (93,6 %), aber auch durch Verbrennungsprozesse in der die Abfallwirtschaft (2,3 %) und den Straßenverkehr (1,8 %). Dieser Stoff ist selbst in geringen Konzentrationen nicht nur eine Geruchsbelästigung, sondern auch eine Substanz mit ökologischer und klimatischer Relevanz.
Die Bestimmung von Ammoniak in relevanten Konzentrationen von kleiner 25 μg m-3 erfolgt im Allgemeinen über NH4+ als Analyten, spektralfotometrisch oder mit der Ionenchromatographie nach Überführung in die flüssige Phase. Wegen der niedrigen Konzentrationen an Ammoniak in der Außenluft wird meist eine gesammelte Probe verwendet oder die Bestimmung erfolgt nach einer aktiven, anreichernden Probenahme.
Die eigenen Arbeiten sollen dazu beitragen, die Ammoniak-Bestimmung in der Außenluft präziser, sowie schneller und kostengünstiger zu machen.
Die BAM prüfte daher kommerzielle elektrochemische und Metalloxid-basierte Sensoren, die für diesen Konzentrationsbereich aber nur bedingt geeignet sind. Deshalb wurden alternativ eigene Entwicklungen zum Nachweis von Ammoniak im Spurenbereich aufgenommen, wobei der Analyt über die Änderung der Fluoreszenz eines BODIPY-Farbstoffs bei 550 nm mittels eines portablen Fluoreszenz-Sensors direkt aus der Gasphase gemessen wird.
Zur Kalibrierung von Ammoniak-Sensoren und -Messgeräten steht ein stationäres System basierend auf der Mischung von zertifizierten Prüfgasen aus Druckflaschen mit kalibrierten Massendurchfluss-regler (MFC) zur Verfügung. Darüber hinaus erfolgt eine chemische Analyse der verwendeten Gasgemische mittels eines Massenspektrometers.
Für die Kalibrierung und Prüfung von Sensoren und Messgeräten vor Ort wurde ein mobiles Prüfsystem entwickelt. Die Generierung von Ammoniak-haltigen Gasen im Spurenbereich von 0,5 nmol/mol bis 500 nmol/mol erfolgt durch das Permeationsverfahren nach ISO 6145-10.
Für die Realisierung der Rückführbarkeit der Ammoniakbestimmung werden von den Nationalen Metrologischen Instituten sowie designierten Instituten Standards bereitgestellt und auch weiterentwickelt. Die primären metrologischen Standards beruhen auf SI-Einheiten und sind die Basis für eine Rückführbarkeit der Sensoren bzw. Analysengeräte.
Phosphorus (P) plays an essential role in the global food security. However, the global P reservoirs have a statistic lifetime of about 385 years only. Due to the scarcity of P and the increasing world population an efficient and sustainable recycling management is required. A few biogenic waste materials are high in P contents such as sewage sludge and meat and bone meal. Thus, they are suitable for P recycling and fertilizer production. But besides the high P content sewage sludge is often highly contaminated with organic pollutants and toxic heavy metals which have to be eliminated before agricultural field application. In this presentation we show the potential of sewage sludge as secondary resource for fertilizers. This includes our developments in thermochemical processes for the production of novel P-fertilizers from recycled materials. Furthermore, for these novel P-fertilizers common extraction tests to determine the plant-available P are often unusable. Therefore, we successfully applied the Diffusive gradients in thin-films (DGT) techniques to analyse the plant-availability of P-fertilizers from recycled materials.
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.
Seit dem Erscheinen der Deponieverordnung (DepV) bedürfen Geokunststoffe, Polymere und Dichtungskontrollsysteme einer Zulassung durch die BAM, wenn diese in deutschen Deponieabdichtungssystemen eingesetzt werden sollen. Die DepV ermöglicht den Einsatz verschiedener Komponenten. Sie stellt dabei allgemeine Anforderungen an die Geokunststoffprodukte auf. Dadurch beschreibt sie den Stand der Technik für Geokunststoffe, die in deutschen Abdichtungen eingesetzt werden. Diese Anforderungen werden durch die Zulassungsrichtlinien der BAM in konkrete technische Spezifikationen überführt. In dem Beitrag wird eine Übersicht über die Produkte und die entsprechenden Anforderungen gegeben. Zudem soll erläutert werden, durch welche Qualitätsmanagementmaßnahmen eine gleichbleibende Qualität und Funktionserfüllung der Produkte gewährleistet wird.
Geokunststoffe spielen sowohl im internationalen als auch im deutschen Deponiebau eine Schlüsselrolle. Seit dem Erscheinen der Deponieverordnung (DepV) im Jahre 2009 bedürfen Geokunststoffe, Polymere und Dichtungskontrollsysteme einer Zulassung durch die BAM, wenn diese in deutschen Deponieabdichtungssystemen eingesetzt werden sollen. Die DepV stellt dabei allgemeine Anforderungen an die Geokunststoffe und den Zulassungsprozess für die Produkte auf. Geokunststoffe müssen danach ihre Funktion unter allen zu erwartenden äußeren und inneren Einflüssen über einen Zeitraum von mindestens 100 Jahren erfüllen. Dichtungskontrollsysteme müssen ihre Funktion über mindestens 30 Jahre erfüllen. Die Anforderungen der DepV werden durch die Zulassungsrichtlinien der BAM in konkrete technische Anforderungen für die Produkte aber auch für das Qualitätsmanagement und den Einbau etc. überführt. Bei der Erarbeitung der Zulassungsrichtlinien wird die BAM durch einen Fachbeirat, der sich aus Experten aus allen relevanten Bereichen zusammensetzt, beraten. Der Vorsitz des Fachbeirats liegt beim UBA. Es soll eine kurze Übersicht über die Produkte und die wichtigsten Anforderungen gegeben werden. Zudem soll erläutert werden, durch welche Maßnahmen in der Produktion und auf der Deponiebaustelle eine gleichbleibende Qualität der Produkte gewährleistet wird.
Transformation of carbendazim, diuron, octylisothiazolinone and terbutryn was investigated in two paints containing either white titanium dioxide or a red iron oxide pigment.
Test specimens of these coatings on glass were exposed to water contact and UVA-radiation under laboratory conditions. Panels of birch plywood were coated and exposed to natural weather conditions in a field experiment. Concentrations of biocides and transformation products were analysed in leachates from laboratory tests, runoff samples and remaining coatings. Water contact, UVA radiation as well as pigments in the paints affected the pattern and amount of transformation products.
Herstellung neuer Düngemittelausgangsstoffe durch thermochemische Behandlung von Klärschlammaschen
(2018)
Der Fachbereich 4.4 hat zusammen mit der Firma Outotec ein thermochemisches Verfahren im Drehrohrofen entwickelt, um die Phosphorphasen in Klärschlammasche umzuwandeln, damit die behandelten Aschen als Dünger eingesetzt werden können. In dem Vortrag wird das Verfahren erklärt, die Düngewirkung dargestellt und Pilotversuche vorgestellt.
Im Beitrag wurden auf der Basis der Ergebnisse des laufenden UFOPLAN-Forschungsvorhabens „Monitoring zur Verwertung von Bodenmaterial“ die nach BBodSchV anzuwendenden Untersuchungsverfahren bewertet und Probleme bei der Untersuchung von Bodenmaterial insbesondere im Zusammenhang mit der Analyse von PAK im Feststoff und im Eluat aufgezeigt. Dabei wurde der Einfluss der Probenaufbereitung und Probenvorbereitung vor der Analytik berücksichtigt.
Selection of resistance in bacteria grown on antimicrobial surfaces in a multidrug environment
(2018)
Bacterial biofilms are regarded as the most common cause of chronic infections and are often associated with medical devices, such as implants and catheters. Bacteria growing in biofilms produce a protective, extracellular matrix, which enables them to tolerate much higher antimicrobial concentrations than free-living bacteria and survive long enough to acquire antimicrobial resistance. Preventive and therapeutic strategies against biofilm infections in clinical settings commonly involve the application of multiple antimicrobials: antimicrobial coatings on the biomaterials and systemically administered antibiotics. This frequent practice harbors the risk of the development of cross-resistance via shared resistance mechanisms between antimicrobials used in material coatings and administered antibiotics.
Our goal is to determine how population dynamics within biofilms affect the transmission of resistance mutations. Specifically, we want to identify antimicrobial-antibiotic-combinations that select for and against antibiotic resistance in biofilms by following the population dynamics of resistant and susceptible strains in competition assays. Gaining a better understanding about resistance development and spread in persistent biofilm infections will enable us to provide clinical recommendations for improved administration of antibiotics/antimicrobials in combination with medical device materials to mitigate against biofilm associated antimicrobial resistance.
Here, we will discuss our first findings on the effects of combinations of the carbapenem drug meropenem and various antimicrobials.
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.
The characteristics of different molecules chosen as representatives for specific functionalities in conditioning layers play an important role on attachment behavior and later biofilm formation of bacteria. The chemical composition is a major component influencing the attachment but there is a conglomerate of influences.
Die Klinkerphasenbildung durch Sinterung in Drehrohröfen bei der Herstellung von Portlandzementklinker (PZK) ist gründlich erforscht und optimiert. Im Hinblick auf mög-liche ökonomische und ökologische Vorteile befassen sich aktuelle Forschungsvorha-ben darüber hinaus mit der Herstellung von Klinkermineralen aus Stahlwerksschla-cken, die eine vergleichbare chemische Zusammensetzung aufweisen.
Neuste Untersuchungen zeigen, dass nach der reduzierenden Behandlung schmelz-flüssiger Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken und Abscheidung des gebildeten metallischen Eisens eine mineralische Schlacke entsteht, die unabhängig von ihren Abkühlbedin-gungen ca. 50–60 Gew.% des wichtigsten Klinkerminerals Alit (C3S) enthält und eine hohe hydraulische Reaktivität aufweist.
Die Stabilität des Alits auch nach langsamer Abkühlung deutet auf eine Stabilisierung des Minerals durch Nebenelemente aus den LD-Schlacken hin. Ein sinkender Anteil an LD-Schlacke durch Zusatz synthetischer Schlackemischung, die sich hinsichtlich ihrer Hauptkomponenten wie eine ausreduzierte LD-Schlacke zusammensetzt, führt zu einem Rückgang des Alitgehaltes und dem Zerfall der Schlacke beim Erstarren.
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.
Mikroskopische Pilze, die sich schnell auf verfügbaren Oberflächen ausbreiten können und die wir (wenn sie sich ansammeln), auch mit bloßem Auge erkennen können, werden Schimmelpilze genannt. Da diese Organismen verschiedene organische Kohlenstoffverbindungen als Nahrung benutzen, werden sie sich bei wachstumfördernden Feuchtigkeitsbedingungen in Bibliothekbeständen schnell ausbreiten können. Im Vortrag werden Haupteigenschaften aller Pilze, sowie auch aktuelle Methoden der Identifizierung dieser Organismen erörtert.
Benutzung geeigneter Lebendkulturen als Referenzorganismen geben der Materialprüfung und -forschung eine Möglichkeit des reproduzierbaren Experimentierens mit verschiedenen Materialien und Simulation von Bedingungen im Gebrauch. Vorteile unserer Testverfahren sind: (i) Zeitraffung und Kontrollierbarkeit der Umweltparameter; (ii) Benutzung einer naturnahen Vergesellschaftung; iii) gezielte Variationen der Prüfbedingungen im Labor.
Ziel dieser Untersuchungen ist einerseits biogene Schäden an neuen Materialien zu verfolgen und zu modellieren, und damit eine bessere Planungsgrundlage für die Materialentwicklung anzubieten. Andererseits werden mit den Referenzorganismen mikrobiologisch moderne und zeitraffende Techniken angeboten, die neue Behandlungsmethoden oder Pflegeverfahren für die Bestandserhaltung erwarten lassen.
A fundamental question in ecology is how biodiversity affects ecosystem function. Biodiversity is commonly estimated based on genetic variation. We investigated a new approach that defines and measures biodiversity in complex microbial communities. We used the variation in multiple functionally-relevant, phenotypic traits measured in parallel in single cells as a metric for microbial phenotypic diversity. We studied phenotypic diversity and ecosystem functioning throughout different photosynthetic layers dominated by divergent microbial communities in the gradient of Lago di Cadagno. We determined genetic diversity by 16S and 18S amplicon sequencing and bulk ecosystem functioning (photosynthesis). In addition, we determined phenotypic diversity using single-cell technologies such as nanometer-scale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS) correlated with confocal laser scanning microscopy (CLSM) and scanning flow-cytometry. We measured functional trait variation between individuals in 13CO2 fixation, 15NH4+ uptake, and variation in physio-morphological cell traits, such as cell size, shape, and auto-fluorescence for various pigments related to photosynthesis. We used the distances between individuals in a multidimensional trait space to derive phenotypic trait-based diversity indices, such as trait richness, trait evenness, and trait divergence. We find that phenotypic trait divergence associates with ecosystem functioning, whereas genetic diversity does not. Including activity-based, single-cell phenotypic measurements with NanoSIMS provided an additional accuracy to the trait-based diversity assessment and allowed us to formulate hypotheses on the mechanisms that shape the correlation between phenotypic diversity and eco-system function. Together, our results show that phenotypic diversity is a meaningful concept to measure microbial biodiversity and associate it with ecosystem functioning.