Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
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Eingeladener Vortrag
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Contamination of drinking water with pharmaceuticals is an emerging problem and a potential health threat. Immunochemical methods based on the binding of the analyte to specific antibodies enable fast & cost-effective on-site analyses. Magnetic bead-based immunoassays (MBBAs) allow for implementation into an immunosensor for online testing. Particles are prepared by either coupling the analyte molecule (diclofenac) or the respective antibody (amoxicillin) to the surface. For miniaturization, detection is performed electrochemically (chronoamperometry) on a microfluidic chip. The developed immunosensor will enable detection of pharmaceuticals directly in water supply pipes.
Im Rahmen des Projekts wurde 1.) eine vollständige Bewertung des Stands der Technik in der EU bei der Behandlung von Rostasche vorgenommen und 2.) eine Optimierung der Nutzung der Feinfraktion in Labor- und Feldmaßstab untersucht.
Das Konsortium bestand aus zwei Universitäten aus Deutschland und Italien, der BAM als Forschungseinrichtung des Bundes und zwei Industriepartnern aus Deutschland und Schweden mit unterschiedlichen und spezifischen Fachkompetenzen.
Im Vortrag werden die Ergebnisse des weitgehend abgeschlossenen Projekts BASH-TREAT vorgestellt.
Black microcolonial fungi represent a group of ascomycetes with similar adaptations for existing in natural and anthropogenically created extreme habitats. They exhibit slow yeast-like or meristematic growth, do not form specialized reproduction structures and accumulate the black pigment 1,8-dihydroxynaphthalene (DHN) in the multilayered cell walls. We chose the rock inhabitant Knufia petricola of the Chaetothyriales as a representative for developing methods for genetic manipulation, simulation of mineral weathering and study of symbiotic interactions. Here, we report on the expansion of the genetic toolkit by more efficient multiplex CRISPR/Cas9 using a plasmid-based system for expression of Cas9 and multiple sgRNAs and three additional resistance selection markers. The targeted integration of expression constructs by replacement of essential genes for pigment synthesis allows for an additional color screening of the transformants. The black-pink screening due to the elimination of pks1 (melanin) was applied for promoter studies using GFP fluorescence as reporter, while the black-white screening due to the concurrent elimination of pks1 (melanin) and phs1 (carotenoids) was used to identify transformants that contain the two expression constructs for co-localization or bimolecular fluorescence complementation (BiFC) studies. In addition, two intergenic regions (igr1, igr2) were identified in which expression constructs can be inserted without causing obvious phenotypes. Plasmids of the pNXR-XXX series (Schumacher, 2012) and new compatible entry plasmids were used for fast and easy generation of expression constructs and are suitable for use in other fungal systems as well.
Black fungi also called black yeasts, rock-inhabiting fungi or microcolonial fungi are a group of Ascomycetes [Eurotiomycetes, Arthoniomycetes and Dothideomycetes] that exhibit high stress tolerance, yeast‑like or meristematic growth, and constitutive 1,8-dihydroxynaphthalene (DHN) melanin formation. They dominate a range of hostile natural and man‑made environments – from desert rocks and salterns to dishwashers, roofs, and solar panels. Due to their slow growth and the lack of sexual cycles and genetic tools, the underlying mechanisms of black fungi’s phenotypic traits have remained largely unexplored. We consider the rock inhabitant K. petricola [Eurotiomycetes, Chaetothyriales] a suitable model for studying the phenotypic characteristics of black fungi. With K. petricola the regulation of pigment synthesis, general stress responses and the unusual modes of cell division can be dissected by advanced reverse and forward genetics approaches. The genome of K. petricola strain A95 was sequenced using a combination of short high quality Illumina reads and long PacBio reads. The final assembly consists of twelve contigs: five complete chromosomes and six contigs with one telomer each. Gene annotation supported by transcriptomics and proteomics data was manually curated. Recently, we developed a set of genetic tools to manipulate the genome for analyzing gene functions and studying the cell biology. This set includes CRISPR/Cas9-based genome editing and live-cell imaging using genetically encoded fluorescent proteins, as well as protocols for -omics approaches and for simulation of mineral weathering in the laboratory. Mutants defective in DHN melanogenesis, carotenogenesis or both processes are currently studied to elucidate the role of these protective pigments in tolerance of natural and man-made stresses, weathering of olivine, penetration of marble, and adhesion to surfaces. Further, the established protocols and knowledge gained from K. petricola form a starting point for making other extremotolerant black fungi accessible to genetic manipulation.
Dust deposition is an important source of phosphorus (P) to many ecosystems. However, there is little evidence of dust-derived P-containing minerals in soils. Here we studied P forms along a well-described climatic gradient on Hawaii, which is also a dust deposition gradient. Soil mineralogy and soil P forms from six sites along the climatic gradient were analyzed with bulk (X-ray diffraction and P K-edge X-ray absorption near edge structure)
and microscale (X-ray fluorescence, P K-edge X-ray absorption near edge structure, and Raman) analysis methods. In the wettest soils, apatite grains ranging from 5 to 30 μm in size were co-located at the micro-scale with quartz, a known continental dust indicator suggesting recent atmospheric deposition. In addition to colocation with quartz, further evidence of dust-derived P included backward trajectory modeling indicating that dust particles could be brought to Hawaii from the major global dust-loading areas in central Asia and northern Africa. Although it is not certain whether the individual observed apatite grains were derived from long-distance transport of dust, or from local dust sources such as volcanic ash or windblown fertilizer, these observations offer direct evidence that P-containing minerals have reached surface layers of highly-weathered grassland soils
through atmospheric deposition.
Bei Betrachtungen zur Lebensdauer von Metallbauteilen im Bauwesen müssen Korrosions- und Runoff-Vorgänge an der Atmosphäre als verschiedene Reaktionen unterschieden werden. Korrosion ist der Prozess, der von elektrochemischen Reaktionen an der Grenzfläche Metall/Patina kontrolliert wird. Runoff dagegen wird durch chemische Reaktionen an der Grenzfläche Patina/Atmosphäre begünstigt. Mit zunehmender Bewitterungszeit nimmt die Korrosionsgeschwindigkeit stetig ab, während postuliert wird, dass die Geschwindigkeit des Runoffs über die gesamte Zeit konstant bleibt. Dieses Verhalten des Runoffs muss aber zunehmend bezweifelt werden. Die Gesamtmenge an abgezehrtem Metall beinhaltet zwei Bestandteile. Ein Teil wird in die Schicht aus Korrosionsprodukten eingebaut, der andere wird aufgrund von Niederschlägen aus der Patina gelöst. Aus diesem Grund ist die Menge an Zink-Runoff stark abhängig von den Eigenschaften der Korrosionsprodukt- bzw. Patinaschicht und nicht anhand der Zusammensetzung des Metalls abschätzbar. Vorhandene Modelle können die Menge an Runoff, und damit verbunden die Abzehrung einer Schicht aus Zink und Kupfer, sowie den resultierenden Eintrag von Schwermetallionen in die Umwelt nicht mehr darstellen und erklären. Um den Korrosionsschutz an Bauwerken zum einen dauerhaft unter Beachtung von Kostenaspekten und Ressourcenschonung und zum anderen unter ökologischen Gesichtspunkten auslegen zu können, müssen deshalb neue wissenschaftliche Grundlagen erarbeitet und die Mechanismen beschrieben werden.
Das BAM-Forschungsvorhaben RUNOFF widmet sich den Fragestellungen. Der Vortrag gibt einen kurzen Überblick zum Forschungsvorhaben.
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.
Die Autoren zeigen dazu die gesetzlichen und energiepolitischen Rahmenbedingungen und Perspektiven auf, widmen sich in aktuellen Beiträgen zur Verfahrenstechnik der thermischen Abfallbehandlung sowohl den thermischen Hauptverfahren als auch der Abgasreinigung und gehen auf das Thema Wertstoffrückgewinnung ein. Ihr Fazit: Durch Anstrengungen, das stoffliche Recycling weiter zu optimieren, können künftig weitere Kreisläufe von Produkten und Materialien hochwertig geschlossen werden. Für manche Abfallströme wird dies aber aus verschiedenen Gründen nicht möglich sein – hier bleibt die thermische Abfallbehandlung unverzichtbar.