Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (47)
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- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (34)
- 2.5 Konformitätsbewertung Explosivstoffe/Pyrotechnik (31)
- 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik (29)
- 5.0 Abteilungsleitung und andere (27)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (26)
- 3.4 Sicherheit von Lagerbehältern (26)
- 2.2 Prozesssimulation (25)
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- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (22)
- 7.7 Modellierung und Simulation (22)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (22)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (21)
- 2.0 Abteilungsleitung und andere (20)
- 1.4 Prozessanalytik (18)
- 1.5 Proteinanalytik (17)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (16)
- 2.3 Einstufung von Gefahrstoffen und -gütern (16)
- 7.2 Ingenieurbau (16)
- 2.4 Prüfung und Bewertung von Explosivstoffen/Pyrotechnik (15)
- 6.4 Materialinformatik (15)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (15)
- 3.3 Sicherheit von Transportbehältern (12)
- 7.0 Abteilungsleitung und andere (10)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (8)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (8)
- S Qualitätsinfrastruktur (8)
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- S.2 Digitalisierung der Qualitätsinfrastruktur (4)
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Paper des Monats
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Monodisperse iron oxide nanoparticles as reference material candidate for particle size measurements
(2020)
In order to utilize and rationally design materials at the nanoscale the reliable characterization of their physico-chemical properties is highly important, especially with respect to the assessment of their environmental or biological impact. Furthermore, the European Commission’s REACH Regulations require the registration of nanomaterials traded in quantities of at least 1 ton. Powders or dispersions where 50% (number distribution) of the constituent particles have sizes ≤ 100 nm in at least one dimension are defined as nanomaterials. This creates a need for industrial manufacturers and research or analytical service facilities to reliably characterize potential nanomaterials. Currently, BAM is developing reference nanoparticles, which shall expand the scarce list of worldwide available nano reference materials certified for particle size distribution and will also target other key parameters like shape, structure, porosity or functional properties. In this respect, materials like iron oxide or titanium dioxide are considered as candidates to complement the already available silica, Au, Ag, and polystyrene reference nanoparticles.
The thermal decomposition of iron oleate precursors in high boiling organic solvents can provide large quantities of iron oxide nanoparticles that can be varied in size and shape.[1, 2] The presence of oleic acid or other hydrophobic ligands as capping agents ensures stable dispersion in nonpolar solvents. Such monodisperse, spherical particles were synthesized at BAM and pre-characterized by electron microscopy (TEM, SEM including the transmission mode STEM-in-SEM) and dynamic light scattering comparing cumulants analysis and frequency power spectrum.
1. REACH regulations and nanosafety concerns create a strong need for nano reference materials with diverse properties.
2. Iron oxide nanoparticles are under development as new candidate reference material at BAM.
3. Narrow particle size distribution confirmed by light scattering and electron microscopy.
Tracking waterborne microplastic (MP) in urban areas is a challenging task because of the various sources and transport pathways involved. Since MP occurs in low concentrations in most wastewater and stormwater streams, large sample volumes need to be captured, prepared, and carefully analyzed. The recent research in urban areas focused mainly on MP emissions at wastewater treatment plants (WWTPs), as obvious entry points into receiving waters. However, important transport pathways under wet-weather conditions are yet not been investigated thoroughly. In addition, the lack of comprehensive and comparable sampling strategies complicated the attempts for a deeper understanding of occurrence and sources. The goal of this paper is to (i) introduce and describe sampling strategies for MP at different locations in a municipal catchment area under dry and wet-weather conditions, (ii) quantify MP emissions from the entire catchment and two other smaller ones within the bigger catchment, and (iii) compare the emissions under dry and wet-weather conditions. WWTP has a high removal rate of MP (>96%), with an estimated emission rate of 189 kg/a or 0.94 g/[population equivalents (PEQ · a)], and polyethylene (PE) as the most abundant MP. The specific dry-weather emissions at a subcatchment were ≈30 g/(PEQ · a) higher than in the influent of WWTP with 23 g/(PEQ · a). Specific wet-weather emissions from large sub-catchment with higher traffic and population densities were 1952 g/(ha · a) higher than the emissions from smaller catchment (796 g/[ha · a]) with less population and traffic. The results suggest that wet-weather transport pathways are likely responsible for 2–4 times more MP emissions into receiving waters compared to dry-weather ones due to tire abrasion entered from streets through gullies. However, more investigations of wet-weather MP need to be carried out considering additional catchment attributes and storm event characteristics.
Im Vorhaben wurde eine forcierte Prüfmethode zur Bestimmung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen gegenüber Brennstoffen aus Mitteldestillaten und Gemischen aus Mitteldestillat und paraffinischen Kohlenwasserstoffen, die jeweils Fettsäuremethylester (FAME) als biogene Komponente enthalten, entwickelt. Bei der Prüfmethode werden Prüfkörper des jeweiligen Werkstoffes in speziellen Prüfmedien ausgelagert. Die Zusammensetzung von zwei Prüfmedien wurde im Vorhaben erarbeitet. Diese Prüfmedien erfassen die Effekte der Alterung des FAME, die zu erwarten sind, wenn der Brennstoff länger als 2 Jahre im Feld lagert. Sie decken den Bereich bis 20 % (V/V) FAME-Anteil ab. Die Auslagerung kann bei geringem Aufwand unter Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Eignung einer Auswahl von metallenen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen, die für Versorgungsanlagen für Mitteldestillat relevant sind, wurde durch Auslagerung in folgenden nicht gealterten Brennstoffen bestimmt: Heizöl EL schwefelarm (B0), Heizöl EL schwefelarm mit 20 % (V/V) FAME (B20), FAME (B100) und hydriertes Pflanzenöl (HVO). Die Werkstoffe wurden auch in einem 1 Jahr gealterten B20 und einem 8 Jahre gealtertem B10 ausgelagert. Die Temperatur bei der Auslagerung betrug 50 °C für die metallenen Werkstoffe und 40 °C und 70 °C für die Polymerwerkstoffe. Die Ergebnisse der Beständigkeitsbewertung wurden in Beständigkeitslisten zusammengefasst. Die mit B20 erhaltenen Bewertungen gelten generell für Gemische aus Heizöl EL schwefelarm und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 % (V/V). Sie sind auch auf Gemische aus Dieselkraftstoff und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 %(V/V) übertragbar.
Die forcierte Prüfmethode kann insbesondere KMUs bei der Weiterentwicklung von bestehenden Produkten und der Entwicklung von neuen Produkten als ein kostengünstiger Schnelltest zur Überprüfung der Werkstoff- und Bauteilbeständigkeit gegenüber Mitteldestillaten mit hohem FAME-Anteil dienen. Sie kann für die Hersteller die Sicherheit erhöhen, dass Bauteile die Freigabeprüfungen der Bauaufsicht bestehen, wobei die Freigabe jedoch nur für Deutschland gültig ist.
Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens können in eine harmonisierte Europäische Norm für alternative Brenn- und Kraftstoffe einfließen. Diese ist für die Bauteilhersteller die Voraussetzung für die Erschließung des europäischen Marktes.
In dem Projekt soll die vollständige Wiederverwertbarkeit der Schlacke und ihrer Bestandteile demonstriert werden. Dazu gehören die vollständige Rückgewinnung der metallischen Phase, die in die Edelstahlherstellung zurückgeführt werden kann, sowie die Aufwertung der mineralischen Fraktion, die ihre uneingeschränkte Verwendung als Zementzumahlstoff oder mineralischer Baustoff erlaubt. Bei geeigneter Prozessführung des elektrischen Lichtbogenofens können durch „reduzierendes Schmelzen“ die chromhaltigen Wertstoffe zusammen mit anderen Schwermetallen zu 97% in einer Metalllegierung angereichert und separiert werden. Diese kann als Rohstoff in der Metallurgie eingesetzt werden. Der Chromgehalt der mineralischen Komponte der Schlacke konnte von ca. 3% auf unter 0,1% verringert werden. Die mineralische Fraktion lässt sich durch entsprechende Zuschläge während des Schmelzbetriebes und eine anschließende Granulation der schmelzflüssigen Phase zu einem Material aufwerten, das in seiner Zusammensetzung und seinen Eigenschaften typischen Zementkomponenten entspricht und als Rohstoff in der Zementproduktion eingesetzt werden kann. Dafür müssen allerdings noch die rechtlichen Voraussetzungen geschaffen werden, da der Rohstoffeinsatz gerade im Zement strengen Auflagen unterliegt und die Zemente bestimmte Normen erfüllen müssen.
Durch die in RECARC aufgezeigte Möglichkeit der Wiederverwertung können somit Stoffkreisläufe geschlossen werden, die ansonsten zu einem Verlust wertvoller Rohstoffe führen. Vor allem die steigenden Rohstoffkosten, aber auch die immer stärker limitierten CO2-Emissionen zeigen die hohe Relevanz im Umgang mit metallurgischen Reststoffen. Eine Überführung des in RECARC demonstrierten Verfahrens in die Industrie könnte einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Schonung der natürlichen Ressourcen und der Umwelt leisten.
A technical-safety evaluation of the detonation effects of pyrotechnic compositions can be performed on the basis of TNT/PETN equivalence. The equivalence determination can be carried out by characterization of the blast wave generated because of detonation in free field tests, which however can be highly resource intensive and prone to uncertainties. Here, we present underwater ‘small-scale’ experiments for the determination of such equivalents.
Underwater experiments, as described in the European standard EN 13763-15:2004, are performed to test the capability of detonators to initiate secondary explosives by determining the released energy. At BAM this test was modified to compare the energy output of the pyrotechnic mixtures (those used in air bag gas generators and firework flash compositions) and thus to determine their equivalents of high explosives like TNT or PETN. In the modified tests, small cylindrical copper containers were filled with pyrotechnic substances, which were then attached to standard detonators. This explosive charge assembly was then lowered into a water tank of about 1000 l capacity. At the same depth as the charge assembly, a piezoelectric pressure sensor was immersed in the water at a horizontal distance of about 400 mm from the charge. By recording the time-dependent pressure during the test, the shock energy as well as the energy associated with the expanding gas bubble were determined.
Solar glass in arid and semi-arid regions is exposed to sand storms which can affect the durability of PV modules. Related erosion processes have been extensively studied but the results given are difficult to compare due to being obtained by different variables like particle speed and sand mass. This study correlates the damage of solar panels to the cumulative impact energy as a global parameter.
The manufacture of sintered glasses and glass-ceramics, glass matrix composites, and glass-bounded ceramics or pastes is often affected by gas bubble formation. Against this background, we studied sintering and foaming of barium silicate glass powders used as SOFC sealants using different powder milling procedures. Sintering was measured by means of heating microscopy backed up by XPD, differential thermal analysis, vacuum hot extraction (VHE), and optical and electron microscopy. Foaming increased significantly as milling progressed. For moderately milled glass powders, subsequent storage in air could also promote foaming. Although the powder compacts were uniaxially pressed and sintered in air, the milling atmosphere significantly affected foaming. The strength of this effect increased in the order Ar ≈ N2 < air < CO2. Conformingly, VHE studies revealed that the pores of foamed samples predominantly encapsulated CO2, even for powders milled in Ar and N2. Results of this study thus indicate that foaming is caused by carbonaceous species trapped on the glass powder surface. Foaming could be substantially reduced by milling in water and 10 wt% HCl.
Surface roughness, RZ, normal transmittance, ΤN, total transmittance, ΤT, and photovoltaic (PV) module efficiency, ηS, were measured for commercial solar glass plates and PV test modules identically sandblasted with different loads of quartz sand (200–400 μm), impact inclination angles, and sand particle speed. Measured data are presented versus the specific energy uptake during sand blasting, E (J/m2). Cracks, adhering particles, and scratch-like textures probably caused by plastic flow phenomena could be observed after sand blasting. Their characteristic size was much smaller than that of sand particles. After blasting and subsequent cleaning, the glass surface was still covered with adhering glass particles. These particles, cracks, and scratch-like textures could not be removed by cleaning. For sand blasting with α = 30° inclination angle and E = 30 000 J/m2, normal transmittance, total transmittance, and relative module efficiency decreased by 29%, 2% and ∽2%, respectively. This finding indicates that diffusive transmission of light substantially contributes to PV module efficiency and that the module efficiency decrease caused by sand erosion can be better estimated from total than by normal transmittance measurements.