Umwelt-Material-Interaktionen
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The processing of laser-induced periodic surface structures (LIPSS) represents a simple and robust way for the nanostructuring of solids that allows creating a wide range of surface functionalities featuring applications in optics, tribology, medicine, energy technologies, etc. While the currently available laser and scanner technology already allows surface processing rates at the m2/min level, industrial applications of LIPSS are sometimes hampered by the complex interplay between the nanoscale surface topography and the specific surface chemistry. This typically manifests in difficulties to control the processing of LIPSS and in limitations to ensure the long-term stability of the created surface functions. This presentation aims to identify some unsolved scientific problems related to LIPSS, discusses the pending technological limitations, and sketches the current state of theoretical modelling. Hereby, it is intended to stimulate further research and developments in the field of LIPSS for overcoming these limitations and for supporting the transfer of the LIPSS technology into industry.
Bisphenol A (BPA), a monomer commonly used to manufacture polycarbonate plastic products and the epoxy resins that line metal cans, has resulted in an increased human exposure because both products come in contact with food and beverages. Since BPA is an endocrine disruptor excessive exposure could affect human reproductive function. In response, various countries have adopted a range of measures, from voluntary reductions to outright bans of BPA in some products, mostly in baby bottles and containers for canned foods. Pregnancy-test like strips in combination with hand-held readers provide a simple and versatile tool to determine the presence of bisphenol A quantitatively, making it a very attractive analytical approach especially for on-site applications at critical points, such as environmental analysis, consumer protection, and materials testing.
The common characterization and identification of pollen is a time-consuming task that mainly relies on microscopic determination of the genus-specific pollen morphology. A variety of spectroscopic and spectrometric approaches have been proposed to develop a fast and reliable pollen identification using specific molecular information. Amongst them, matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) shows a high potential for the successful investigation of such complex biological samples. Based on optimized MALDI sample preparation using conductive carbon tape, the application of multivariate statistics (e.g. principal components analysis, PCA) yields an enormous improvement concerning taxonomic classification of pollen species compared to common microscopic techniques.
Since multivariate evaluation of the recorded mass spectra is of vital importance for classification, it’s helpful to implement the applied sequence of standard Matlab functions into a graphical user interface (GUI). In this presentation, a stand-alone application (GUI) is shown, which provides multiple functions to perform fast multivariate analysis on multiple datasets. The use of a GUI enables a first overview on the measured dataset, conducts spectral pretreatment and can give classification information based on HCA and PCA evaluation. Moreover, it can be used to improve fast spectral classification and supports the development of a simple routine method to identify pollen based on mass spectrometry.
Engineered nanomaterials (NM) with their large surface-to-volume ratios and their for some materials observed size-dependent functional properties are of increasing relevance for current and future developments in various fields such as medical and pharmaceutical industry, computing and electronics or food and consumer products. The performance and safety of NM are determined by the sum of their intrinsic physicochemical properties. Especially, the particle surface chemistry, which is largely controlled by the chemical nature and density of functional groups (FG) and ligands, is an important key driver for NM performance, stability, and processibility as well as the interaction of NM with the environment. Thus, methods for FG quantification can foster the sustainable development of functional and safe(r) NM.
Aiming at the development of simple, versatile, and multimodal tools for the quantification of many bioanalytically relevant FG and ligands, we investigated and compared various analytical methods commonly used for FG quantification. This includes electrochemical titration methods, dye-based optical assays, and other instrumental analytical techniques such as nuclear magnetic resonance and thermal analysis methods.
The potential of our multimodal approach for FG quantification was demonstrated for commercial and custom-made polymeric and silica particles of varying FG, used as optical pH sensors. In the future, our strategy can contribute to establish multi-method characterization strategies to provide a more detailed picture of the structure-properties relationship.
Nowadays amorphous silica nanoparticles (SiO2-NP) are one of the most abundant engineered nanomaterials, that are highly stable and can be easily produced on a large scale at low cost. Surface functionalized SiO2-NP are of great interest in the life and material sciences, as they can be used e.g. as
drug carriers, fluorescent sensors, and multimodal labels in bioanalytical assays and imaging applications. Their performance in such applications depends not only on particle size, size distribution, and morphology, but also on surface chemistry, i.e. the total number of surface functional groups (FG)
and the number of FG accessible for subsequent functionalization with ligands or biomolecules, which in turn determines surface charge, colloidal stability, biocompatibility, and toxicity. Aiming at the development of simple, versatile, and multimodal tools for the quantification of many bioanalytically relevant FG and ligands, we investigated and compared various analytical methods commonly used for FG quantification. This includes electrochemical titration methods, dye-based optical assays, and other instrumental analytical techniques such as nuclear magnetic resonance and thermal analysis methods.
The potential of our multimodal approach for FG quantification was demonstrated for commercial and custom-made silica particles of varying FG, showing not only an influence of the synthesis methods on the number of FG but also on the performance. In the future, our strategy can contribute to establish multi-method characterization strategies to provide a more detailed picture of the structure-properties relationship.
A new approach towards performance-related design and scientific evaluation of joint sealing systems
(2020)
While there is a permanent improvement of concrete pavement mixtures and pavement construction types over the last decades, the state-of-the-art joint sealing materials and joint constructions seem to stagnate on an antiquated empirical level. This status has been reaffirmed in the latest European standard.
The consequences in the motorway network due to unsatisfying capability and durability of joint sealing systems are unacceptable. In addition, inadequate traffic performance (noise emissions, roll-over comfort) and traffic safety losses in the joint area of concrete pavements are existing challenges. These deficits and weaknesses reflect a demand for joint sealing materials and constructions whose approval requirements take functional aspects into account. Furthermore a sufficient analysis of decisive loads and a practice-oriented method to evaluate the requirements towards performance and durability is still missed.
In this contribution decisive loads to German highways are analyzed. The design of test specimen for representative functional testing of joint sealing systems is discussed. The focus is on the geometry of the test specimens and the used concrete mixture. Finally, a new approach for a function-orientated test concept that considers representative load functions is presented. The potential of this approach to validate the durability and capability of various joint sealing systems is also presented using an example.
A process spectroscopic approach for the monitoring of microplastics in environmental samples
(2018)
The potential of Raman and NIR process-spectroscopic as a rapid approach for the estimation of microplastics (MP) in soil matrix were tested. For this purpose, artificial MP/soil mixture samples consisting of standard soils or sand with defined ratios of MP (0,5 – 10 mass% polymer) from polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) and polyethylene terephthalate (PET) were prepared. MP particles with diameters < 2 mm and < 125 µm were obtained from industrial polymer pellets after cryo-milling. Spectra of these mixtures were collected by (i) a process FT-NIR spectrometer equipped with a reflection probe, (ii) by a cw-process Raman spectrometer and (iii) by a time-gated Raman spectrometer using fiber-optic probes. The evaluation of process-spectra was performed by chemometric methods. Whereas MP could be detected by Raman spectroscopy in coastal sand at 0.5 mass%, in standard soil detection of MP was limited to 10 – 5 mass% with the large fraction, but samples containing particles of the 125µm mass-fraction yielded no positive result at all. One reason for the lacking sensitivity could be fluorescence by soil organic matter and thus, in a next test time-gated Raman spectroscopy was applied. However, although being indeed more sensitive to the small particles this method failed at MP < 5 mass% indicating that fluorescence was not the major problem. Finally, FT-NIR was tested. Depending on the polymer, MP contents of 0,5 or 1 mass%, respectively, could be detected in standard soils and polymers identified. Furthermore, this approach could be used for the investigation of mixtures of up to four polymers and in real-world samples from bio-waste fermenter residues.
It is of high priority to capture the extent of microplastics (MP) contamination for understanding its impact and consequences to our environment. However, due to a lack of standardized methods, MP analysis as well as its quality assurance, is still a challenge. The thermal extraction desorption-gas chromatography/-mass spectrometry (TED-GC/MS) as a novel innovative thermoanalytic method can detect MP particles in environmental samples based on their decomposition products. According to MP analysis, a distinctively larger polyethylene (PE) content in comparison to other synthetic polymers was detected in environmental samples. Various substances within the matrix which have a similar molecular structure to PE, like fats and oils, might interfere with its marker and lead to an overestimation. In this investigation an automated extraction method, the accelerated solvent extraction (ASE), is introduced as quality control tool before TED-GC/MS measurement. Thereby, not the extract like usually used, but the solid filtrate is analyzed. The aim is to clean the environmental samples from solvent removable compounds which could lead to false positive signals and thus receive a more accurate PE mass. Consequently, a sample mimicking environmental samples with a defined matrix and a known polymer mass was generated. The common polymers polyethylene, polypropylene, polystyrene and styrene-butadiene rubber, used as an indication for tire wear, were added to the matrix. Different parameters for ASE extraction were varied such as different solvents, filters and purge time. Finally, a PE recovery rate of 91 % after extraction could be reached.
The rational synthesis and use of nanomaterials require the characterization of many different properties, ranging from particle size and size distribution over surface chemistry to more applicationrelevant features like optical, electrochemical, and magnetic properties. In the following, several methods for the characterization of functional groups on nanomaterials, like polymer and silica nanoparticles, semiconductor quantum dots, and lanthanide-based upconversion nanocrystals are presented. Additionally, procedures for the measurement of the key spectroscopic performance parameters of nanomaterials with linear and nonlinear photoluminescence, such as the photoluminescence quantum yield, are presented for the UV/vis/NIR/SWIR.
Interlaboratory studies are common tools for collecting comparable data to implement standards for new materials or testing technologies. In the case of construction materials, these studies form the basis for recommendations and design codes. Depending on the study, the amount of data collected can be enormous, making manual handling and evaluation difficult. On the other hand, the importance of the FAIR (findable, accessible, interoperable, and reusable) principles for scientific data management, published by Wilkinson et al. in 2016, is constantly growing and changing the view on data usage.
The benefits of using data management tools such as data stores/repositories or electronic laboratory notebooks are many. Data is stored in a structured and accessible way (at least within a group) and data loss due to staff turnover is reduced. Tools usually support data publishing and analysis interfaces. In this way, data can be reused years later to generate new knowledge with future insights. On the other hand, there are many challenges in setting up a data repository, such as selecting suitable software tools, defining the data structure, enabling data access, and understanding by others and
ensuring maintenance, among others.
This talk discusses the advantages and challenges of setting up and applying a data repository using the interlaboratory study on the mechanical properties of printed concrete structures carried out in RILEM TC 304-ADC as example. First, the definition of a suitable data structure including all information is discussed. The tool-dependent upload process is then described. Here, the data
management system openBIS (open source software developed by ETH Zurich) is used. Since in most cases an open compute platform allowing access from different organisations is not possible or available due to data protection and maintenance issues, tool-independent export options are discussed and compared. Finally, the different query and analysis possibilities are demonstrated.
Die Präsentation erläutert die Hintergründe der nationalen Anforderungen für die Verwendung von Kunststoffdichtungbahnen in Deponieabdichtungen. Die Beständigkeit wird diskutiert. Anforderungen an das Qualitatsmanagement während der Produktion der Produkte und der Bauphase werden aufgezeigt und die Auswirkungen auf die langzeitige Funktionserfüllung werden beschrieben.
Das Jahr 2020 war vor allen Dingen von der Pandemie geprägt, die alle Bereiche des Lebens und Arbeitens beeinflusst hat und immer noch beeinflusst. Dies hat sich auch auf verschiedene Maßnahmen im Zusammenhang mit zugelassenen Produkten ausgewirkt. In diesem Zusammenhang sollen die Punkte kurz aufgeführt werden. Des Weiteren soll aufgezeigt werden, wie bei der Bearbeitung der Richtlinien, der Zulassungstätigkeit und Beurteilung der Produkte an der BAM und im Fachbeirat vorgegangen wird. Darüber hinaus soll noch einmal kurz auf die Entlassung aus der Nachsorgephase eingegangen werden. Am Ende sollen verschiedene aktuelle Fragestellungen des Fachbeirat aufgezeigt werden.
Im Folgenden soll über aktuelle Diskussionen und Arbeitsschwerpunkte im Fachbeirat der BAM und von der Zulassungsstelle berichtet werden. Es werden Änderungen im Zusammenhang mit der Zulassungsrichtlinie für Kunststoffdichtungsbahnen vorgestellt. Es wird über die aktuelle Diskussion über die Anforderungen z. B. an metallische Sensoren für Dichtungskontrollsysteme berichtet. Änderungen der Fremdprüfung von sogenannten Sandschutzmatten, des Standards zur Qualitätsüberwachung (SQÜ) von Kunststoff Dränelementen (KDE) und der Anpassung der Formulierungen zum Überbau der in Abdichtungen verwendeten Produkte werden aufgezeigt.
Die BAM wurde 2009 u. a. mit der Zulassung von Bewehrungsgittern für den Deponiebau beauftragt. Der Stand von Wissenschaft und Technik bot jedoch keine ausreichende Grundlage, die tatsächlich relevanten Widerstände und die mit diesen Widerständen verbundene Wechselwirkung zwischen Gitter und Boden im Hinblick auf eine mindestens 100-jährige Funktionsdauer realistisch beurteilen zu können. Es wurde daher nur eine vorläufige Zulassungsrichtlinie für diese Produkte erarbeitet. In der Zwischenzeit hat sich ein neuer Kenntnisstand ergeben. Vor diesem Hintergrund hat die AG (Arbeitsgruppe) Geogitter des Fachbeirats der BAM am 26.09.2017 getagt. Es sollen die aktuellen Erkenntnisse und Schlussfolgerungen für die Zulassung in Kürze vorgestellt werden. Die entsprechenden Kapitel beruhen dabei auf einem Arbeitspapier von W.W. Müller und dem Autoren, das der Arbeitsgruppe zur Diskussion vorgelegt wurde.
Weiterhin soll über Entwicklungen in Zusammenhang mit Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) berichtet werden. Die Anforderungen an die Schweißzusätze für das Extrusionsschweißen wurden angepasst. Zudem soll über die aktuelle Diskussion der Schweißbarkeit unterschiedlicher HDPE Materialien informiert werden. Die maßgebliche DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 wird derzeit offenbar so ausgelegt, dass Materialien mit völlig unterschiedlichen Schmelze-Massefließrate miteinander verbunden werden können. Dies steht allerdings im grundlegenden Widerspruch zum Stand der Technik.
Ein Ringversuch ist eine Methode der externen Qualitätssicherung für sowohl Messverfahren als auch die Eignung von Mess- und Prüflaboratorien. Dabei werden möglichst identische Proben mit identischen Verfahren oder mit unterschiedlichen Verfahren untersucht. Die Teilnahme an Ringversuchen ist für alle akkreditierten Laboratorien ein wesentlicher Baustein der institutsinternen und -externen Qualitätssicherung. Je mehr Faktoren Einfluss auf das Endergebnis haben können, desto wichtiger ist es diese Faktoren zu kennen und deren Einflüsse durch weitestgehende Vergleichbarkeit der Messverfahren zu minimieren.
Für die Bewertung von Emissionen aus Bauprodukten haben sich Emissionsmess-kammer-Untersuchungen als Messverfahren etabliert. Um den Geruch auch für Innenraumanwendungen bewertbar zu machen sind in den letzten Jahren erste Normen entstanden (z. B. DIN ISO 16000-28 und VDI 4302-1). Um die Eignung dieser Normen und deren Anwendung zu untersuchen sind seit 2012 nunmehr 3 Ringversuche der BAM auch zum Thema Geruch durchgeführt worden.
Die bislang durchgeführten Ringversuche mit dem Ziel der Geruchsbewertung wiesen Standardabweichungen von ca. 24 bis 30 % um den jeweiligen Mittelwert auf und wiesen somit ähnliche Werte auf, die auch bei den VOC-Vergleichen ermittelt wurden. Diese Entwicklungen werden hier aufgezeigt.
Vor nun 30 Jahren, im Jahre 1989, wurde die erste Zulassung für eine Kunststoffdichtungsbahn (KDB) 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 wurde in einer Sondersitzung des Fachbeirats über die Entlassung aus der Nachsorgephase beim Einsatz von Geokunststoffprodukten in Böschungen diskutiert. Die Unterarbeitsgruppe Fremdüberwachung in der Produktion hat getagt. Darüber hinaus werden Änderungen in den Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Kunststoff-Dränelemente und Geogitter kurz vorgestellt.
Es wird über aktuelle Arbeitsthemen und Entwicklungen im Fachbeirat berichtet. So wurde in einer Sondersitzung des Fachbeirats über die Entlassung aus der Nachsorgephase beim Einsatz von Geokunststoffprodukten in Böschungen diskutiert. Die Unterarbeitsgruppe Fremdüberwachung in der Produktion hat getagt. Darüber hinaus werden Änderungen in den Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Kunststoff-Dränelemente und für die Fremdüberwachung kurz vorgestellt.
Der Fachbeirat kommt bereits seit 13 Jahren in seiner jetzigen Form zusammen, um Zulassungsrichtlinien, weitere Dokumente und fachliche Fragestellungen zu beraten. Die Zeit bringt auch personelle Veränderungen mit sich, darüber wollen wir berichten. Derzeit wird die Zulassungsrichtlinie für Schutzschichten im Fachbeirat und in seiner Arbeitsgruppe Geotextilien und Kunststoff Dränelemente (AG Geotextilien) überarbeitet. Zudem wurde die Zulassungsrichtlinie für Kunststoffdichtungsbahnen auf den aktuellen Stand der Regelsetzung und Normung gebracht. Bestimmte Medien, die hier bei einigen Prüfungen verwendet werden, dürfen nicht mehr in der EU in Verkehr gebracht werden. Hier werden die Hintergründe und Zusammenhänge in Kürze aufgezeigt. Zuletzt wird die Diskussion in Bezug auf den Einsatz von Rezyklaten in den zugelassenen Produkten aufgeführt.
The talk is about microplastics in soil. Some results were presented with mainly state of the art according to microplastics in standardization.
Gypsum (CaSO4∙2H2O), bassanite (CaSO4∙0.5H2O), and anhydrite (CaSO4) are essential evaporite minerals for the evolution of hyper-arid surface environments on Earth and Mars (Voigt et al. 2019; Vaniman et al. 2018). The formation mechanism of especially anhydrite has been a matter of scientific debate for more than a century (van’t Hoff et al. 1903). To date, there exists no model that can reliably predict anhydrite formation at earth’s surface conditions. While thermodynamics favor its formation, it is hardly achieved on laboratory time scales at conditions fitting either the Atacama Desert on Earth, or the surface of Mars (Wehmann et al. 2023). In light of most recent developments (e.g. Stawski et al. 2016), that advocate for a complex, non-classical nucleation mechanism for all calcium sulphates, we present an analysis of natural samples from the Atacama Desert to identify key features that promote the nucleation and growth of anhydrite under planetary surface conditions. Our analyses reveal at least three distinct anhydrite facies, with differing mineralogy and micro- to nano-structures. The facies are (1) aeolian deposits with sub-μm grain sizes, (2) (sub-)surface nodules that formed from aeolian deposits and (3) selenites with secondary anhydrite rims. Possible mechanisms of their formation will be discussed.
Biocides are in contact with soils through direct application and passive leaching from protected materials. Consequently, soil microorganisms are exposed to biocides even though they are not their primary targets. Soil is a large reservoir of microbial diversity and has been hypothesized to be a crucial factor for the evolution and spread of antimicrobial resistance.
Currently, there is little knowledge on how biocides used to protect materials affect the evolution and spread of resistance. Thus, our aim is to investigate the risk for the evolution of biocide resistance and cross-resistance to antibiotics. In addition, we aim to elucidate the affect of biocides on the spread of resistance via horizontal gene transfer (HGT).
In adaptive laboratory evolution experiments we cultured selected model soil microorganism with representative biocides under selection regimes with increasing and stable biocide concentrations followed by antibiotic and biocide cross-resistance determination. Moreover, we investigate if the selected biocides affect the rates of de novo mutations and HGT of plasmids that carry resistance genes among soil microorganism.
Our results show only small increases of biocide resistance during serial transfers under increasing biocide concentrations. One reason for this might be the narrow selective window for biocide resistance due to steep dose-response relationships. Furthermore, our results indicate that a stable low-level biocide regime did not select for high level cross-resistance to antibiotics and other biocides.
Moreover, material preservatives affected the rates of HGT via conjugation and the mutation rates at sub-inhibitory concentrations. The results will enable future risk assessment regarding resistance evolution for biocides used as material preservatives.
In Deutschland fallen aktuell pro Jahr über 5 Mio. Tonnen Hausmüllverbrennungs-aschen (HMVA) an. Eine Verwertung dieser Aschen und Schlacken ist in Deutschland möglich und findet überwiegend im Deponiebau statt. Für die Verwertung sind in der Ersatzbaustoffverordnung Eluatgrenzwerte für Schwermetalle und einige andere Parameter vorgesehen.
Der Umgang mit HMVA könnte durch eine Einstufung als gefährlicher Abfall erschwert werden. Maßgeblich für die Einstufung eines Abfalls als gefährlich oder ungefährlich sind die gefahrenrelevanten Eigenschaften HP 1 bis HP 15 nach Anhang III der Richtlinie 2008/98/EG über Abfälle mit dort festgelegten Konzentrationsgrenzen. Für HMVA ist im Wesentlichen nur der Parameter HP 14 (Ökotoxizität) von Bedeutung. Dafür sind entscheidend die Gehalte an chemischen Verbindungen mit den Gefahrenhinweiscodes (hazard statement code, HSC) H400, H410, H411, H412 und H413. Eine detaillierte Diskussion zu den übrigen Gefahreneigenschaften bei HMVA findet sich in der Literatur. Die Einstufung als gefährlicher Abfall erfolgt nach festgelegten Rechenregeln.
Die BAM bearbeitet ein durch das UBA gefördertes Forschungsprojekt zur Erfassung und Bewertung von Analysedaten zu Aschen und Schlacken aus Abfallverbrennungsanlagen. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen bei der Weiterentwicklung des vorhandenen Konzeptes für eine bundeseinheitlichen Untersuchung und abfallrechtlichen Einordnung von Aschen und Schlacken aus deutschen Abfallverbrennungsanlagen unterstützend herangezogen werden. Im Vortrag werden Verfahren zur quantitativen Bestimmung der einstufungsrelevanten Verbindungen vorgestellt: 1.) der Praxisleitfaden von ITAD und IGAM, 2.) Methode basierend auf der Bioverfügbarkeit und 3.) Methode basierend auf Speziierungsanalyse.
Der Vortrag berichtet über die Auslagerung von Standardproben nach DIN EN ISO 9223 bis 9226 aus Zink, Stahl, Kupfer und Aluminium auf den verschiedenen atmosphärischen Bewitterungsständen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Im Vortrag werden die Masseverluste, Korrosionsgeschwindigkeiten und Korrosivitätskategorien der Standardproben im freibewitterten und überdachten Bereich nach einem Jahr vorgestellt und Unterschiede hinsichtlich der Atmosphärenbedingungen aufgezeigt. Freibewitterte Proben zeigen dabei deutliche Unterschiede hinsichtlich ihres Korrosionsverhaltens im Vergleich zu überdachten Proben. Die ermittelten Korrosivitätskategorien sind sowohl standort- als auch materialspezifisch.
Ausgewählte Ergebnisse des UBA-Vorhabens "Beregnete Bauteile und Bauprodukte: Entwicklungen für Vergabegrundlagen für den Blauen Engel mit Hilfe von Auslaugtest" werden für organische und anorganische Analyten präsentiert. Ein Schwerpunkt ist den Einfluss der verschiedenen Schichten von WDVS-Systemen aufzuzeigen.
Im Vortrag werden Auswaschversuche mit Bauprodukten vorgestellt, die dazu dienen sollen, Bauprodukte mit geringer Auswaschung zu erkennen. Zu verschiedenen Bauprodukten (Lacke für Außenanwendungen, Wärmedämmverbundsystemen, Dachziegel und Dachfolien) werden ausgewählte Ergebnisse vorgestellt. Die Eignung der Auswaschverfahren und die Testergebnisse werden bewertet.
BEMMA steht für Bewertung von Emissionen aus Materialien für Museumsausstattungen. Es ist die Kurzbezeichnung für ein Schema/Verfahren zur Untersuchung und Bewertung flüchtiger organischer Verbindungen aus Werkstoffen, die im mittelbaren Kontakt mit historischen Materialien des Kunst- und Kulturgutes stehen. Ergebnisse der Untersuchungen seit ca. 2010 bis 2017 werden präsentiert und diskutiert.
Mit dem stetigen weltweiten Anstieg der Nachfrage nach Polymerprodukten nimmt auch die potenzielle Menge an Kunststoffabfällen in der Umwelt zu. Problematisch ist, dass viele der wirtschaftlich relevantesten Kunststoffe sehr lange brauchen, um in der Umwelt abzubauen, sich dort akkumulieren und in kritisch betrachtetes Makro- und Mikroplastik zu zerfallen. Auf der Grundlage des Vorsorgeprinzips fordert die Europäische Kommission daher die Entwicklung neuer polymerer Materialien, die diesem Problem der Persistenz entgegenwirken und unter natürlichen Umweltbedingungen schneller abgebaut werden können. 1,2
Um dieses Problem anzusprechen, wurden mittels additiver Fertigung Polymerblends aus photooxidationsempfindlichem Polystyrol (PS) und hydrolyseempfindlicher Polymilchsäure (PLA) hergestellt. Die Hypothese war, dass sich die beiden Thermoplaste aufgrund ihrer unterschiedlichen Abbauprozesse gegenseitig in ihrem Abbau unterstützen, wenn sie unter moderaten, realitätsnahen Umweltalterungsbedingungen (45 °C) abwechselnd der Photooxidation und Hydrolyse ausgesetzt werden.
In der Praxis zeigten die Ergebnisse, dass die Degradation von PLA durch die Anwesenheit von PS deutlich beschleunigt worden ist – wohingegen die Degradation von PS gehemmt wurde. In diesem Vortrag werden die detaillierten Ergebnisse der Oberflächen- (ATR-FTIR, REM) und Bulk-Analysen (DSC, TGA, FTIR-Transmission, TED-GC/MS) der Blends sowie ergänzende Mikroplastik-Ergebnisse des umgebenden Wassermediums (TED-GC/MS) erörtert.
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.
SRB are environmentally and industrially important microorganisms. The disadvantage of their metabolic activity (e.g. sulfate reduction) results in the formation of toxic sulfide that leads to microbial influenced corrosion. SRB have been responsible for biocorrosion of ferrous metal. One of mitigation strategy is the use of biocides. However, it has been shown that various bacteria develop antimicrobial resistance due to excessive use of biocides. Thus, a deeper understanding of the evolution of biocide resistance of SRB is necessary. Three commonly used biocides, THPS, BAC, and GLUT were applied to investigate the susceptibility of Desulfovibrio alaskensis G20.The minimum inhibitory and bactericidal concentration and the killing kinetics of the three biocides was determined. These results will be used to conduct evolution experiments to determine the evolution of resistance towards biocides of SRBs. The outcome of this work can be helpful to improve the management of MIC treatments.
Antimicrobial resistance (AMR) is a global health problem with the environment being an important compartment for the evolution, selection and transmission of AMR. These processes are impacted by pollution with antibiotics. However, biocides used as disinfectants and material preservatives are major pollutants by far excceding the market for antibiotics in terms of mass. Our work shows that biocides have the potential to affect evolutionary processes towards AMR by increasing the rates of de-novo mutation and conjugation. These effects depend on the species and biocidal substance. Importantly, chlorhexidine and quaternary ammonium compounds (QACs) affect rates of mutation and conjugation at environmentally relevant concentrations in E. coli. Moreover, our results show a connection between the RpoS-mediated general stress and the RecA-linked SOS response with increased rates of mutation and conjugation, but not for all biocides. Furthermore, our work highlights the potential of biocides to contribute to selection and transmission of AMR. We show that the application of biocides, especially QAC disinfectants, leads to the rapid evolution of tolerance (i.e. increased survival) in adaptive laboratory evolution (ALE) experiments. The evolved tolerant strains have a selective advantage in the presence of environmentally-relevant concentrations of antibiotics, which could lead to the stabilization of biocide tolerance in environments where biocides and antibiotics co-occur (e.g. wastewater, animal stables). ALE experiments with biocide tolerant strains indicate a decreased evolvability of resistance to antibiotics. Taken together, our work shows the importance of assessing the contribution of biocides on evolution, selection and transmission of AMR in the environment.
In recent years, the demand for new and sustainable products has been constantly rising. Especially cementitious materials are known for their high carbon footprint and novel approaches will be needed to counterbalance that. The BAM departments 7.1 (building materials) and 4.0 (Material and the environment) try to improve the sustainability of concrete panels by establishing a biofilm on the weather protection layer. Using an ultra-high-performance-concrete allows the production of very thin facade tiles with a small carbon footprint. Furthermore, the durability of these tiles is expected to surpass the one of “normal” concrete facades and offer the possibility of modular renewing of defective tiles instead of a wall, or even remodeling a whole building. The controlled application of biofilms on facades aims to improve biodiversity, microclimate, and air quality in cities. Furthermore, the greening of typically gray surfaces could improve the mental health of the residents. The project focuses on testing a multiplicity of concrete samples, varying e.g., in roughness or pH. The bioreceptivity is analyzed via laboratory tests, as well as in perennial outdoor experiments.
Der Vortrag fasst den aktuellen Stand der Forschung an der BAM zum Thema "Biorezeptive Betonfassaden" zusammen. Während im Projekt Funktionsbeton der Einfluss der Textur von ultrahochfestem Beton auf die Biorezeptivität im Vordergrund steht, wird im Projekt Algenbiofilmfassade untersucht, inwieweit ein Biofilm künstlich auf Betonsubstraten etabliert werden kann.
Human-made systems, also called “build environment” or “technosphere”, sustain human comfort as well as our industrial activities. These systems have become particularly widespread since the Industrial Revolution, i.e., since the 17th century. At the same time, these technical systems – buildings, monuments, energy production, transformation and transmission, water purification and supply systems - serve as new habitats for living organisms.
Life is ubiquitously present on our planet since a very long time: the Earth is 4.54 billion years old and microbial communities have played a key role on our planet for 3.7 billion years. Once human-made system appeared, microorganisms became an integral part of all types of technosphere infrastructure as well.
Here we will illustrate biosphere-technosphere interactions using a specific example of the black fungi and their impact on the efficiency of solar (photovoltaic) panels. This expanding renewable infrastructure for electricity generation is growing on all continents - and create a specific, arid habitat for stress-tolerant black fungi.
Black fungi were once discovered in hot and cold natural deserts – and now belong to the persistent colonisers of human-made deserts of solar parks. This new niche is evolving an impressive biodiversity. So far more than 60 isolates of black fungi belonging to Arthoniomycetes, Eurotiomycetes and Dothideomycetes were obtained from solar panels in Europe and Americas. Here we will present the analysis of this emerging anthropogenic biodiversity.
Opportunities for future research in the field include quantification of the microbial load on technosphere surfaces – along with characterisation of the corresponding microbial diversity. The strategy of precise measurement and characterisation will enable us to reliably determine the beneficial and harmful functions that living microorganisms play in the functioning of energy-generating systems – and technosphere in general.
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.
In addition to previously reported results on the accelerated weathering of polystyrene samples (PS) containing 1 wt.% hexabromocyclododecane (HBCD), we present the first results of our investigations of polypropylene samples (PP) containing 0.1 wt.% BDE-209. All studied polymer samples were exposed to a defined weathering schedule in a climate chamber in accordance to regulation EN ISO 4892-3:2006. For the determination of BDE-209 in the collected raining water the samples were prepared in accordance to a validated protocol. Before the analyses each sample was spiked with isotopically labeled BDE-209. Subsequently the samples were extracted with isooctane. The obtained extracts were concentrated, and the resulting solutions were analyzed by GC/MS. Additionally, the total bromine content was monitored for the weathered and untreated samples using laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) and X-ray fluorescence analysis (XRF) as a non-destructive and rapid method. In general, the resulting data from the accelerated weathering will be compared to those from the natural weathering experiments. Here, the surfaces of the test pieces were analyzed by LA-ICP-MS and XRF as well. Moreover, soil bed tests were conducted in a well characterized model soil. This soil (boulder-clay, sand with 12 % loam, particle size in total 0.2-4 mm) is filled in a free-draining basin inside of an air-conditioned cellar. In this manner, TOC, water capacity and humidity are recorded parameters. To induce a leaching process from the samples by the raining water, the target water content is calculated to 8%. The actual humidity is measured by a tensiometer, assuring the duration of the raining period. A defined humidity is a fundamental parameter for a biological activity in the soil. The test polymers were placed up to the half in the soil. Microbial activity of the soil is monitored by a reference polymer (polyurethane) and should induce the release of HBCD and BDE-209 out of the test materials. These released analytes will be captured by passive samplers (silicone tubes) placed in a distinct distance to the polymer samples in the soil. The soil bed experiments are complementary to the weathering experiments due to the biological activity in the soil.
Deutschland befindet sich inmitten eines umfassenden Transformationsprozesses hin zu einer klimaneutralen und nachhaltigen Wirtschaft und Gesellschaft. Sowohl das Erreichen der Klimaziele als auch die Anpassung an die Folgen des Klimawandels fordern ein rasches, bestimmtes und gleichzeitiges Handeln in vielen Sektoren und Lebensbereichen.
Normen und Standards können einen wichtigen Beitrag zum Erreichen dieser Ziele leisten. So haben Normungsorganisationen weltweit mit der ISO London Declarationeinen Pakt zur Unterstützung des Klimas geschlossen. Das bestehende Normenwerk muss auf Klimawandel-Tauglichkeit überprüft und eine Überarbeitung angestoßen werden.
Der Klimawandel als Querschnittsthema betrifft alle Wirtschaftszweige, und daher bieten DIN, DKE und VDI mit dieser durch Impulsvorträge eingeleiteten Diskussionsreihe eine Plattform zum Austausch über Normung als Werkzeug zum Thema Klima mit allen Akteuren.
Im Rahmen des Vortrages wurde ein kurzer kurzer Einstieg in die Circular Economy und die Schnittmenge zur Politik, speziell der nationalen und europäischen Rechtssetzung gegeben. Weiter wurde an praktischen Beispielen gezeigt, wie Circular Economy bereits heute durch Normung gelingen kann und wo es Verbesserungsbedarf gibt. Außerdem wurde ein Überblick über bestehende und zukünftige Legislativvorgaben gegeben.
Nanomaterials are present in our everyday life. Paint coats, sunscreens, catalysts and additives for tyres are good examples for the use of such materials in mass-market products. The problem of the safety of nanomaterials is recognized as a problem for health and environment, which lead to the special registration of nanomaterials according to an annex of REACH as of 2020. But a great problem for the risk assessment of nanomaterials that several factors could influence the hazardous nature of them. Additional to composition, crystal structure, size and shape the surface properties of such particles belong to these parameters for risk assesment. The reason for the relevance of the surface is obvious: the smaller the particle, the higher is the share of the surface. Additionally, the surface is the region of the particle which interacts with the surrounding which is another crucial factor for the understanding the effect of a nanomaterial on health and environment. In the OECD Testing Programme on Manufactured Nanomaterials exists consequently an Endpoint 4.30 Surface Chemistry in Chapter 4. PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES. In summary, there is obviously a need for a correlation between surface chemical analytic data and toxicity. To fill in this gap, we present surface analytic results obtained with X-ray photoelectron spectroscopy and Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry and correlate them with cytotoxic data gain by high-throughput screening experiments. It must be noted, that these experiments were done at the same set of titania materials taken from the JRC (Joint Research Centre of the European Union) Nanomaterials Repository. As material TiO2 was chosen due to its widespread use in consumer products, e.g. paint coats and sunscreens. With this new approach a better understanding of the influence of surface properties on the toxicity can be expected leading to a better risk assessment of these materials.