Schädigung von TFME und AFME bei der Fraktionierung durch Winterisieren
Dr. H. Wichmann, Dr. H. Dieckmann, P. Jopke, T. Sahlabji, Prof. Dr. M. Bahadir
Fettsäureester, die aus natürlichen Fetten durch Umesterung mit kurzkettigen einwertigen
Alkoholen gewonnen werden, können durch Kristallisation (Winterisierung) in zwei Fraktionen
(Stearin- und Oleinfraktion) aufgetrennt werden, in denen die gesättigten bzw. ungesättigten
Fettsäureester angereichert vorliegen. Die Oxidationsstabilität der Stearinfraktion, als
entscheidendes Kriterium für viele technische Anwendungen, sollte parallel zur Erhöhung des
Anteils der gesättigten Fettsäureester ansteigen. In einer früheren Untersuchung wurde bei der
Winterisierung von FSME in mehreren Stufen festgestellt, dass die Oxidationsstabilität nach
anfänglichem Anstieg im weiteren Verlauf wieder drastisch sank, obwohl der Anteil der
gesättigten Fettsäureester weiter anstieg und die Jodzahl sich schrittweise reduzierte.
Es konnte nicht erklärt werden, warum beim Winterisieren zwar der Anteil der gesättigten
Fettsäureester erhöht und parallel dazu die Jodzahl vermindert wurde, sich aber dennoch die
Oxidationsstabilität verschlechterte. Es wurde lediglich angenommen, dass eine Schädigung der
Ester bei dem Trennprozess entstand (z.B. beim Filtrieren ohne Schutzgas). Die Zielsetzung
dieses Vorhabens war es somit, die Vorgänge der möglichen Produktschädigung während des
Winterisierungsprozesses zu untersuchen und aus den gewonnenen Erkenntnissen heraus
Vorschläge zur Vermeidung dieser Effekte abzuleiten. Ferner sollte der Bezug zur praktischen
Verwertbarkeit der Ergebnisse hergestellt werden.
Für die Untersuchungen wurden Fettsäuremethylester bezogen, die großtechnisch aus Pflanzenöl
sowie Tier- und Altspeisefett hergestellt worden waren und somit das gesamte interessierende
Materialspektrum repräsentierten. Im Labor wurden die experimentellen Voraussetzungen
geschaffen, um Winterisierungen und Fraktionstrennungen reproduzierbar durchführen zu
können und um Ausgangsesteröle wie auch Folgefraktionen analytisch und fettchemisch durch
ie Bestimmung der Parameter Fettsäuremuster, Jodzahl, Säurezahl, Oxidationsstabilität,
Peroxidzahl sowie Elementgehalte charakterisieren zu können. Bei dreistufigen
Winterisierungsexperimenten unter Luft konnten im ersten Schritt die in der Literatur
beschriebenen, nachteiligen Ergebnisse reproduzierbar nachvollzogen werden. In der Folge
wurden Winterisierungen unter Sauerstoffausschluss und unter Einbeziehung des Nachwaschens
des Filterkuchens durchgeführt und analytisch begleitet. Die Neigung der Fettsäureester zur
Bindung von Luftsauerstoff wurde untersucht. Ebenso wurden das Auftreten flüchtiger
Zersetzungsprodukte und der Verbleib von Antioxidantien während der Winterisierung verfolgt.
Unter den Bedingungen der Winterisierung (Temperatur, Zeitdauer, Luftkontakt) erwiesen sich
die FSME positiverweise als reaktionsträge. Oxidative Schädigungen und andere chemische
Veränderungen der Ester konnten erst bei unrelevant hohen Temperaturen und Zeitdauern
festgestellt werden. Die Prozessdurchführung unter Schutzgas ist nicht erforderlich.
Ein drastisches Absinken der Oxidationsstabilität der Stearinfraktion kann durch die
Winterisierung in einem Schritt vermieden werden. Das Waschen des Filterrückstands mit
Methanol erhöht die Trennleistung deutlich und fügt sich technisch und betriebswirtschaftlich
vorteilhaft in einen kombinierten Prozess aus FSME-Produktion, ebenfalls mit Methanol und
anschließender fraktionierter Kristallisation ein. Veränderungen der Oxidationsstabilitäten
werden sehr wahrscheinlich durch in den FSME vorhandene antioxidativ wirkende Substanzen
hervorgerufen, die sich in flüssigen Oleinphasen anreichern und in kristallinen Stearinphasen
abreichern. Diese Effekte sollten in der Praxis durch Nachadditivierung, z.B. mit BHT,
ausgeglichen werden.
DBU, 4/2005 – 5/2006
Kooperation: RMEnergy Umweltverfahrenstechnik GmbH
Untersuchungen zum Rückstandsverhalten von Veterinärpharmaka in Gülle und
güllegedüngten Böden: Entwicklung eines Methodenkataloges mit Richtliniencharakter
(Gülle-Projekt)
(UBA, FKZ 204 67 455, 2004-2006)
apl. Prof. Dr. R. Kreuzig, J. Heise, Dr. S. Höltge
In diesem Forschungsvorhaben werden Standardarbeitsanweisungen für Labortests zum
Rückstandsverhalten von Veterinärpharmaka in Gülle und güllegedüngten Böden entwickelt.
Da Veterinärpharmaka nur durch die Ausbringung von Gülle in Böden eingetragen werden können,
gilt es diesen Eintragspfad bereits bei den Labortests zu berücksichtigen. Deswegen wird zuerst
die Stabilität ausgewählter Testsubstanzen während der Güllelagerung untersucht. Auf der Basis
dieser Stabilitätstest wird dann gezielt Testgülle mit gealterten Veterinärpharmaka-Rückständen
hergestellt und in Labortestsystemen zur Untersuchungung von Abbau und Sorption in
güllegedüngten Böden eingesetzt.
Enzymatische Altfettalkoholyse zur Herstellung von Wertstoffen
R. Sprenger, H. Wichmann, M. Bahadir
In der metallverarbeitenden Industrie werden Mineralölprodukte zum Kühlen und Schmieren der
Werkzeuge und Werkstücke eingesetzt. Diese Kühlschmierstoffe (KSS) gelten nach ihrem
Standzeitende in der Regel als besonders überwachungsbedürftige Abfälle. Trotz technologischer
Vorteile finden biologisch abbaubare Esteröle wegen ihres hohen Preises kaum Verwendung als
KSS. Ziel des Projektes war es, mit Hilfe biotechnologischer Verfahren und unter Einsatz von
Altfetten preisgünstige Alternativen der Esterölherstellung und des Einsatzes als
Kühlschmierstoff zu entwickeln.
Die bekannte chemische Reaktion Fett + Alkohol Ester(öl) + Glycerol läuft bei hoher Temperatur
um 250 °C, hohem Druck und/oder unter Verwendung von Katalysatoren ab. Mit Hilfe von
Enzymen (Lipasen) war es der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) möglich,
die Reaktion in einem einstufigen Prozeß bei Temperaturen von 50 – 70 °C mit hohen
msatzraten durchzuführen. Durch die Kombination unterschiedlicher Modell- und Altfette mit
verschiedenen Alkoholen wurden von der BAM über 40 Esteröle hergestellt und Eigenschaften wie
Flammpunkte, Dichten, Viskositäten und Pour-Points bestimmt. Anhand dieser Kennzahlen, der
Umsatzraten und der Alkoholpreise wurden drei Esteröle aus Altfett, Erdnußfett und Rindertalg
ausgewählt und in größeren Mengen im 100 Liter-Reaktor hergestellt. Die Einsatztauglichkeit
dieser drei Esteröle als Kühlschmierstoffe wurde durch Metallbearbeitungstests am Institut für
Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig (IWF) ermittelt. In einem
nächsten Schritt wurden nach Optimierungsuntersuchungen über den Prozeß der enzymatischen
Alkoholyse in einem 3 t-Reaktor 3000 L Esteröl aus Altfett und 2-Ethyl-1-Hexanol hergestellt.
Die Testung des Esteröls als Kühlschmierstoff erfolgte in der Serienfertigung
von Pkw-Komponenten.
Das Ergebnis der Untersuchungen ist, daß die „enzymatisch“ hergestellten Esteröle hinsichtlich
ihrer schleif- und kühlspezifischen Eigenschaften den Anforderungen prinzipiell gerecht werden.
Technologische Probleme gab es dagegen mit der Filtrierung. Diese Unregelmäßigkeiten hatten
ihre Ursache in der Reaktion des Ca-haltigen Filtermaterials mit im Esteröl enthaltenen freien
Fettsäuren unter Bildung von Carboxylaten (Ca-Seifen). Parallel zu den technologischen
Untersuchungen wurde der gesamte Lebensweg des Produkts „Kühlschmierstoff“ ökobilanziert
und es wurden Kostenrechnungen aufgestellt.
DBU, Az 13078, 07/2002 – 09/2004 IÖCA als Auftragnehmer der Projektpartner IWF und BAM.
Kühlschmierstoffe aus Altfetten und technischen tierischen Fetten
R. Sprenger, P. Jopke, H. Wichmann, M. Bahadir
Insbesondere bei der spanenden Metallbearbeitung werden in großem Umfang
Mineralöl-basierte Kühlschmierstoffe eingesetzt, die aus Gründen des Umweltschutzes und der
Resourcenschonung durch nativ basierte Produkte ausgetauscht werden sollten. Nativ basierte
Kühlschmierstoffe besitzen zwar hinsichtlich ihrer anwendungsbezogenen Eigenschaften und
ihrer Umweltverträglichkeit ein großes Potential, werden aber aus Kostengründen kaum
eingesetzt. Die hohen Kosten für diese Produkte sind vor allem im teuren Rohstoff (Pflanzenöl)
und im hohen Syntheseaufwand bei der Weiterverarbeitung zu Schmierstoffgrundölen
begründet. Konkurrenzfähige native Kühlschmierstoffe lassen sich somit nur mit
kostengünstigeren Rohstoffen, wie z.B. Fetten aus der Tierkörperbeseitigung, und durch
Einsparungen beim Syntheseprozeß herstellen.
Ziel des Projektes war die Entwicklung eines solchen qualitativ hochwertigen, oxidationsstabilen
Kühlschmierstoffgrundöls auf Basis von Estern aus Altspeisefetten und technischen Tierfetten.
Analysen zeigten, daß ein 2-Ethylhexylester auf Basis von Altspeisefett am besten als
Kühlschmierstoffgrundöl geeignet war. Dieser Ester zeichnete sich vergleichsweise durch den
niedrigsten Pourpoint, den höchsten Flammpunkt und die niedrigste Säurezahle sowie durch
eine hervorragende kinematische Viskosität aus. Bei Schleifversuchen im Labormaßstab zeigten
sich die aus Tier- und Altspeisefett hergestellten 2-Ethylhexylester sowohl bezüglich
Oberflächenkennwerten und Prozeßstabilität als auch bezüglich des Verschleißverhaltens als
geeignet. Die Verwendung der Fette zur Herstellung von Kühlschmierstoffen ist demnach
prinzipiell möglich. Als Voraussetzung für einen vermarktbaren Kühlschmierstoff muß allerdings
zum einen die gesicherte Qualität der Rohfette (Definition von Mindestqualitäten) und zum
anderen ein weiter optimiertes Herstellungsverfahren sowie ein angepaßtes Filterverfahren
angesehen werden.
DBU, Az 17205, 01/2001 – 12/2004
Projektpartner: Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, TU Braunschweig und
Lehrstuhl für Energie- und Umwelttechnik der Lebensmittelindustrie, TU München
Untersuchung der Umweltsituation in der Umgebung von Hausmülldeponien mit offener
Verbrennung in Jordanien
Dr. H. Wichmann, P. Jopke, Prof. Dr. M. Bahadir
In einer Kooperation zwischen der TU Braunschweig und der Jordan University, Amman, wurden
zwei unterschiedliche Mülldeponien untersucht, um analytische Daten über die Umweltsituation
im Zusammenhang mit den Methoden der Abfallbeseitigung in Jordanien zu ermitteln. Der
Betrieb der einen Deponie bei Marka/Amman wurde vor rund 25 Jahren eingestellt, und der
Deponiekörper erhielt eine Abdeckung aus Abraummaterial. Hier war der Müll aktiv verbrannt
worden, und selbständig entstandene Rauchgasöffnungen zeigten, dass in der in einem ariden
Gebiet gelegenen Deponie noch immer Schwelbrandnester vorhanden waren. Die zweite Deponie
nahe Ekeeder/Irbid war zur Zeit der Untersuchungen noch in Betrieb. Hier kam es zwar spontan
zu kleineren Brandereignissen, der Müll wurde allerdings nicht systematisch verbrannt.
Es wurden Abfall-, Boden-, Flugstaub- und Muttermilchproben analysiert. Von den festen Proben
bzw. deren Eluaten wurden Summenparameter und ökotoxikologische Wirkungen sowie Gehalte
an Elementen/Schwermetallen und organischen Spurenschadstoffen, d.h. PAK, PCB, PCDD/F
und chlorierten Pestiziden, bestimmt. Die Muttermilchproben wurden auf PCDD/PCDF
hin untersucht.
Generell waren die Ekeeder-Proben bei kleinen Schwankungsbreiten der Messwerte gering
belastet. Aus der Untersuchung der Marka-Proben resultierten besonders im Zentrum der
Deponie (350 m Radius) z.T. erhöhte Messwerte für Summenparameter und Spurenschadstoffe,
wobei der Einfluss der Verbrennungsprozesse deutlich wurde. Von einer nennenswerten
Kontamination der Umgebung durch Schadstoffemissionen der Deponien konnte anhand der
analytischen Daten jedoch nicht ausgegangen werden. Dies wurde auch durch die Analytik von
Flugstaub- und Muttermilchproben belegt. Bei den ökotoxikologischen Untersuchungen mit einer
Biotestbatterie ergab sich eine Korrelation der Ergebnisse mit den Summenparametern, jedoch
nicht mit den Spurenstoffen. So zeigten die Proben der Deponie Marka mit den höchsten
Summenparameter-Messwerten deutliche Effekte auf drei der Testspezies, während die
meisten anderen Marka-Proben sowie die Proben der Deponie Ekeeder keine oder nur geringe
nachteilige Effekte verursachten. Anhand der Untersuchungsergebnisse wurde der Einfluss der
Deponietechnik auf die Kontaminationssituation sehr deutlich und die Ergebnisse werden einen
nützlichen Beitrag zur Einschätzung der Situation ähnlicher Deponien in dieser Klimazone leisten
können.
DFG/BMZ Kooperationsprojekt, 2002 - 2004. Kooperationspartner: Jordan University, Amman, Prof. Dr. M. Alawi.
Untersuchungen zum Abflussverhalten von Veterinärpharmaka bei Ausbringung von Gülle
auf Ackerland und Weide (Runoff-Projekt)
(UBA, FKZ 202 67 435, 2002-2004)
apl. Prof. Dr. R. Kreuzig, Dr. S. Höltge, J. Heise, Dr. M. Kolb, Dr. N. Berenzen, Dr. R. Hahn, Dr.
S. Jergentz, Dr. J. Wogram, Prof. Dr. R. Schulz
Im Runoff-Projekt wurde ein mehrstufiges experimentelles Design verfolgt, das Labortests und
Testplot-Experimente einschließt, um das Rückstandsverhalten von Veterinärpharmaka in Gülle
und güllegedüngten Böden zu untersuchen. Zusätzlich wurden ökotoxikologische Tests mit
terrestrischen und aquatischen Testspezies durchgeführt. Testsubstanzen waren Sulfadiazin,
Sulfadimidin, Sulfamethoxazol, Acetyl-Sulfamethoxazol, Flubendazol, Fenbendazol und
Ivermectin. Auf der Basis von Stabilitätstests in Gülle, wurde Testgülle mit kurzfristig gealterten
Rückständen hergestellt und in Labortests zu Abbau und Sorption in Böden eingesetzt, um
bereits hier den realen Eintragspfad durch die Gülleausbringung zu berücksichtigen. In den
Testplot-Experimenten wurden die Runoff-Austräge der Testsubstanzen von Acker- und
Grünlandflächen nach Gülleausbringung und Intensivberegnung ermittelt.
Nach der 2-stündigen Beregnung wurden höhere Runoff-Emissionen der Sulfonamide vom
Grünland als von der Ackerfläche gefunden. Hier führte die Einarbeitung der Gülle in den Boden
zu einer deutlichen Verminderung und Verzögerung der Austräge. Aus diesem Grund wurden auch
nur geringe Emissionen der Benzimidazole und Ivermectin von der Ackerfläche festgestellt.
Im Oberboden nahmen die Sulfonamid-Konzentrationen rasch ab. Wie die korrespondierenden
Labortests belegten, war das auf die Bildung nicht-extrahierbarer Rückstände zurückzuführen.
Für die Benzimidazole und Ivermectin waren Konzentrationsabnahmen bis zum Abschluss der
Testplot-Studie zu verzeichnen. Relevante Verlagerungstendenzen wurden unter
Freilandbedingungen nicht ermittelt, was mit den in Labortests ermittelten Boden/Wasser-
Verteilungskoeffizienten und den Laborlysimetertests mit Sulfadiazin übereinstimmte.
Kreuzig R., Höltge S. (2005): Investigations on the fate of sulfadiazine in manured soil:
Laboratory experiments and test-plot studies. Environ. Toxicol. Chem., 24 (4), 771-776.
Kreuzig, R., Höltge, S., Brunotte, J., Berenzen, N., Wogram, J., Schulz, R. (2005b): Test-plot
studies on runoff of sulfonamides from manured soils after sprinkler irrigation. Environ. Toxicol.
Chem., 24 (4), 777-781.
Kreuzig, R. (2005): Abschwemmung von Veterinärpharmka von Ackerland und Weide – Das
Runoff-Projekt. In: UBA-Texte 29/05, ISSN 0722-186X, Umweltbundesamt, Berlin, 141-151.
Heise, J., Höltge, S., Schrader S., Kreuzig, R. (2006): Chemical and biological characterisation
of non-extractable residues of sulfonamides in soil. Chemosphere (in Druck).
Kreuzig, R., Höltge, S., Heise, J., Kolb, M., Berenzen, N., Hahn, T., Jergentz, S., Wogram, J.,
Schulz, R. (2006): Untersuchungen zum Abflussverhalten von Veterinärpharmaka bei
Ausbringung von Gülle auf Ackerland und Weide (Runoff-Projekt). UBA-Texte, ISSN 0722-186X.
Umweltbundesamt, Berlin.
Polychlorierte Terphenyle (PCT)
Synthese, Analytik und Verhalten bei thermischer Belastung
Dr. A. Pieper, Dr. H. Wichmann, Prof. Dr. M. Bahadir
Aus früheren Anwendungsbereichen (Produktionsmenge: 60.000 t) aber auch aus Abfällen und
Verbrennungsprozessen gelangten und gelangen die PCT als persistente und bioakkumulierende
Verbindungen in die Umwelt, wo sie inzwischen ubiquitär verbreitet sind. Verglichen mit den
PCB mit 209 Einzelsubstanzen resultiert die Anknüpfung eines dritten Phenylringes in ortho-,
meta- oder para-Position in 8.557 PCT-Kongeneren, was die chemisch-analytische Untersuchung
dieser Stoffgruppe bisher stark erschwert und limitiert hat.
Das vorrangige Ziel bestand zunächst darin, mit einer selektiven Methode definierte
PCT-Kongenere in akzeptablen Ausbeuten zu synthetisieren und mit wenigen Syntheseschritten
beliebige Chlorsubstitutionen aufzubauen. Dies gelang mit Hilfe der Suzuki-Kupplung, die eine
Knüpfung von C-C-Bindungen unter Verwendung aromatischer Verbindungen mit guten
Abgangsgruppen (Borsäurerest in der Phenylboronsäure, Brom oder Jod im Halogenaromaten)
gestattet. So wurden folgende PCT-Kongenere synthetisiert:
2,2’’,4,4’’-Tetrachlor-p-terphenyl, 3,3’’,4,4’’Tetrachlor-p-terphenyl,
3,3’’,5,5’’-Tetrachlor-p-terpheny l,2’,3,3’’,5,5’’-Pentachlor-p-terphenyl,
2,2’’,3,3’’,5,5’’-Hexachlor-p-terphenyl ,2’,3,3’’,5,5’’,6’-Hexachlor-p-
terphenyl, 3,3’’,4,4’’,5,5’’-Hexachlor-p-terphenyl, 3,3’’,5,5’’-Tetrachlor-o-
terphenyl und 3,3’’,5,5’’-Tetrachlor-m-terphenyl.
Zur Kontrolle der Reinheit der Produkte wurden GC/MS-Analysen im Fullscan-mode
durchgeführt. Von den Produkten wurden NMR-Spektren (400 MHz 1H und 100 MHz 13C)
zur Identifizierung aufgenommen. Zusätzlich wurden von allen synthetisierten
Kongeneren Gasphasen-FTIR-Spektren registriert und mit berechneten Spektren verglichen.
Die Ãœbereinstimmungen waren durchweg sehr hoch. Die Ausgangsverbindungen
1-Brom-3,4,5-trichlorbenzol und 1,4-Dibrom-2,6-dichlorbenzol wurden mittels
Sandmeyer-Reaktion hergestellt. Im Anschluss wurden mit einzelnen PCT-Einzelkongeneren
sowie mit den unchlorierten Biphenyl- und Terphenyl-Grundstrukturen Thermolyse-Experimente
in Quarzampullen bzw. in einem Laborofen durchgeführt, um Reaktionsprodukte dieser
Verbindungen nach thermischer Belastung zunächst mit GC/MS-Messtechnik zu studieren.
Als interessante Thermolyseprodukte sind zu nennen: Triphenylen und andere PAK,
polychlorierte Benzole, Biphenyle, Terphenyle, Quaterphenyle, Dibenzofurane,
Dibenzofuranphenyle und Benzobisbenzofurane. Referenzsubstanzen zur Absicherung der
Befunde wurden soweit erforderlich vom Institut für Organische Chemie der TU
Braunschweig synthetisiert.
DFG-Verbundprojekt, 2001 - 2004Kooperationspartner: Institut für Organische Chemie der TU
Braunschweig, Prof. Dr. H. Hopf.
Ökologisch und ökonomisch optimierter Trennstoffeinsatz beim Aluminium-Druckguß
Dr. H. Wichmann, R. Sprenger, Prof. Dr. M. Bahadir
Trennstoffe für den Einsatz im Aluminium-Druckguß bestehen normalerweise aus Wasser, Ölen,
Wachsen, Polysiloxanen sowie einem Additivpaket mit z.B. Emulgatoren, Korrosionsinhibitoren
und Bioziden. Während der Sprühauftragung des Trennmittels und dem Produktauswurf werden
Gase und Aerosole in die Luft am Arbeitsplatz emittiert. Die chemische Zusammensetzung
dieser Emissionen wird von den Komponenten des Trennmittels und deren Reaktionsprodukte
nach thermischer Belastung bis 700 °C bestimmt. Im Rahmen dieses Verbundprojektes
bestanden die analytischen Aufgaben darin, eine an die Produktionsbedingungen angepaßte
Probenahmestrategie zu entwickeln, das Auftreten von Schadstoffen im Produktionsprozeß und
in Laborexperimenten zu untersuchen und die biologische Abbaubarkeit verschiedener
marktüblicher Trennmittel festzustellen.
Unter realistischen Produktionsbedingungen wurden aktive Luftprobenahmen mit verschiedenen
Sammelmedien (Aktivkohle, XAD-2, XAD-7, DNPH-Silica, Glasfaserfilter) durchgeführt.
Für Passivprobenahmen wurden Baumwolltücher eingesetzt. Durch diese Arbeitsweise wurde es
möglich, Arbeitsplatzgrenzwerte, wie die Gesamtkohlenwasserstoff-Konzentration, zu
kontrollieren, ein weites Spektrum emittierter Substanzen zu charakterisieren und relevante
Schadstoffe, wie PAK und Nonylphenole, zu identifizieren und zu quantifizieren.
Während der Thermolyse-Experimente wurden Substanzkombinationen in Quarzampullen einer
Temperatur von 600 °C ausgesetzt. Zumeist konnte ein Einfluß von Wasser und von Fe/Al auf
die Zusammensetzung der Thermolyseproduktgemische festgestellt werden.
Die PAK-Substanzmuster stimmten gut mit denen überein, die während des Gießprozesses
festgestellt wurden. Dies wurde als ein Indiz dafür gewertet, daß es möglich sein sollte, die
Bildung von Schadstoffen beim Einsatz von Trennmitteln duch Thermolyseexperimente
vorherzusagen.
Die biologische Abbaubarkeit verschiedener Trennmittel wurde gemäß DIN 51828 (2000)
bestimmt. Die Abbauraten nach 21 Tagen lagen zwischen 21 und 55 %. Dieser Befund deckte
ein bis dahin offenbar nicht berücksichtigtes Optimierungspotential auch mit Blick auf die
Entsorgungskosten der sogen. Leckage auf.
BMBF Verbundprojekt, 2001 - 2003.Kooperationspartner: Institut für Füge- und Schweiß-
technik, TU Braunschweig,
Prof. Dr. K. Dilger.
Verhalten von in der Umwelt vorkommenden Pharmaka und ihren Metaboliten in
Modelltestsystemen – Teil 2: "Modellsystem Boden" (Boden-Projekt)
(UBA, FKZ 201 67 401/02, 2001-2003)
apl. Prof. Dr. R. Kreuzig, Dr. Ch. Kullmer, B. Matthies, B. Plaga Dr. H. Dieckmann, Dr. S. Höltge
In Labortestsystemen wurde das Rückstandsverhalten der Pharmaka Diclofenac, Ibuprofen,
Ketoprofen, Diazepam, Paracetamol, Sulfamethoxazol und dessen Metabolit Acetyl-
Sulfamethoxazol in unterschiedlichen Böden untersucht. Nach Standard- und Testklärschlamm-
Applikation der 14C-markierten Substanzen wurden die einzelnen Batchexperimente zum
mikrobiellen, chemischen und photoinduzierten Abbau bezüglich Mineralisation sowie der
Bildung extrahierbarer und nicht-extrahierbarer Rückstände bilanziert. Ferner wurden Kd- bzw.
KOC-Werte zur Abschätzung der Mobilität in Böden bestimmt. Sich hieraus ableitende
Verlagerungstendenzen wurden in Säulen- und Laborlysimetertests überprüft.
Die Mobilitätseinstufung reichte von mäßig mobil für Ketoprofen und die Sulfonamid-Derivate
bis hin zum immobilen Paracetamol. Die Unterschiede in der Abbaubarkeit in den untersuchten
Böden wurden deutlich von Diazepam und Paracetamol aufgezeigt. Diazepam war langfristig als
unveränderte Ausgangsverbindung in den Extrakten nachweisbar, während Paracetamol spontan
in der Matrix mikrobiell aktiver Bodenproben als nicht-extrahierbare Rückstände festgelegt
wurde. Ibuprofen und Ketoprofen sind als leicht abbaubar einzustufen, da diese verstärkt der
Mineralisation und der Metaboliten-Bildung unterliegen. Das Rückstandsverhalten von Diclofenac
und die Sulfonamid-Derivaten wurde dagegen stärker durch die Bildung nicht-extrahierbarer
Rückstände bestimmt.
Kreuzig, R., Kullmer, C., Matthies, Höltge, S., Dieckmann, H. (2003): Fate and behaviour of
pharmaceutical residues in soils. Fresenius Environ. Bull., 12 (6), 550-558.
Kreuzig, R., Kullmer, Ch., Matthies, B., Plaga, B., Dieckmann, H., Höltge, S. (2005a): Verhalten
von in der Umwelt vorkommenden Pharmaka und ihren Metaboliten in Modelltestsystemen
– Teil 2: "Modellsystem Boden". Endbericht zum Boden-Projekt (FKZ 20167401/02).
UBA-Texte 11/05, ISSN 0722-186X. Umweltbundesamt, Berlin.
http://www.umweltbundesamt.org/fpdf-l/2897.pdf
Umweltrisiken von Pestiziden und nachhaltige Entwicklung eines integrierten
Pestizid-Managements für Gebirgsregionen in Entwicklungsländern unter Berücksichtigung
der sozioökonomischen Verhältnisse am Beispiel des Mittelgebirges in Zentral-Nepal
Zusammenarbeit der Institute für Geographie und Geoökologie (Prof. Dr. A. Herrmann, Prof.
Dr. O. Richter), Ökologische Chemie und Abfallanalytik (Prof. Dr. mult. Dr. h.c. M. Bahadir, PD
Dr. R. Kreuzig, Dipl. Chem. C. Vinke), Hydrologie, GSF München, Weltwirtschaftsinstitut, Kiel
und landwirtschaftlichen Institutionen (DOA, DHM, CEAPRED, ICIMOD u.a.) in Kathmandu,
Nepal.
Der Pflanzenschutzmittel-Einsatz stellt wie in vielen Entwicklungsländern auch in Nepal und in
der gesamten Hindukusch-Himalaya-Region (HKH) ein wachsendes Problem dar. Dasselbe gilt
für Ernteverluste infolge kombinierter Effekte aus zunehmenden Schädlingsresistenzen,
Wiederauftreten bereits verdrängter Schädlinge und sekundären Schädlingsbefall. Neben
möglichen Intoxikationen bei der PSM-Applikation sind Kontaminationen der Umwelt-
kompartimente Boden und Oberflächen- sowie Grundwasser und ein Eintrag von PSM-
Rückständen in Nahrungsketten bis hin zur gesundheitlichen Beeinträchtigung von Verbrauchern
nicht auszuschließen. Zur Abminderung einer Gefahr für Naturhaushalt und Menschen werden
deswegen immer dieselben Forderungen nach Schaffung von politischen, wissenschaftlichen und
bildungsmäßigen Grundlagen sowie von Reglementierungen unter Berücksichtigung der
wirtschaftlichen, agronomischen und sozioökonomischen Gesichtspunkte erhoben. Diese Projekt
soll als Grundlage für die Entwicklung eines integrierten Pflanzenschutz- Managements in Nepal
dienen.
Das analytische Teilprojekt hat die Aufgabe, im Department of Hydrology (DHM), Kathmandu,
ein rückstandsanalytisches Laboratorium einzurichten und Wissenschaftler dort sowie in
Braunschweig zu trainieren. Konventionelle und integrierte Pflanzenschutzmaßnahmen werden
im marktnahen Untersuchungsgebiet Jhikhu Khola, 50 km östlich von Kathmandu, durch
Rückstandsanalysen von Boden-, Wasser- und Pflanzenproben begleitet. Ferner werden in
Braunschweig mit Böden aus Nepal Radiotracerexperimente durchgeführt, um Verhalten und
Verbleib in Nepal angewendeter PSM-Wirkstoffe detailliert zu bilanzieren und so eine Datenbasis
für die mathematische Simulation der Rückstandssituation zu schaffen.
(Volkswagen-Verbundforschungsprojekt im Schwerpunkt "Umwelt als knappes Gut" 1998-2002)
Brandinduzierter Schwermetalltransport und Einfluss auf die Bildung und das
Ausbreitungsverhalten von PAK und PCDD/F
Prof. Dr. mult. Dr. h.c. M. Bahadir / Dr. H. Wichmann, Dipl. Chem. M. Wobst
In einer Laborverbrennungsanlage wurden die Ausbreitungschrakteristika ausgewählter
Schwermetalle unter verschiedenen Versuchsbedingungen (Temperatur: 600 °C und 800 °C,
Atmosphäre: N2, Luft, N2 + HCL bzw. Luft + HCL) untersucht. Weiterhin wurde der Matrix-
einfluß (Quarz-, Polyethylen-, Polystyrol- und Cellulosepulver) auf das Ausbreitungsverhalten
der Schwermetalle betrachtet und es wurde ermittelt, ob die Flüchtigkeit von einzelnen
Schwermetallen durch andere beeinflußt wird. In einem zweitem Schritt wurden mit Hilfe
weiterer Verbrennungsexperimente die Bildung und Verteilung schwerflüchtiger organischer
Schadstoffe (PAK und PCCD/F) untersucht und mit dem Ausbreitungsverhalten der Schwer-
metalle korreliert. Alle so ermittelten Ergebnisse wurden mit Analysedaten von Fahrzeug-
bränden in Verkehrstunneln und realen Brandereignissen verglichen. Der Zusatz von HCL-Gas
führte zu einer Erhöhung der Flüchtigkeit aller untersuchten Schwermetalle. Im Vergleich dazu
war der Einfluss der Temperatur und der verschiedenen Brandgüter geringer.
Ohne Schwermetallzusatz lagen die Gesamtkonzentrationen der PCFF/F bei 4.290 µg/kg und
die der EPA-PAK bei 15.200 mg/kg. Der Zusatz von Schwermetalloxiden (CuO, bzw. Cd, Cu, Fe,
MO, Pb und Zn als Mischung) zum Brandgut führte zu einer Erhöhung der PCDD/F- um den
Faktor 7-14 und Erniedrigung der PAK-Bildungsraten um den Faktor 5-10. Der Zusatz von CuO
führte zu einem stärkeren Transport der PCDD/F und PAK in der Verbrennungsapparatur,
während Oxidgemische eine Erniedrigung des PCDD/F- und PAK.Transportes bewirkte.
(Eigenmittel: 1998-2000)
Untersuchung zur Schadstoffbildung und Emissionsminderung der energetischen
Verwertung von Resthölzern in Kleinfeuerungsanlagen
Prof. Dr. mult. Dr. h.c. M. Bahadir / Dr. H. Wichmann, Dipl. Chem. A. Pieper
Die Thermische Verwertung von Resthölzern wurde an zwei Kleinfeuerungsanlagen untersucht.
An einer Unterschubfeuerungsanlage (250 kW) wurden anlagentechnische Maßnahmen zur
Emissionsminderung von NOx, CO, PCDD/F und PAK getestet. Untersucht wurden die Rauchgase
und anfallende Aschen. Eingesetzt wurden verschiedene Spanplatten, sowie unbehandeltes und
mit Holzschutzmittel (CKB=CrCuB) behandeltes Fichtenholz. Es zeigte sich, dass eine
Optimierung der Verbrennung auf niedrige CO- und NOx-Gehalte nicht zugleich eine geringere
Bildung von PCDD/F und PAK zur Folge hat.
An der zweiten Anlage, einem Vorofensystem (65 kW), wurden die Auswirkungen von
optimiertem und nicht optimiertem Betrieb auf das Schadstoffpotential untersucht. Ohne
bauliche Veränderungen am Ofen wurden o.g. Brennmaterialien unter Voll- und Teillast
verbrannt. PCDD/F und PAK in Aschen und Rauchgasen stiegen mit sinkender Auslastung an.
Der CO-Gehalt war bei Teillastbetrieb aufgrund der niedrigeren Temperaturen im Vorofen
höher als im Vollastbetrieb, während die NOx-Bildung bei Vollast größer war, da diese durch
höhere Temperaturen begünstigt wird.
Die Untersuchung ausgewählter Siebfraktionen von Spanplattenaschen (<20 bis 500 µm) zeigte
eine Zunahme der Konzentrationen an PAK und toxischen Elementen mit abnehmender
Partikelgröße. Der TOC nahm dagegen mit zunehmender Partikelgröße zu, woraus gefolgert
werden kann, dass der hohe TOC in großen Teilchen auf unverbrannte Holzbestandteile
zurückgeführt werden kann, und nicht auf durch denovo-Synthese gebildete Substanzen. Der
Gehalt der Partikelkern-bildenden Makroelemente war dagegen weitgehend unabhängig von der
Partikelgröße. (Deutsche Bundesstiftung Umwelt 1998-2000)
Verbundprojekt: Analyse des Schadstoffpotentials von bestückten Leiterplatten und
Ableitung geeigneter Sortierkonzepte
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir
Im Rahmen des Recyclings von Elektronikschrott stellt die Demontage der bestückten
Leiterplatten einen wichtigen Zerlegeschritt dar. Die häufig praktizierte Verwertung mit dem Ziel
der Wiedergewinnung der enthaltenen Metalle (Kupfer, NE-Metalle) erfordert eine vorherige
Schadstoffentfrachtung um eine Kontamination der wiedergewonnenen Materialien zu
vermeiden. Die z.Zt. praktizierte manuelle Entstückung der Leiterplatten ist zum einen teuer
und zum anderen durch erhebliche Unschärfe gekennzeichnet. Gründe hierfür liegen zum einen
in dem ungenügenden Wissen über die Schadstoffpotentiale der Bauteile, zum anderen in der
großen Abhängigkeit vom Erfahrungswissen der Zerleger. Als sinnvoller Lösungsweg wird eine
automatisierte Komplettentstückung der Leiterplatten und einer nachgeschalteten sensor-
gestützten Sortierung der Bauteile angesehen.
Bei diesem interdisziplinären Verbundforschungsprojekt bearbeitet das Institut für
Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig die verfahrenstechnischen
Aspekte der automatisierten Zerlegung und Separierung mit Hilfe von Bilderkennungs-
algorithmen. Die Aufgaben des Instituts für Ökologische Chemie und Abfallanalytik bestehen
darin, die Bauelemente bestückter Leiterplatten mittels organischer und anorganischer Analytik
auf ihren Schadstoff- und Wertstoffgehalt hin zu untersuchen. Mit ausgewählten Bauteil- und
Kunststofffraktionen werden Brandversuche in einer Laborverbrennungsapparatur durchgeführt,
um Schadstoffpotentiale zu ermitteln. Die Ergebnisse werden für den Aufbau einer
Schadstoffgestützten Datenbank zur Steuerung von Zerlegemaschinen eingesetzt. Ferner
werden Möglichkeiten der Debromierung der relevanten Kunststofffraktionen exemplarisch im
Laboratoriumsmaßstab untersucht. (Deutsche Forschungsgemeinschaft Umwelt 1996-1997)
Verbundprojekt: Umweltverträglichere Produktion durch betriebsinterne Rückführung von
Kühlschmierstoffen aus Schleifschlämmen
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Hubertus Wichmann, Dipl. Chem. Sandra Liedtke
Kühlschmierstoffbehaftete Schleifschlämme fallen als Abfälle in der metallverarbeitenden
Industrie überwiegend bei der spanenden Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide
an. Entsorgungswege sind in der Regel zu einen die thermische Verwertung in Sonderabfall-
Verbrennungsanlagen und zum anderen die Endlagerung in Deponien. Im Sinne einer
umweltverträglichen und ressourcenschonenden Produktion (Kreislaufwirtschaftsgesetz) sollten
für diese Abfälle allerdings Verwertungsverfahren unterstützt werden. Das Ziel dieses
Vorhabens ist ein Verfahren zu entwickeln, welches für die spanende Fertigung mit
Kühlschmierstoffen (KSS) ein Schließen des Stoffkreislaufes direkt am Ort der Entstehung und
die Rückführung des an den Spänen haftenden KSS in den Bearbeitungskreislauf ermöglicht.
Entölungsversuche mittels Lösungsmittelextraktion werden in einer Anlage der Firma Hoffmann
Maschinen- und Apparatebau GmbH am Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
(IWF / Prof. Dr. Westkämper) sowie in den Anlagen zweier weiterer Systemanbieter
durchgeführt. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf nichtwassermischbare mineralöl- und
nativbasische KSS, für die eine Aufarbeitung wissenschaftlich sinnvoll erscheint. Der
Aufgabenbereich des Instituts für Ökologische Chemie und Abfallanalytik umfasst zunächst die
Durchführung von Entölungsversuchen im Labormaßstab. Dabei werden sowohl verschiedene
Lösungsmittel, als auch verschiedene Extraktionssysteme getestet. Optimierte
Extraktionsverfahren werden anschließend am IWF im technischen Maßstab realisiert.
Desweiteren wird die stoffliche Zusammensetzung der Eingangs- und Endprodukte möglichst
vollständig analytisch bestimmt. Prozessbegleitende Analysen liefern Informationen zur
Effektivität der Verfahren sowie zur Qualität der recycelten KSS. Eine Erfassung von eventuellen
Veränderungen der zurückgewonnenen KSS soll es ermöglichen, durch spätere Zugabe fehlender
Bestandteile ihre ursprünglichen Eigenschaften wiederherzustellen. Im VW-Werk in Wolfsburg
werden schließlich in einer Pilotanlage Schleifschlammentölungen im Rahmen der Serien-
fertigung vorgenommen und analytisch überwacht, um damit die Technologische Anwendbarkeit
und Verwendbarkeit der recycelten KSS nachzuweisen. (Deutsche Bundesstiftung Umwelt
1997-1998)
Analytische Begleitung und Qualitätskontrolle beim Methodenvergleich "Schnellanalytik
Altholz"
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Wilhelm Lorenz, Dipl. Chem. Thomas Stratesteffen
Im Rahmen von Entsorgungsstrategien für Holzabfälle werden im Rahmen eines Verbund-
vorhabens verschiedene Schnellanalyseverfahren auf eine Reihe von organischen und
anorganischen Holzschutzmitteln (HSM) auf ihre Verwendbarkeit und Aussagekraft in der Praxis
getestet. Nach der Substanzauswahl werden einheitlich imprägnierende Holzproben hergestellt
und an die beim Methodenvergleich teilnehmende Institution versandt. Um die Anwendbarkeit
der zu erprobenden Schnellverfahren zu ermitteln, ist es notwendig, die tatsächlichen
Holzschutzmittel Konzentrationen in den versandten Holzproben mit der herkömmlichen
instrumentellen Rückstandsanalytik zu ermitteln. Zum Einsatz kommen hier vor allem die
Gaschromatographie gekoppelt mit der Massenspektrometrie für die Bestimmung der
organischen HSM und die Atomabsorptionsspektroskopie (AAS mit Hydridtechnik) für das
Schwermetall Quecksilber sowie ICP/AES für weitere Metalle von Interesse. Im Rahmen einer
Gesamtevaluation der von allen beteiligten Institutionen verwandten analytischen Verfahren
zur Bestimmung der HSM-Konzentrationen in den Prüfhölzern werden die jeweils erhaltenen
Analyseergebnisse gemeinsam diskutiert. Hierbei werden die analytischen Randbedingungen
der einzelnen Methoden sowie die grundsätzlichen Problemfelder für die untersuchten HSM
aufgrund deren physikalisch-chemischer Eigenschaften zu diskutieren sein, um anschließend
Forschungsarbeiten zur methodischen Optimierung durchzuführen. (Deutsche Bundesstiftung
Umwelt 1996-1997)
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Optimierung von Nachweismethoden
und Schutzkonzepten für Brandstörfälle in Chemikalienlagern
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Wilhelm Lorenz / Dr. Hans Richter
Brände in Pflanzenschutzmittellagern stellen für den Menschen und die Umwelt eine
außerordentliche Gefahr dar. Der Brand in der Lagerhalle B 956 der Firma Sandoz in Basel am
1. November 1986 hat gezeigt, dass die Auswirkungen nicht lokal beschränkt bleiben und
zeitlich vorhalten können. Zur Entwicklung und Dimensionierung von Schutzkonzepten baulicher
und organisatorischer Art ist die Kenntnis der im Brandfall zu erwartenden Schadstoffe
erforderlich. Hierzu werden Brandschutzsimulationen in verschiedenen Größenordnungen
durchgeführt.
In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten
Kooperationsprojekt sind in Zusammenarbeit mit dem Institut für Baustoffe, Massivbau und
Brandschutz (iBMB) und dem Institut der Feuerwehren Sachsen-Anhalt Fragen der
Brandausbreitung und der Wirksamkeit von Löschstrategien untersucht worden. Ziel der
Untersuchungen war es, Modellansätze für Brandverläufe und Brandwirkungen sowie einen
Leitfaden für "Brandstörfallanalysen und Brandschutzkonzepte für Chemikalienlager" zu
entwickeln. Die Aufgaben der chemischen Analytik bestanden darin, die zu erwartende
stoffliche und quantitative Zusammensetzung der Brandprodukte für verschiedene Brand-
szenarien zu ermitteln. Die Ãœbertragbarkeit dieser Ergebnisse auf einen Realbrand hängt von
der Auswahl geeigneter Randparameter ab. Das globale Äquivalenzverhältnis (GEP) ist ein
anerkannter Parameter zur Vorhersage von gasförmigen Verbrennungsprodukten wie z.B.
Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.
In dem vorliegenden Projekt wurde vom Institut für Ökologische Chemie und Abfallanalytik
das GER-Konzept auf Verbrennungen im Mikromaßstab übertragen. Hierfür wurde ein Röhren-
ofen so modifiziert, dass über zeitaufgelöste Messung des Kohlendioxid-Massenflusses im
Brandgas das Abbrandverhalten und das Äquivalenzverhältnis bestimmt werden können.
Untersuchungen mit Goltex WG, Lebaycid, Perfekthion, Corbel, Basamid, Sencor WG70,
Pyramin DF, Diuron Bayer und Euparen WG haben gezeigt, dass das Schadstoffprofil primär
davon abhängt, ob das Brandgut in der Gasphase zündet. Liegt eine echte Verbrennung vor,
so korreliert der Schadstoffgehalt mit dem Äquivalenzverhältnis. (BMBF 1996-1999)
Erprobung und Anpassung ökotoxikologischer Methoden zur Bewertung UTD-relevanter
Abfall-Eluate
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Wilhelm Lorenz, Dipl. Chem. Marc Müller, Dipl.-Biol. Gritta
Schrader, Dipl.-Biol. Mathias Wundram
Bei den toxischen Lösungen, die der Untertagedeponie von Abfallstoffen freigesetzt werden
können, handelt es sich um Salzlaugen, die Schwermetalle enthalten. Die existierenden
Ökotoxizitätstests sind aber nicht speziell auf diese Bedingungen abgestimmt. Zur Bewertung
der UTD-relevanten Abfallarten sind diese Tests nur dann geeignet, wenn sie die folgenden
zwei Punkte erfüllen:
1. Salzlösungen rufen bei allen Organismen bei höheren Konzentrationen, die von der jeweiligen
Organismenart abhängig sind, Schädigungen hervor. Wenn die zu untersuchenden Schadstoff-
lösungen, wie hier gegeben, eine relativ hohe Salzkonzentration aufweisen, dürfen die für
einen Ökotoxizitätstest eingesetzten Organismen nicht zu salzempfindlich sein, so dass neben
der natürlich auftretenden Hemmung durch das Salz auch noch die Toxizität der Schwermetalle
signifikant ist.
2. Die Sensibilität des Testorganismus gegenüber den Schadstofflösungen muss ausreichend
hoch sein, um auch in verdünnten Lösungen die Ökotoxizität nachweisen zu können. Zur
Erarbeitung eines Ökotoxizitätstests, der speziell auf diese besonderen Bedingungen bei der
Bewertung von UTD-relevanten Abfallarten angepasst ist, bietet es sich an, gezielt eine
generelle Reaktion auszuwählen, die empfindlich durch Schwermetalle geschädigt wird, wie Z.B.
die Photosynthese, Respiration bzw. Reproduktion. Anschließend muss ein solcher Test
vergleichend zu bereits bestehenden untersucht und verifiziert werden. Die etablierten Tests
basieren auf Beeinträchtigungen von Wachstum und Vermehrung durch toxische Substanzen.
Diese Reaktionen sind erst sekundär ein Zeichen dafür, dass es primär zu einer Schädigung von
einer oder mehreren Stoffwechselreaktionen gekommen ist. Daher kann die Toxizität auch
direkt über den Nachweis der hemmenden Wirkung auf eine Stoffwechselreaktion bestimmt
werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein Ergebnis schneller und direkter erhalten
werden kann, da nicht die Ausprägung eines sekundären Schädigungseffektes abgewartet
werden muss. Als Basis für einen Phytoxizitätstest eignet sich besonders die Hemmung der
Photosynthese, während für mikrobiologische Toxizitätstests die Respirationshemmung einen
geeigneten Testparameter darstellt. Für zootoxikologische Tests dagegen bleiben
Reproduktions- und Wachstumsrate als sekundäre Testparameter am sinnvollsten, da hier die
Auswertung einfach und praktikabel ist. (BMBF 1995-1997)
Untersuchungen zu Leistungsfähigkeit einer altenierenden aeroben/anaeroben
Vorbehandlung von festen Siedlungsabfällen
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Robert Kreuzig, Dipl. Chem. Thore Schön
Im Rahmen des BMBF-Verbundvorhabens "Mechanisch-biologische Behandlung von zu
deponierenden Abfällen" wird die Leistungsfähigkeit einer altenierend aeroben/anaeroben
Vorbehandlung fester Siedlungsabfälle bezüglich Mineralisation der organischen Substanz,
Behandlungszeit und Minimierung der Schadstofffreisetzung untersucht. Im ersten Abschnitt
dieses Forschungsvorhabens werden Grundlagenuntersuchungen (Technik, mikrobiologische
Vorgänge und Schadstoffabbau) mittels Lysimeterexperimenten (200 L Volumen) durchgeführt.
In der zweiten Phase steht die Praxisanwendung im Vordergrund und Lysimeterexperimente
werden im halbtechnischen Maßstab (20m3) angestellt. Aufgabe des analytischen Teilprojektes
ist der Nachweis von Schadstoffen im Abgas, sickerwasser und Feststoff sowie Untersuchungen
zur Abbaubarkeit von Organochlorverbindungen der Abfallmatrix. (BMBF 1995-1998)
Ausbreitung von polycyclischen Kohlenwasserstoffen im Boden - Experimnte und Modelle-
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Robert Kreuzig, Dipl. Chem. Michael Rückert
Das Verhalten von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) und ihren
Metaboliten im Boden werden anhand ausgewählter Leitchemikalien (Fluoranthen, Pyren,
Benzo(a)pyren) untersucht. In Batchversuchen werden Bodenproben mit 14C-markierten PAH's
dotiert und inkubiert. Diese Abbauversuche dienen der Identifizierung im Boden. Laborversuche
mit Bodenmonolithen dienen der Untersuchung des Verlagerungsverhaltens der Substanzen. Die
Ergebnisse fließen in mathematische Simulationsmodelle ein, um Prognosen für PAH-belastete
Stansorte zu erarbeiten. (DFG 1993-1996)
Untersuchungen zur Toxizität von Unterrichtsversuchen
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Prof. Dr. Henning Hopf
Bei vielen historisch überlieferten Experimenten in der Chemie-Ausbildung liegt ein
beachtliches Potential der Schadstoffbildung von z.T. erheblicher toxikologischer Relevanz.
Wie wir erstmalig feststellen konnten, werden z.B. bei dem Beilstein-Test zum einfachen
qualitativen Nachweis von organischen Halogenverbindungen erhebliche Mengen an
hochtoxischen Dioxinen und Furanen gebildet. Hierdurch könne Studierende wie auch Labor-
räume signifikant kontaminiert werden. Dies zum Anlass nehmend haben wir gemeinsam mit
dem Institut für Organische Chemie (Prof. Dr. H. Hopf) eine systematische experimentelle
Untersuchungsreihe ins Leben gerufen, in der gängige Ausbildungsversuche aus Standard-
lehrbüchern auf ihre Umwelt- und Arbeitsplatzrelevanz untersucht werden. Hieraus sind
inzwischen mehrere gemeinsame Publikationen entstanden, die bei uns wie an anderen
Hochschulen zu einer allmählichen Anpassung der Ausbildung in der Chemie an die
Erfordernisse des Umweltschutzes und der Arbeitshygiene beitragen werden.
(Eigenmittel: 1992- langfristig)
Umwelthygienische Untersuchungen von Recycling-Prozessen und -Produkten
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Wilhelm Lorenz et. al.
Die stoffliche Wiederverwertung von Abfällen, wie Kunststoffen, Lösungsmittel und Papier,
schont Umwelt und Rohstoffressourcen. Dabei werden Materialien jedoch häufig in anderen
Bereichen eingesetzt als im ursprünglichen Einsatzgebiet. Ob die für den Einsatz erforderlichen
Bestandteile und Additive, sowie bei der Erstverwendung hinzugekommenen Verunreinigungen
und Schadstoffe etwa beim Einsatz von Lösungsmitteln, beim Recyclingprozess selbst oder
beim Folgeeinsatz der recyclierten Produkte umwelthygienische Probleme verursachen können,
ist Gegenstand einer ganzen Reihe von Untersuchungen im Labor- und Pilotmaßstab, z.T.
gemeinsam mit Industriepartnern im Rahmen von Auftragsarbeiten. Auch werden dabei
Aspekte der Entgiftung von Laborabfällen vor möglichem Recycling mituntersucht.
(Eigenmittel:1990 bis langfristig)
Verbundvorhaben: Weitergehende Reinigung von Deponiesickerwässern durch chemische
Oxidation/UV-Bestrahlung mit biologischer Vor- und Nachbehandlung
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Wilhelm Lorenz, Dipl. Chem. Michael Harms
Sickerwässer von Deponien können neben anorganischer Belastung hohe Konzentrationen an
organischen Verbindungen aufweisen. Vor Eintritt in den Vorfluter ist eine Behandlung zur
Schadstoffverminderung daher notwendig. Physikalische Prozesse wie Eindampfung, Adsorption
usw. führen zu Rückständen, in denen die Schadstoffe weitgehend unzerstört erhalten bleiben.
Chemische Verfahren wie die Oxidation der Sickerwasserinhaltsstoffe mit Ozon oder
Wasserstoffperoxid in Kombination mit UV-Bestrahlung bieten dagegen den Vorteil, die
organischen Substanzen abbauen zu können. Zur Optimierung dieser energie- und damit
kostenintensiven Behandlung wird derzeit nach wirksamsten Abfolgen von Oxidation und
biologischer Klärung geforscht. Mit der die Untersuchungsreihen begleitenden Analytik soll
ermittelt werden, inwiefern die Inhaltsstoffe bzw. Stoffgruppen dem Abbau unterliegen und
welche Produkte dabei entstehen.
Während die Abwasserbehandlung des Projektes vom Institut für Siedlungswasserwirtschaft
(Prof. Dr.-Ing. R. Kayser) durchgeführt wird, obliegt uns die analytische Charakterisierung der
Umsetzungsschritte und die erforderliche analytische Methodenentwicklung. (BMFT 1993-1995)
Auswahl und Untersuchung UTD-relevanter Abfallarten
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Carsten Petersen, Dipl. Chem. Ralf Fischer
UTD-relevante Abfälle können eine Vielzahl unterschiedlicher Bestandteile enthalten und ihre
Zusammensetzung von Charge zu Charge verändern. Dies bringt erhebliche analytische
Probleme bei der Bestimmung der anorganischen und organischen Inhaltsstoffe mit sich. Die
Gefahren für Mensch und Umwelt gehen von diskreten Einzel-Inhaltsstoffen der chemisch-
toxischen Abfälle aus. Diese Abfälle werden jedoch nur grob klassifiziert. Dies geschieht
entweder nach deren Herkunft oder nach deren Hauptbestandteilen. Die makroskopische
Bezeichnung der Abfallarten gemäß Abfallschlüssel nach TA-Abfall berücksichtigt in der Regel
nur die Hauptbestandteile oder die Art der Abfallentstehung. Diese Art der Einteilung ist zu
grob gerastert und nimmt keine Rücksicht auf toxische Neben- und Spurenbestandteile, die für
die (öko-)toxikologischen Wirkungen in erster Linie verantwortlich sind. Die bislang in der
Abfalluntersuchung durchgeführte Listenanalytik ist in der Lage, Auskunft über deren Gehalt an
ausgewählten interessierenden Inhaltsstoffen zu geben, während Informationen über die
Probenzusammensetzung im Sinne einer Bilanzierung aller Inhaltsstoffe nicht gegeben werden
können. Das Ziel unserer FE-Arbeiten bestand darin, hierfür neuartige Konzepte und Ansätze
mitzuentwickeln sowie eine Gesamtcharakterisierung der Abfälle vorzunehmen. (BMFT
1992-1994)
Verbundprojekt: Umwelt und arbeitsverträgliche Kühlschmierstoffe für die spanende
Bearbeitung von Metallen mit geometrisch unbestimmter Schneide
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Wilhelm Lorenz, Dr. Jörn Ritterbusch, Dipl. Chem.
Carsten Mühl
Beim zerspanen mit geometrisch unbestimmter Schneide ist es in der Regel nicht möglich, auf
Kühlschmierstoffe (KSS) zu verzichten. Diese Stoffe werden in den meisten Fällen auf
Mineralölbasis hergestellt. Der hier hergestellte nichtwassermischbare KSS schont dagegen die
natürlichen Ressourcen durch Verwendung nativer, nachwachsender Rohstoffe. Sein Profilist
denen äquiviskoser Mineralölprodukte zumindest gleichwertig. Vorteile zeichnen sich deutlich
im Bereich der Standzeiten, der Hautverträglichkeit und der tribologischen Eigenschaften ab.
Der KSS B7 ist aus abwassertechnischer Sicht problemlos zu entsorgen. Die biologische
Abbaubarkeit der Ausgangsemulsion KSS B7 und Tenside) wie auch der vorgereinigten Proben
ist sehr gut. Durch die physikalischen Vorreinigungsschritte der Verdampfung und der
Umkehrosmose wird der Hauptanteil der CSB-Fracht aus dem Abwasser entfernt. Die nur sehr
schwachen Wechselwirkungen zwischen der Esterverbindung und dem Tensid ermöglichen
zudem eine Trennung durch die Ultrafiltration. Nach der erweiterten Aufreinigung (bspw. durch
Nanofiltration) ist ein erneuter Einsatz des KSS B7 und des Tensids im Produktionsprozess
denkbar. Der eingesetzte und nur wenig additivierte KSS zeichnet sich sowohl im Technischen
Einsatz im Prozess als auch bei der Entsorgung aus. Es konnte gezeigt werden, dass ein
Kühlschmierstoffkonzept, das alle Belange des Einsatzes und der Verwertung berücksichtigt
möglich ist. In der Zukunft sollten weitere Prozesse nach diesem Modell überprüft werden.
Im Institut für Siedlungswasserwirtschaft (Prof. Dr.-Ing. R. Kayser) werden Aspekte der
Abwasserbehandlung untersucht, und die dabei erforderlichen analytischen Arbeiten vom
Institut für Technische Chemie (W.-D. Geßner, anorganische Chemie) und von uns (organische
Analytik) durchgeführt. Die als besonders vielversprechend erkannten Kss werden dann bei VW
in Wolfsburg in einer Versuchsstraße im Pilotmaßstab bei der PKW-Produktion getestet.
(Deutsche Bundesstiftung Umwelt 1992-1994)
Verbundprojekt: Aufnehmen - Verwerten - Deponieren von Müll aus alten Kippen
Prof. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Wilhelm Lorenz, Dr. Jörg Fischer, Dr. Jan Gunschera
Im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsvorhabens zur Ermittlung der Chancen und
Risiken der Wiederaufnahme von Altmüll aus Mülldeponien und zu dessen optimierten Einbau
nach dem Stand der Technik wurde das Verhalten und der Verbleib von Schadstoffen im
Deponiekörper, in den Deponiegasen und in den Sickerwässern vor, während und nach den
deponiebaulichen Maßnahmen untersucht. Die Hauptziele der Untersuchungen lagen in den
arbeitshygienischen und umweltchemischen Aspekten einer derartigen Umlagerungsmaßnahme.
Für die Untersuchungen wurden Abfallysimeter eingesetzt, welche in Ihrer Zusammensetzung
gewöhnlichen Hausmülldeponien entsprachen. Ein Teil der Lysimeter war zusätzlich mit
anorganischen und organischen Schadstoffen kontaminiert. Die abfallanalytische
Charakterisierung der Gas-, Sickerwasser- und Müllproben erfolgte mit Hilfe summen-
parametrischer und rückstandsanalytischer Verfahren. Es wurden leichtflüchtige organische
Verbindungen (Volatile), chlorierte organische Substanzen (Chlorbenzole, PCB, HCH-Isomere,
DDT-Derivate, polychlorierte Dibenzo-p-dioxine und -furane), nichtchlorierte organische
Substanzen (Pestizide, PAK, Kunststoffadditive, Triazine) sowie anorganische Schadstoffe
(Anionen, toxische Schwermetalle) untersucht. Die Bestimmung typischer Summenparameter
(AOX. TC, TOC; KW- und Phenolindex) vervollständigte die analytische Bestandsaufnahme.
In vier Teilprojekten werden abfallwirtschaftliche Maßnahmen, mikrobiologische und
abfallanalytische Untersuchungen sowie juristisch-ökonomische Fragen und Bewertungs-
maßstäbe auf die Projektthematik konzentriert.
Die anderen Projektpartner sind das Leichtweiß-Institut für Wasserbau, Abt. Landwirt-
schaftlicher Wasserbau und Abfallwirtschaft (Prof. Dr.-Ing. J. Collins), das Institut für
Mikrobiologie (Prof Dr. H. Hanert) und das Institut für Wirtschaftswissenschaften,
Rechtswissenschaften (Prof. Dr. E. Koch). (Stiftung Volkswagenwerk 1992-1994)
Eureka Projekt - Brandschutz in Verkehrstunnelanlagen
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir /Dr. Wilhelm Lorenz, Dipl. Chem. Hubertus Wichmann, Dr. Volker
Zilinski
Zur Untersuchung der Auswirkungen von Fahrzeugbränden in Tunnelanlagen wurden in einem
norwegischen Tunnel bei Hammerfest verschieden Fahrzeugarten wie z.B. Eisenbahnwaggons
der DB, U- und S- Bahnen, Reisebusse sowie PKW und LKW verbrannt und dabei die
brandspezifischen Probleme analysiert. Neben dem Temperaturverlauf und der Bildung
toxischer Schadgase wurden möglicherweise ebenfalls gebildete toxische Kohlenwasserstoffe,
insbesondere halogenierte Dibenzo-p-dioxine und -furane (PCDD/F) sowie polycyclische
aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) mitbestimmt. Ziel des Projekts war es, die
Möglichkeiten des optimalen Personenschutzes sowie der weitergehenden Erhaltung von
Sachwerten bei Bränden in unterirdischen Verkehrsanlagen und die Einsatzmöglichkeiten der
Feuerwehr im Zusammenhang mit Personenrettung und Brandbekämpfung zu untersuchen. In
1991 bis1993 wurden die rückstandsanalytischen Bestimmungen der Schadstoffgehalte der
gewonnenen Brandrückstands- und Rußproben durchgeführt. Nachdem die Untersuchungen der
Brandversuchsserie von 1991 (Holzstoß, PKW, U- Bahn) erfolgreich abgeschlossen werden
konnten, stand nun die Brandversuchsserie von 1991 (PKW und Eisenbahnwaggon) zur
Untersuchung an. Das umfangreiche spurenanalytische Untersuchungsprogramm wurde bis
Ende 1993 abgeschlossen. Der Einsatz der angewandten Probenahmestrategien während der
Brandversuche in Norwegen erwies sich als erfolgreich. (BMFT 1990-1991
Rückstandsuntersuchungen von Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffen und korrespondieren
Metaboliten in Böden
Prof. Dr. Dr. Müfit Bahadir / Dr. Robert Kreuzig, Lebensmittelchemikerin Heike Diekmann,
Dipl.- Chem. Andreas Höllrigl-Rosta
Die rückstandsanalytischen Untersuchungen zu diesem Forschungsvorhaben werden im Rahmen
des SFB 179 "Wasser- und Stoffdynamik in Agrarökosystemen", in den das Institut 1990 als
Teilprojekt integriert wurde, durchgeführt. Zielsetzung ist es, die Bedeutung von Adsorption
und Abbau als konzentrationsbestimmende Prozesse für Pflanzenschutz-Wirkstoffe in Böden zu
ermitteln. Hierzu werden analytische Methoden zur simultanen Bestimmung von applizierten
Wirkstoffen und korrespondierenden Metaboliten unter besonderer Berücksichtigung sensitiver
Derivatisierungsreaktionen für polare Abbauprodukte und selektiver Aufreinigungsverfahren
sowie Detektionstechniken entwickelt und für Labor- und Feldexperimente angewendet. Die
Aufstellung detaillierter Massenbilanzen erfolgt für ausgewählte Wirkstoffe in geschlossenen
Modellsystemen mittels Radiotracertechnik, um neben Ausgangsverbindungen und gebildeten
Metaboliten auch das Ausmaß von Mineralisation und die Bildung nicht-extrahierbarer
Rückstände zu erfassen. Die ermittelten Daten fließen schließlich in mathematische
Simulationsmodelle ein. (DFG 1991- 1996)
