Deutsch-französisches Forschungsprojekt erfolgreich abgeschlossen: Wissenschaftler gewinnen durch Biolaugung Kupfer aus heimischem Kupferschiefer

Pressemitteilung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) vom 12.09.2017

Wissenschaftler der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) und des französischen geologischen Dienstes BRGM ist es jetzt mit Hilfe von Mikroorganismen gelungen, aus heimischem Kupferschiefer 97 % Kupfer zu lösen. Dafür nutzten sie spezielle Laugungsbakterien, die unlösliche Erzminerale in wasserlösliche Salze umwandeln. Aus den metallreichen Lösungen konnte das Kupfer dann durch biologisch-chemische Ausfällung gewonnen werden.

Das Projekt erfolgte im Labormaßstab, in so genannten „Bioreaktoren“. Nur durch Optimierung der Betriebstemperatur und Wachstumsbedingungen der Bakterien konnte die Kupfer-Ausbeute auf fast 100 % gesteigert werden. Zur Überwachung und Steuerung der Mikroorganismen im Bioreaktor wurden molekulare Methoden weiterentwickelt.

Die Projektergebnisse ermöglichen eine Maßstabsvergrößerung für den Aufbereitungsprozess von Kupferschiefer. Sie wurden in mehreren Artikeln in Fachzeitschriften publiziert und werden auf dem „22. International Biohydrometallurgy Symposium“ im September präsentiert.

Ziel der deutschen und französischen Geowissenschaftler ist es nun, zukünftig im geomikrobiologischen Labor Wertmetalle aus verschiedenen Erzen zu gewinnen.

Das aktuell abgeschlossene BGR-Projekt ist Bestandteil des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten deutsch-französischen Verbundvorhabens „Ecometals“. Dabei geht es um die Entwicklung eines umweltverträglichen, energie- und rohstoffeffizienten Aufbereitungsprozesses für Kupferschiefer.

Weitere Informationen:
Metall-Biolaugung (Biomining) in der BGR: https://www.bgr.bund.de/DE/Themen/Min_rohstoffe/Biomining/biomining_node.html

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Gereinigte Abwässer vielfältig nutzbar

Forschungsprojekt „MULTI-ReUse“ gestartet: Sichere Aufbereitung von Kläranlagenablauf

Gereinigtes Abwasser ist ein wichtiger Bestandteil unserer Wasserressourcen. Allerdings sind diese häufig ungeeignet für den unmittelbaren Einsatz in Industrie oder Landwirtschaft. Doch wächst inzwischen infolge verschiedener Rahmenbedingungen in einzelnen Regionen wie beispielsweise in Niedersachsen der Druck auf die verfügbaren Wasserressourcen. Deshalb muss verstärkt über neue Konzepte und innovative Verfahren zur Abwasseraufbereitung nachgedacht werden.

Die Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser birgt ein hohes Potenzial für industrielles Brauchwasser, landwirtschaftliche Beregnung, Infiltrationswasser zum Mengenausgleich sowie zur Verdrängung von Salzwasser. Doch noch bestehen Lücken in der Aufbereitungstechnik, bei den notwendigen Messungen sowie bei der Beobachtung und Überwachung der Wasserqualität. Mit dem Verbundprojekt Projekt „Modulare Aufbereitung und Monitoring bei der Abwasser- Wiederverwendung“ (MULTI-ReUse) sollen deshalb neue Verfahren entwickelt werden, mit denen zuverlässig die Wasserqualitäten erreicht werden, die für eine Nutzung als Brauchwasser erforderlich sind.

Der Partikelgehalt oder die Nährstoffkonzentration in aufbereitetem Abwasser sind zwar aus Sicht der Umwelt unproblematisch. Für eine industrielle Nutzung sind sie allerdings häufig zu hoch. In anderen Bereichen wie in der Landwirtschaft können beispielsweise die Konzentration von gelösten Ionen oder auch hygienische Bedenken die Verwendung von gereinigtem Abwasser einschränken. Die übergeordnete Aufgabenstellung des Projekts besteht also in der Entwicklung, Demonstration und der Bewertung der einzelnen Teile des Systems, um konventionell gereinigtes Abwasser optimal aufzubereiten.

Deshalb haben sich der Oldenburgisch-Ostfriesische Wasserverband (OOWV) mit den Forschungspartnern IWW Zentrum Wasser GmbH, dem Biofilm Centre der Universität Duisburg- Essen (UDE) und den Ausrüsterfirmen inge GmbH, IAB Ionenaustauscher GmbH Bitterfeld – eine 100-prozentige Lanxess-Tochtergesellschaft – und De.EnCon GmbH zusammengeschlossen.

Gemeinsam sollen flexible Verfahrensketten entwickelt werden, um zuvor festgelegte Wasserqualitäten und Wassermengen zu produzieren.

Dabei werden auch innovative Verfahren miteinander kombiniert und technisch neu entwickelte Membranen eingesetzt. Parallel dazu werden schnelle und zuverlässige Beobachtungsverfahren entwickelt, die die Prozesse kontrollieren sollen. Diese haben auch die Aufgabe, die Qualität der Parameter zu überwachen, die für die Hygiene wichtig sind. Die praktische Umsetzung erfolgt am Standort der Kläranlage Nordenham in Niedersachsen in Zusammenarbeit mit dem OOWV.

Die Schnittstelle zur industriellen und zur landwirtschaftlichen Anwendung decken die beiden weiteren Verbundpartner DECHEMA und das Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) ab. Der Verbundpartner ISOE – Institut für sozial-ökologische Forschung bewertet die Nachhaltigkeit der Verfahren und informiert die Fachöffentlichkeit über die Forschungsergebnisse. Außerdem erarbeitet ISOE eine Strategie für den Export, um den in Multi-ReUse entwickelten Baukasten mit seinen Innovationen weltweit zu vermarkten.

Das Projekt schließt damit entscheidende Lücken: Es macht Deutschland dank seiner innovativen Konzepte und Verfahren zur Wiederverwendung von Abwässern  weltweit konkurrenzfähiger – denn die Ergebnisse dieses Projekts sind nicht nur für Deutschland von Bedeutung.

Das Verbundprojekt „Modulare Aufbereitung und Monitoring bei der Abwasser- Wiederverwendung“ (Multi-ReUse) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme WavE gefördert. Auf der Projektwebseite www.water-multi-reuse.org werden in regelmäßigen Abständen Neuigkeiten und Forschungsergebnisse veröffentlicht.

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CarbonNext – The Next Generation of Carbon for the Process Industry

Die DECHEMA untersucht bereits seit vielen Jahren die technischen Optionen, um das Treibhausgas CO2 industriell nachhaltig zu nutzen. Die Anwendungsfelder, bei denen CO2 als Synthesebaustein genutzt werden kann, reichen in der chemischen Industrie von Kunststoffen bis hin zu Kraftstoffen der Petrochemie.  Des Weiteren besteht ein hohes Potenzial, CO2 in der Baubranche als Komponente von Baumaterialen einzusetzen. Die Prozesse zur stofflichen Nutzung von CO2 sind eine Herausforderung an sich; eine weitere ist es, die besten Quellen von CO2 für jeden der spezifischen Prozesse und deren Produktionsstandorte zu bewerten.  Im Projekt CarbonNext, eine „Coordination and Support Action“ im H2020 Forschungsprogramm der EU, angesiedelt in SPIRE, untersucht die DECHEMA mit Hilfe der Projektpartner University of Sheffield aus England und Trinomics BV aus den Niederlanden, alternative Kohlenstoffquellen für die Prozessindustrie und andere Rohöl-konsumierende Sektoren in Europa. Dabei soll analysiert werden, welche Quellen für welchen Prozess und Standort am geeignetsten ist. Das Hauptaugenmerk liegt auf CO2 und CO aus industriellen Abgasen, des Weiteren werden nicht konventionelle Kohlenstoffquellen wie Schiefergas, Ölsand, Methangewinnung aus Kohleflözen oder Power-to-liquid- und Power-to-coal-Technologien bewertet.

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Nachhaltige Wasserversorgung von Haushalten, Landwirtschaft und Industrie

Neue BMBF-Fördermaßnahme unterstützt innovative Verfahren und Konzepte zur Wasserwiederverwendung

Der Wasserbedarf steigt durch intensive Wassernutzung weltweit kontinuierlich an und führt selbst in Deutschland bereits zu regionaler Wasserverknappung. Bei WavE, der neuen Fördermaßnahme des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), stellen sich Akteure aus Wissenschaft, Wirtschaft und Praxis in 13 Verbundprojekten der Herausforderung, neue Lösungen für eine nachhaltige Wasserversorgung von Haushalten, Industrie und Landwirtschaft zu entwickeln: Innovative Verfahren und Konzepte sollen die Verwertung von kommunalen Abwässern und optimierte industrielle Wasserkreisläufe möglich machen – bei nutzungsgerechter Wasserqualität und ausreichender Verfügbarkeit.

Die BMBF-Fördermaßnahme „Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwendung und Entsalzung“ (WavE) hat es sich zum Ziel gesetzt, einen Beitrag zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit und damit zu einer nachhaltigen Entwicklung von Regionen im In- und Ausland zu leisten. Die Entwicklung innovativer Technologien und Konzepte soll die Position deutscher Unternehmen am nationalen und internationalen Markt stärken.

Die für drei Jahre geförderten Verbundprojekte sind verschiedenen Themenfeldern zugeordnet. Die Projekte im Themenfeld „Wasserwiederverwendung durch Nutzung von behandeltem kommunalem Abwasser“ wollen beispielsweise mit speziellen neuen Technologien aufbereitete Abwässer aus Städten und Gemeinden für die Bewässerung von Nutzpflanzen und für wasserintensive Prozesse in der Industrie nutzen. Sogar die Erzeugung von einwandfreiem Trinkwasser ist dabei denkbar.

Das zweite Themenfeld „Kreislaufführung von industriell genutztem Wasser“ befasst sich damit, wie für industrielle Prozesse genutztes Wasser am gleichen Standort aufbereitet und wieder genutzt werden kann, wie beispielsweise in Industrieparks, in der Stahlindustrie oder im Bergbau. So wird Frischwasser eingespart. Zudem können die dem gereinigten Wasser entnommenen Substanzen, zum Beispiel Salze, teilweise als Rohstoffe weiterverwendet werden.

Die Projekte des dritten Themenfelds „Aufbereitung von salzhaltigem Grund- und Oberflächenwasser“ zielen darauf ab, diese von Salzen oder teilweise sogar von Schadstoffen zu reinigen. Damit kann dieses als Trinkwasser genutzt werden. Dieses Thema ist in vielen Teilen der Welt relevant, in denen Wasserknappheit herrscht.

Nur ein geringer Teil des auf der Erdoberfläche vorkommenden Wassers steht in Süßwasserqualität zur Verfügung – Wasser ist ein kostbares Gut. Für viele Prozesse ist kein Trinkwasser notwendig. Beispiele sind industrielle Kühlwasserkreisläufe oder die Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen. Auch entsalzte Grund- und Oberflächenwässer können vielfältig eingesetzt werden. Somit ergibt sich ein großes Potential zur Wiederverwendung und Kreislaufführung von Wasser. Dies gilt es durch neuartige Verfahren und Konzepte zu nutzen. Gleichzeitig soll dadurch die Umwelt geschont werden.

Die DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. unterstützt mit dem wissenschaftlichen Begleitvorhaben TransWavE die BMBF-Fördermaßnahme. Die Aufgabe von TransWavE ist es, den Austausch zwischen den beteiligten Verbundprojekten zu fördern. Die Ergebnisse von WavE werden gebündelt und den Anwendern zur Verfügung gestellt. Ziel der Förderung ist, deutsche Unternehmen und Dienstleister am internationalen Wassertechnikmarkt zu stärken.

Das wissenschaftliche Begleitvorhaben TransWavE wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Es ist Teil der Fördermaßnahme „Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwendung und Entsalzung (WavE)“ Weitere Informationen unter www.bmbf-wave.de

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Projekt des Monats: Simulieren geht über probieren – wann versagen Stahlklebeverbindungen?

Politische Vorgaben zur Erreichung von Klimazielen, Energieeffizienz, Elektromobilität und ein gesteigertes Umweltbewusstsein spiegeln sich auch in der industriellen Fertigung wider. Leichtbauelemente spielen deshalb in der Fahrzeugproduktion und überall dort, wo Gewicht und Energie eingespart werden sollen, eine zentrale Rolle. Faserverstärkte Kunststoffe haben sich hier bewährt. In Kombination mit Stahlverbindungen werden sie in der Automobilindustrie sowie beim Bau von Nutz- und  Schienenfahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen eingesetzt. Damit gewährleistet ist, dass die Klebeverbindungen nicht versagen und allen Anforderungen an Sicherheit und Belastbarkeit genügen, sind umfangreiche und kostspielige Testreihen notwendig.

In einem aktuellen Forschungsprojekt der industriellen Gemeinschaftsforschung entwickeln Wissenschaftler der Universitäten Paderborn und Kassel ein Simulationsmodell, um das Versagen der Klebschicht bzw. der Faserstrukturen zuverlässig vorherzusagen. Damit können Gestaltungs- und Auslegungsrichtlinien erstellt werden. Davon profitieren vor allem kleine und mittelständische Unternehmen. Sie können künftig aufwändige Testreihen reduzieren und wirtschaftlicher produzieren.

Ob der Klebstoff optimal auf dem Substrat haftet, hängt von der geometrischen Struktur der Oberfläche und der Ausrichtung der Fasern in den Kunstoffen ab. Die Klebverbindung kann entweder an der Grenzschicht oder im Innern der faserverstärkten Kunststoffe versagen. Solche Szenarien können mit Finite-Elemente-Analysen berechnet werden. Dabei wird der zu untersuchende Bereich in kleine Teilregionen, die Finiten Elemente aufgeteilt. Die Finite-Elemente-Analyse beruht auf dem Lehrsatz, dass belastete Strukturen sich so verformen, dass die potentielle Energie des Systems minimiert wird. Um das Deformationsverhalten zu beschreiben, gibt es eine Vielzahl von Elementtypen, die in Datenbanken hinterlegt sind. Damit künftig eine virtuelle Produktentwicklung und –prüfung auch für faserverstärkte Kunststoffe möglich ist, erarbeiten die Wissenschaftler in diesem Projekt entsprechende Simulationsmodelle.

Weitere Informationen zum Projekt Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Versagensverhalten von kalt ausgehärteten Stahl-FVK-Klebverbindungen unter schlagartiger Belastung 18337 N

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Projekt des Monats: Weniger ist mehr – dünne Schutzschichten für hohe Temperaturen

Energieeffizienz und Schadstoffminimierung spielen eine wichtige Rolle, damit die gesetzten Klimaziele erreicht werden. Leichte Bauteile und höhere Betriebstemperaturen können beispielsweise thermischen Anlagen und Turbinen klimafreundlicher machen. Mit leichten Bauteilen können bewegliche Komponenten schneller angefahren und angehalten werden. Durch höhere Temperaturen wird die Effizienz gesteigert.

Titan-Legierungen werden wegen ihrer Eigenschaften häufig als Strukturwerkstoffe eingesetzt. Dank ihrer geringen Dichte (ca. 4,5 g / cm³) und guten mechanischen Eigenschaften eignen sie sich hervorragend als Leichtbaumaterial. Allerdings treten bereits oberhalb von 500 °C Schäden durch Korrosion und Oxidation auf.

Bauteile in stationären Gasturbinen und in Hochdruckturbinen von Flugtriebwerken bestehen aus Nickel-Basislegierungen. Damit sie Temperaturen von 900 °C standhalten, muss aufwändig ein komplexes Wärmedämmschichtsystem aufgebracht werden.

Bisher werden die Oberflächen der beiden Legierungen durch Beschichtung aus der Gasphase (PVD) oder durch thermische Spritzverfahren (VPS) geschützt. Bei der Abscheidung aus der Gasphase wird das Beschichtungsmaterial im Vakuum verdampft und kondensiert auf der Oberfläche des Substrats. Beim VPS-Verfahren wird Beschichtungsmaterial durch eine mehrere 1000 Grad heiße Plasmaflamme auf das Substrat gespritzt. Für beide Verfahren sind mehrere Prozessschritte notwendig. Die so erzeugten Schutzschichten sind relativ dick (>50 um) und häufig spröde.

Wissenschaftler des DECHEMA-Forschungsinstituts versuchen, in diesem Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung durch ein kostengünstiges Pulverpackverfahren in einem einstufigen Prozess die Oberflächen von Titan- und Nickel-Legierungen zu schützen, so dass auch Einsätze bei Temperaturen bis zu 1.100 °C über einen längeren Zeitraum möglich werden. Beim Pulverpackverfahren werden beispielsweise Aluminium, Chrom oder Silizium eingesetzt. Sie bilden gasförmige Halogenide, die für den Transport der Metalle an die Werkstoffoberfläche verantwortlich sind. Sie bilden homogene Metallschichten auf den Oberflächen, die wiederum resistente Oxidschichten ausbilden. In diesem Forschungsprojekt wird mit einer dünnen Aluminiumdiffusionsschicht (< 10 um) gearbeitet. Sie bildet eine sehr gut schützende α-Aluminiumoxidschicht aus, die die Lebensdauer erheblich verlängert. Die so optimierten Nickel- und Titan-Legierungen können in oxidierender Umgebung bei hohen Temperaturen beispielsweise im Industrieofenbau, der Automobil-, Luft-, Raumfahrt- und Gasturbinenindustrie eingesetzt werden.

Zum IGF-Projekt 18947N Hochtemperaturoxidationsschutz für technische Titan- und Nickellegierungen durch kombinierte Alitierung und Fluorierung in einem einstufigen Prozess

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15 Max-Buchner-Forschungsstipendien an Nachwuchswissenschaftler vergeben

15 Antragsteller von 11 Hochschulen können sich seit 1. Juli 2016 über ein Max-Buchner-Forschungsstipendium freuen. Die geförderten Themen reichen von der Synthese von Nano-und Mikropartikeln über „gedruckte“ Protein-Gele bis hin zur enantioselektiven Synthese entzündungshemmender Wirkstoffe. Die Stipendien in Höhe von 10.000 Euro pro Vorhaben kommen Nachwuchswissenschaftlern in Chemischer Technik, Verfahrenstechnik und Biotechnologie sowie angrenzenden Gebieten zugute und sollen vor allem interdisziplinäre Ansätze fördern. Auch explorierende Arbeiten zur Vorbereitung von Anträgen bei DFG und anderen Förderorganisationen können so unterstützt werden.

Die geförderten Arbeiten 2016/2017 sind:

• Experimentelle Untersuchungen zum Eisenoxidationsweg bei dem neuartigen acidophilen eisenoxidierenden Bakterium „Ferrovum“ sp., TU Bergakademie Freiberg
• Biosynthese der polychlorierten Biaryl-Naturstoffe Ambigol A und B, Technische Universität München
• Wellplate NMR System (WELLMRS), Karlsruher Institut für Technologie
• Akustische-Resonanz-Mischtechnik in der Submerskultivierung höherer Pilze, Universität Hohenheim
• Kontinuierliche Synthese und Modifikation komplexer Nano- und Mikropartikel in einem 1000 Watt Ultraschall-Multiphasen-Cavitator im Durchfluss, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• Mechanisches Legieren zur Herstellung carbidischer MAX-Phasen und Optimierung ihrer magnetischen Eigenschaften durch Dotierung mit späteren Übergangsmetallen, Technische Universität Darmstadt
• Neuartige Messtechnik für dreidimensionale Schaumströmung, TU Dresden
• TAP Experimente bei Atmosphärendruck, Technische Universität Hamburg-Harburg
• Selective synthesis of active Cu-oxo clusters in zeolites for methane activation at low temperatures, Technische Universität München
• Synthese und Charakterisierung von Biuretderivaten zur Extraktion von Anionen, Technische Universität Dresden
• Thermodynamische Stoffdatenmodellierung für die Simulation der Herstellung von Wertstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen, Technische Universität Kaiserslautern
• Neue Liganden zur enantioselektiven Synthese von entzündungshemmenden Wirkstoffen, Universität Regensburg
• Anwendung des Bonded-Particle-Models für die Modellierung der Packungen von nicht-sphärischen Partikeln,            Technische Universität Hamburg-Harburg
• Getriggerte Gelbildung von Proteinen – vom 3D-Druck zur verfahrenstechnischen Anwendung, Universität Hohenheim
• Auswirkung kurzer Fasern in anisotrop-gelierenden Geweberegenerationsmatrizen auf gerichtetes Nervenzellwachstum, DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials

Die gemeinnützige Max-Buchner-Forschungsstiftung wurde 1936 ins Leben gerufen und begründet die aktive Forschungsförderung der DECHEMA, von der sie ehrenamtlich verwaltet wird. Die Stiftung wird durch Spenden insbesondere der ACHEMA-Aussteller und Besucher finanziert. Seit ihrem Bestehen konnte die Max-Buchner-Forschungsstiftung 3750 Jahresstipendien für Forschungsarbeiten junger Wissenschaftler vergeben. Die Ergebnisse der geförderten Arbeiten stehen der Allgemeinheit zur Verfügung.

Anträge für die Förderperiode 2017/2018 können bis zum 15. September 2016 eingereicht werden: Antragseinreichung für die Förderperiode 2017/2018

 

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