Sonntag, Mai 19, 2024
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Meldungen aus der Wissenschaft

Meldungen 2023

2024


Weltwassertag 2024: Die Speicher sind aufgefüllt

Gute Nachrichten zum diesjährigen Tag des Wassers am 24. März 2024: Die Experten des Jülicher Instituts für Agrosphärenforschung verkünden, dass sich der Wasserspeicher im Boden von den Dürreperioden der vergangenen Jahre erholt hat.
Dies betrifft das oberflächennahe pflanzenverfügbare Wasser bis zu einer Tiefe von 30 cm, welches den Pflanzen direkt zur Verfügung steht. Doch auch das Grundwasser in bis zu 60 Metern Tiefe hat sich über den Winter von den Trockenzeiten der vergangenen Jahre meist gut erholt. Für Frühling und Sommer können wir uns daher auf einen ausreichenden Wasservorrat im Boden freuen, besonders im Nordwesten. Doch in einigen Regionen, insbesondere im Osten und Süden, bleibt die Trockenheit bestehen.
Das Forschungszentrum Jülich stellt mit seinem Wasser-Monitor tagesaktuelle, mittelfristige 8-Tage-Vorhersagen des pflanzenverfügbaren Wassers zur Verfügung. Zudem gibt das experimentelle Wasserressourcen-Bulletin (eWRB) vier Mal pro Jahr ein saisonales Update zum aktuellen Zustand und zur möglichen Entwicklung der terrestrischen oberflächennahen und Grundwasserressourcen in den kommenden sieben Monaten.
Die Vorhersagen sind frei zugängliche Forschungsdaten-Produkte für Umweltwissenschaftler, Stakeholder und die interessierte Öffentlichkeit.
https://www.fz-juelich.de/de/aktuelles/news/meldungen/2024/tag_des_wassers_2024

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Riesenviren befallen tödlichen Parasiten

In einer Kläranlage in Klosterneuburg (Bezirk Tulln) konnten Forscher aus Wien nun einen Gegenspieler des Einzellers Naegleria fowleri, eines der tödlichsten Parasiten, entdecken: Sie zeigten, dass gefundene Riesenviren die Amöbe befallen und den Parasiten zerstören.
Naeglerien sind Einzeller, die in Gewässern weltweit vorkommen und sich dort von anderen Mikroorganismen ernähren. Die Spezies Naegleria fowleri, Erreger einer schweren Hirn- und Hirnhautentzündung namens „Primäre Amöben-Meningoenzephalitis“ (PAM), vermehrt sich dabei vorwiegend in warmen Gewässern über 30 Grad Celsius, mehr:
https://noe.orf.at/stories/3254384/

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Wissenschaftler*innen tauschen sich an der TH Lübeck über nachhaltige Wasserbewirtschaftung aus

Vom 18.-20. April 2024 waren Expertinnen aus der Wasserforschung an der TH Lübeck für einen Workshop der Deutschen Forschungsgemeinschaft zu Gast. Ziel der Veranstaltung ist der Austausch und die Entwicklung längfristiger Forschungskooperationen zwischen jordanischen und deutschen Wissenschaftlerinnen in der Wasserforschung.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert mit der Initiative „Unterstützung der Internationalisierung von Forschung an Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (UDIF-HAW)“ HAWs, die sich für internationale Forschungskooperationen interessieren oder diese ausbauen möchten. In verschiedenen Veranstaltungsformaten tauschen sich Forschende deutscher HAWs mit internationalen Forscher*innen aus verschiedenen Zielländern aus, mit dem Ziel Forschungspartnerschaften zu bilden. In diesem Rahmen fand vom 18.-20. April 2024 an der Technischen Hochschule Lübeck bereits der zweite DFG Workshop zum Thema nachhaltiger Wasserbewirtschaftung in Zusammenarbeit mit Jordanien statt.

Die Präsidentin der TH Lübeck, Dr. Muriel Helbig, eröffnete die Veranstaltung: „Es ist großartig, dass dieser Austausch stattfindet. Im Hinblick auf die zahlreichen Krisen und Kriege, die in diesem Moment die Welt erschüttern, ist es umso wichtiger, dass die internationale Wissenschaftsgemeinschaft zusammenarbeitet und voneinander lernen kann. Die Ressourcen sind knapp und werden gerade in wärmeren Regionen der Erde noch knapper. Wasserforschung international zu betreiben und die Stärken der jordanischen Universitäten und deutschen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften zu nutzen, ist genau der richtige Ansatz.“

Wasserbewirtschaftung: Strategien für eine nachhaltige Zukunft
In der DFG Veranstaltungsreihe „Water nexus research – challenges and strategies for a sustainable future“ (Wasser-Nexus-Forschung – Herausforderungen und Strategien für eine nachhaltige Zukunft) kamen am 15. Februar 2022 erstmals rund 70 Forschende deutscher HAWs und jordanischer Hochschulen zu einem Austausch ihrer Forschungsschwerpunkte und –ideen zusammen. Dr. Christoph Külls, Professor für Hydrologie und Internationale Wasserwirtschaft vertrat dabei die Technische Hochschule Lübeck. Er erläuterte den ganzheitlichen Ansatz von „Water Nexus Research“.

Alles ist miteinander verbunden: der Nexus-Ansatz
Nexus ist ein lateinisches Wort und bedeutet Verbindung/Gefüge. Der Nexus-Ansatz ist neben der Integration von sozioökonomischen Aspekten eines der zentralen Leitbilder des integrierten Wasserressourcenmanagements (IWRM). Der Ansatz berücksichtigt die Wechselwirkungen zwischen den eng verbundenen Sektoren Wasserwirtschaft, Energie- und Nahrungsmittelerzeugung. Das heißt, dass im Hinblick auf Ressourcenknappheit, die Bewirtschaftung der Ressourcen Wasser, Energie, Land gemeinsam betrachtet werden, um eine nachhaltige Sicherung der Grundversorgung zu erreichen.

Gemeinsame Wasserforschung
Der zweite DFG Workshop vertiefte die Vernetzung der jordanischen und deutschen Wissenschaftlerinnen nach einer Delegationsreise in Jordanien weiter. Über zwei Tage hinweg vernetzten sich die internationalen Expertinnen an der TH Lübeck, gaben sich gegenseitig Einblicke in ihre Forschungstätigkeiten und analysierten, welche Faktoren zu einer erfolgreichen Forschungskooperation zwischen Jordanien und Deutschland beitragen können.
https://idw-online.de/de/news832464

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Forschungsprojekt GOW-Opti gestartet

Gemeinsam mit dem TZW (DVGW-Technologiezentrum Wasser) beschäftigt sich das IWW mit der Weiterentwicklung von gesundheitlichen Regelungswerten im Trinkwasser und Optimierung des Transfers in die Praxis. Das Projekt läuft insgesamt 1 Jahr.
Die enorme Menge an chemischen Substanzen in Produktion und Anwendung sowie der Umwelt führt dazu, dass sich ein nicht unerheblicher Teil in nahezu allen Umweltkompartimenten nachweisen lässt. Internationale Institutionen wie die WHO, die ECHA und EFSA oder nationale Behörden wie das Umweltbundesamt (UBA) können bisher nur einen kleinen Anteil der in die Umwelt, in Gewässer, gelangten Stoffe auf Basis von chronischen Versuchsdaten toxikologisch bewerten. Daher werden angepasste Bewertungskonzepte gebraucht, mit denen bei unzureichender oder fehlender toxikologischer Datenlage eine robuste Aussage im Rahmen der Vorsorge getroffen werden kann.

Ziele und Methodik
Im Rahmen des Projekts wird das bewährte Konzept der gesundheitlichen Orientierungswerte (GOW) einer Prüfung unterzogen, ob und wie es in der Praxis der Gesundheitsbehörden ankommt und wie es umgesetzt wird und wie gegebenenfalls weitere Optimierungen angepackt werden könnten. Dabei wird die Sichtweise der Wasserversorger mit einbezogen, die von den Anordnungen und Maßnahmen der Behörden direkt betroffen sind. Es werden Potentiale zur Optimierung von Schwachpunkten zur Verfestigung von Stärken abgeleitet, was zu einem direkten Nutzen für die Wasserversorgung und die Überwachung führen kann. Dabei wird darauf Wert gelegt, den GOW mit den anderen relevanten Regelungswerten in Beziehung zu setzen. Zudem werden strategische Umsetzungshinweise für die Verbesserung der Anwendung in der Praxis gegeben. Daraus sollte sich ein wichtiger Input für weitere Vorgehensweisen beim UBA sowie den Beteiligten auf der operativen Ebene ergeben.
https://iww-online.de/forschungsprojekt-gow-opti-gestartet/

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Neuentdeckter Virengigant aus der Kläranlage befällt eine für Menschen tödliche Amöbe

Feind unseres Feindes: Ein neuentdecktes Riesenvirus könnte sich als unverhoffter Helfer gegen eine tödliche Krankheit erweisen. Denn die in einer Kläranlage bei Wien aufgespürte Virenart ist nicht nur ungewöhnlich groß und komplex, sie befällt auch den krankmachenden Einzeller Naegleria fowleri. Dieser Amöboflagellat verursacht eine beim Menschen fast immer tödlich endende Hirnentzündung, gegen die es bisher kein Heilmittel gab. Das neuentdeckte Naegleriavirus könnte dies nun ändern.
Riesenviren sind die Giganten der viralen Welt: Sie sind fast so groß wie Bakterien, Mehr:
https://www.scinexx.de/news/biowissen/koennte-dieses-riesenvirus-zum-heilmittel-werden/

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Wasser für eine Welt im Wandel: BMBF-Projekte zur Wasserwiederverwendung auf der Woche der Umwelt

Behandeltes Abwasser ist eine vielversprechende alternative Wasserressource. Drei vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekte präsentieren am 04. und 05.06.2024 auf der Woche der Umwelt innovative Lösungen zur Wasserwiederverwendung, die die Verfügbarkeit der Ressource nachhaltig erhöhen und Wasser effizienter nutzen.
Wasserknappheit und -verschmutzung bedrohen Ökosysteme und beeinträchtigen die wirtschaftliche und politische Entwicklung weltweit. Auch in Deutschland haben die trockenen Sommer der letzten Jahre deutlich gezeigt, dass dringend Lösungen benötigt werden, um lokalem und regionalem Wassermangel zu begegnen. Ein Weg könnte die Nutzung von gereinigtem Abwasser sein, das für die Bewässerung in Landwirtschaft und Städten sowie in der industriellen Produktion eingesetzt wird. Um hierfür innovative Technologien und Konzepte zu entwickeln, unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) aktuell 13 Verbundprojekte in der Fördermaßnahme „Wassertechnologien: Wiederverwendung“ (WavE). Sie bringen die Wiederverwendung von behandelten kommunalen und industriellen Abwässern sowie von aufbereiteten salzhaltigen Grund- und Oberflächenwässern in verschiedenen Bereichen voran.
Die drei WavE-Projekte TrinkWave Transfer, Nutzwasser und HypoWave+ präsentieren sich auf einem großen Stand zum Thema Wasserwiederverwendung auf der diesjährigen Woche der Umwelt im Park von Schloss Bellevue. Interaktive Exponate zeigen, welchen Weg das Wasser bei der Aufbereitung zurücklegt, welche Wasserqualitäten mit verschiedenen Aufbereitungsverfahren erzielbar sind und wie Gemüse in einem neuen Verfahren mit recyceltem Wasser angebaut werden kann. Der Stand wird vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) am Karlsruher Institut für Technologie und von der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. betreut. Mehr Informationen zum Stand und den gezeigten Projekten gibt es hier.
Insgesamt stellen rund 190 Ausstellende aus Wirtschaft, Technik, Forschung und Wissenschaft sowie aus der Zivilgesellschaft ihre Lösungen für mehr Umweltschutz auf der Woche der Umwelt 2024 vor. Hinzu kommen vier hochkarätig besetzte Podien auf der Hauptbühne, ein Fachbühnenprogramm und 70 ausgewählte Fachforen zu Themen Energie, Klimaschutz, Naturschutz und Landwirtschaft. Zur mittlerweile siebten Auflage der zweitägigen Innovationsschau in Berlin laden Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier und die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) ein.
Weitere Informationen zum Programm und zur Anmeldung finden Sie hier.

Kommen Sie zur Woche der Umwelt im Park von Schloss Bellevue und besuchen Sie unseren Stand zum Thema Wasserwiederverwendung. Wir freuen uns auf den Austausch mit Ihnen.

https://www.fona.de/de/bmbf-projekte-zur-wasserwiederverwendung-auf-der-woche-der-umwelt

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Beurteilungswert für Weichmacher in Urin festgelegt

HBM-Kommission am Umweltbundesamt veröffentlicht Stellungnahme
Die Kommission Human-Biomonitoring (HBM-Kommission) am Umweltbundesamt (UBA) hat bei ihrer Sitzung am 22. März einen gesundheitsbezogenen Beurteilungswert (HBM-Wert) für Mono-n-hexylphthalat (MnHexP) im Urin abgeleitet. Bis zu einem Wert von 60 Mikrogramm pro Liter (µg/L) Urin ist nach aktuellem wissenschaftlichen Kenntnisstand nicht mit einer gesundheitlichen Beeinträchtigung des Menschen durch diesen Stoff zu rechnen. Mono-n-hexylphthalat wurde mittels einer im Auftrag des UBA neu entwickelten Nachweis-Methode im Rahmen der derzeit laufenden Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit (GerES VI) in Urinproben von Erwachsenen nachgewiesen. Von den bisher ausgewerteten 750 Proben liegen alle unterhalb des neuen Beurteilungswerts. Mehr:
https://www.umweltbundesamt.de/presse/pressemitteilungen/beurteilungswert-fuer-weichmacher-in-urin

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Land unter – was extreme Überschwemmungen verursacht

Wenn Flüsse über die Ufer treten, können die Folgen verheerend sein, wie beispielsweise das katastrophale Hochwasser in Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz vor drei Jahren gezeigt hat. Um in Zukunft die Überschwemmungsschäden in Grenzen zu halten und die Bewertung von Hochwasserrisiken zu optimieren, muss besser verstanden werden, welche Variablen in welchem Ausmaß zu extremen Ausprägungen von Überflutungen führen können. Mit Methoden des Erklärbaren Maschinellen Lernens haben Forschende des UFZ nachgewiesen, dass Überschwemmungen extremer ausfallen, wenn mehrere Faktoren an deren Entstehung beteiligt sind. Die Forschungsarbeit wurde im Fachjournal Science Advances veröffentlicht.
Die Lufttemperaturen, die Bodenfeuchte und die Höhe der Schneedecke sowie die tägliche Niederschlagsmenge in den Tagen vor einem Hochwasser – sie alle sind Variablen, die bei der Entstehung von Hochwasser eine wichtige Rolle spielen. Um zu verstehen, welchen Anteil die einzelnen Faktoren an Überschwemmungen haben, haben Forschende des UFZ mehr als 3.500 Flusseinzugsgebiete weltweit untersucht und für jedes von ihnen Hochwasserereignisse zwischen den Jahren 1981 und 2020 analysiert. Das Ergebnis: Lediglich für rund ein Viertel der fast 125.000 Hochwasserereignisse war die Niederschlagsmenge der alleinig ausschlaggebende Faktor. Die Bodenfeuchte war in etwas mehr als zehn Prozent der Fälle entscheidend, Schneeschmelze und Lufttemperatur spielten als alleiniger Faktor nur jeweils bei etwa 3 Prozent eine Rolle. Dagegen waren für etwas mehr als die Hälfte der Überschwemmungen (51,6 Prozent) mindestens zwei Faktoren verantwortlich. Dabei tritt mit etwa 23 Prozent die Kombination aus Niederschlagsmenge und Bodenfeuchte am häufigsten auf.

Allerdings fanden die UFZ-Forschenden bei der Datenanalyse auch heraus, dass drei oder sogar alle vier Variablen gemeinsam für ein Hochwasserereignis verantwortlich sein können. So sind zum Beispiel Temperatur, Bodenfeuchte und Schneedecke immerhin für rund 5.000 Überschwemmungen entscheidend gewesen, während alle vier Faktoren bei etwa 1.000 Hochwasserereignissen bestimmend waren. Und nicht nur das: „Wir konnten auch zeigen, dass die Hochwasserereignisse immer extremer ausfallen, je mehr Variablen dafür ausschlaggebend waren“, sagt Prof. Jakob Zscheischler, Leiter des UFZ-Departments „Compound Environmental Risks“ und Letztautor des Artikels. Lag der Anteil mehrerer Variablen an einem 1-jährlichen Hochwasser bei 51,6 Prozent, waren es bei einem 5-Jahres-Hochwasser 70,1 Prozent und bei einem 10-Jahres-Hochwasser 71,3 Prozent. Je extremer die Hochwasser also ausfallen, desto mehr treibende Faktoren gibt es und desto wahrscheinlicher ist es, dass sie bei der Entstehung des Ereignisses zusammenwirken. Dieser Zusammenhang gilt oft auch für einzelne Flusseinzugsgebiete und wird von den Autoren als Hochwasserkomplexität bezeichnet.

Als Flusseinzugsgebiete mit geringer Hochwasserkomplexität stuften die Forscher zum Beispiel die nördlichen Regionen Europas und Amerikas sowie den Alpenraum ein, weil dort die Schneeschmelze als entscheidender Faktor für die meisten Hochwasser unabhängig von der Abflussmenge dominiert. Ähnliches gilt für das Amazonasbecken, wo oft die hohe Bodenfeuchte infolge der Regenzeit ein wesentlicher Auslöser von Überschwemmungen unterschiedlicher Ausprägung ist. In Deutschland sind zum Beispiel die Havel und die Zusam, ein Nebenfluss der Donau in Bayern, Flusseinzugsgebiete mit einer niedrigen Hochwasserkomplexität. Zu den Regionen mit einer hohen Hochwasserkomplexität in den Flusseinzugsgebieten zählen dagegen vor allem Ostbrasilien, die Anden, Ostaustralien, die Rocky Mountains bis zur US-Westküste sowie die west- und mitteleuropäischen Ebenen. In Deutschland gehören dazu beispielsweise die Mosel und der Oberlauf der Elbe. „Einzugsgebiete in diesen Regionen weisen in der Regel mehrere Überflutungsmechanismen auf“, sagt Jakob Zscheischler. So können Flusseinzugsgebiete in den europäischen Ebenen von Überschwemmungen betroffen sein, die durch das Miteinander von hohen Niederschlägen, Schneeschmelze und hoher Bodenfeuchte verursacht werden.

Entscheidend für die Frage, wie komplex Hochwasserprozesse sind, ist aber auch die Beschaffenheit der Landoberfläche. Denn jedes Flusseinzugsgebiet hat seine eigenen Besonderheiten. Dazu zählten die Forschenden unter anderen den Klima-Feuchtigkeits-Index, die Bodentextur, die Waldbedeckung, die Größe des Flusseinzugsgebiets und das Flussgefälle. „In trockeneren Regionen etwa sind die Mechanismen, die zur Entstehung des Hochwassers führen, heterogener. Für moderate Hochwasser reichen dort schon wenige Tage mit viel Regen, während es für extreme Hochwasser länger auf feuchte Böden regnen muss“, sagt der Erstautor Dr. Shijie Jiang, der mittlerweile nicht mehr am UFZ, sondern am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena tätig ist.

Die Wissenschaftler:innen nutzten für die Analyse das sogenannte Explainable Machine Learning, also erklärbares maschinelles Lernen. „Dabei sagen wir zuerst aus den zehn Treibern – Lufttemperatur, Bodenfeuchte und Schneedecke sowie dem wöchentlichen Niederschlag, der für jeden Tag als einzelner Treiber genutzt wird –, die Abflussmenge und damit die Größe des Hochwassers vorher“, erläutert Jakob Zscheischler. Anschließend wird quantifiziert, welche Variablen und Variablenkombinationen wie viel zu der Abflussmenge eines bestimmten Hochwassers beigetragen haben. Erklärbares maschinelles Lernen nennt sich dieser Ansatz, weil man so versuche, die Black Box des trainierten Modells zwischen Hochwassertreibern und Abflussmenge im Hochwasserfall zu verstehen. „Mit dieser neuen Methodik können wir quantifizieren, wie viele Treiber und Treiberkombinationen relevant für die Entstehung und die Intensität von Überschwemmungen sind“, ergänzt Shijie Jiang.

Helfen sollen die Ergebnisse der UFZ-Forschenden künftig bei der Vorhersage von Hochwasserereignissen. „Unsere Studie leistet einen Beitrag, besonders extreme Hochwasser besser abschätzen zu können“, sagt Klimaforscher Jakob Zscheischler. Denn bislang erfolge die Abschätzung von Hochwasser, indem man weniger extreme Werte extrapoliere und so zu neuen Abschätzungen zur Abflussmenge komme. Das sei aber zu ungenau, da bei sehr extremen Hochwasserereignissen die einzelnen Faktoren einen anderen Einfluss bekommen könnten.
https://idw-online.de/de/news830964

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Unkrautvernichter – Entsteht Glyphosat in der Kläranlage?

Das Herbizid Glyphosat wird durch den Regen vom Acker in Flüsse und Bäche geschwemmt. Eine Chemikerin aus Tübingen glaubt nun aber, dass es noch eine weitere wichtige Quelle gibt: Kläranlagen.
Das Herbizid Glyphosat wird bei Regen von den Feldern in die Gewässer gespült. Doch Forschende aus Tübingen haben nun die Theorie, dass die Landwirtschaft nicht die Hauptquelle für die Glyphosat-Belastung in Flüssen und Bächen ist: Verantwortlich dafür sollen vielmehr bestimmte Prozesse in Kläranlagen sein.

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Wie Blaualgen Mikroorganismen manipulieren

Forschungsteam an der Universität Freiburg entdeckt ein bisher unbekanntes Gen, das indirekt die Photosynthese fördert
Cyanobakterien werden auch Blaualgen genannt und gelten als „Pflanzen des Ozeans“, weil sie in gigantischen Größenordnungen Photosynthese betreiben, Sauerstoff produzieren und das Klimagas CO2 aus der Umgebung entnehmen. Hierzu benötigen sie aber weitere Nährstoffe wie Stickstoff. Ein Team um den Biologen Prof. Dr. Wolfgang R. Hess, Professor für Genetik an der Universität Freiburg, hat ein bisher unbekanntes Gen entdeckt, das eine zentrale Rolle in der Koordination des Stickstoff- und Kohlenstoffwechsels spielt: Die Cyanobakterien steuern damit indirekt das Wachstum von Mikroorganismen, die die Photosynthese fördern. „Unsere Arbeit zeigt, dass es vielfältige, bisher nicht bekannte Wechselbeziehungen selbst zwischen den kleinsten Organismen in der Umwelt gibt und dass eine Vielzahl bisher unbekannter Gene dabei eine Rolle spielt“, sagt Hess. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Balance zwischen Hauptnährstoffen
Die für Pflanzen, Algen und Cyanobakterien verfügbaren Mengen an Kohlenstoff (CO2) und Stickstoff sind nicht immer gleich. Für die Photosynthese ist eine physiologisch relevante Balance zwischen diesen beiden Hauptnährstoffen von großer Bedeutung. Alexander Kraus, Doktorand bei Wolfgang R. Hess an der Universität Freiburg, hat nun in Gendaten von Cyanobakterien ein Gen entdeckt und charakterisiert, das in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle spielt: Das Gen kodiert ein Protein mit dem Namen NirP1. Dieses wird nur hergestellt, wenn die Zellen einen Mangel an Kohlenstoff relativ zu dem verfügbaren Stickstoff feststellen.

Das Protein ist zwar zu klein, um wie viele andere Proteine selbst als Enzym wirken zu können. In Zusammenarbeit mit Dr. Philipp Spät und Prof. Dr. Boris Maček vom Proteomzentrum der Universität Tübingen konnten die Forschenden aber herausfinden, dass NirP1 fest an ein Enzym binden kann, das normalerweise Nitrit in Ammonium umwandeln würde. NirP1 verhindert dies und sorgt somit dafür, dass sich Nitrit in der Zelle sammelt; in der Folge kommt es zu massiven weiteren Stoffwechselveränderungen, die in Zusammenarbeit mit dem Team von Prof. Dr. Martin Hagemann an der Universität Rostock detailliert untersucht wurden. Schließlich beginnen die Cyanobakterien, Nitrit in die Umwelt zu exportieren. Dort stimuliert das zusätzliche Nitrit das Wachstum nützlicher Mikroorganismen, also eines für die Photosynthese der Cyanobakterien förderlichen Mikrobioms.

Anregungen für weitere Forschung
Die Ergebnisse bieten Anregungen, die Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und die Rolle der sie steuernden, bisher häufig unbekannten Gene weiter zu erforschen, so Hess. „Darüber hinaus könnten kleine Proteinregulatoren wie NirP1 künftig in der ‚grünen‘ und ‚blauen‘ Biotechnologie zur gezielten Kontrolle des Stoffwechsels eingesetzt werden.“

Faktenübersicht:
Originalpublikation: Kraus, A., Spät, P., Timm, S., Wilson, A., Schumann, R., Hagemann, M., Maček, B., Hess, W. R.: Protein NirP1 regulates nitrite reductase and nitrite excretion in cyanobacteria. In: Nature Communications 15, 1911 (2024).
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46253-4

Prof. Dr. Wolfgang R. Hess ist Professor für Genetik an der Fakultät für Biologie der Universität Freiburg. Zu seinen Forschungsschwerpunkten zählen RNA-Biologie unter Verwendung experimenteller und bioinformatischer Methoden, mikrobielle Systembiologie und Biologie nativer CRISPR-Systeme und ihrer Anwendung. Alexander Kraus ist Doktorand an der Universität Freiburg.

An der Entdeckung war ein Verbund von Forschenden an den Universitäten Freiburg, Tübingen und Rostock beteiligt. Die Arbeit wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Projekts „SCyCode“ gefördert.

Kontakt:
Hochschul- und Wissenschaftskommunikation
Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-4302
E-Mail: kommunikation@zv.uni-freiburg.de

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Wie Grünalgen und Bakterien gemeinsam zum Klimaschutz beitragen

Mikroskopisch kleine Algen spielen eine bedeutende Rolle bei der Bindung von Kohlendioxid und sind daher von großer ökologischer Bedeutung. Ein Forschungsteam der Universität Jena hat nun ein Bakterium gefunden, das mit einer Grünalge ein Team bildet. Beide Mikroorganismen unterstützen sich gegenseitig in ihrem Wachstum. Das Bakterium hilft der Mikroalge außerdem dabei, den Giftstoff eines anderen, schädlichen Bakteriums zu neutralisieren. Das grundlegende Verständnis des Zusammenspiels von Algen und Bakterien spielt auch beim Klimaschutz eine wichtige Rolle. Die Ergebnisse der Studie werden am 5. April in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.
„Wir konnten nachweisen, dass das Bakterium Mycetocola lacteus mit der grünen Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii in einer partnerschaftlichen Verbindung lebt, von der beide Seiten profitieren. Während das Bakterium bestimmte überlebenswichtige B-Vitamine und eine schwefelhaltige Aminosäure erhält, wird das Wachstum der Grünalge optimiert“, sagt Prof. Dr. Maria Mittag, Professorin für Allgemeine Botanik der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Zudem“, so die korrespondierende Autorin der neuen Studie weiter, „schützen das Helferbakterium Mycetocola lacteus und eine verwandte Bakterienart die Alge gemeinsam vor schädlichen Angriffen anderer Bakterien, indem sie einen Giftstoff dieser feindlichen Bakterien durch Spaltung inaktivieren. Somit sichern die bakteriellen Helfer das Überleben der Algen.“

Mikroalgen sind – ebenso wie Bakterien – Mikroorganismen. Sie kommen sowohl im Süßwasser als auch in Ozeanen und im Boden vor. „Neben Landpflanzen produzieren Algen und Cyanobakterien einen großen Teil des Sauerstoffs und binden etwa die Hälfte des Kohlendioxids in der Atmosphäre durch Photosynthese. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag für das Leben auf der Erde“, stellt Mittag fest.

Nur gesunde Algen können Kohlendioxid gut aufnehmen
Auch vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung ist dieses Wissen von großer Bedeutung. „Nur gesunde Algen können Kohlendioxid gut aufnehmen und binden. Deshalb ist es wichtig zu wissen, welche Bakterien den Algen dabei helfen, stark zu bleiben und gleichzeitig die Wirkung der schädlichen Bakterien zu neutralisieren. In unserer Studie konnten wir zeigen, dass die verwendeten Bakterien und Mikroalgen auch in ihrer natürlichen Umgebung zusammen auftreten“, sagt Prof. Mittag.

In ihren natürlichen Lebensräumen interagieren Mikroorganismen miteinander und gestalten so ihr Zusammenleben. „In unserer Forschung analysieren wir das komplexe Zusammenspiel dieser kleinen Lebewesen, um zu verstehen, wie sie sich gegenseitig beeinflussen und welche Faktoren sich positiv oder negativ auf ihr Wachstum auswirken. Dies ist entscheidend, um die Mechanismen zu verstehen, die zur Erhaltung der natürlichen Ökosysteme beitragen und um effektive Schutzmaßnahmen zu entwickeln“, erläutert Prof. Dr. Christian Hertweck, Professor für Naturstoffchemie der Universität Jena sowie Leiter der Abteilung für Biomolekulare Chemie am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie.

Die Studie ist im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens entstanden, an dem sowohl Forschende des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ als auch des Sonderforschungsbereichs „ChemBioSys“ der Universität Jena beteiligt waren. „Mit der Verknüpfung der biologischen Perspektive mit der analytischen Naturstoffchemie und unserer fachlichen Expertise in der organischen Synthese haben wir den Mechanismus nachgewiesen, mit dem das Bakteriengift inaktiviert wird“, erklärt Prof. Dr. Hans-Dieter Arndt, Professor für Organische Chemie der Universität Jena.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Maria Mittag
Matthias-Schleiden-Institut der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Am Planetarium 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949201
E-Mail: m.mittag@uni-jena.de

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Wie Kläranlagen zur Energiewende beitragen können

Durch innovative Technik könnte jede Kläranlage umweltfreundlich Methan aus Kohlendioxid produzieren. Das Methan kann wiederum wie Erdgas in der vorhandenen Infrastruktur genutzt werden.
Versorgt man die Mikroorganismen, die in Kläranlagen das Wasser aufbereiten, zusätzlich mit etwas Wasserstoff und Kohlendioxid, stellen sie reines Methan her. Damit kommen Erdgasheizungen und -fahrzeuge klar, ohne dass es technischer Anpassungen bedarf. Die beiden Arbeitsgruppen der Ruhr-Universität Bochum von Dr. Tito Gehring bei Prof. Dr. Marc Wichern und Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel haben gemeinsam ein technisches Zusatzmodul entwickelt, dass im Prinzip jede Kläranlage auf umweltfreundliche Weise zu einer CO2-Senke und dezentralen Methan-Erzeugungsanlage machen kann. Sie berichten in der Zeitschrift Cell Reports Physical Science vom 16. August 2023.

Schlechter Ruf, gute Eigenschaften
Methan hat als klimaschädliches Gas einen schlechten Ruf. Es bringt aber einige gute Eigenschaften mit, die es dazu befähigen, ein Baustein der Energiewende zu werden: Es ist leichter zu handhaben und besser zu speichern als Wasserstoff, weil die Moleküle größer sind und es daher weniger leicht flüchtig ist. Seine Energiedichte ist viermal höher als die von Wasserstoff, und es lässt sich ohne Anpassung in die vorhandene Erdgasinfrastruktur einspeisen. „Erdgasfahrzeuge oder -heizungen können ohne Schwierigkeiten mit Methan betrieben werden“, verdeutlicht Tito Gehring vom Lehrstuhl Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik. Er führt noch einen weiteren Vorteil des Gases gegenüber Wasserstoff an, der in südlichen, wasserarmen Gegenden hergestellt wird: Exportiert man ihn und nutzt ihn hier, hat man gleichzeitig auch Wasser exportiert. Dies wird durch das Methan als Energieträger stark gemildert, wodurch der Wasserverlust um etwa die Hälfte reduziert wird.

Methan kann durch Bakterien sehr effizient hergestellt werden und fällt zum Beispiel in Kläranlagen als Bestandteil von Biogas an. „Manche Kläranlagen gewinnen dadurch ihren eigenen Energiebedarf und sind somit energetisch autark“, erklärt Tito Gehring. Das Biogas enthält allerdings nur 60 Prozent Methan und verschiedene andere Stoffe. Hier kommt das Konzept der Bochumer Arbeitsgruppen ins Spiel: Damit hochkonzentriertes Methan entsteht, brauchen die Mikroorganismen neben CO2 auch Wasserstoff, der dem System zugeführt werden muss. Um ihn herzustellen, entwickelte die Gruppe um Ulf-Peter Apfel von der Arbeitsgruppe Technische Elektrochemie und der Abteilung Elektrosynthese des Fraunhofer UMSICHT eigens einen Elektrolyseur mit einem edelmetallfreien Katalysator, der langlebig und energieeffizient für die Wasserstoffzufuhr sorgt.

Einen Teil des benötigten Erdgases ersetzen
So versorgt produzieren die Bakterien in einem Zusatzmodul, das im Prinzip an jeder beliebigen Kläranlage funktioniert, ein Molekül Methan pro Molekül Kohlendioxid. Dabei verstoffwechseln sie nebenbei auch noch verschiedene Inhaltstoffe des Abwassers und benötigen dabei keine weiteren Nährstoffe. „Viele Kläranlagen sind ans Erdgasnetz angeschlossen und könnten das so erzeugte Methan einfach in die Versorgung einspeisen“, erklärt Tito Gehring.

Er sieht in Grünem Methan aus Kläranlagen einen von mehreren Bausteinen der Energiewende: „Erste Abschätzungen haben ergeben, dass allein durch die CO2-Bindung aus den Abgasen der Schlammbehandlung in Kläranlagen etwa 20 Liter Methan pro Tag und pro Einwohner gewonnen werden könnten.“ Würde man das tun, würde man auch dafür sorgen, dass weniger Methan als schädliches Klimagas in die Atmosphäre gelangt. Denn die Methanfreisetzung bei der Förderung von Erdgas, Öl und Kohle ist eine sehr wichtige Emissionsquelle für dieses Treibhausgas.

Förderung
Die Arbeiten wurden gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Projektkennziffer: 445401355 – Etablierung einer nachhaltigen methanogenen Kohlendioxidreduktion in bioelektrochemischen Systemen und Identifizierung kinetischer und thermodynamischer Restriktionen).
https://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2023-09-20-gruenes-methan-wie-klaeranlagen-zur-energiewende-beitragen-koennen

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Ökosystem See: Stickstoff wird bislang unterschätzt

Studie zeigt: Nicht nur Phosphor, sondern auch Stickstoff beeinflusst das Algenwachstum in flachen Seen weltweit
Gerät das ökologische Gleichgewicht eines Sees aus dem Lot, ist das meist auf erhöhte Nährstoffeinträge zurückzuführen. Die Folge: verstärktes Algenwachstum, Sauerstoffmangel, toxische Blaualgenblüten und Fischsterben. Um dem entgegenzuwirken, werden im Rahmen des Seenmanagements bislang primär Phosphoreinträge kontrolliert. Dieses Dogma bringt nun eine im Fachjournal Nature Communications erschienene Studie ins Wanken, die das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) gemeinsam mit der Universität Aarhus (Dänemark) und der Estonian University of Life Sciences (Estland) durchführte. Die Forschenden zeigen, dass weltweit auch Stickstoff ein entscheidender Treiber für das Algenwachstum in Seen ist.

Einträge von Phosphor und Stickstoff aus landwirtschaftlichen Quellen und Klärwerken können das Algenwachstum in Flüssen und Seen stark beeinflussen. „In der Binnengewässerkunde ging man bislang allerdings davon aus, dass das Algenwachstum in Seen in den meisten Fällen durch die Verfügbarkeit von Phosphor limitiert und angetrieben wird“, sagt Dr. Daniel Graeber vom UFZ und Erstautor der Studie. Die Theorie dahinter: Steht in einem See nur wenig Phosphor zur Verfügung, sind die Algen in ihrem Wachstum eingeschränkt. Gibt es dagegen große Mengen an Phosphor, treibt dies das Algenwachstum enorm an. „In diesem Erklärungsmodell spielt Stickstoff tatsächlich überhaupt keine Rolle“, sagt Daniel Graeber. „Begründet wird dies damit, dass bestimmte Blaualgen im Wasser den in der Luft enthaltenen Stickstoff binden und in den See einbringen können. Ein langfristiger Mangel an Stickstoff sei daher in Seen nicht möglich.“ Und auch ein Überangebot an Stickstoff könne das Algenwachstum nicht fördern – und somit letztlich auch nicht zu einer Eutrophierung führen. „Dieses Modell bildet die Basis für das Seenmanagement weltweit, bei dem der Schwerpunkt auf die Kontrolle von Phosphoreinträgen gelegt wurde, um der Eutrophierung von Seen entgegenzuwirken“, erläutert Dr. Thomas A. Davidson, Limnologe an der Universität Aarhus und Letztautor der Studie. „Dabei kommt es immer wieder vor, dass eine Verringerung der Phosphoreinträge die Überdüngung nicht eindämmen kann. Und so stellte sich die Frage, ob es nicht noch eine Unbekannte in der Gewässergleichung gibt.“ Als solche identifiziert das Forschungsteam in seiner aktuellen Studie nun sehr deutlich den Stickstoff – und zeigt damit neue Wege für die Binnengewässerkunde (Limnologie) und das Management von Seen auf.

Weltweit gehören etwa 89 Prozent der Seen zu den sogenannten Flachwasserseen mit einer mittleren Tiefe von bis zu sechs Metern. Für ihre statistischen Untersuchungen nutzten die Forschenden Langzeitmonitoring-Daten von 159 Flachwasserseen in Nordamerika, Europa und Neuseeland. Dabei setzten sie für jeden See über 5-Jahreszeiträume das Verhältnis zwischen den Gesamtstickstoff- und Gesamtphosphormengen in Bezug zur sogenannten Chlorophyll-a-Konzentration als Maß für das Algenvorkommen. „Wir wollten herausfinden, welche langfristigen Zusammenhänge zwischen dem Verhältnis der beiden Nährstoffe und dem Algenwachstum bestehen“, erklärt Daniel Graeber. „Ausgangspunkt unserer…mehr:
https://www.ufz.de/index.php?de=36336&webc_pm=09/2024

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Fraunhofer UMSICHT und das Stadtwerkenetzwerk ASEW arbeiten an einer Online-Plattform für Wärmetransformation-Tools

Dekarbonisierung
Zukünftig sollen Deutschlands Kommunen Konzepte und Strategien für klimaneutrales Heizen vorlegen. So sieht es das für 2024 geplante Gesetz zur kommunalen Wärmeplanung vor. Ziel: die Versorgung mit Raumwärme, Warmwasser und Prozesswärme treibhausgasneutral zu gestalten. Um Wärmebedarfe zu erfassen, lokale Potenziale zu ermitteln und einen entsprechenden Maßnahmenplan aufzusetzen, muss jede Kommune individuelle Wege gehen. Orientierung und Hilfestellung bieten gute Praxisbeispiele und auch Tools zur Gestaltung der Wärmewende. Hier setzen Fraunhofer UMSICHT und das Stadtwerkenetzwerk Arbeitsgemeinschaft für sparsame Energie- und Wasserverwendung (ASEW) in einem gemeinsamen Projekt an: Sie wollen vorhandene Werkzeuge und Maßnahmen bewerten, charakterisieren und über eine Online-Plattform den Wärmemarkt-Akteuren zur Verfügung stellen.
Im Projekt »PlaWaTT« arbeiten Fraunhofer UMSICHT und ASEW an einer Online-Plattform für Wärmetransformations-Tools und -Maßnahmen, die Akteuren des Wärmemarktes als Entscheidungshilfe und Arbeitsgrundlage dienen soll.
»Ob Kommunen, Stadtwerke oder Netzbetreiber – wer die kommunale Wärmeplanung in Angriff nehmen will, steht häufig vor zwei Herausforderungen: Zum einen liegen Informationen zu bereits durchgeführten Transformationsmaßnahmen nur sehr fragmentiert vor. Zum anderen verhindern die große Vielzahl existierender Energiesystemplanungstools und eine meist schlechte Dokumentation ihrer Einsatzmöglichkeiten die Orientierung«, so Dr.-Ing. Anne Hagemeier von Fraunhofer UMSICHT. »Die Folge: Statt auf Vorhandenem aufzubauen starten viele bei null, stecken zeitliche und finanzielle Ressourcen in die Entwicklung neuer Werkzeuge.«
Gemeinsam mit der ASEW arbeiten die Forschenden im Projekt »PlaWaTT« deshalb an einer Online-Plattform für Wärmetransformations-Tools und -Maßnahmen, die Akteuren des Wärmemarktes als Entscheidungshilfe und Arbeitsgrundlage dienen soll. Dabei führen sie vorhandene Forschungsergebnisse und Praxiserfahrungen zusammen und erstellen Steckbriefe zu technologischen sowie unterstützenden Maßnahmen. Diese Charakterisierungen beinhalten Umfeldfaktoren wie Verbrauchs- und Netzstrukturen ebenso wie Maßnahmen für die Wärmetransformation.
Darüber hinaus schauen sich die Projektpartner Methoden zu Potenzialanalyse zur Einbindung neuer Wärmequellen, Priorisierung von Wärmeversorgungslösungen, Wärmenetzplanung und -auslegung, Anlageneinsatzplanung und Betriebsanalyse an. Stefan Schulze-Sturm von der ASEW: »Wir analysieren und bewerten vorhandene Tools mit Blick auf ihre Praxisrelevanz: Was eignet sich für welche Fragestellung und welchen Planungsschritt? Wie steht es um Anwendungsfreundlichkeit und Entwicklungsstand? Und welche Werkzeuge lassen sich kombinieren?« Die Ergebnisse werden auf der Plattform übersichtlich dargestellt, mit weiterführenden Informationen verlinkt und untereinander verknüpft.
Um bereits mit Beginn möglichst anwendungsorientiert zu arbeiten, wird »PlaWaTT« von Vertreterinnen und Vertretern aus der Praxis begleitet – darunter Stadtwerke und Verbände. Ihr fachlicher Input fließt in die Projektarbeit ein. Gleichzeitig dienen sie als Multiplikatoren, die Erkenntnisse aus dem Projekt in ihre Netzwerke spiegeln. Am Ende soll eine wartungsarme und auf automatisierten Prozessen basierte Plattform stehen, die dabei unterstützt, passgenaue Werkzeuge und Konzepte zur Gestaltung der Wärmewende zu finden und zu nutzen.

FÖRDERHINWEIS
Das Projekt »PlaWaTT – Plattform für Wärmetransformations-Tools und Maßnahmen: Bewertung und Charakterisierung von Konzepten und Werkzeugen für die Dekarbonisierung des Wärmesektors« wird von Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Kennzeichen: 03EN3086A-B
https://www.umsicht.fraunhofer.de/de/presse-medien/pressemitteilungen/2024/gestaltung-waermewende.html

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Innovatives Forschungsprojekt zur Optimierung der Gewässerqualität in der Schussen

Die 60 Kilometer lange Schussen durchquert die Landkreise Biberach, Ravensburg und den Bodenseekreis, bevor sie bei Eriskirch in den Bodensee mündet. In einem Bestreben, die Gewässerqualität im Verbandsgebiet zu verbessern und die EU-Wasserrahmenrichtlinie im Einzugsgebiet der Schussen zu erfüllen, hat der Abwasserverband Unteres Schussental (AUS) ein gewässerökologisches Gutachten beauftragt. Dieses wurde 2020 abgeschlossen und zeigt die Notwendigkeit ingenieurtechnischer Maßnahmen auf den letzten 17,5 Kilometern vor der Mündung. Die wissenschaftliche Konzeption dieser Maßnahmen wird in Zusammenarbeit mit der Hochschule Biberach (HBC) und anderen Projektpartnern umgesetzt.
Die Schussen durchquert auf ihrem etwa 60 Kilometer langen Weg die drei Landkreise Biberach, Ravensburg und den Bodenseekreis und mündet bei Eriskirch in den Bodensee. Auf den letzten 17,5 Kilometern vor ihrer Mündung ins schwäbische Meer nimmt die Schussen etwa 20 Zuflüsse auf. Im Bestreben, den Zustand der Gewässer im Verbandsgebiet zu verbessern und die Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie im Einzugsgebiet der Schussen im Bodenseekreis zu erreichen, hat der Abwasserverband Unteres Schussental (AUS) ein umfassendes gewässerökologisches Gutachten in Auftrag gegeben. Dieses wurde 2020 abgeschlossen und zeigt, dass ingenieurtechnische Maßnahmen notwendig sind. Für die wissenschaftliche Konzeption dieser Maßnahmen erhält der Verband Unterstützung von der Hochschule Biberach (HBC) und weiteren Projektpartnern.

Unter der Leitung von Professorin Dr.-Ing. Ulrike Zettl und dem Team des Instituts für Geo und Umwelt (IGU) arbeitet die HBC an einem innovativen Forschungsprojekt zur Verbesserung der Wasserqualität durch die Entwicklung eines Retentionsbodenfilters zur weitergehenden Regenwasserbehandlung, der gezielt Mikroschadstoffe entfernen kann. Die innovative Komponente des Projekts liegt in der Nutzung von Aktivkohleverfahren zur Spurenstoffelimination. Durch die gezielte Anwendung von Aktivkohle soll die Effizienz der Retentionsbodenfilter zur Rückhaltung von Mikroschadstoffen wie TCPP, Diclofenac, Carbamazepin und Metoprolol erhöht werden. „Ein erheblicher Anteil schlechter Wasserqualität ist auf die Siedlungsentwässerung zurückzuführen“, erklärt Prof. Zettl. Das Problem: „Während bei trockenem Wetter sämtliches Abwasser zur Kläranlage abgeleitet und dort gereinigt wird, gelangt bei Regen hingegen ein Teil der Siedlungsabflüsse direkt in die Gewässer“.

Um die Belastung der Gewässer zu reduzieren, werden Speicherbecken errichtet, dadurch werden Schmutz- und Regenwasser seltener und in geringerem Umfang in die Gewässer entlastet. Trotzdem reiche das nicht aus, weshalb Bodenfilter zur weitergehenden Behandlung eingesetzt werden. Durch die Bodenpassage werden Feststoffe zurückgehalten und es zeigt sich eine biologische Reinigungswirkung. Jedoch bleiben problematische Stoffe, insbesondere wasserlösliche und schwer abbaubare Mikroschadstoffe, die sich nicht an Feststoffe binden, weiterhin im Wasser und gelangen in die Gewässer. Um diesem Umstand zu begegnen, untersucht das Forschungsteam der HBC zunächst den im Einzugsgebiet der Schussen eingesetzten konventionellen Bodenfilter (Baujahr 2004) in der Gemeinde Tettnang um ihn im nächsten Schritt weiterzuentwickeln. Entscheidend für den Forschungsprozess ist die Auswahl von Leitsubstanzen. Das Team identifiziert dabei relevante Substanzen für die beiden Eintragswege aus Schmutzwasser und Niederschlagsabflüssen und stimmt diese mit bereits bekannten Spurenstofflisten aus der Literatur, unter anderem der Liste B des Kompetenzzentrum Spurenstoffe Baden-Württemberg (KomS BW) ab. Die Untersuchung der Eliminationsleistung des bestehenden Filters bildet einen weiteren Schwerpunkt der Forschung. Hier analysiert das Team gezielt die ausgewählten Leitsubstanzen sowie das Adsorptionsverhalten der unzureichend eliminierten Stoffe an verschiedenen marktgängigen Aktivkohleprodukten.

„Aus den Betriebsdaten dieses bestehenden Retentionsbodenfilters der letzten 5 Jahren werden die Anzahl der Einstauereignisse bestimmt, sowie deren Dauer berechnet und mit der zu erwartenden Wasserbeaufschlagung des zu konzipierenden Filters verglichen. Des Weiteren werden Spurenstoffe aus Abwasserproben am Zulauf und Ablauf des bestehen Filters identifiziert und bilanziert, um das Eliminationsverhalten des Filters zu evaluieren. Die Stoffe, die nicht von diesem gewöhnlichen Bodenfilter zurückgehalten werden, sind besonders für dieses Projekt interessant. Sie sollen durch den Einsatz von Aktivkohle, die im „neuen“ Bodenfilter geplant ist, weiter reduziert werden, um so den Spurenstoffeintrag in die Gewässer weiter zu reduzieren.“, beschreiben die Forscherinnen ihre Vorgehensweise. Die gewonnenen Erkenntnisse zum Eintrags- und Eliminationsverhalten der Leitsubstanzen sollen in das bestehende Schmutzfrachtmodell des AUS integriert werden.

Unterstützung erhalten Ulrike Zettl und ihre Mitarbeiterin Birgit Kornmann bei ihrer Arbeit sowohl von Studierenden der Fakultät Bauingenieurwesen und Bau-Projektmanagement als auch von Prof. Dr. Chrystelle Mavoungou und ihrem Mitarbeiter Tim Hamann vom Institut for Applied Biotechnology (IAB). Denn das Pilotprojekt wird an der HBC interdisziplinär behandelt. Das IAB stellt hierfür u.a. hochmoderne Messgeräte wie z.B. Py-GC-MS (Gaschromatograph mit Pyrolyse und einem MS-Detektor, Fluoreszenzmikroskopen, UV-Sonden und HPLC etc. für die Spurenstoffanalytik bereit und ist an der Optimierung und ggfs. der Erweiterung der Screeningverfahren beteiligt. Die AG von Prof. Mavoungou war von Anfang an in die Gewässeruntersuchungen eingebunden. „Alle Beteiligten setzen sich nachdrücklich für eine Verbesserung der Gewässergüte und des Umweltschutzes ein. Wir freuen uns umso mehr auf die hochschulinterne Zusammenarbeit und den Austausch mit allen anderen Expert*innen in unserem Projektteam“, freut sich die Projektleiterin über die Kooperation.

Neben den Expertinnen der Hochschule Biberach sind noch weitere Partnerinnen an der Entwicklung des Bodenfilters beteiligt. Kern ist die Zusammenarbeit mit Fachleuten, die lokale Kenntnisse zum Entwässerungssystem des Abwasserverbands (Wasser-Müller Ingenieurbüro GmbH in Biberach) und dem Gewässer haben (Büro Gewässerplan in Kressbronn a.B.) sowie große Erfahrung mit der Anwendung von granulierter Aktivkohle in der Abwasserreinigung mitbringen (Ingenieurbüro Jedele und Partner in Wangen im Allgäu). Ebenso ist die Einbindung der Wasserwirtschaftsbehörde (Landratsamt Bodenseekreis) und des Betriebspersonals vor Ort (Abwasserverband Unteres Schussental) für die Projektbeteiligten von großer Bedeutung.

Zudem ist das KomS BW am Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart involviert, um das Forschungsteam bei der Beprobung und der Spurenstoffanalytik zu unterstützen, genauso wie das Lehr- und Forschungslabor des Instituts für Siedlungswasserbau, Wassergüte und Abfallwirtschaft (ISWA, Universität Stuttgart).

Grundsätzlich soll die innovative Filtertechnologie zur weitergehenden Regenwasserbehandlung eingesetzt werden, aber auch im Ablauf von kleineren Kläranlagen in Gebieten, in denen eine gezielte Spurenstoffelimination erforderlich ist. Die langfristigen Perspektiven dieses Ansatzes umfassen die mögliche Integration solcher Bodenfilter in die landesweite Wasserinfrastruktur, um die Wasserqualität zu verbessern und den Herausforderungen im Zusammenhang mit Mikroverunreinigungen zu begegnen. „Der Bau eines Retentionsbodenfilters mit einer zusätzlichen gezielten Spurenstoffelimination gilt als Schlüssel für eine nachhaltige Verbesserung der gewässerökologischen Situation. Gleichzeitig stellt die Verwendung eines mit Aktivkohle ausgestatteten Retentionsbodenfilters zur weitergehenden Regenwasserbehandlung eine technische Neuerung dar, die bislang nur in Versuchsanlagen zur Anwendung kam“, betont das Projektteam die Relevanz und Innovation seiner Arbeit.

Das Forschungsprojekt wird vom Regierungspräsidium Tübingen sowie dem Umweltministerium Baden-Württemberg gefördert.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
zettl@hochschule-bc.de , kornmann@hochschule-bc.de

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PFClean sucht Lösungen für „Ewigkeits-Chemikalien“ PFAS: Forschende testen Methoden zum Schutz von Grundwasser

Weltweit sind PFAS (Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen) ein Umwelt- und Gesundheitsproblem. Eine großflächige Belastung gibt es bei Hügelsheim im Landkreis Rastatt. Dort wurde in der Vergangenheit mit PFAS-haltigen Papierschlämmen vermischter Kompost auf landwirtschaftlich genutzten Flächen ausgebracht. Das BMBF-Projekt PFClean mit Forschenden der Universität Stuttgart erprobt dort, wie im Boden eingebrachte Aktivkohle schädliche Substanzen binden und so das Grundwasser schützen könnte.
„Eine Verunreinigung durch PFAS bedroht ernsthaft die Ressource Wasser. Bisher ist es nicht möglich, belastete Böden vor Ort wirkungsvoll zu sanieren“, erklärt Dr. Claus Haslauer, wissenschaftlicher Leiter der Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung (VEGAS) an der Universität Stuttgart.

Transport der schädlichen Substanzen ins Grundwasser aufhalten
Im Projekt „PFClean – Innovatives modulares System zur nachhaltigen Reduzierung von PFAS-Kontaminanten aus Boden und Grundwasser“ testet derzeit ein Team der Universität Stuttgart um Haslauer eine Methode im Feldversuch, um die Verunreinigung des Grundwassers durch die Schadstoffe zu senken. Im Januar brachten die Forschenden mit Unterstützung durch Projektpartner Aktivkohle in den Boden eines belasteten Ackers in Hügelsheim ein. Die PFAS-Substanzen sollen sich an die homogen eingearbeitete Aktivkohle heften. Ziel ist eine höhere Absorptionsfähigkeit im Boden, die den Weitertransport der schädlichen Substanzen ins Grundwasser aufhält.

Ob diese Methode Erfolg hat, untersucht das PFClean-Team anhand eines detaillierten Monitoringsystems. Dazu gehören regelmäßige Entnahmen von Grundwasserproben an 13 Messstellen sowie Porenwasseranalysen. „Wir hoffen, so einen gangbaren Weg zu finden, die Schadstofffracht ins Grundwasser nachhaltig zu managen“, so Haslauer.

PFClean erprobt Ansätze nach Laborversuchen vor Ort
Dem Pilotprojekt vor Ort in Hügelsheim vorangegangen sind erfolgreiche Laborversuche. Neben der Erhöhung der Absorptionsfähigkeit von Böden untersucht das im März 2023 gestartete Projekt weitere Ansätze für PFAS-Sanierungstechnologien, etwa das Ausschleusen der PFAS mit sogenannten Funnel-and-Gate-Systemen. Dabei steuern in den Untergrund eingebrachte wasserdichte Wände die Grundwasserströmungsrichtung, um an einer zentralen Stelle die PFAS zurückzuhalten. Weitere Tests beschäftigen sich mit dem Abbau schädlicher Stoffe durch Mikroorganismen und bei verschiedenen Temperaturen.

„Bisher gibt es kaum in-situ-Sanierungstechnologien, also eine Entfernung vor Ort an der Quelle der Verunreinigung“, sagt Haslauer. Das liegt an den vielfältigen möglichen Eigenschaften von PFAS: Einige sind mobil und können leicht im Untergrund transportiert und in das Grundwasser eingetragen werden. Andere binden stark an Bodenmaterial. Alle sind durch Fluor-Kohlenstoff-Bindungen sehr stabil. Deshalb werden sie auch als „Ewigkeits-Chemikalien“ bezeichnet. Bisher werden PFAS mit verschiedenen Aufbereitungstechniken aus belastetem Wasser zum Beispiel in Wasserwerken entfernt, aber nicht an der Quelle der Verunreinigung, also direkt aus Böden und Grundwasser.

Ziele von PFClean sind es, die im Labor und in Großversuchen entwickelten Ansätze zur Sanierung und Ausschleusung von PFAS aus Boden und Grundwasser vor Ort zu erproben und gegebenenfalls weiterzuentwickeln, und einen zügigen und effektiven Transfer von Wissenschaft zur realen Anwendung zu erzielen. Neben dem Standort in Hügelsheim sind Versuche in Reilingen südlich von Heidelberg vorgesehen. Dort sind PFAS an einzelnen Punkten aus Löschschäumen in den Untergrund gelangt.

Hintergrund: PFAS (Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen)
Die Stoffgruppe der Per- und Polyfluorierten Alkylsubstanzen umfasst rund 5000 Einzelsubstanzen. PFAS sind schmutz-, wasser-, und fettabweisend und stecken in unzähligen Produkten: in Outdoor-Jacken, Pfannen, Papier und Kartons, in Shampoo, Lacken und Feuerlöschschaum. Die Chemikalien sind teilweise gesundheitsschädlich. Hohe Konzentrationen im Blut können etwa Organe schädigen oder Krebs auslösen. Seit Jahrzehnten gelangen PFAS in die Umwelt, zum Beispiel über Abwässer und Abgase, lagern sich in Böden und Grundwasser an und bauen sich nur sehr langsam ab.

Über das Projekt:
Laufzeit des Verbundprojekts „PFClean – Innovatives modulares System zur nachhaltigen Reduzierung von PFAS-Kontaminanten aus Boden und Grundwasser“ ist 1. März 2023 bis 28. Februar 2026. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert das Projekt im Rahmen der Förderung von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zum Thema „Nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung“ (LURCH) im Rahmen der Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit“ (FONA). Unter Federführung der Universität Stuttgart, VEGAS, beteiligen sich

  • Eberhard-Karls-Universität Tübingen, Fachbereich Umweltanalytik
  • DVGW-Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe
  • Arcadis Germany GmbH, Darmstadt
  • Geiger Entsorgung GmbH und Co KG, Oberstdorf
  • Industrie Engineering GmbH, Reutlingen
  • Sax + Klee GmbH Bauunternehmung, Mannheim
  • Landratsamt Rastatt, PFAS-Geschäftsstelle.

Das Pilotprojekt in Rastatt unterstützen die Wirtgen Group, Gartner John Deere Landmaschinenhandel und STREUMASTER Maschinenbau GmbH.

Weitere Informationen:
https://idw-online.de/de/news829499

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Nutzwasser kann alternative Quelle sein

Viele Vereine und Kommunen müssen sich rechtfertigen, warum sie ihre Sportplätze bewässern. Für Platzwarte und Stadtgärtner ist es offensichtlich, dass Wert und Nutzbarkeit von Grün- und Sportflächen erhalten werden müssen.
„Nutzwasser“ kann eine alternative Quelle zu Brunnen- oder Stadtwasser sein – zu diesem Ergebnis kamen Forscher in einem Projekt, das bis 2024 läuft. Mehr:
https://www.nutzwasser.org/public/aktuell/news-ansicht/nutzwasser-kann-alternative-quelle-sein.html

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Mikroalgen als grüne Reinigungskraft

Das :metabolon Institute der TH Köln widmet sich der Erforschung nachhaltiger Lösungen für Umweltprobleme. Im Projekt „ERA3 – Phase II“ haben sie eine Pilotanlage in Betrieb genommen, um zu untersuchen, wie Deponiesickerwasser mithilfe von Mikroalgen gereinigt werden kann.
Mikroalgen haben ein enormes Potenzial, um nachhaltige Lösungen für Umweltprobleme zu entwickeln. Sie können Schadstoffe aus Abwässern aufnehmen, Kohlenstoffdioxid (CO2) binden und sogar als Energieträger fungieren. Durch ihre vielfältigen Eigenschaften tragen sie dazu bei, die Umweltbelastung zu reduzieren.

Deponiesickerwasser in Nordrhein-Westfalen: Eine Herausforderung für die Umwelt
„Allein in Nordrhein-Westfalen gibt es 428 Deponien, auf denen jährlich etwa sechs Millionen Kubikmeter Deponiesickerwasser anfallen. Dabei handelt es sich um Niederschlag, der durch die Deponie sickert und dabei große Mengen an umweltschädlichen Stoffen wie Ammonium aufnehmen kann“, erklärt die Projektleiterin Prof. Dr. Miriam Sartor vom :metabolon Institute.
In vielen kommunalen Kläranlagen wird ein Großteil des Sickerwassers geleitet. Vor der Einleitung in diese Anlagen muss es jedoch aufwendig aufbereitet werden, abhängig von seiner Belastung. Dies erfordert erhebliche Ressourcen und Energie.
Nachhaltige Lösungen
Im Projekt „ERA³“ wird die Kultivierung von Mikroalgen erforscht, um den Prozess der Abwasseraufbereitung nachhaltiger zu gestalten. Diese winzigen Organismen können wesentliche abwasserrelevante Inhaltsstoffe aufnehmen und in ihrer Biomasse speichern. Ein großer Vorteil der Mikroalgen ist ihre energieeffiziente Aufbereitung durch Photosynthese. Während sie wachsen, binden sie CO2 in ihrer Biomasse und produzieren gleichzeitig Sauerstoff, was die Wasserqualität verbessert. Zusätzlich können Mikroalgen auch als Energieträger dienen, so Alexander Kuß, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt.
Im vorherigen Projekt „ERA³ – Phase I“ (2019 bis 2021) konnte das Forschungsteam bereits nachweisen, dass Mikroalgen auch in hochbelasteten Deponiesickerwässern kultiviert werden können. Bisher wurden Mikroalgen hauptsächlich in stark verdünntem Abwasser eingesetzt. Das aktuelle Vorhaben „ERA³ – Phase II“ zielt darauf ab, im Pilotmaßstab zu ermitteln, wie die Algen als ergänzendes Verfahren in der Behandlung von Abwässern aus der Abfallwirtschaft effektiv genutzt werden können.

Kultivierung von Mikroalgen
„Bisher werden Mikroalgen im industriellen Maßstab überwiegend in suspensions-basierten Systemen kultiviert. Das bedeutet, dass die Algen gezüchtet werden, indem sie sich freischwimmend durch eine Nährlösung – im konkreten Fall Abwasser – bewegen, Nährstoffe aufnehmen, verarbeiten und wachsen. Solche Systeme sind vergleichsweise kostengünstig, leicht zu bewirtschaften und weisen moderate Wachstumsraten auf“, erklärt Sartor.
Die Effizienz ist jedoch begrenzt, da die im Deponiesickerwasser schwimmenden Algen nicht ausreichend dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Daher sind große, flache Becken für ihre Kultivierung erforderlich. Die Integration dieser Becken in die bestehende Aufbereitungsinfrastruktur gestaltet sich jedoch schwierig.
Im Projektteam verfolgen wir einen innovativen Ansatz: Die Kultivierung der Mikroalgen erfolgt in sogenannten biofilm-basierten Kultivierungssystemen. Hierbei heften sich die Algenstämme an eine Oberfläche fest und wachsen dort. Das Besondere ist, dass die Biofilme sowohl über als auch unter der Wasseroberfläche angebracht werden können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Anlagenplanung.

Ein vielversprechender Ansatz
Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist, dass sich die Biomasse natürlicherweise in den Biofilmen konzentriert. Dadurch wird die Ernte und Weiterverarbeitung der Algen deutlich erleichtert. Zusätzlich sind die Kulturen resistenter gegenüber Stressfaktoren in extremen Lebensräumen wie belastetem Deponiesickerwasser. Die Biofilme ermöglichen den Algen eine bessere Abgrenzung von ihrer Umwelt.
In einem ersten Schritt wurde eine Pilotanlage in Betrieb genommen, in der Mikroalgen in einem Biofilm kultiviert und Deponiesickerwasser ausgesetzt werden. Die Anlage wird nun mit Blick auf den Abbau von Nährstoffen, Stoffwechselaktivitäten anderer relevanter Mikroorganismen wie Cyanobakterien, nitrifizierende und denitrifizierende Bakterien, die Produktion und Verwertbarkeit der Biomasse sowie die Betriebskosten kontinuierlich überwacht und optimiert.
„Am Ende des Projekts wollen wir fundierte Erkenntnisse darüber erhalten, ob und wie eine großtechnische Umsetzung ökologisch sinnvoll, effektiv und wirtschaftlich realisierbar ist“, sagt Sartor.
https://gwf-wasser.de/forschung-und-entwicklung/mikroalgen-als-gruene-reinigungskraft/

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Kartierung der chemischen Fußabdrücke in europäischen Flüssen

Gelangen Chemikalien aus häuslichen Quellen über Kläranlagen, aus der Landwirtschaft und aus der Industrie in die Gewässer, wirkt sich dieser Eintrag negativ auf die Süßwasserökosysteme aus. Das ist bekannt. Um mehr über die Belastung europäischer Flüsse herauszufinden, hat ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) rund 450 Proben aus 22 europäischen Fließgewässern ausgewertet und dabei mehr als 500 Chemikalien gefunden, zum Teil in hohen Konzentrationen. Diese stellen insbesondere für wirbellose Tiere ein hohes Risiko dar, schreiben sie im Fachblatt Environment International.
Pflanzenschutzmittel, Industriechemikalien, Arzneimittel – die meisten von ihnen sowie deren Abbauprodukte finden sich nach dem Gebrauch irgendwann in Bächen und Flüssen wieder. Ein Team von Umweltchemiker:innen des UFZ hat deshalb 610 Chemikalien, deren Vorkommen oder problematische Wirkung bekannt sind, genauer betrachtet und analysiert, ob und wenn ja in welchen Konzentrationen sie in den Fließgewässern Europas vorkommen – angefangen von großen Flüssen wie Elbe, Donau, Rhein über Ebro und Tajo auf der iberischen Halbinsel bis hin zu kleineren Fließgewässern in landwirtschaftlich geprägten Regionen Deutschlands. Das Ergebnis nach der Auswertung von 445 Proben aus insgesamt 22 Flüssen: Die Forschenden konnten insgesamt 504 der 610 Chemikalien nachweisen. Insgesamt fanden sie 229 Pestizide und Biozide, 175 pharmazeutische Chemikalien sowie Tenside, Kunststoff- und Gummizusätze, Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) und Korrosionsinhibitoren. In 40 Prozent der Proben wiesen sie bis zu 50 chemische Substanzen nach, in weiteren 41 Prozent zwischen 51 und 100 Chemikalien. In 4 Proben konnten sie sogar mehr als 200 organische Mikroschadstoffe belegen. Mit 241 Chemikalien stellten sie die meisten Substanzen in einer Wasserprobe der Donau fest.

Am häufigsten fanden die Umweltchemiker:innen in den Proben N-Acetyl-4-aminoantpyrin. Der Stoff ist ein Abbauprodukt des Arzneimittelwirkstoffs Metamizol, der gute Dienste bei der Schmerzbehandlung in der Humanmedizin leistet, über dessen Auswirkungen auf Süßwasserökosysteme aber bislang kaum etwas bekannt ist. „Bei zahlreichen dieser Metabolite ist unklar, wie schädlich sie für die Umwelt sind. Da fehlt uns noch das notwendige Wissen“, sagt die UFZ-Umweltchemikerin Saskia Finckh, Erstautorin der Studie. Bei anderen Substanzen, die die Wissenschaftler:innen in den Gewässern entdeckten, sind die negativen Auswirkungen dagegen bereits erforscht. Einer der häufigsten dieser Stoffe ist Carbamazepin, ein Arzneistoff zur Behandlung von Epilepsie. In Gewässern ist er jedoch biologisch schwer abbaubar, beeinträchtigt die Fortpflanzungsfähigkeit wirbelloser Tiere und verzögert die Entwicklung von Fischen. Der Stoff steht deshalb bereits auf der Beobachtungsliste des Umweltbundesamts (UBA) und ist einer von 23 weiteren vorgeschlagenen prioritären Stoffen, um die die EU-Wasserrahmenrichtlinie erweitert werden soll. Auch die Wirkung einiger anderer Substanzen, die ebenfalls oft in den Proben festgestellt wurden, ist bekannt. Häufig fanden die UFZ-Forschenden zum Beispiel die Insektizide Diazinon und Fipronil, die beide sehr schädlich für wirbellose Wasserorganismen sind. Insgesamt wurden bei mehr als 70 Chemikalien in den Gewässern die chronischen Risikoschwellen für Wirbellose überschritten – das bedeutet, dass es bei anhaltender oder wiederholter Exposition etwa zu Entwicklungsstörungen kommen kann.

Viele der einzelnen organischen Mikroschadstoffe sind schon für sich gesehen ein Problem für Gewässer, allerdings kommt noch ein weiteres dazu. „Schwierigkeiten bereitet die Bandbreite der Chemikalien, die in die Gewässer eingetragen werden. Denn wir wissen noch viel zu wenig darüber, welche additiven Wirkungen diese Stoffe haben, wenn sie sich miteinander vermischen“, erklärt Dr. Eric Carmona, Co-Erstautor und ebenfalls Umweltchemiker am UFZ. Um die Wirkung dieser Mischungseffekte auf die in den Fließgewässern lebenden Organismen einschätzen zu können, nutzten die Forscher:innen das Konzept des chemischen Fußabdrucks. Es ist ein quantitatives Maß für die Gefahr einer Beeinträchtigung der Wasserqualität – also konkret, welche Überlebenschance Wasserorganismen wie etwa Fische, Krustentierchen und Algen an einem untersuchten Standort haben. Berechnet wird der chemische Fußabdruck, indem die Konzentration einer Chemikalie an einem Standort ins Verhältnis zum erwarteten Effekt gesetzt wird. Anschließend werden die Werte für die nachgewiesenen Chemikalien addiert. Für jede dieser Organismengruppen gibt es einen wissenschaftlichen Grenzwert, bei dessen Überschreitung mit dem Verschwinden empfindlicher Arten aus dem Ökosystem gerechnet werden muss. In 74 Prozent der untersuchten Proben werden die wissenschaftlichen Grenzwerte überschritten. Besonders hoch ist das Risiko für Krebstierchen: An 15 Prozent der untersuchten Standorte ist das Risiko für sie akut. Das heißt, dass für die Tiere die Überlebenschance an diesen Standorten im Gewässer gering ist.

Die UFZ-Forscher:innen folgern aus ihren Ergebnissen, dass in den europäischen Gewässern trotz vieler Verbesserungsmaßnahmen in der Vergangenheit immer noch zu viele Chemikalien vorkommen und an viele Standorten Grenzwerte überschritten werden. „Unsere Daten zeigen zudem, dass nicht nur einzelne Substanzen, sondern vor allem die Vielzahl der Substanzen zu diesem Problem beitragen“, bilanziert Saskia Finckh. Notwendig sei deshalb zum einen, in der chemischen Gewässerüberwachung für die Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie noch deutlich mehr Chemikalien aufzunehmen, weil diese bislang nicht in der Umwelt bewertet werden. Zum anderen brauche es mehr Messdaten. „Oft ist völlig unklar, welche Effekte Chemikalien in welcher Konzentration auf Organismen in den Gewässern haben“, sagt Eric Carmona. In diesen Fällen wird bislang auf modellbasierte Werte zurückgegriffen, die eine größere Unsicherheit als die gemessenen Effekt-Werte mit sich führen. „Und vor allem“, ergänzt Saskia Finckh, „sollten wir bei der Bewertung von Chemikalien ihre Mischungen stärker in den Fokus nehmen.“

Die Proben wurden zwischen 2016 und 2019 während verschiedener Probenahmekampagnen wie zum Beispiel dem Deutschen Kleingewässermonitoring (KGM), dem Joint Danube Survey 4 (JDS4), einer Probenahmekampagne der Internationalen Kommission zum Schutz der Donau in Kooperation mit dem EU-Projekt SOLUTIONS, sowie einer Elbe-Beprobung gesammelt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Saskia Finckh
UFZ-Department Exposure Science
Saskia.finckh@ufz.de
https://www.ufz.de/index.php?de=46372

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Fund eines Weichmachers in Urinproben – Fragen & Antworten

In seiner Pressemitteilung vom 31. Januar 2024 berichtet das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV) zum Fund von Mono-n-hexyl-Phthalat (MnHexP) in Urinproben von Kindern. Seitdem erreichen auch das Umweltbundesamt (UBA) vermehrt Anfragen zu dem Thema. Im Folgenden wurden daher die häufigsten Fragen und unsere Antworten darauf zusammengestellt.

Was ist Mono-n-hexyl-Phthalat?
Mono-n-hexyl-Phthalat kann als ein Abbauprodukt im Körper (als sogenannter Metabolit) des Di-n-hexyl-Phthalats entstehen. Die Stoffgruppe der Phthalate werden als Weichmacher zum Beispiel in Plastikprodukten (z.B. Spielzeug), kosmetischen Mitteln und auch in Lebensmittelkontaktmaterialien verwendet, um dem Kunststoff bestimmte Eigenschaften zu verleihen.
Di-n-hexyl-Phthalat wurde 2013 als besonders besorgniserregender ⁠Stoff⁠ im Rahmen der REACH-VO identifiziert, da es die Fortpflanzungsfähigkeit des Menschen gefährden kann. 2020 erfolgte dann die Aufnahme in den Anhang XIV der REACH-VO. Damit darf der Stoff in der EU seit 2023 ohne Zulassung grundsätzlich nicht mehr verwendet werden.
Zulassungsanträge wurden nicht gestellt. Da es für den Stoff keine Registrierung gemäß REACH-VO gibt, ist davon auszugehen, dass der Stoff wirtschaftlich in der EU keine große Rolle gespielt hat. Nicht auszuschließen sind Altlasten, Di-n-hexyl-Phthalat haltige Importerzeugnisse sowie Gehalte von Di-n-hexyl-Phthalat in anderen Stoffen. Die SCIP-Datenbank bei der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) listet eine größere Anzahl von entsprechenden Erzeugnissen. Neben Di-n-hexyl-Phthalat sind auch andere Stoffe denkbar, aus denen Mono-n-hexylphthalat als Metabolit entstehen kann.

Wie groß ist das Ausmaß der Belastung?
Aktuell führt das Umweltbundesamt die sechste Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES VI) durch. Deutschlandweit werden vorausgewählte Erwachsene zwischen 18 und 79 Jahren um ihre Teilnahme gebeten, um unter anderen auf ihre körperliche Belastung mit Umweltschadstoffen hin untersucht zu werden. Unter den im Rahmen dieses Human-Biomonitoring (HBM)-Programms aktuell untersuchten Stoffen befindet sich auch das Mono-n-hexylphthalat (MnHexP).
Erste vorläufige Ergebnisse aus der Studie zeigen, dass in ca. 37 % der bislang untersuchten Urinproben MnHexP nachweisbar ist. Endergebnisse der Studie werden im nächsten Jahr erwartet. Um das Ausmaß der Belastung auch auf europäischer Ebene zu bestimmen, arbeitet das ⁠UBA⁠ eng mit EU-Behörden zusammen.
Der reine Nachweis von (Einzel-)Substanzen im Körper deutet nicht zwangsläufig auf ein gesundheitliches Risiko hin. Jedoch besteht oft eine Belastung mit mehreren Stoffen aus der Gruppe der Phthalate, deren Einzelwirkungen sich zu einer Gesamtwirkung addieren können.

Wie wurde die Substanz entdeckt?
Die Analyse von Proben im Rahmen der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit sowie des Humanteils der Umweltprobenbank auf ihren Gehalt an MnHexP hin ist Teil des vom Umweltbundesamt konzipierten Untersuchungsprogramms.
Das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV) veranlasste im Herbst 2023 eine Untersuchung der Urinproben von Kindern, die es im Rahmen seiner regelmäßigen Human-Biomonitoring (HBM) Untersuchungen sammelt (Info des LANUV).
Ergebnisse des LANUV zur Belastung von Kindern mit MnHexP wurden in einer Pressemitteilung veröffentlicht. Umweltbundesamt und LANUV stehen zu diesen Ergebnissen in Austausch.

Was unternimmt das Umweltbundesamt?
Das Umweltbundesamt führt seit den 1980er Jahren die Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES) durch. Im Rahmen dieser Studien werden Urin- und Blutproben der Teilnehmenden auf verschiedene Umweltschadstoffe untersucht.
Mithilfe der Daten dieser Studien können Rückschlüsse auf die Belastung der gesamten Bevölkerung in der jeweils untersuchten Altersgruppe (Kinder, Erwachsene) in Deutschland gezogen werden.
Mit weiteren Messungen zur Belastung mit Mono-n-hexyl-Phthalat im menschlichen Körper liefert das Umweltbundesamt zunächst eine wissenschaftsbasierte Grundlage für das Ausmaß der Belastung in Deutschland.
Aktuell werden auch Proben der Umweltprobenbank auf die Verbindung untersucht, um zu prüfen, seit wann diese Belastungen zu beobachten sind und um einen möglichen Zeittrend zu identifizieren.
Die Kommission Human-Biomonitoring des Umweltbundesamtes wird die Datenlage zu Mono-n-hexyl-Phthalat prüfen und, wenn möglich, toxikologische Beurteilungswerte, sogenannte HBM-Werte, ableiten, um die Gesundheitsrelevanz bewerten zu können.

Wie gelangt Mono-n-hexyl-Phthalat in den Körper?
Schadstoffe aus der Umwelt können über verschiedene Wege in den Körper gelangen. Eintragspfade können zum Beispiel Nahrung und Alltagsgegenstände, mit denen wir in Kontakt kommen, sein.
Genaue Quellen für den Eintragspfad für Mono-n-hexyl-Phthalat sind aktuell nicht bekannt. Analysen der Studiendaten werden in Zukunft möglicherweise die Bildung von Hypothesen zu dieser Frage erlauben, denen dann in Folgeuntersuchungen nachgegangen werden kann.
Der Weichmacher Di-n-hexyl-Phthalat darf in der Europäischen Union nur nach einer erfolgreichen Zulassung verwendet werden (s. Frage 1). Ausnahmen von der Zulassungspflicht gibt es etwa für Importerzeugnisse. Grundsätzlich müssen Produkte, in denen der Stoff ohne Zulassung enthalten ist, vom Markt genommen werden.

Links
Neue Funde von Weichmacher im Kinderurin (Pressemitteilung LANUV)
6. Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES VI)
Umweltprobenbank des Bundes
Kommission Human-Biomonitoring Weichmacher Phthalat Human-Biomonitoring GerES Umweltprobenbank des Bundes

https://www.umweltbundesamt.de/themen/fund-eines-weichmachers-in-urinproben-fragen

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Qualitätskriterien-Dossiers auf Webseite verfügbar

Das Oekotoxzentrum hat Umweltqualitätskriterien für mehr als 100 Stoffe erarbeitet – also substanzspezifische Konzentrationen, unterhalb derer keine schädlichen Wirkungen auf Organismen erwartet werden. Neu stellen wir die zugrundeliegenden Datendossiers auf unserer Webseite zur Verfügung (verlinkt mit dem jeweiligen Wert), so dass diese Bestimmung nachvollzogen werden kann
Für die Bestimmung der Werte recherchieren Expertinnen zunächst die Daten zur akuten und chronischen Toxizität der Stoffe für verschiedene Lebewesen, sowohl aus Zulassungsverfahren als auch aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen. Dabei wird auch die Relevanz und Verlässlichkeit der Daten geprüft, da nur Werte verwendet werden dürfen, die die strengen Anforderungen erfüllen. Je nach Menge und Zusammensetzung der verfügbaren Daten bestimmen die Expertinnen den Grenzwert mit unterschiedlichen Methoden.
Seit 2020 wurden die Qualitätskriterienvorschläge des Oekotoxzentrums für 19 Pestizide und 3 Arzneimittel als numerische Anforderungen in die Gewässerschutzverordnung aufgenommen und sind damit gesetzlich verbindlich. In der EU werden effektbasierte Grenzwerte bereits seit 2008 als Umweltqualitätsnormen (environmental quality standards = EQS) in der Wasserrahmenrichtlinie verankert, momentan gelten dort Werte für 45 Einzelsubstanzen oder Substanzgruppen. Neu sollen zusätzliche Substanzen bzw. Substanzgruppen in die EU-Liste aufgenommen werden, so dass die Liste dann 65 Substanzen umfasst. Das Oekotoxzentrum war an der Erarbeitung der zusätzlichen Grenzwerte beteiligt. Während diese vom EU-Parlament bereits angenommen wurden, steht die Bestätigung durch die Mitgliedstaaten noch aus.
http://www.oekotoxzentrum.ch/news-publikationen/news/qualitaetskriterien-dossiers-auf-webseite-verfuegbar

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LWI | AngryWaters – Küsten vor Extremereignissen schützen

Überschwemmungen wie im Ahrtal und Sturmfluten bei extremen Wetterlagen nehmen durch den Klimawandel immer mehr zu. Die tödlichsten Überflutungsphänomene, denen unsere Dörfer und Städte an den Küsten ausgesetzt werden, sind Tsunamis. Allgegenwärtig ist damit auch die Gefahr, dass dabei Häuser unter der Last der Wassermassen zerstört werden. Den komplexen Prozess des Einsturzes von Gebäuden bei Extremereignissen will Professor Nils Goseberg von der Technischen Universität Braunschweig genauer untersuchen. Ziel seines Projekts „AngryWaters“ ist die Entwicklung eines Simulationswerkzeugs, um besser vorhersagen zu können, wie weit das Wasser bei existierender Bebauung ins Landesinnere vordringt. Dafür erhält der Wissenschaftler nun den renommierten Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC), der sein Projekt über fünf Jahre mit rund zwei Millionen Euro fördert.
„Über den ERC Grant freue ich mich riesig“, sagt Professor Nils Goseberg vom Leichtweiß-Institut für Wasserbau, kurz LWI. „Er ist eine große Auszeichnung für unsere bereits geleistete Arbeit in einer originären Ingenieurdisziplin.“ Mit den ERC-Stipendien werden europaweit exzellente Wissenschaftlerinnen unterstützt, die in ihren Projekten innovative Forschungszugänge entwickeln oder riskante, neue Forschungsfragen bearbeiten. An der TU Braunschweig wurden bislang insgesamt neun Professorinnen mit einem ERC Grant ausgezeichnet.
„Das Projekt ‚AngryWaters‘ spiegelt das Engagement unserer Universität für innovative Forschung und ihre Beiträge zur Lösung globaler Herausforderungen wider. Ich gratuliere Professor Nils Goseberg zu dieser herausragenden Auszeichnung“, sagt die Präsidentin der TU Braunschweig, Angela Ittel. „Diese bedeutende Förderung unterstreicht die hervorragende Infrastruktur, die wir an der TU Braunschweig bieten und vor allem aber die Exzellenz und Relevanz der Forschung von Professor Goseberg für ein besseres Verständnis der Auswirkungen von Extremereignissen an der Küste.“

Extremereignisse bedrohen Gebäude und Menschen
Im gleichlautenden Forschungsprojekt nimmt der Wissenschaftler die sogenannten „AngryWaters“ in den Blick. Mit den „wütenden Gewässern“ meint Professor Goseberg extreme Strömungsereignisse. Das können Tsunamis sein, die Küstenstädte überfluten und zerstören – wie 2011 nach dem Erdbeben vor der Küste von Japan. Dazu können auch aber auch Dammbrüche von Talsperren zählen, die aufgrund ihrer langen Standdauer nicht mehr sicher sind – wie im vergangenen Jahr im libyschen Derna, als zwei Staudämme brachen und eine sieben Meter hohe Flutwelle die Stadt traf. All diese Extremereignisse stellen eine erhebliche Gefahr für Gebäude und die darin lebenden Bewohnerinnen dar. Doch wie können die Menschen an Küsten und in der Nähe von Flüssen besser geschützt werden? Um das Vordringen der Wassermassen besser vorhersagen zu können, muss auch der Einsturzprozess von Gebäuden besser verstanden werden. Das Problem: Das Einstürzen der Bebauungsstrukturen lässt sich bislang weder mit Simulationen noch mit Experimenten gut erfassen, da wesentliche Voraussetzungen für die Verkleinerung der Prozesse ins Labor nicht bekannt sind. Die bisherige Forschung konzentrierte sich vor allem auf die Wechselwirkung zwischen Strömung und Bauwerken unter der Annahme, dass die Bauwerke stehen bleiben und zudem feste gefüllte Körper sind. Mit dem Promotionsprojekt von Clemens Krautwald vom LWI haben die Braunschweiger Wissenschaftlerinnen das Kollabieren eines Gebäudekörpers im Großen Wellenkanal erstmalig realisieren können. Eine initiale Publikation aus dem Jahr 2022 bildete einen wesentlichen Baustein für die Machbarkeit der vorgeschlagenen Arbeiten.

Großer Wellenströmungskanal erhält riesige Dammbruchklappe
Das „AngryWaters“-Projekt zielt darauf ab, den dynamischen Kollaps-Prozess zu modellieren und die Wechselwirkungen zwischen Wasser und einstürzenden Gebäuden zu erfassen. Um den Einsturz von Bauwerken auf verschiedenen Skalen zu simulieren, wird Professor Goseberg die Wellenkanäle in Braunschweig und am Forschungszentrum Küste in Hannover nutzen. Im Großen Wellenströmungskanal (GWK+) können die Wissenschaftlerinnen fast im Maßstab 1:1 arbeiten. Ergänzt wird der GWK+ dazu bis Ende 2024 durch eine sogenannte Dammbruchklappe, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). „Die Klappe können wir in Wandnischen verankern und so diese einzigartige Forschungsanlage auch für Dammbruchströmungen nutzen. Das zeigt, mit welchen großen Pfunden wir in Braunschweig und Hannover wuchern können“, betont Professor Goseberg. Die Klappe, hinter der die Forschenden das Wasser bis zu drei Meter hoch aufstauen können, öffnet sich mit einem Schwingmechanismus wie bei einem Garagentor und entlädt das Wasser dammbruchartig in einem Schwall. „Die Größenordnungen sind mit denen in der Natur vergleichbar“, so Goseberg. „Acht Meter Strömungsgeschwindigkeit pro Sekunde, fast eineinhalb Meter Fließtiefe auf der Landseite.“ Zunächst werden die Wissenschaftlerinnen den Prozess mit einzelnen Gebäudeteilen simulieren, später mit einem ganzen Haus.
Im 90 Meter langen Wellenkanal in der Versuchshalle des Leichtweiß-Instituts für Wasserbau in Braunschweig werden die Forschenden die Experimente mit einer kleineren Dammbruchklappe durchführen. „So können wir in Hannover die größeren Längenskalen untersuchen und in Braunschweig die kleineren – wir sprechen hier von den Maßstäben 1:10 und 1:15.“ Aus diesen unterschiedlichen Maßstäben lassen sich neue Gesetzmäßigkeiten ableiten, mit denen die Gebäude für die Simulation entsprechend im Maßstab verkleinert werden können.

Wie weit fließt das Wasser?
Aufbauend auf diesen Untersuchungen wollen Professor Goseberg und sein Team ein Prognose-Tool entwickeln, das anhand der vorhandenen Experimentaldaten validiert wird. „Bei Extremereignissen wie einem Tsunami müssen auch die kollabierenden Gebäude und damit die Trümmer berücksichtigt werden, um genauere Vorhersagen darüber treffen zu können, wie weit sich das Wasser ausbreitet, zu welchem Zeitpunkt es wie hochsteigt und welche Evakuierungsmaßnahmen erforderlich sind“, betont Professor Goseberg. Das ist entscheidend für die Entwicklung sicherer Küsten- und Flussgebiete und wird die Vorsorgefähigkeit entscheidend verbessern.
Damit bildet das Projekt „AngryWaters“ auch in der im Januar gestartete Forschungsmission der Deutschen Allianz Meeresforschung einen fundamentalen Baustein: „mareXtreme“ untersucht, wie das Risikomanagement bei marinen Extremereignissen und Naturgefahren verbessert werden kann. „Diese Projekte sind wichtig für Niedersachsen, für Norddeutschland, aber auch weltweit. Das Thema der Extremgefahren an Küsten wird wegen der Dynamik durch den Klimawandel deutlich an Relevanz gewinnen und durch die starke Beteiligung an mareXtreme und dem ERC-Projekt sind wir in Niedersachsen sehr präsent und direkt am Puls dessen, was getan werden muss.“

Über Professor Nils Goseberg
Seit Anfang 2018 vertritt Professor Nils Goseberg an der TU Braunschweig das Fachgebiet Hydromechanik, Küsteningenieurwesen und Seebau am Leichtweiß-Institut für Wasserbau (LWI) in Forschung und Lehre. Gleichzeitig ist er geschäftsführender Leiter des LWI und leitet als stellvertretender Geschäftsführender Direktor das gemeinsam mit der Universität in Hannover betriebene Forschungszentrum Küste. Goseberg wurde an der Leibniz Universität Hannover promoviert und habilitierte sich dort Ende 2017 erfolgreich. Im Rahmen eines Marie Curie Fellowship forschte er zwischen 2014 und 2017 an der University of Ottawa in Kanada zum Thema „Spatiotemporal Distribution and Structural impact Loading due to Artificial Debris Objects in Violent Flows”. Er ist Autor von mehr als 80 Fachaufsätzen zu Themen des Küsteningenieurwesens und des Seebaus.

Über den ERC
Der Europäische Forschungsrat (European Research Council, ERC) ist eine Initiative der Europäischen Kommission zur Förderung exzellenter Wissenschaftler*innen und innovativer Forschungsansätze. Die von ihm vergebenen ERC Grants sind seit 2007 Teil des Forschungsrahmenprogramms mit Förderprogrammen, die sich an Forschende unterschiedlicher Karrierestufen richten: Starting Grants, Consolidator Grants, Advanced Grants und Synergy Grants. Mit dem zusätzlichen Programm der Proof of Concept Grants unterstützt der ERC seine Grantees dabei, die Lücke zwischen ihrer Pionierforschung und den frühen Phasen der Kommerzialisierung zu schließen.Mehr:
https://www.tu-braunschweig.de/abu/forschung-und-institute/lwi-angrywaters-kuesten-vor-extremereignissen-schuetzen

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Start für das Projekt BEFuel: Von Abgasen und Abwässern zu E-Treibstoffen und hochwertigen Chemikalien

Wie lassen sich aus Abgasen und Abwässern E-Treibstoffe und Biotenside für die Industrie herstellen? Mit dieser Frage befasst sich im neu gestarteten Projekt BEFuel ein interdisziplinäres Konsortium koordiniert von Fraunhofer UMSICHT. Im Fokus steht die gekoppelte bioelektrochemische Produktion – also die Kombination von elektrochemischer Synthese und biotechnologischer Synthese durch Mikroorganismen.
Für die mit erneuerbarer Energie betriebene Elektrolyse werden zwei unterschiedliche Abfallströme genutzt: An der Anode kommt Rohglyzerin zum Einsatz, ein Abfallstoff aus der Biodieselproduktion. Die Oxidationsprodukte können von Mikroorganismen als Nährstoffe genutzt werden, um Biotenside zu bilden. An der Kathode setzen die Forschenden auf Abwässer einer Kläranlage. Hier entsteht zunächst grüner Wasserstoff, den die Mikroorganismen als Energieträger nutzen, um in einem ersten Schritt Kohlenstoffdioxid zu fixieren und in einem zweiten Schritt organische C6- und C8-Säuren zu produzieren. Sie können als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Biodiesel und Biogas dienen und werden über eine spezielle Membrantechnik getrennt und angereichert.

Einzigartige Kopplung elektrochemischer Prozesse
»Diese Kopplung bioelektrischer Systeme für die gleichzeitige Biokonversion mehrerer Abfallströme ist einzigartig«, sagt Projektkoordinator Dr. Daniel Siegmund von Fraunhofer UMSICHT. »Sie ermöglicht die parallele Produktion mehrerer hochwertiger Güter, senkt die Betriebskosten und erhöht gleichzeitig die Energieumwandlungseffizienz.« Weitere Vorteile: Das neue System ist sowohl unabhängig von Importen als auch dezentralisiert möglich. Zudem werden durch die Einbindung an bestehende Klärwerke, die CO2 aus Rauchgasen oder Biogasen sowie Nährstoffe für das Wachstum der Biomasse bereitstellen können, Nährstoffe aus heimischen Abwässern und organischen Abfällen wiederverwertet.
Für die Umsetzung zeichnet ein Team aus unterschiedlichen Partnern verantwortlich und ermöglicht das Zusammenspiel zwischen Elektrolyse, biotechnologischer Verarbeitung bzw. Produktisolierung sowie ökonomischer und ökologischer Bewertung. Neben dem Fraunhofer UMSICHT sind das die Ruhr-Universität Bochum mit verschiedenen Lehrstühlen, die SolarSpring GmbH, die Emschergenossenschaft und das Institut für Automation und Kommunikation. Ihr Erfolg wird durch eine umfassende Bewertung des Prozesses gemessen. Neben Treibhausgasemissionsbilanzen und Kostenberechnungen umfasst sie auch soziale und vor allem ökologische Aspekte, um das Potenzial für eine kurzfristige industrielle Anwendung nach Projektabschluss zu ermitteln.

FÖRDERHINWEIS
Das Projekt »BEFuel – Gekoppelte bioelektrochemische Produktion von E-Treibstoffen und hochwertigen Chemikalien aus Abgasen und Abwässern« wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Maßnahme »Klimaneutrale Produkte durch Biotechnologie – CO2 und C1-Verbindungen als nachhaltige Rohstoffe für die industrielle Bioökonomie (CO2BioTech)« gefördert.

PROJEKTPARTNER
• Ruhr-Universität Bochum | Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik
• SolarSpring GmbH
• Emschergenossenschaft Lippeverband (EGLV)
• Institut für Automation und Kommunikation e.V. (ifak)
• Ruhr-Universität Bochum | Anorganische Chemie
• Ruhr-Universität Bochum | Mikrobielle Biotechnologie
https://www.umsicht.fraunhofer.de/de/presse-medien/pressemitteilungen/2024/industrielle-biooekonomie.html

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Oder-Katastrophe: Was wissen wir über die Alge Prymnesium parvum?

Ein neues IGB Fact Sheet beantwortet die wichtigsten Fragen auf Basis des aktuellen Forschungsstandes
Im Juli und August 2022 kam es zu einer menschengemachten Umweltkatastrophe in der Oder: Ein Massensterben von Fischen, Muscheln und Schnecken begann im polnischen Teil der Oder und setzte sich dann flussabwärts auch in der Grenzoder fort. Allein bei den Fischen gehen Forschende von Verlusten von bis zu 1.000 Tonnen Gesamtgewicht aus. Unmittelbare Ursache für ihren Tod war eine giftbildende, im Wasser schwebende (planktische) Brackwasseralge mit dem wissenschaftlichen Namen Prymnesium parvum, die sich bedingt durch hohe Salzfrachten, hohe Sonneneinstrahlung und geringe Wasserführung massenhaft vermehren konnte. Im Rahmen des Sonderuntersuchungsprogramms ODER~SO beschäftigen sich am IGB mehrere Teilprojekte mit der Erforschung von Prymnesium und ihren Effekten auf andere Wasserorganismen. Ein IGB Fact Sheet fasst den aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand zusammen.

Beschreibung:
Was ist Prymnesium parvum?

Prymnesium parvum ist eine einzellige Mikroalge, die 5 bis 10 Mikrometer (µm) lang und 4 bis 7 µm breit ist. Mittels ihrer zwei gleichlangen Geißeln, den Flagellen, kann die Alge sich im Wasser aktiv fortbewegen. Sie verfügt darüber hinaus über ein Halteorgan, das sogenannte Haptonema, mit dem sie sich an Beuteorganismen und anderen Oberflächen festhalten kann.
Von Prymnesium parvum existieren mindestens 40 genetisch unterscheidbare Stämme, die unterschiedliche Mengen an Erbgut aufweisen und spezifische Giftstoffe produzieren. Der Name „Prymnesium parvum“ stellt somit einen Sammelbegriff für recht unterschiedliche Stämme bzw. Typen der Gattung Prymnesium dar. Der Genotyp von Prymnesium, der im Sommer 2022 zu den verheerenden Schäden in der Oder führte, gehört zum sogenannten B-Typ.
Wie für Pflanzen typisch, kann sich Prymnesium autotroph ernähren, also Photosynthese betreiben. Zusätzlich kann diese Mikroalge sich allerdings auch von organischem Material (heterotroph) ernähren, insbesondere von anderen Organismen. Es ist bekannt, dass sich Prymnesium bei einem Mangel an den Nährstoffen Stickstoff und Phosphor verstärkt heterotroph ernährt.

Prymnesium parvum wird in Veröffentlichungen oft auch „Goldalge“ genannt, wobei dieser Name als Sammelbegriff auch andere Algengruppen mit ähnlicher Pigmentausstattung umfasst.

Verbreitung:
Wo tritt Prymnesium parvum auf?

Die Alge ist weltweit in Brackwasser verbreitet, woher regelmäßig Massenentwicklungen mit Fischsterben berichtet werden. Sie wird deshalb zur ökologischen Gruppe der Brackwasseralgen gerechnet. Prymnesium kann aber auch – dann aber in deutlich geringeren Konzentrationen – im Ozean und im Süßwasser leben. Vorkommen wurden unter anderem in Europa, Nordamerika, Südamerika, Australien und Asien dokumentiert. Vor der Umweltkatastrophe in der Oder war es unter anderem in stark salzhaltigen Talsperren im Süden der USA bereits mehrfach zu massivem Fischsterben durch Prymnesium gekommen.
Auch in Europa war die Alge bereits heimisch, bevor sie 2022 erstmals in der Oder massenhaft gefunden wurde. Toxische Massenblüten traten beispielsweise in norwegischen Fjorden, aber auch im verstärkt salzhaltigen englischen Fluss Thurne und im Jasmunder Bodden auf. Im Unterschied zur Oder weisen diese Gewässer allerdings einen natürlich erhöhten Salzgehalt auf. Die einzige bekannte Massenentwicklung in einem natürlichen Süßgewässer außerhalb des Flusssystems der Oder ereignete sich in einem durch Industrie verunreinigten Fluss im Nordosten der USA.
Massenentwicklungen planktischer Algen brauchen günstige Wachstumsbedingungen über mehrere Wochen. In frei fließenden, nicht künstlich aufgestauten Fließgewässern sind Massenentwicklungen unmöglich, da das Wasser der Flüsse in diesem Zeitraum in der Regel bereits ins Meer gelangt ist.
Während der Umweltkatastrophe im Sommer 2022 vermehrte sich die Alge in der
Oder massenhaft auf mehr als 100 Millionen Zellen pro Liter Flusswasser, wobei der Gleiwitzer Kanal und benachbarte Speicherbecken von besonderer Bedeutung waren. Seither hat sich Prymnesium im Odersystem etabliert. Bei Beginn der IGB-Messungen im Rahmen des ODER~SO-Projekts im März 2023 wurde Prymnesium in geringen Konzentrationen in der Oder festgestellt, die Alge hat sich aber seither nicht wieder in Massen vermehrt. Die maximale Dichte entsprach im untersuchten Flussabschnitt im Sommer 2023 nur etwa einem Hundertstel der Dichte vom August 2022. Auch wenn solche Prymnesium-Konzentrationen zu gering für ein Massensterben von Fischen oder Muscheln sind, können sie möglicherweise das Wachstum und die Fitness anderer Organismen wie Zooplankton stark beeinträchtigen.
Im Sommer 2023 wurden Prymnesium-Zellen auch in Einzelproben aus Gewässern des Spree-Havel-Systems nachgewiesen, allerdings in geringen Dichten. Diese entsprachen nur etwa einem Tausendstel der Algendichte, die im August 2022 in der Oder gemessen wurde. Negative Auswirkungen waren dort dementsprechend nicht zu beobachten.
Prymnesium kann beispielsweise über Wasservögel, an Booten, Gummistiefeln oder durch Fischereigeräte wie Angeln oder Kescher unbemerkt von einem Gewässer in ein anderes geraten. Sogar eine Verbreitung in Aerosolen, kleinsten Schwebeteilchen in der Luft, ist aufgrund ihrer winzigen Größe möglich. Für Prymnesium gilt wie für alle Mikroalgen: Sie kann überallhin gelangen, aber sich nicht unter allen Bedingungen massenhaft vermehren.

Wachstumsbedingungen:
Wie kommt es zu Massenentwicklungen von Prymnesium parvum?

Wie schnell Prymnesium sich vermehren kann, hängt nach aktuellem Forschungsstand von mindestens sechs Faktoren ab: der Wasserverweilzeit, dem Salzgehalt, der Lichtversorgung, der Wassertemperatur, dem Vorhandensein von Algen-Viren und dem Gehalt von Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor im Wasser. Genauere Parameter für das Wachstum der Alge werden derzeit noch erforscht.
Prymnesium toleriert Salzgehalte zwischen 0,5 PSU (Maßeinheit: Practical Salinity Unit) und 30 PSU. Bei einem Salzgehalt von über 34 PSU, wie er typischerweise im offenen Meer vorkommt, kann sie in Laborversuchen nicht wachsen. Nach bisherigen Untersuchungen am IGB wächst der Stamm aus der Oder am besten bei 2-5 PSU, während der Salzgehalt der Oder ohne Einleitungen bei unter 0,5 PSU liegen würde.
In Abhängigkeit vom Salzgehalt des Wassers vermehrt sich die Alge bei Wassertemperaturen zwischen 20 °C und 30 °C besonders schnell. Viele Massenentwicklungen mit Toxin-Bildung wurden aber bereits bei Wassertemperaturen zwischen 7 °C und 15 °C beobachtet, deren Wachstum dann mehr Zeit benötigt.
Unter idealen Bedingungen wie einem erhöhten Salzgehalt, viel Licht, warmem Wasser und hinreichend hohen Gehalten an Stickstoff und Phosphor vermehrt sich Prymnesium sehr schnell: Für eine Verdoppelung ihrer Biomasse braucht die Alge dann nur wenige Tage. Solche Bedingungen begünstigen eine Massenentwicklung der Alge.
Massenentwicklungen von Prymnesium wurden bisher in Seen und Stauseen mit einer Salinität von 0,74 – 20 PSU dokumentiert, und in Flüssen mit einer Salinität von 0,9 – 3 PSU. Prymnesium kann sich in strömungsberuhigten Bereichen wie Stauhaltungen, aber auch in geringerem Maße in frei fließenden Flussabschnitten vermehren. Dabei spielt die Wasserverweilzeit bzw. die Durchflussrate eine Schlüsselrolle für das Wachstum und die Verbreitung der Alge.

Toxizität:
Was macht Prymnesium parvum so gefährlich?

Prymnesium produziert unter bestimmten Umständen Zellgifte, so genannte Prymnesine, durch die konkurrierenden anderen Algenarten, Fressfeinde und andere Tiere geschädigt oder getötet werden. Dabei profitiert Prymnesium von den dann freigesetzten Nährstoffen. Die Prymnesine zerstören die Kiemen von im Wasser lebenden Organismen und gelangen danach in deren Blut und innere Organe, die sie zersetzen. Fische sterben an Sauerstoffmangel und Kreislaufversagen, nachdem das Gift ihre roten Blutkörperchen zerstört hat.
Diese Gifte töten auch Muscheln und mit Kiemen atmende Wasserschnecken. Wie verschiedene Gruppen des Zooplanktons – also tierische Kleinstlebewesen, die im Wasser schweben – auf Prymnesine reagieren, ist bisher wenig bekannt, wird aber untersucht. Gemäß derzeitigem Wissensstand können bereits Prymnesium-Konzentrationen um 1 Mio. Zellen/Liter negative Auswirkungen auf das Wachstum und die Fortpflanzung von Zooplankton haben. Auch für Amphibienlarven liegen sehr wenige Forschungsergebnisse vor.
Die Frage, unter welchen genauen Bedingungen die Alge ihr Gift produziert und abgibt, ist aktuell Gegenstand der Forschung. Wissenschaftler*innen überprüfen unter anderem mögliche Zusammenhänge mit der Dichte der Prymnesium-Blüte oder der Anzahl von vorhandenen Fressfeinden. Auch der Einfluss des Nährstoffgehalts oder einer plötzlichen Änderung des Salzgehalts im Wasser wird untersucht. Klar ist bereits: Die Umweltbedingungen für das Wachstum der Alge unterscheiden sich von denjenigen, unter denen sie toxisch wird.

Gegenmaßnahmen:
Wie könnten giftige Prymnesium-Blüten in der Oder und anderen Gewässern verhindert oder eingedämmt werden?
Die natürlichen Fressfeinde von Prymnesium sind – wie von allen Planktonalgen – unter anderem räuberische Einzeller, Rädertiere, Wasserflöhe und Muscheln. Außerdem können Parasiten wie Pilze oder Viren eine Prymnesium-Blüte dezimieren. Bei günstigen Bedingungen einschließlich geeigneter Salzkonzentrationen vermehrt sich Prymnesium aber deutlich schneller als Algenzellen absterben, wodurch es zu einer Massenentwicklung kommt.
Daher wäre die wirksamste Vorsorgemaßnahme gegen weitere Prymnesium-Massenentwicklungen in der Oder, den Salzgehalt des Flusses auf ein für die Brackwasseralge Prymnesium weniger förderliches Niveau zu senken – insbesondere in den Sommermonaten. Ein Grenzwert hierfür existiert noch nicht, soll aber auf Basis neuer Untersuchungen vorgeschlagen werden.

Eine Verringerung der Konzentrationen der Pflanzennährstoffe Phosphor und Stickstoff in der Oder, die hauptsächlich über unzureichend geklärtes Abwasser und durch die Landwirtschaft eingetragen werden, würde das Risiko weiterer Prymnesium-Massenentwicklungen ebenfalls etwas reduzieren, dies ist jedoch nicht kurzfristig umsetzbar.

Die Bekämpfung einer Prymnesium-Massenentwicklung mittels Wasserstoffperoxids und des Fällungsmittels Eisenchlorid wurde im Nachgang der Oder-Katastrophe in Polen getestet. Laut Berichten können diese Maßnahmen lokal die Prymnesium-Dichte senken. Eine nachhaltige Wirkung wird aus IGB-Sicht damit jedoch nicht erreicht, zumal eine Bekämpfung in fließendem Wasser aufgrund der erforderlichen großen Chemikalienmengen nicht denkbar ist und negative Nebenwirkungen auf andere Wasserorganismen hätte.
Wie alle Algenblüten benötigen auch jene von Prymnesium zu ihrer Entwicklung eine lange Wasserverweilzeit. Algenblüten entstehen daher in stehenden oder langsam fließenden Nebengewässern und Stauhaltungen. Sie dort lokal zu bekämpfen und nicht in die Oder abzulassen, kann Katastrophen vorbeugen, beseitigt aber nicht deren Ursachen.

Ein Prymnesium- und generell Algen-Monitoring, entweder mittels Fernerkundung oder durch Probenahmen in Gewässern, ermöglicht frühere Vorwarnungen. Die Gegenmaßnahmen und Reaktionsmöglichkeiten sind allerdings beschränkt.
Im Fall von Giftkatastrophen in Flüssen spielen Neben- und Auengewässer eine wichtige Rolle als Refugial- und Wiederbesiedlungshabitate für die Flussfauna. Diese bieten der Fischfauna und weiteren mobilen Organismen Zugang zu Rückzugs-, Laich- und Aufwuchsgebieten. Eine Eintiefung der Stromsohle durch wasserbauliche Maßnahmen wirkt der seitlichen Vernetzung entgegen und der Kontakt zu den Nebengewässern geht verloren, insbesondere während der sommerlichen Niedrigwasserperioden.
Eine Eintiefung der Oder für die Schifffahrt beeinträchtigt außerdem die Selbstreinigungsfähigkeit des Flusses, weil sich dadurch die Kontaktflächen zum Sediment verringern. Die Oder würde in der Folge weniger resilient gegenüber Verschmutzungskatastrophen und den Auswirkungen des Klimawandels werden. Naturnahe bzw. renaturierte Gewässer sind zukünftigen Herausforderungen besser gewachsen. Rein technische Lösungen sind teuer und wenig flexibel. Hingegen lassen sich bei der Anwendung von naturbasierten Lösungen erhebliche Synergieeffekte zwischen Schutz und Nutzung von Fließgewässern und ihren Auen erreichen.
Die Informationen stehen als IGB Fact Sheet im PDF-Format zum Download zur Verfügung.

Ansprechpersonen
Stella A. Berger
Forschungsgruppenleiter*in
Forschungsgruppe
Phytoplanktonökologie

https://www.igb-berlin.de/news/oder-katastrophe-was-wissen-wir-ueber-die-alge-prymnesium-parvum

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Water-for-X – ein Leitfaden für den verantwortlichen Umgang mit der Ressource Wasser in der Energiewende

Dr. Christine Dillmann Kommunikation
DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V.

Wasserstoff wird künftig einen signifikanten Anteil an der globalen Energieversorgung haben. Ob in Chile, Namibia oder Deutschland, die Anzahl an Projekten steigt stetig. Somit wächst auch das künftige Angebot an Wasserstoff und Derivaten. Um die neuen Herausforderungen in Punkto Wasserversorgung zu bewältigen, hat die DECHEMA die Roadmap „Water-for-X“ entwickelt, die den Aufbau lokale Strategien zum Wasserressourcenmanagement unterstützt. Die Lösungsperspektiven bauen auf einem Schalenmodell auf, das den Fokus auf die lokale Infrastruktur legt, um so Partnerschaften und Investitionen langfristig zu sichern.
Am Thema Interessierte können sich an der Weiterentwicklung der Roadmap beteiligen.
Der Leitfaden „Water-for-X“ greift dazu Fragen rund um die Ressourcensicherung auf und setzt diese in einen geopolitischen Rahmen. Das Konzept hebt die Bedeutung eines integrierten und nachhaltigen Wassermanagements für den Erfolg von Power-to-X-Lösungen hervor. Hierfür müssen die Produktionsstandorte im regionalen Kontext analysiert werden.

Wasser spielt eine entscheidende Rolle in der Energiewende. Ob als Kühlmittel für Kraftwerke und Industrie, oder als Rohstoff für den Wasserstoff. Die Bedeutung und Tragweite bei Ausbeutung der Wasserressourcen wird bisher nicht erkannt. Die Herstellung von Wasserstoff als sauberer Energieträger erfordert Prozesse, bei denen erneuerbarer Strom verwendet wird. Über sogenannte Power-to-X(PtX)-Prozesse können weiterhin Derivate wie Ammoniak, Methan-Gas oder Kerosin erzeugt werden. Die gesamte Prozesskette ist dabei wasserabhängig: Sei es für die Wasserstoffproduktion selbst, zur Bereitstellung von Kühlwasser und Dampf oder für Reinigungsprozesse. So werden beispielweise für die Herstellung von einem Kilogramm Wasserstoff mindestens neun Kilogramm hochreines Wasser verbraucht, bzw. je nach Herkunft und Prozess 12 bis 20 Kilogramm Wasser. Unter Berücksichtigung der geschätzten Wasserstoffnachfrage von 530 Megatonnen im Jahr 2050 entspricht dies etwa 0,1 Prozent des derzeitigen jährlichen globalen Wasserbedarfs. Viele Regionen mit hohem Potenzial für die Wasserstoffproduktion befinden sich jedoch in Gebieten, in denen es bereits jetzt an Frischwasser mangelt. Dies wird den Wasserstress der Region zusätzlich erhöhen.
https://idw-online.de/de/news828137

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Hepatitisviren im Abwasser aufspüren

Forschende haben in knapp 73 Prozent der Abwasserproben aus NRW genetische Spuren von Hepatitis-E-Viren nachweisen können. Besonders wertvoll sind Erkenntnisse über Medikamenten-resistente Varianten.
Hepatitis E ist in der Bevölkerung weltweit verbreitet. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass sich jedes Jahr rund 20 Millionen Menschen damit infizieren. „Möglicherweise sind es aber auch sehr viel mehr – das wissen wir nicht genau, weil kein zuverlässiges Screening stattfindet“, erklärt Fiona Rau von der Abteilung Molekulare und Medizinische Virologie der Ruhr-Universität Bochum. Möglich wäre es, das Vorkommen des Hepatitis-E-Virus (HEV) im Abwasser zu überwachen. Das zeigt ihre Dissertation, für die sie und das Team der Abteilung Virus-RNA in Proben aus 21 Klärwerken, einem Kanal und der Emscher aufgespürt haben. Die Forschenden berichten in der Zeitschrift Liver International vom 30. Januar 2024.

Behandlung im Klärwerk senkt die Belastung
Fiona Rau sammelte über ein Jahr hinweg Wasserproben aus dem Rhein-Herne-Kanal und der Emscher und konnte auf weitere Abwasserproben aus 21 Kläranlagen in NRW zurückgreifen. Bei der folgenden Analyse stand die Suche nach viraler RNA des Hepatitis-E-Virus (HEV) im Mittelpunkt. Ergebnis: In fast 73 Prozent der insgesamt 605 genommenen Wasserproben war HEV-RNA nachweisbar. Der Vergleich zwischen noch unbehandeltem Abwasser und dem Wasser, das die Kläranlagen verließ, zeigte, dass die dortige Behandlung die virale Belastung reduziert. Dennoch blieb Virus-RNA im Wasser.

Genetische Varianten auffindbar
Eine Tiefensequenzierung der Proben belegte, dass es auch möglich ist, im Abwasser verschiedene genetische Varianten des Virus auszumachen. „Es wäre denkbar, dass man auf diese Weise künftig früh erkennen könnte, ob Varianten, die gegen bestimmte Medikamente resistent sind, häufiger auftreten“, so Dr. Daniel Todt aus dem Bochumer Forschungsteam.
Die Bochumer Forschenden konnten in aktuellen Arbeiten mehrere Mutationen identifizieren, die zu Resistenzen gegen die Behandlung mit verschiedenen Wirkstoffen führten. „Angesichts der Tatsache, dass diese Varianten die derzeitige und wahrscheinlich auch künftige antivirale Behandlung behindern, ist es wichtig, ihre Häufigkeit in der HEV-infizierten Bevölkerung und in der Umwelt zu untersuchen“, so Todt.
https://news.rub.de/wissenschaft/2024-01-31-virologie-hepatitisviren-im-abwasser-aufspueren

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Mikroplastik: Reifen- und Fahrbahnabrieb im Fokus einer neuen Publikation

Dipl.-Chem. Iris Kumpmann Abteilung Kommunikation
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Carnegie Mellon University (CMU), Pittsburgh, hat das Fraunhofer UMSICHT in einer Fachpublikation den Forschungsstand zum Thema Reifen- und Fahrbahnabrieb zusammengetragen. In dem peer reviewed Artikel mit dem Titel »Review: Mitigation measures to reduce tire and road wear particles« werden technische und nicht-technische Maßnahmen be-schrieben, mit denen sich Emissionen aus Reifen- und Fahrbahnabrieb in die Umwelt vermeiden und bereits eingetragene Mengen reduzieren lassen.
Es ist wissenschaftlich belegt, dass Reifenabrieb eine relevante Quelle für Mikroplastik ist. Dies resultiert bereits aus der Zahl von rund 1,5 Milliarden weltweit zugelassener Kraftfahrzeuge im Jahr 2023[1]. Alleine in den Vereinigten Staaten waren im ersten Quartal 2023 gut 286 Millio-nen Fahrzeuge auf den Straßen unterwegs[2]. In Deutschland wurden nach Angaben des Kraft-fahrtbundesamts KBA fast 70 Millionen KFZ und KFZ-Anhänger gezählt (Stand 1. Januar 2023)[3]. Das Fraunhofer UMSICHT schätzt die jährlich entstehende Menge an Reifenabrieb hierzulande auf 60 000 bis 100 000 Tonnen – was bei über 80 Millionen Einwohner*innen ei-nem rechnerischen Mittel von ca. 1 000 Gramm Reifenabrieb pro Kopf und Jahr entspricht.

Weitestgehend unbekannte Folgen für die Umwelt
Reifenabrieb tritt auf Straßen nicht als reines Material auf. Während der Fahrt reibt sich die Lauffläche des Reifens ab und verbindet sich mit Material der Fahrbahnoberfläche sowie wei-teren Partikeln wie Sand, Straßenstaub oder sedimentiertem Feinstaub aus der Atmosphäre zu sogenannten TRWP (Tyre and Road Wear Particles). Durch Niederschläge, Wind oder fahrzeug-induzierte Aufwirbelung können TRWP dann von der Straße weiter in Luft, Wasser und Boden gelangen. Einmal dort angekommen, ist der Reifen- und Fahrbahnabrieb nur schwer wieder zu entfernen und verbleibt dort in der Regel über lange Zeit – mit noch weitestgehend unbekann-ten Folgen für die Umwelt.

Neue Schadstoffnorm Euro 7 soll Bremsen- und Reifenabrieb berücksichtigen
Es gibt bereits heute Maßnahmen, die sich mindernd auf die Entstehung und Verbreitung von Reifen- und Fahrbahnabrieb auswirken. Hierzu zählen präventive Maßnahmen wie Geschwin-digkeitsreduzierungen,eine defensive Fahrweise sowie nachgelagerte Maßnahmen wie die Straßenreinigung oder passende Behandlungsmethoden bei der Straßenentwässerung. Auch setzen immer mehr technische Lösungsansätze zur Reduzierung von TRWP-Emissionen bei den Fahrzeugen und Reifen an. Zu nennen sind zum Beispiel die optimale Verteilung von An-triebsmomenten oder die Steigerung der Reifenabriebresistenz. Ebenso werden regulatorische Maßnahmen eingeführt. So verständigte sich am 18. Dezember 2023 die EU auf die neue Schadstoffnorm Euro 7, in der es erstmalig Grenzwerte für Bremsen- und Reifenabrieb geben soll[4].

Studie zeigt Ist-Zustand auf
Um sich einen Überblick über bereits existierende technologische, regulatorische und verwal-tungstechnische Maßnahmen und Entwicklungen gegen Reifenabrieb zu verschaffen, beauf-tragten die European Tyre & Rubber Manufacturers‘ Association ETRMA und die U.S. Tire Ma-nufacturers Association USTMA im Jahr 2022 das Fraunhofer UMSICHT und seine wissen-schaftlichen Kooperationspartner KIT und CMU mit der Erstellung einer Studie.

Die im internationalen Journal »Science of The Total Environment« online erschienene Publika-tion »Review: Mitigation measures to reduce tire and road wear particles« basiert auf der gleichnamigen Studie. Das Team um die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraun-hofer UMSICHT hat aus mehr als 500 Fachliteraturquellen den aktuellen Stand an Minde-rungsmaßnahmen für TRWP zusammengetragen, kategorisiert und bewertet. Auch zukünftige Mobilitätstrends wie E-Mobilität und autonomes Fahren wurden berücksichtigt. Die Publikation schildert Wissenslücken und weist auf vielversprechende Forschungsfelder hin. Ralf Berling vom Fraunhofer UMSICHT: »Wirksame Maßnahmen, die die Entstehung und Verbreitung von Reifenabrieb reduzieren, liegen uns nun übersichtlich vor. Jetzt gilt es, ins Handeln zu kommen und die Maßnahmen zeitnah anzuwenden.«
https://idw-online.de/de/news826927

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Neues internationales Forschungsprojekt will Makroplastik in der Ostsee reduzieren

Dr. Kirstin Werner Presse- und Kommunikationsstelle
Universität Rostock

Plastik stellt eine zunehmende Bedrohung für die Ökosysteme der Ostsee dar. Jährlich gelangen zwischen 4 und 12 Millionen Tonnen Plastik in die Meere, während der Plastikverbrauch weiterhin steigt. Länderübergreifende Maßnahmen sind gefragt, um dieses globale Umweltproblem anzugehen. Gemeinsam mit dänischen, schwedischen und polnischen Partnern haben die Universität Rostock und das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) ein Forschungsprojekt gestartet, das die Vermeidung von Meeresplastik an seiner Ursprungsquelle bewirken will. Das Interreg-Projekt „Circular Ocean-bound Plastic“ (COP) wird über einen Zeitraum von drei Jahren mit knapp 2,02 Millionen Euro gefördert.
Etwa 80 % des Plastiks in der Ostsee stammen aus landbasierten Quellen, einschließlich städtischer und ländlicher Aktivitäten wie Industrie, Tourismus, Essen im Freien und anderen Veranstaltungen in Ufernähe. Hier setzt das Projekt an, indem es in Zusammenarbeit mit Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Kommunen in der Küstenregion der südlichen Ostsee Lösungen entwickelt, um den Eintrag von Plastik über Flüsse in die Ostsee zu reduzieren. Ziel ist es, Plastik möglichst nahe an seiner Quelle aus dem Flusssystem zu entfernen und Möglichkeiten für die Wiederverwendung und das Recycling von Meeresplastik zu identifizieren.

Die Universität Rostock und das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde arbeiten in diesem Verbundprojekt mit Partnern aus Dänemark, Schweden und Polen zusammen, um die wichtigsten Verschmutzungsquellen im Rostocker Stadtgebiet zu identifizieren. Auf dieser Grundlage werden Lösungen entwickelt, um das im Fluss befindliche Plastik effektiv zu sammeln und wiederzuverwerten. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden zusätzlich Vermeidungsstrategien erarbeitet, die nicht nur im Untersuchungsgebiet Rostock, sondern auch in den weiteren beteiligten Städten Aarhus in Dänemark, Malmö in Schweden und Danzig in Polen anwendbar sind. Neben maßgeschneiderten Lösungen, die unmittelbar an der Quelle der Verschmutzung ansetzen, kommen zudem Geräte zum Einsatz, die den Müll aus dem Oberflächenwasser des Flusses entfernen. Das eingesammelte Plastik wird später hinsichtlich seiner mechanischen und chemischen Recyclingfähigkeit bewertet. Schließlich werden Best-Practice-Beispiele entwickelt, um effektiv Plastikmeeresmüll in Rostock und anderen Städten entlang der Ostsee zu vermeiden und einzusammeln.

CLEAN – Dänemarks Wasser- und Umwelt-Cluster – ist der federführende Partner bei der Kooperation mit dem Ocean Plastic Forum, dem Plast Center Denmark, dem schwedischen Sustainable Business Hub, dem Leibniz Institut für Ostseeforschung Warnemünde, der Universität Rostock, der University of Gdansk, der Gdansk Water Foundation und dem Gdansk Sports Center.
https://idw-online.de/de/news827917

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Grubenwasser besser überwachen und nutzen

Meike Drießen Dezernat Hochschulkommunikation
Ruhr-Universität Bochum

Wie viel Grubenwasser befindet sich in stillgelegten Schächten? Welche Qualität hat es, und lässt es sich zum Beispiel von Städten zum Heizen oder als Trinkwasser nutzen? Diese Fragen möchte das zu Jahresbeginn 2024 gestartete Verbundprojekt „Digitalisierung bergbaulicher Strukturen mithilfe innovativer Sensorik und Künstlicher Intelligenz“ (DIETER), beantworten. Koordiniert wird es von Dr. Thomas Heinze und Dr. Wiebke Warner, beide Forschende an der Fakultät für Geowissenschaften der Ruhr-Universität Bochum. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt für drei Jahre mit knapp 1 Million Euro.

Kooperationspartner
Neben der Ruhr-Universität Bochum sind an dem Projekt die Hochschule Rhein-Waal sowie die Universität Stuttgart beteiligt.

Relevante Daten sollen in Echtzeit abgerufen werden können
Zum Einsatz kommen modernste Technologien, die es besser als zuvor ermöglichen sollen, geflutete Bergbaustrukturen zu analysieren und zu beobachten. „Im Rahmen des Projekts wird ein Versuchsbergwerk umfangreich mit Sensorik und Netzwerktechnik ausgestattet“, erklärt Wiebke Warner. Ziel des Projekts sei die Schaffung eines Online-Tools zur Analyse von Menge, Qualität und geothermischem Potenzial des Grubenwassers. Kommunen soll somit ein kostengünstiges und benutzerfreundliches Werkzeug für die Überwachung und Verwertung des Grubenwassers zur Verfügung gestellt werden. „Am Ende der Projektlaufzeit wird ein Datendashboard stehen, das es ermöglicht, alle relevanten Informationen in Echtzeit abzurufen“, so Warner.
Kritische Betrachtung der Grenzen von Monitoring

Die Implementierung von KI in Monitoring-Systemen eröffnet neue Horizonte für die effiziente Nutzung gefluteter Bergwerke und bietet gleichzeitig innovative Lösungen für Herausforderungen im Bereich Trinkwasserversorgung und Wärmegewinnung. Das Projekt legt nicht nur den Fokus auf die Möglichkeiten, sondern betrachtet auch kritisch die Grenzen des digitalen Monitorings untertägiger Anlagen, um Altbergbau nachhaltig zu nutzen und dabei die Umweltauswirkungen zu minimieren. Zudem werden sich Projektergebnisse auch auf andere Fragestellungen des Wasser- und Umweltmonitorings anwenden lassen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Wiebke Warner
Abteilung Hydrogeochemie und Hydrogeologie
Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 25904
E-Mail: wiebke.warner@ruhr-uni-bochum.de

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Erster Erfolg im Exzellenzstrategie-Wettbewerb: Wasser-Forschung erreicht Meilenstein

Astrid Bergmeister Ressort Presse – Stabsstelle des Rektorats
Universität Duisburg-Essen

Im Rahmen der Universitätsallianz Ruhr haben die drei Universitäten in Duisburg-Essen, Dortmund und Bochum ihre Forschung gemeinsam strategisch entwickelt, beispielsweise mit dem gemein-samen Research Center One Health Ruhr. Die exzellente Wasser-Forschung der Universität Duisburg-Essen und ihrer Partner-Universitäten ist Teil dieses Research Centers und setzte sich jetzt mit dem Forschungsvorhaben „REASONS – river ecosystems in the anthropocene, sustainable scientific solutions“ (Flussökosysteme im Antropozän, nachhaltige wissenschaftliche Lösungen) in der ersten Runde des zweistufigen Exzellenz-Wettbewerbs von Bund und Ländern durch.
Steigende Temperaturen, Antibiotikarückstände, Dürren und Hochwasser: Flüsse geraten weltweit unter Druck. Um sie fit für die Zukunft zu machen, entwickeln Forscher und Forscherinnen der Exzellenzclusterinitiative REASONS ein neues, nachhaltiges Konzept für das Management von Gewässern. Das interdisziplinäre Forschungsteam wird geleitet von Prof. Dr. Bernd Sures (Universität Duisburg-Essen), Prof. Dr. Torsten Claus Schmidt (Universität Duisburg-Essen) und Prof. Dr. Martina Flörke (Ruhr-Universität Bochum).
Mit neuen Mess- und Analysemethoden erforschen die Wasserexperten und Expertinnen die Basis für ein zukunftsfähiges Flussmanagement, das Stressoren wie Klimawandel, stoffliche Belastungen sowie Veränderungen in der Biodiversität integriert. Das Besondere: der Ansatz stellt das sich wandelnde System in den Mittelpunkt und findet einen innovativen Umgang mit den teils irreversiblen Veränderungen von Binnengewässern.

Die Universität Duisburg-Essen hat einen deutschlandweit einzigartigen Schwerpunkt im Bereich der Wasserforschung. Forschende aus den Disziplinen Biologie, Chemie, Medizin, Ingenieurwissenschaften sowie Geistes- und Gesellschaftswissenschaften haben in den letzten beiden Jahrzehnten eine exzellente inter- und transdisziplinäre Zusammenarbeit entwickelt. Besondere Studiengänge und die Water Graduate School für Early Career Researchers bilden darüber hinaus hervorragende Strukturen für Spitzenforscher und Spitzenforscherinnen in frühen Karrierestadien.
Das Exzellenzprojekt REASONS ist aus dem etablierten Netzwerk des Zentrums für Wasser- und Umweltforschung an der Universität Duisburg-Essen mit Partnern der Ruhr-Universität Bochum, der Goethe Universität Frankfurt, der Philipps-Universität Marburg, des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung, des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie, des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei sowie der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung entstanden.
„Mit nachgewiesener wissenschaftlicher Exzellenz und enormer Leidenschaft haben unsere Spitzenforscher und Spitzenforscherinnen erfolgreich den ersten Meilenstein im Exzellenzstrategie-Wettbewerb erreicht. Die Universität Duisburg-Essen freut sich ungemein, und ich gratuliere den Antragstellern und Antragstellerinnen. Damit verbunden ist unser aller großer Dank für ihre herausragende Forschungsarbeit“, sagt Prof. Dr. Barbara Albert, Rektorin der Universität Duisburg-Essen. „Der Wissenschaftsrat und die Deutsche Forschungsgemeinschaft haben uns in ihrer Entscheidung heute aufgefordert, auf der Basis der eingereichten Antragsskizzen nun bis zum 22.August 2024 einen Vollantrag einzureichen. Wir haben gezeigt: wir verfolgen mit unserer internationalen Spitzenforschung zusammen mit unseren ebenfalls erfolgreichen Partner-Universitäten in der Universitätsallianz Ruhr die richtige Forschungsstrategie.“

Die Universität Duisburg-Essen hat seit ihrer Gründung 2003 ein reizvolles und international wett-bewerbsfähiges Forschungsprofil entwickelt. „In der Universitätsallianz Ruhr und der Research Alliance Ruhr haben wir mit unseren beiden Partneruniversitäten in Bochum und Dortmund nun durch Berufungen von besonders renommierten Professorinnen und Professoren strategische Schwerpunkte setzen können. Mit den gemeinsamen exzellenten Forschungsergebnissen geben wir im Ruhrgebiet entscheidende Impulse: die Transformation zur Wissensgesellschaft generiert wegweisende neue Erkenntnisse für die Welt im Wandel. Unsere herausragende Wasserforschung bietet Lösungen aus der Wissenschaft“, erklärt die Prorektorin für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs, Prof. Dr. Astrid Westendorf.
Die Exzellenzstrategie: Der Wettbewerb von Bund und Ländern zur Stärkung internationaler Spitzenforschung in Deutschland
Mit der Exzellenzstrategie fördern Bund und Länder seit 2018 die internationale Spitzenforschung und laden die deutschen Universitäten zum Wettbewerb ein. Die Förderung ist in zwei Förderlinien gegliedert, die zum zweiten Mal an den Start gehen und zeitlich gestaffelt ausgeschrieben werden.

Aktuell läuft die Phase der Exzellenzcluster-Bewerbung. Diese wiederum ist zweistufig. Im ersten Schritt des Auswahlprozesses waren die deutschen Universitäten aufgefordert, bis Mai 2023 Antragsskizzen für neue Exzellenzclusterinitiativen einzureichen. Diese wurden durch ein Expertengremium, bestehend aus 39 international anerkannten Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, begutachtet. Die am 01. Februar ausgewählten Antragsstellenden wurden durch den Wissenschaftsrat und die DFG nun aufgefordert, bis zum 22. August 2024 Vollanträge auszuarbeiten und zu einer weiteren Begutachtung einzureichen. Die Entscheidung über eine Förderung wird im Mai 2025 erwartet und von der sogenannten Exzellenzkommission getroffen. Insgesamt können bis zu 70 Cluster über einen Zeitraum von sieben Jahren gefördert werden. Die Förderung beginnt zum 01. Januar 2026, jährlich stellen Bund und Länder bis zu 539 Millionen Euro bereit.

In einer weiteren Phase des Wettbewerbs haben die Universitäten, die erfolgreich mindestens zwei Exzellenzcluster einwerben konnten, die Option, sich als Exzellenzuniversität zu bewerben. Verbundbewerbungen von mehreren Universitäten benötigen drei Exzellenzcluster, jedoch mindestens einen Exzellenzcluster je antragstellender Universität.
https://idw-online.de/de/news828119

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Potenzialanalyse: Abwärme könnte bis zu 10 Prozent des zukünftigen Wärmebedarfs Berlins decken

Richard Harnisch Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation
Institut für ökologische Wirtschaftsforschung GmbH, gemeinnützig
Pressemitteilung des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) und des Instituts für Energie- und Umweltforschung (ifeu)

► Untersuchung von IÖW und ifeu zeigt, wie viel Abwärme Berlin aus verarbeitendem Gewerbe, Rechenzentren, U-Bahn-Stationen oder Umspannwerken zum Heizen von Gebäuden nutzen kann
► Expert*innen erwarten, dass Abwärme relevanten Beitrag leisten kann, um Berliner Wärmesektor klimaneutral umzubauen
► In Berlin fällt Abwärme überwiegend im Temperaturbereich bis 65 °C an
Berlin/Heidelberg, 18. Januar 2024 – In Betrieben wie Rechenzentren, Großbäckereien oder Kaffeeröstereien entsteht viel Wärme, die bislang meist ungenutzt in die Umwelt abgegeben wird. Die Summe all dieser Wärme kann eine wichtige Energiequelle darstellen, um mit ihr zu heizen. Ein Projekt zeigt nun, dass das Land Berlin bis zu zehn Prozent des zukünftigen Wärmebedarfs aus solcher Abwärme decken kann. Neben dem verarbeitenden Gewerbe und dem Dienstleistungssektor sind auch U-Bahn-Stationen und -Tunnel und zukünftig die Wasserstofferzeugung wichtige Quellen von Abwärme. Die Analyse des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) und des Instituts für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (ifeu) zeigt, mit welchen Maßnahmen die Stadt gezielt die Nutzung von Abwärme voranbringen und als einen Baustein in die Berliner Wärmeplanung einbauen kann. Sie wurde im Auftrag der Berliner Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt erstellt.

Berlins Abwärme erstmals umfassend erfasst
„Die Hälfte aller CO2-Emissionen in Berlin entstehen im Wärmesektor“, so Energieexpertin Julika Weiß vom IÖW. „Abwärme wird zwar neben dem Umstieg auf erneuerbare Energien schon länger als eine ergänzende Strategie beim klimaneutralen Umbau der Wärmeversorgung angesehen, aber bislang gab es hierzu keine systematische Wissensbasis. Erstmals zeigt die Potenzialanalyse nun, welche Mengen an Abwärme in Berlin vorhanden sind und wie sich diese voraussichtlich entwickeln. Auf dieser Basis kann Berlin die Nutzung von Abwärme, die nicht vermieden werden kann, strategisch entwickeln.“

Die Wissenschaftler*innen haben die Abwärmepotenziale mittels einer Unternehmensbefragung und Experteninterviews ermittelt und dabei Akteure der Berliner Wärmebranche eingebunden. Die Ergebnisse zeigen, dass das Abwärmepotenzial gegenwärtig bei knapp 1.200 Gigawattstunden pro Jahr liegt. „Damit könnten rein rechnerisch bislang drei Prozent des Berliner Wärmeverbrauchs bereitgestellt werden“, erklärt Sebastian Blömer vom ifeu-Institut. „In einigen Bereichen ist in Berlin perspektivisch mit einer Zunahme der Abwärmemengen zu rechnen. Dies betrifft vor allem Abwärme aus zusätzlichen Rechenzentren und aus neuen Anlagen für die Wasserstofferzeugung, sodass wir davon ausgehen, dass bis 2045 jährlich 3.800 Gigawattstunden Abwärme in Berlin entstehen. Davon ausgehend, dass die Hälfte genutzt werden kann, könnte Abwärme rund zehn Prozent des zukünftigen Wärmeverbrauchs Berlins decken.“

Abwärme systematisch erschließen
Die Wissenschaftler*innen weisen in ihrer Analyse darauf hin, dass Abwärme in Berlin vor allem kleinteilig und auf einem niedrigen Temperaturniveau bis 65 °C vorliegt. „Doch selbst niedrige Temperaturen von unter 25 °C können für die Wärmeversorgung nutzbar gemacht werden, wenn hierfür die Temperaturen durch Wärmepumpen angehoben werden“, erklärt Ingenieurin Julika Weiß. „Damit die vorhandene Abwärme möglichst schnell und umfassend erschlossen werden kann, ist es nötig, dass das Land Berlin sich strategisch auf den Weg macht, Abwärme schnell in die Wärmeversorgung zu integrieren.“

Die Wissenschaftler*innen schlagen hierfür ein Maßnahmenpaket vor: So solle eine zentrale Anlaufstelle mit Möglichkeit der Initialberatung sowie der geförderten Erstberatung geschaffen und weitere Angebote zur besseren Finanzierung von Projekten zur Nutzung von Abwärme entwickelt werden. Auch empfehlen sie, Genehmigungsverfahren zu erleichtern und Steuerungs- und Planungsinstrumente so zu entwickeln, dass neue Unternehmen mit relevanten Abwärmemengen gezielt an Standorten mit guter Abnahmemöglichkeit angesiedelt werden.

https://idw-online.de/de/news827116

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Forschungskooperation zur Gewässerwiederherstellung an der Ahr in Bad Neuenahr-Ahrweiler vorgestellt

Am 12. Januar 2024 wurde der Kooperationsvertrag zum Forschungsvorhaben „Monitoring der Gewässerwiederherstellungsmaßnahmen an der Ahr nach der Flutkatastrophe (MonAHR)“, unter der wissenschaftlichen Gesamtleitung des Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier, im Rahmen einer Pressekonferenz mit Klimaschutzministerin Katrin Eder vorgestellt und unterschrieben.
Im Juli 2021 sind im Zuge der Flutkatastrophe im Ahrtal 136 Menschen in Rheinland-Pfalz gestorben, unzählige Menschen wurden verletzt, traumatisiert, und haben ihr Hab und Gut verloren. Die Infrastruktur im Ahrtal wurde weitgehend zerstört. Ein maßgeblicher Teil der Zerstörung betrifft auch die Gewässerinfrastruktur der Ahr und ihrer Nebengewässer. Das vom Landkreis Ahrweiler beauftragte Gewässerwiederherstellungskonzept umfasst rund 1.000 Einzelmaßnahmen und ist damit eine der größten Gewässerwiederherstellungsmaßnahmen in Deutschland.

Die mit der Umsetzung dieses Konzepts betrauten Behörden beteiligen mit dieser Forschungskooperation wissenschaftliche Institutionen, die bereits langjährig und erfolgreich in der Wasserwirtschaft des Landes aktiv sind.
Die Gesamtprojektkoordination übernimmt dabei Prof. Dr. Stefan Stoll vom Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier. „Basierend auf einem umfangreichen Monitoringprogramm werden wir in diesem Projekt ökologische Chancen und Risiken der in der Ahr notwendigen Wiederherstellungsmaßnahmen beleuchten und die Auswirkungen bereits abgeschlossener Maßnahmen messen. Wir beziehen in unseren Analysen auch die Veränderungen durch den Klimawandel mit ein, denn die Ahr soll nicht nur in einen guten ökologischen Zustand zurückversetzt werden, sondern gleichzeitig auch fit für die Zukunft gemacht werden.“, so Prof. Stoll.

Weiter beteiligt sind neben dem Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität Rheinland-Pfalz die Universität Koblenz, die Hochschule Koblenz sowie als Praxispartner der Landkreis Ahrweiler und die Stadt Bad Neuenahr-Ahrweiler. Das Projekt ist in drei Phasen gegliedert und für die Laufzeit von sechs Jahren sind 1,8 Millionen Euro vorgesehen.

Mit Fokus auf den am stärksten betroffenen Mittel- und Unterlauf der Ahr wird das bereits existierende behördliche Monitoringnetz von den wissenschaftlichen Partnern ergänzt. Zielsetzung des verdichteten Monitorings ist ein kausales, quantitatives Verständnis der ökologischen Zusammenhänge mit Blick auf zentrale Ökosystemleistungen und den ökologischen Bewertungszustand. Ein solches Verständnis ist notwendig, um Handlungsalternativen bei Wiederherstellungsmaßnahmen bewerten und Prognosen zu zukünftigen Entwicklungen an der Ahr geben zu können. Dabei werden Schwerpunkte gesetzt: Es sollen die Besiedlungsprozesse der Gewässerorganismen nach der Flutkatastrophe vom Juli 2021 und den Wiederherstellungsmaßnahmen analysiert werden, es wird die Primär- und Sekundärproduktion in der Ahr untersucht und die Rolle von Ufergehölzen und ihren ökologischen Funktionen sowie eventuell resultierende Risiken bei Hochwassersituationen werden beleuchtet.

In Phase 1 wird in enger Absprache mit dem Landesamt für Umwelt und der SGD-Nord ein Messnetz zur Erfassung wichtiger physikalischer, chemischer und hydromorphologischer Umweltfaktoren und biologischer Messgrößen aufgebaut. Phase 2 beschäftigt sich mit der Analyse von Wiederherstellungsprojekten. In der letzten Phase ist die finale Bewertung der Maßnahmen sowie die Erstellung von Klimawandelszenarien Ziel. Die Veröffentlichungen sollen für alle Projektpartner jederzeit auf einer Projektplattform einsehbar sein. Das Monitoring und die darauf aufbauenden Analysen sind so ausgelegt, dass eine gute Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf andere Fließgewässer in Rheinland-Pfalz gewährleistet ist.

Die Präsidentin der Hochschule Trier Prof. Dr. Dorit Schumann, die ebenfalls in Bad Neuenahr-Ahrweiler vor Ort war, betonte die Bedeutung des Projektes mit bundesweiter Beachtung für die Entwicklung des Umwelt-Campus Birkenfeld und die Hochwasservorsorge an der Ahr.
Tanja Loch-Horn Referat für Öffentlichkeitsarbeit Umwelt-Campus
Hochschule Trier

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Stefan Stoll – Interdisziplinärer Umweltschutz
+49 6782 17-1578
s.stoll@umwelt-campus.de
https://www.umwelt-campus.de/sstoll

https://idw-online.de/de/news826860

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Bei jedem Toilettengang spülen wir wertvolle Ressourcen hinunter – doch die Toilette der Zukunft trennt an der Quelle

Die Schweiz kauft den meisten Dünger aus dem Ausland ein. Dabei produzieren wir täglich wertvollen Dünger völlig kostenlos – und spülen ihn einfach die Toilette hinunter. Die Lösung dafür: Trenntoiletten. Mehr:
https://www.tagblatt.ch/leben/die-toilette-der-zukunft-ld.2539597?reduced=true

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Wasseraufbereitung in Zeiten des Klimawandels – mehr Physik beim Umweltschutz

Wie innovative Methoden helfen können, Frischwasser einzusparen
Frischwasser gehört zu den wertvollsten Ressourcen auf unserer Erde. Nur etwa drei Prozent des weltweit verfügbaren Wassers ist Süßwasser. Immer extremer werdende Wetterverhältnisse wie Hitze und Dürren zeigen, dass es ein kostbares Gut ist. Gleichzeitig steigt der Bedarf für Frischwasser seitens der Wirtschaft und der Industrie. Denn für die Herstellung von Lebensmitteln wird enorm viel Wasser benötigt, das dann als Ab- bzw. Prozesswasser aufwändig – meist chemisch und kostspielig – gereinigt werden muss.
Forscherinnen und Forscher im Projekt PHYSICS & ECOLOGY unter der Leitung von Dr. Marcel Schneider vom Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP) in Greifswald haben nun sehr gute Ergebnisse erzielt: Physikalische Methoden wie Plasma sind in Bezug auf die Dekontamination von Ab- bzw. Prozesswasser konkurrenzfähig zu etablierten Methoden wie Ozonung, UV-Behandlung oder Aktivkohle. Die Konkurrenzfähigkeit bezieht sich sowohl auf ihre Behandlungseffektivität gegenüber Keimen und Pestiziden, als auch auf ihre Kosteneffizienz. Dr. Marcel Schneider erklärt hierzu: „Die Ergebnisse bestärken uns in unserer Annahme, dass innovative physikalische Verfahren wie zum Beispiel Plasma zur Dekontamination von Wasser eine Alternative zu herkömmlichen Methoden sein können. Wir sind damit dem Ziel, Wasser von Agrarchemikalien zu reinigen, aufzubereiten und wieder zurückzuführen, einen großen Schritt nähergekommen.“
Im Rahmen des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Bündnisses PHYSICS FOR FOOD, das die Hochschule Neubrandenburg mit dem INP und Wirtschaftspartnern in insgesamt sieben Leitprojekten auf den Weg gebracht hat, wird an physikalischen Alternativen in der Land- und Ernährungswirtschaft geforscht. Das Ziel: In der Landwirtschaft und bei agrartechnischen Produktionsprozessen soll weniger Chemie gebraucht bzw. die Umwelt dadurch weniger belastet werden. Es geht um mehr Physik beim Klima- und Umweltschutz.
Seit Dezember 2021 ist das Projekt aus dem Labor in die Quasi-Wirklichkeit verlegt worden. Der Projektpartner Harbauer GmbH aus Berlin hat einen Demonstrator konstruiert, in dem sich 1:1 die Prozesse nachbilden lassen, die nötig sind, um durch verschiedene physikalische Verfahren aus Abwasser wieder Frischwasser zu machen.
Im Demonstrator wird mit acht Technologien gearbeitet. Dabei sind Spaltrohr, Kiesfilter, Ultrafiltration, UV-Behandlung, Ozon und Aktivkohlefilter die bereits für eine Wasseraufbereitung etablierten Technologien, während es den Einsatz von Plasma und zusätzlich Ultraschall – als insgesamt zwei vielversprechende Verfahren – noch weiter zu optimieren gilt. Mit diesen Methoden sollen neue Wege beschritten werden. Es gibt aktuell im Übrigen kaum Anlagen in der Größenordnung des Demonstrators, bei denen diese innovativen Technologien mit den etablierten Verfahren verglichen aber auch kombiniert werden können, und die bei einem hohen Durchsatz die Behandlung unter realistischen Bedingungen ermöglichen.
Seit kurzem steht dieser Demonstrator in Stralsund. Die Braumanufaktur Störtebeker GmbH hat hierfür einen Teil ihres Brauereigeländes und ihr Prozesswasser zur Verfügung gestellt. Dort sollen insgesamt ein Kubikmeter Wasser pro Stunde – also so viel wie fünf gefüllte Badewannen – durch den Demonstrator laufen, der in einem 20 Fuß-Schiffscontainer untergebracht ist. Thomas Ott, Betriebsleiter der Störtebeker Braumanufaktur, erklärt hierzu: „Unsere Brauerei zeichnet sich durch innovative Brauspezialitäten mit den besten Rohstoffen aus. Wasser spielt im gesamten Produktionsprozess eine herausragende Rolle. Wir sind sehr daran interessiert, unseren Beitrag für Nachhaltigkeit und Umweltschutz zu leisten und Frischwasser einzusparen, indem es insbesondere durch eine physikalische Aufbereitung wiederverwendet werden kann.“
Die Braumanufaktur in Stralsund ist dabei der zweite Standort des Demonstrators. Die ersten vielversprechenden Ergebnisse konnten auf dem Gelände der rübenverarbeitenden Fabrik in Anklam, der Cosun Beet Company GmbH & Co. KG (CBC Anklam), erzielt werden. Im Demonstrator ist das Prozesswasser behandelt worden, das nach dem Waschen der Zuckerrüben angefallen war. Miriam Woller-Pfeifer, Betriebsingenieurin bei der CBC Anklam, resümiert nach dem Einsatz des Demonstrators: „Unser Ziel ist eine komplette Kreislaufwirtschaft bei der Verarbeitung von Zuckerrüben. Wir wollen sämtliche Bestandteile optimal und nachhaltig nutzen. Die Wasseraufbereitung ist dabei ein zentraler Punkt in unserer Nachhaltigkeitsstrategie. Die erzielten Ergebnisse stimmen uns dahingehend sehr optimistisch.“

https://www.inp-greifswald.de/de/aktuelles/presse/pressemeldungen/2023/wasseraufbereitung-in-zeiten-des-klimawandels/

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