Umwelt-Material-Interaktionen
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- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (42)
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- 4.0 Abteilungsleitung und andere (34)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (32)
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.
(i) Überblick zum aktuellen Stand der Normung und aktuellen Normungsvorhaben im Bereich Ökodesign.
(ii) Vorstellung des Forschungsprojektes (Steigerung der produktbezogenen Energie- und Ressourceneffizienz) vor allem in Hinblick auf Vorhaben die sich auf die Langlebigkeit, Reparierbarkeit und Recyclingfähigkeit.
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.
In dieser Präsentation wurden dem Beirat Umwelt die High-Lights und der weitere Ausblick des Foresight Process MIC vorgestellt. Im Fokus stehen hierbei insbesondere die neu angelaufenen Projekte:
COST Action Euro-MIC
MIC im Endlager
Hydrogen: MIC & Wasserstoffversprödung
Biorezeptivität von Betonoberflächen
Mitigation schwarze Pilze
WIPANO ResTest
Phenotypic heterogeneity in disinfection: sources and consequences for antimicrobial resistance
(2022)
A summary of projects here at BAM which investigate the influence of phenotypic heterogeneity on the outcome of disinfection and the influence on antimicrobial resistance. This presentation was given in the Theory Seminar of the Quantitative and Theoretical Biology group of Prof. Oliver Ebenhöh at HHU Düsseldorf
The role of methanogens in microbiologically influenced corrosion (Mi-MIC) is often neglected, due to 1) low reported corrosion rates and 2) the suspected corrosion product siderite, which is electrically non-conductive. Typically, MIC corrosion studies are carried out using batch cultures, which did not represent the dynamic conditions, i.e. pipeline and provide insufficient information on the overall corrosion potential.
We established a unique approach, a multiport flow column (MFC), to simulate pipeline conditions and obtained 10-times higher corrosion rates than previously published. Our result showed that testing procedures have a large impact on the corrosive potential of methanogens. We found strong indications with a combination of ToF-SIMS, SEM-EDS and FIB-SEM analyses that siderite is not the sole corrosion product. The corrosion layers contain phosphorus, oxygen, magnesium, calcium and iron. To verify and deepen our understanding of Mi-MIC, we are currently studying the influence of other environmental parameters (e.g. pH) on Mi-MIC.
Microbiologically influenced corrosion (MIC) is a now well-known challenge and affects industry, society and infrastructure. For a long time, the impact of methanogen-induced MIC (Mi-MIC) was underestimated. This was mainly due to the rather low published corrosion rates and the presumed corrosion product siderite, which is not electrically conductive. In our laboratory, we were able to show that this trivialization or underestimation of Mi-MIC was due to the nature of the testing. The static systems used so far do not provide environmentally relevant information about the corrosion rate and the corrosion product, especially for methanogens
To further illustrate the importance of the environment on the MIC process, we established a multiport flow column (MFC), to simulate the natural environment. With this method, and in contrast to published results using the static conditions, we obtained ten times higher corrosion rates. We analyzed the corrosion products with a combination of techniques, like ToF-SIMS, SEM-EDS and FIB-SEM, and found strong evidence that siderite is not the sole corrosion product of Mi-MIC. The corrosion layers contain phosphorus, oxygen, magnesium, calcium and iron and lacked on carbon-related species. It is hypothesized that methanogens may have influenced the nucleation process of siderite, converting bicarbonate into carbon dioxide for methanogenesis. This results in increased localized corrosion and reduced siderite formation. To verify and deepen our understanding of Mi-MIC, we are currently studying the influence of additional environmental parameters (e.g. pH, salinity, flow rate etc.) on Mi-MIC and the subsequent impacts on corrosion rates and the corrosion products.
Overall, results of this study will expand the current understanding of MIC from both analytical and mechanistic points of view, thus aiding the development of different mitigation strategies for various industry sectors.
Corrosion is a very expensive and serious problem in the different industry sectors, eg. Petroleum-, On- and off-shore, infrastructure. It is estimated that 20% of all corrosion damage is caused by microorganisms or microbiologically influenced corrosion (MIC). Several microorganisms are known to cause corrosion, including sulfate-reducing bacteria, nitrate-reducing bacteria, methanogens etc. For several years, methanogens were regarded as a mild corroder (~0.065 mm/yr), largely due to a lack of detailed investigation on the corrosion mechanism under real-environment simulated conditions. Resulting in the common belief that siderite, a non-conductive compound, is the sole corrosion product (CP) of methanogen-induced MIC (Mi-MIC).
To simulate natural environmental conditions, we developed and introduced the multiport flow column system (MFC), a multi-sectional corrosion flow-cell. Using the MFC, we obtained ten times higher corrosion rates than previously reported. With a combination of several analytical techniques, such as ToF-SIMS, SEM-EDS and FIB-SEM, we found strong indication that siderite is not the sole corrosion product of Mi-MIC. The corrosion layers contained phosphorus, oxygen, magnesium, calcium and iron. The differences in the CP between static and dynamic environments demonstrated the impact of testing procedures on the corrosive potential of methanogens. To further verify and deepen our understanding of Mi-MIC, we are currently studying the influence of additional environmental parameters (e.g. pH, salinity, flow rate) on Mi-MIC.
Overall, results of this study will expand the current understanding of MIC from both analytical and mechanistic points of view, thus aiding the development of different mitigation strategies for various industry sectors.
Der Fachbereich 7.6 untersucht seit einiger Zeit an Auslagerungsständen auf dem Testgelände in Horstwalde Korrosion im maritimen Bereich. Im Moment läuft das System mit künstlichem Meerwasser und simuliert die Bewitterung von Metallproben unter angenäherten klimatischen Bedingungen ähnlich zum natürlichem Habitat. Im Laufe der Zeit konnte nicht intendierter mikrobieller bewuchs beobachtet werden. Es stellte sich die Frage, welche Mikroorganismen vorlagen und ob diese einen Einfluss auf die Korrosionsuntersuchungen haben könnte. Aus diesem Grund wurden 16S-rRNA Untersuchungen durchgeführt welche alle drei Domänen des Lebens widerspiegeln Bakterien, Archaea und Eukaryoten. Es konnte gezeigt werden, dass über 95% der vorliegenden Biomasse Grünalgen waren, die durch Licht Eintrag in den Container Photosynthese betrieben und dadurch an Biomasse zunahmen. Des weiteren konnten Bakterien detektiert werden, welche in der Regel halophilen und aeroben Habitaten zu finden sind. Allerdings wurden auch Sulfat reduzierende Bakterien (MIC) detektiert, wenn auch in einem geringen prozentualen Anteil. Es muss allerdings Berücksichtigt werden, dass die mikrobielle Zusammensetzung sich im Laufe der Zeit weiter ändern kann. Als Ursprung der Biomasse wird, das künstliche Sediment vermutet. Außerdem wäre es für zukünftige Experiment denkbar, das System mit echtem Sediment aus dem marinen Habitat anzuimpfen.
Der konstruktive Leichtbau erfordert den zunehmenden Einsatz hochfester Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen bis zu 1300 MPa. Um darüber hinaus Schweißzeit, Schweißnahtvolumina und Schweißkosten zu minimieren, kam es zur Entwicklung moderner Lichtbogenprozesse mit erhöhter Abschmelzleistung, wie bspw. dem modifizierten Sprühlichtbogen. Das Schweißen mit modifiziertem Sprühlichtbogen bietet die Möglichkeit, schmalere Nahtfugen bzw. kleinere Nahtöffnungswinkel zu schweißen. Mit zunehmender Festigkeit der Baustähle steigen allerdings die Anforderungen an die schweißtechnische Verarbeitung. Hochfeste Feinkornbaustähle weisen ein erhöhtes Risiko gegenüber der wasserstoffunterstützten Kaltrissbildung auf. Diese Werkstofftrennungen entstehen unter gemeinsamer Wechselwirkung von lokalem risskritischem Gefüge, lokal erhöhter Wasserstoffkonzentration und lokal erhöhter Beanspruchung bzw. Dehnung. Untersuchungen haben gezeigt, dass der Einsatz des modifizierten Sprühlichtbogens in Verbindung mit schmalen Nahtfugen zu erhöhten Wasserstoffkonzentrationen im Schweißgut führt. Die vorliegende Arbeit gibt einen Aufschluss hinsichtlich der Kaltrissempfindlichkeit des vergüteten, hochfesten Feinkornbaustahls S960QL anhand der durchgeführten Kaltrissprüfung mittels selbstbeanspruchenden TEKKEN-Tests. Dazu wurden die Nahtöffnungswinkel der Prüfnähte zwischen 30° (Einsatz des modifizierten Sprühlichtbogens) und 60° (Einsatz des konventionellen Übergangslichtbogens) variiert. Ferner wurde die Wirksamkeit einer Nachwärmprozedur aus der Schweißwärme heraus zur Vermeidung der wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung untersucht. Die Ergebnisse weisen in allen Proben (ohne Nachwärmung) Kerbrisse auf, welche als Kaltrisse identifiziert werden konnten. Durch eine Nachwärmung unmittelbar nach dem Schweißen können diese gänzlich vermieden werden. Das Schweißgut mit modifizierten Sprühlichtbogen weist die höchsten mittleren Wasserstoffkonzentrationen auf. Ferner zeigt das Schweißgut unter reduziertem Nahtöffnungswinkel eine vermehrte Mikrorissbildung auf.