Transfer-News
Januar – März 2024
Das PFAS-Innovationsforum 2024 – ein gelungener Austausch zwischen Wissenschaft, Wirtschaft, Behörden und Verbänden.
© A. Künzelmann, UFZ
Am Montag, den 04. März 2024, lud das UFZ gemeinsam mit der DECHEMA in den Leipziger KUBUS zum Innovationsforum ein. Das diesjährige Thema: „PFAS in der Umwelt – gemeinsam Lösungen entwickeln“.
Da die Herausforderungen der sogenannten „Ewigkeitschemikalie“ PFAS sehr umfassend sind, war es umso bereichernder, dass die 135 Teilnehmenden an diesem Tag aus Wissenschaft, Wirtschaft, Verbänden und Behörden kamen und sich miteinander vernetzen, austauschen und über die unterschiedlichen Aspekte dieser Thematik offen diskutieren konnten.
Bevor es mit den ersten beiden Breakout-Sessions zu den Themen „Emissionsvermeidung – Prozesse und Technologien bei Betrieben etablieren“ und „Monitoring und Toxizität von PFAS“ losging, führte Dr. Ulrich Borchers (Leiter Geschäftsbereich Wasserqualität bei IWW Zentrum Wasser) mit einer Keynote zur Frage „PFAS in der Umwelt – Wo stehen wir?“ inhaltlich in die Veranstaltung ein. Nach einer Lunch- und Networking-Pause tauschten sich die Teilnehmenden in zwei weiteren Breakout-Sessions aus und diskutierten Lösungsmöglichkeiten. Die Themen: „PFAS-Schadensfälle nachhaltig und sicher sanieren“ und „PFAS – informieren, kommunizieren und regulieren“. Zum Schluss berichteten die Teilnehmenden von den Ergebnissen aus den vier Breakout-Sessions und diskutierten gemeinsam über nächste Schritte. Bei anschließendem Kaffee und Kuchen konnten sich alle weiter austauschen und vernetzen.
Dr. Ulrich Borchers (Leiter Geschäftsbereich Wasserqualität bei IWW Zentrum Wasser), © Andre Künzelmann, UFZ
In ihrem Feedback hoben die Teilnehmer*innen besonders den interdisziplinären Charakter der Veranstaltung hervor. So entsponnen sich in locker-professionellem Rahmen offene und außerordentlich produktive Diskussionen rund um das Thema PFAS. Neben vielen Ideen, Lösungsansätzen, Kritikpunkten und Impulsen war ein einhelliges Fazit am Ende des Tages: Es braucht mehr Kommunikation zwischen allen Beteiligten zu Handlungsempfehlungen und konstruktiven Umsetzungslösungen und einheitliche Regelungen für Europa oder sogar weltweit, um Standortnachteile zu vermeiden.
Wir blicken zufrieden zurück auf ein tolles Event mit lebendigem Austausch, vielen Learnings und einer wichtigen Vernetzung für den ganzheitlichen und praktischen Umgang mit der PFAS-Problematik.
Wir bedanken uns ganz herzlich bei allen Teilnehmenden für ihr Kommen und Mitdiskutieren, bei allen Vortragenden, durch die wir an diesem Tag spannende Einblicke und Impulse bekommen durften und bei Jessica Stubenrauch und Joachim Nöller für die tolle Moderation.
März 2024
Kostengünstiger Sensor zur Messung von Wasserstoff im Erdgasnetz
© A. Luckow, UFZ
Die Forschenden von Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock, Universität Leipzig, Forschungs- und Transferzentrum in Leipzig und UFZ präsentieren in ihrem neuen Paper ein sehr interessantes Produkt: den Pt/TiO2-Sensor. Er ermöglicht die selektive Messung von Wasserstoff im Erdgasnetz. Damit geht das Forschungsteam einen entscheidenden Schritt für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft. Dieser kostengünstige Sensor erfüllt zwei entscheidende Bedingungen: (1) Er funktioniert ohne Sauerstoff und (2) ist er in der Lage, Wasserstoff präzise zu erfassen, selbst in Anwesenheit von anderen Gasen, wie beispielsweise Methan.
Der Schlüssel zur Wirksamkeit dieser Sensoren liegt in der innovativen Kombination des katalytischen Spillover-Effekts und einer Impedanzmessung im Pt/TiO2-Sensor. Diese Technologie ermöglicht nicht nur den Nachweis von Wasserstoff in einem breiten Konzentrationsbereich, sondern auch die Identifizierung von Wasserstoff in verschiedenen Konzentrationen.
Das Potenzial des Pt/TiO2-Sensors könnte von großem Interesse für die Wasserstoffwirtschaft sein, da er eine präzise Überwachung und Steuerung des Wasserstoffgehalts in großen Transport- und Speicherinfrastrukturen ermöglicht. Dieser Fortschritt könnte dazu beitragen, die Wasserstoffwirtschaft weiter voranzutreiben und nachhaltigere Energiesysteme zu etablieren.
Das WTT-Team ist begeistert von dieser spannenden und vielversprechenden Entdeckung und wünscht den Forschenden weiterhin alles Gute!
Publikation:
Roland, U., Hebestreit, A., Taoussanis, A., Eiserbeck, M., Holzer, F., Wotzka, A. & Wohlrab, S. (2023). Cost-effective selective hydrogen sensor based on the combination of catalytic spillover effect and impedance measurement. International Journal of Hydrogen Energy, 48(96), 37550–37562. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.12.302
März 2024
Phosphorrückgewinnung: Nachhaltiges Verfahren erfolgreich im Großmaßstab getestet
Kläranlage Markranstädt © Leipziger Gruppe
Ein spannendes Projekt der UFZ-Forscher*innen Susann Müller, Hauke Harms und Vedran Vučić liefert einen beeindruckenden Fortschritt in der Rückgewinnung von Phosphor (P) aus Abwasser. Die Verwendung von Brauereihefe im Labormaßstab bildete die Grundlage für die Entwicklung eines Verfahrens im Pilotmaßstab, das nun erfolgreich in einer großtechnischen Kläranlage in Markranstädt implementiert wurde.
Rückgewinnung von Phosphor in Markranstädt
Die Kläranlage hat, basierend auf zwei wichtigen Schwellenwerten, eine detaillierte Phosphor-Bilanz erstellt. Erstens wurde die Wirtschaftlichkeitsschwelle für die P-Rückgewinnung von 0,05 kg/m3 freiem Phosphor berücksichtigt. Zweitens wurde der Schwellenwert der Klärschlammverordnung in Betracht gezogen, der eine P-Rückgewinnung für Kläranlagen mit einem P-Gehalt in der Trockensubstanz (DM) des Klärschlamms von 20 gP/kg DM oder mehr vorschreibt. Durch die Fokussierung auf diese definierten Schwellenwerte wurden Rücklauf- und Überschussschlämme als besonders geeignete Prozessströme für die P-Rückgewinnung identifiziert. In einem BioP-Rec-Modul hat das Forschungsteam einen effizienten 3-stufigen Prozess etabliert.
Nachhaltiger Dünger mit BioP-Rec-Modul
In der ersten Stufe wurde aus der phosphorreichen Wasserphase des Rücklaufschlamms eine Lösung mit 0,051 kg/m3 freiem P erzeugt. In nur drei Stunden erzielte die P-arme Brauereihefe, in der zweiten Stufe eine beeindruckende Phosphoraufnahme von 77,56%. Die abschließende dritte Stufe konzentrierte die Hefe innerhalb von einer Stunde, um Hefeschlamm als hochwertiges Düngemittelprodukt zu erzeugen.
Das WTT-Team freut sich über diesen wichtigen Fortschritt in Richtung nachhaltiger Ressourcennutzung und wünscht den Forschenden weiterhin viel Erfolg und alles Gute!
Publikation:
Vučić, V., Harms, H. & Müller, S. (2023). Biological recovery of phosphorus (BIOP‐REC) from wastewater streams using brewer’s yeast on pilot‐scale. Engineering in Life Sciences. https://doi.org/10.1002/elsc.202300208
März 2024
Neue Review zum Forschungsfeld der angewandten Biofilme
Biofilme © Bühler, Philipp, Ulber & Gescher, 2023
Die Nutzbarkeit von Biofilmen gewinnt in den letzten Jahren mehr und mehr Aufmerksamkeit. Das liegt unter anderem an der wachsenden Nachfrage nach biobasierten und nachhaltigen Lösungen im weiten Feld der naturwissenschaftlichen Forschung.
Mit ihrem Paper „Beneficial applications of biofilms” setzen die Forschenden Katja Bühler, Johannes Gescher, Laura-Alina Philipp und Roland Ulber am schnellen Wachstum des Forschungsfeldes an und liefern einen systematischen Überblick über Forschungsthemen, Herausforderungen, Anwendungen und zukünftige Entwicklungen von nützlichen und angewandten Biofilmen.
Die Vorteile von Biofilmen – Haftung und Robustheit
Biofilme, die aus nicht-pathogenen Organismen bestehen, bieten unter anderem in der Produktion von Fein- und Massenchemikalien einige Vorteile. Beispielsweise ermöglichen sie Biokatalysatoren, ihre Stoffwechselanpassung und -optimierung im Laufe der Zeit zu entwickeln. Außerdem haben Biofilme eine gute Haftfähigkeit. Diese ermöglicht ihre Verwendung in kontinuierlichen Systemen. Die Robustheit von in Biofilmen wachsenden Organismen, zusammen mit der Möglichkeit, Wachstum von katalytischer Aktivität zu entkoppeln, eröffnet vielfältige Möglichkeiten.
Bei all dem Potenzial und Interesse, das die nützlichen Biofilme mit sich bringen und auf sich ziehen, ist das Paper des Forschungsteams eine ganz klare Bereicherung für das Forschungsfeld.
Das WTT-Team freut sich über diese tolle Arbeit und wünscht weiterhin alles Gute!
Publikation:
Bühler, K., Gescher, J., Philipp, L., Ulber, R. (2023). Beneficial applications of biofilms.
Nature Reviews Microbiology. https://doi.org/10.1038/s41579-023-00985-0
Februar 2024
Forschende aus Aachen und Leipzig haben neues Design zur flexiblen Methanisierung von Wasserstoff entwickelt
© Hoffstadt et al / UFZ
Für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende ist die Speicherung von überschüssigen erneuerbaren Energien unersetzlich. Bisher ist das vielleicht die größte Herausforderung auf dem Weg hin zur ganzheitlichen Umstellung auf erneuerbare Energien.
Power to Gas
Die Forschenden um Kevin Hoffstadt (Institute NOWUM-Energy) konnten in ihrer experimentellen Studie an genau dieser Herausforderung ansetzen und haben vielversprechende Ergebnisse geliefert. Grundlage für ihr Forschungsvorhaben ist der Power-to-Gas Ansatz. Hier wird – sehr verkürzt erklärt – die überschüssige Energie, die bei der Produktion von Energie aus Wasser entsteht, in chemische Energie, z. B. Wasserstoff, umgewandelt. Der Wasserstoff kann dann in das Gasnetz eingespeist werden. Damit der entstandene Wasserstoff effizient in das Gasnetz eingespeist werden kann, wird dieser häufig methanisiert.
Flexible Methanisierung durch Plug-Flow-Reaktor
Der Prozess der Methanisierung stellt noch eine Herausforderung dar, da er nicht in allen Reaktoren möglich ist. Hoffstadt et al. haben deshalb einen sogenannten Plug-Flow-Reaktor entwickelt, der die flexible Methanisierung von Wasserstoff im Labormaßstab ermöglicht. Simulationen und Experimente zeigen vielversprechende Ergebnisse für die Laminarströmung und einen Gasanteil von 29 %. Der Reaktor im Loop-Design mit 14 m Länge und 50 mm Breite zeigt gute Eigenschaften für flexible Methanisierung und wird weiter getestet.
Das WTT-Team ist sehr gespannt, welche weiteren Ergebnisse die Forschungsgruppe liefern wird und wünscht dafür alles Gute und viel Erfolg!
Publikation:
Hoffstadt, K., Cheenakula, D., Nikolausz, M., Krafft, S., Harms, H. & Kuperjans, I. (2023). Design and construction of a new reactor for flexible biomethanation of hydrogen. Fermentation, 9(8), 774. https://doi.org/10.3390/fermentation9080774
Januar 2024
Raumluftqualität: CFD-Modelle optimieren Radon-Reduktion in Wohnungen
© Altendorf et al / UFZ
Die Studie des Teams von UFZ- und TUBAF-UFZ-Forscher*innen um Prof. Holger Weiß vom Department Umweltinformatik fokussiert sich auf Techniken zur Reduzierung der Radon-222-Aktivitätskonzentration in Innenräumen und zeigt, wie maßstabsgetreue 3D-CFD-Modelle die Entwicklung komplexer Belüftungsexperimente vorhersagen können.
Vielversprechende Versuche in unbewohnter Wohnung
In Versuchen in einer unbewohnten Wohnung im Erdgeschoss eines Wohnblocks in Bad Schlema (Sachsen) wurde besonders die „Querlüftung 100%“ untersucht. Diese führte zu raumspezifischen Reduzierungen der Radon-Konzentration [Rn] von etwa 3000 auf 300 Bq/m³. Die Ergebnisse der Belüftungsexperimente wurden quantitativ durch ein CFD-Modell interpretiert, das ein k-ε-turbulentes stationäres Strömungsmodell und ein dezentrales Lüftungssystem verwendete. Das Modell war mit einem transienten Transportmodell gekoppelt, das die Innenraum-[Rn]-Konzentration simuliert.
Auswertung der Ergebnisse
In einem ersten Ansatz überbewertete das Modell den Rückgang zu Beginn des Experiments und im stationären Zustand. Durch Anpassung der Modellparameter, wie dem einströmenden Radon und der Einlassgeschwindigkeit, stimmten die Modellergebnisse gut mit den experimentellen Werten überein. Diese vielversprechenden Studienergebnisse zeigen das Potenzial der CFD-Modellierung als effektives Werkzeug zur Bewertung und Optimierung von Belüftungssystemen, um erhöhte [Rn]-Werte wirksam zu reduzieren.
Die Studie ist im Rahmen eines ZIM-geförderten Gemeinschaftsprojektes entstanden. Partner des UFZ im Projekt sind die SARAD GmbH in Dresden, die inVENTer GmbH in Löberschütz, die Bergsicherung Schneeberg GmbH & Co. KG, Gebäude- und Wohnungsverwaltung GmbH Schlema, Staatliche Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft in Chemnitz und die sächsische Strahlenschutzbehörde LfULG in Dresden.
Das WTT-Team blickt mit viel Interesse auf diese vielversprechenden Studienergebnisse und wünscht dem Forschungsteam auch weiterhin viel Erfolg und alles Gute bei der Implementierung der Ergebnisse!
Publikation:
Altendorf, D., Wienkenjohann, H., Berger, F., Dehnert, J., Grünewald, H., Naumov, D., Trabitzsch, R. &
Weiß, H. (2023). Successful reduction of indoor radon activity concentration via cross-ventilation:
experimental data and CFD simulations. Isotopes in Environmental and Health Studies, 1–16.
https://doi.org/10.1080/10256016.2023.2282686
Januar 2024
Effiziente Phenolentfernung mit mikrobieller Elektrochemie
Nachhaltige Phenolentfernung © S. Dai et al / UFZ
Die Ergebnisse des UFZ-Forschungsteams bestehend aus Shixiang Dai, Falk Harnisch, Micjel Chávez Morejón, Nina Sophie Keller, Benjamin Korth und Carsten Vogt deuten darauf hin, dass mikrobielle elektrochemische Technologien erfolgreich für die Entfernung von Phenol eingesetzt werden können. Frühere Studien lieferten widersprüchliche Ergebnisse und hinterließen Unsicherheiten bezüglich des Phenolabbaus unter streng anaeroben Bedingungen mit Anoden als alleinigen Elektronenakzeptoren.
In dieser Studie wurde hochmoderne Flüssigchromatographie und Gaschromatographie-Massenspektrometrie verwendet, um den anaeroben Phenolabbau zu erforschen. Die Ergebnisse liefern überzeugende Beweise für den rein anaeroben Abbau von Phenol, wobei Zwischenprodukte wie Benzoesäure, 4-Hydroxybenzoesäure und Glutarsäure identifiziert wurden. Bemerkenswerterweise wurden keine typischen Zwischenprodukte des aeroben Phenolabbaus gefunden.
Eindrückliche Ergebnisse
Ein-Kammer-Reaktoren (Anodenpotenzial +0,4 V gegenüber SHE) zeigten eine beeindruckende Phenolentfernungsrate von 3,5 ± 0,2 mg/L/Tag. Zwei-Kammer-Reaktoren zeigten ähnlich vielversprechende Ergebnisse bei Anodenpotenzialen von +0,4 V (3,6 ± 0,1 mg/L/Tag) und +0,2 V (2,6 ± 0,9 mg/L/Tag). Die Forschungsergebnisse weisen auch darauf hin, dass die Reaktorkonfiguration die mikrobielle Gemeinschaft beeinflusst hat, was zu unterschiedlichen Verhältnissen von Phenolkonsumenten und Mikroorganismen führen könnte, die sich von den Abbauprodukten ernähren.
Diese Entdeckung könnte die Tür zu umweltfreundlichen Abwasserbehandlungsmethoden weit öffnen und einen nachhaltigen Fortschritt in der Umwelttechnologie bedeuten.
Das WTT-Team ist gespannt auf weitere Forschungsarbeiten des Teams und wünscht dafür viel Erfolg!
Publikation:
Dai, S., Harnisch, F., Morejón, M. C., Keller, N., Korth, B. & Vogt, C. (2024). Microbial electricity-driven anaerobic phenol degradation in bioelectrochemical systems. Environmental Science and Ecotechnology, 17, 100307. https://doi.org/10.1016/j.ese.2023.100307
Januar 2024