EmiStop

EmiStop

Identifikation von industriellen Plastik-Emissionen mittels innovativer Nachweisverfahren und Technologieentwicklung zur Verhinderung des Umwelteintrags über den Abwasserpfad
Beschreibung

Inhalt des Vorhabens ist die systematische Erfassung der Kunststoffemissionen im Abwasser relevanter Industriebranchen. Dabei werden emittierte Frachten entlang der Wertschöpfungskette (Herstellung, Transport, Weiterverarbeitung und Reinigung von Kunststoffen) betrachtet.

Ziel ist es, Abwasseraufbereitungstechnologien auszuwählen und hinsichtlich einer Reduktion dieser Eintragsfrachten zu optimieren. Dazu werden vorhandene Technologien zur Partikelabtrennung evaluiert, Abscheideleistungen ermittelt und technische Optimierungsansätze ausgearbeitet. Die Optimierung bezieht auch Technologieentwicklung (z.B. Flockungsmittel) mit ein. Dazu werden sowohl Labor- als auch Pilotversuche durchgeführt und ausgewählte großtechnische Abwasserbehandlungsanlagen bei Industriebetrieben untersucht.

Aufgrund der bestehenden analytischen Unsicherheiten werden zur Bewertung der vorhandenen und entwickelten Technologien folgende Nachweisverfahren eingesetzt:

  • Dynamische Differenzkalometrie zur Qualifizierung und Quantifizierung (Konzentrationen)
  • Raman-Spektroskopie zur Qualifizierung und Quantifizierung (Partikelzahlen)
  • Korrelationen der Kunststoffkonzentrationen zu wasserchemischen Routineanalysen (zur rückschließenden Abschätzung der Kunststofffrachten)
  • Tracer-Test mit magnetischen Kunststoffpartikeln (einfache und zuverlässige Quantifizierung in großen Verdünnungen) zur Bilanzierung in Labor- und Pilotversuchen

Der Fokus liegt neben technischen auch auf sozioökonomischen Aspekten. Daher werden die Maßnahmen zu Verhinderung von Verlusten bzw. zur Rückgewinnung gemeinsam mit den assoziierten Industriebetrieben überprüft und mit Partnern aus Wissenschaft, Verbänden und anderen Interessensgruppen bewertet.

Arbeitsschwerpunkte

  • Standardisierung der Probenahme und Probenaufbereitung für industrielles Abwasser (im Abgleich mit PlastikNet und anderen Verbundforschungsvorhaben)
  • Quantitative und qualitative Erfassung der Kunststoffkonzentrationen in industriellem Abwasser mittels Raman-Spektroskopie und Dynamischer Differenzkalorimetrie
  • Erweiterte Datenerhebung bei den beprobten industriellen Abwasserbehandlungsanlagen zur Ableitung der Kunststofffrachten und Prüfung einer Korrelation der Messergebnisse mit wasserchemischen Routineanalysen
  • Entwicklung von magnetischen Kunststoffpartikeln im Mikrometerbereich mit den physikalischen Eigenschaften relevanter Kunststoffsorten
  • Entwicklung eines Tracerversuchs mit magnetischen Kunststoffpartikeln
  • Bilanzierung von Technologien zur Partikelabtrennung hinsichtlich des Rückhalts von (Mikro-)Kunststoffpartikeln
  • Optimierung von Technologien zur Partikelabtrennung
  • Entwicklung von Flockungsmitteln zur gezielten Verbesserung des Rückhalts einzelner Kunststoffsorten und deren Mischungen
  • Delphi-Befragungen von Industrie und Branchenverbänden sowie von Politik und Wissenschaft zur Identifikation der wahrgenommenen Risiken und Hemmnisse sowie Chancen und Mitwirkungsbereitschaft
  • Multikriterienanalyse zur Entwicklung von gewichteten, ökologischen und sozio-ökonomischen Kriterien zur Nachhaltigkeitsbewertung der Projektergebnisse

AP 1 Entwicklung analytischer Methoden für Plastikpartikel

Ansprechpartner/innen

Prof. Dr. Jutta Kerpen, Hochschule RheinMain, Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik, Fachgebiet Abwasseraufbereitung, Am Brückweg 26, 65428 Rüsselsheim, E-Mail: jutta.kerpen@hs-rm.de

Prof. Dr. Susanne Lackner, Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwasserwirtschaft, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt, E-Mail: s.lackner@iwar.tu-darmstadt.de

Prof. Dr.-Ing. Markus Engelhart, Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt, E-Mail: m.engelhart@iwar.tu-darmstadt.de

Projektpartner

EnviroChemie

Kurzbeschreibung

Ein routinemäßig anwendbares Probennahmeund Probenaufbereitungsverfahren zur Schaffung einer einheitlichen und vergleichbaren Datenbasis für industrielles Abwasser wird ausgearbeitet. Zur anschließenden Qualifizierung und Quantifizierung von Mikrokunststoff in (industriellen) Abwasserproben werden die Methodiken der Dynamischen Differenzkalorimetrie und Raman-Spektroskopie auf industrielles Abwasser hin angepasst.

Die jeweiligen Analyseergebnisse werden mit standardisierten Routinemessungen und betrieblicher Eigenanalytik zur Ermittlung von Korrelationen verglichen.

AP 2 Tracer-Test

Ansprechpartner/innen

Prof. Dr. Susanne Lackner, Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwasserwirtschaft, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt, E-Mail: s.lackner@iwar.tu-darmstadt.de

Dr. Kyriakos Eslahian, BS-Partikel GmbH, Nestléstr. 41, 55120 Mainz, E-Mail: eslahian@bs-partikel.de

Kurzbeschreibung

Um einzelne Verfahrenstechniken zum Kunststoffpartikelrückhalt in realen Wassermatrizes zu bilanzieren, wird ein Verfahren zur Quantifizierung magnetischer Kunststoffpartikel mittels magnetischer Suszeptibilitätswaage etabliert. Dazu werden Partikel im Größenbereich von 1 μm bis 300 μm mit möglichst großer magnetischer Suszeptibilität synthetisiert, welche die Morphologien und chemischen Eigenschaften von Umwelt-Kunststoffpartikeln imitieren.

Weiter wird eine kontinuierliche Methode zur Herstellung dieser Partikel etabliert, um eine möglichst gute Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit für nachfolgende Anwendungen sicherzustellen.

AP 3 Identifikation industrieller Eintragspfade

Ansprechpartner/innen

Prof. Dr. Susanne Lackner, Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwasserwirtschaft, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt, s.lackner@iwar.tu-darmstadt.de

Prof. Dr. Jutta Kerpen, Hochschule Rhein- Main, Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik, Fachgebiet Abwasseraufbereitung, Am Brückweg 26, 65428 Rüsselsheim, E-Mail: jutta.kerpen@hs-rm.de

Prof. Dr.-Ing. Markus Engelhart, Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt, E-Mail: m.engelhart@iwar.tu-darmstadt.de

Projektpartner

EnviroChemie, inter 3

Kurzbeschreibung

Die Eintragspfade von Mikrokunststoff aus industriellem Abwasser in Oberflächengewässer werden durch einheitliche Charakterisierung und Bezifferung der Kunststoffemissionen einzelner Industriebetriebe erfasst. Durch kongruente Bewertung der Plastikemissionen anhand von Masseströmen, Variationen und Produktionsinformationen mit Kennzahlensystem und Bilanztools werden Hotspots und zeitliche Variationen des Partikeleintrags identifiziert. AP 4 Bilanzierung technischer Systeme

Ansprechpartner/innen

Dr.-Ing. Eva Gilbert, EnviroChemie GmbH, F&E, In den Leppsteinswiesen 9, 64380 Rossdorf, E-Mail: eva.gilbert@envirochemie.com

Prof. Dr.-Ing. Markus Engelhart, Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt, E-Mail: m.engelhart@iwar.tudarmstadt. de

Projektpartner

TU-AW, inter 3, HSRM

Kurzbeschreibung

In Labor- und Pilotversuchen werden verschiedene Verfahrenstechniken (Filtration in verschiedenen Filtereinheiten (z.B. Membrananlagen, Zweischichtfilter, Tuchfilter), Flockung in Kombination mit Filtration, Flotation oder Sedimentation) hinsichtlich der Kunststoffpartikelentfernung bewertet. Dazu werden die in AP 2 entwickelten Tracerpartikel eingesetzt, die die Verwendung synthetischer und realer industrieller Abwässer ermöglichen. Weiter wird die vorhandene großtechnische Verfahrenstechnik an ein oder zwei Industriestandorten evaluiert und nach Möglichkeit hinsichtlich der Abscheidung von Kunststoffpartikeln optimiert.

AP 5 Optimierung des Plastikrückhalts

Ansprechpartner/innen

Dr.-Ing. Eva Gilbert, EnviroChemie GmbH, F&E, In den Leppsteinswiesen 9, 64380 Rossdorf, E-Mail: eva.gilbert@envirochemie.com Prof. Dr.-Ing. Markus Engelhart, Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt, E-Mail: m.engelhart@iwar.tudarmstadt. de

Projektpartner

TU-AW

Kurzbeschreibung

Aufbauend auf den Ergebnissen aus AP 4 werden die Pilotanlagen durch gezielte konstruktive Veränderungen (z.B. Strömungsführung, Schlammabzug, Fördertechnik) angepasst und der Erfolg dieser Optimierungen in weiteren Bilanzierungsversuchen evaluiert.

Für die betrachteten Industrien werden neben konstruktiven Optimierungen der Verfahrenstechnik insbesondere auch produktionsintegrierte Maßnahmen zur Reduktion der Kunststoffemissionen abgeleitet. Als Grundlage hierfür dienen die in AP 3 erhobenen Produktionsinformationen.

AP 6 Entwicklung von Flockungsmitteln für Kunststoffsorten

Ansprechpartner/innen

Dr.-Ing. Eva Gilbert, EnviroChemie GmbH, F&E, In den Leppsteinswiesen 9, 64380 Rossdorf, E-Mail: eva.gilbert@envirochemie.com

Projektpartner

TU-AT, TU-AW

Kurzbeschreibung

In Becherglasversuchen werden zunächst einzelne Polymere zur gezielten Flockung von Partikeln verschiedener Kunststoffsorten im Größenbereich von 10 bis 300 μm getestet. Mit den Ergebnissen werden gezielte Mischungen aus Polymeren getestet und bei Bedarf neue Polymere entwickelt, um möglichst stabile Flocken der Partikel einzelner Kunststoffsorten zu erzeugen. Mit diesen Ergebnissen werden die Versuche und Entwicklungen auf Mischungen verschiedener Kunststoffsorten ausgedehnt.

Die Laborergebnisse werden dann durch Pilotversuche mittels den in AP 2 entwickelten Tracerpartikeln ergänzt.

AP 7 Risiko- und Potenzialanalyse

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Wolf Raber, inter 3 GmbH - Institut für Ressourcenmanagement, 10585 Berlin, E-Mail: raber@inter3.de

Kurzbeschreibung

Zur Maximierung der Breitenanwendung der EmiStop-Optimierungsansätze und -Vermeidungsstrategien werden deren Risiken und Potenziale aus Sicht der zentralen Akteure erhoben, ausgewertet und zu einem frühen Technologie-Reifegrad in den Projektverbund eingespeist. Weiterhin wird ein expertengestütztes Set aus sozio-politischen, ökonomischen und ökologischen Bewertungskriterien und eine aussagekräftige Indikatorik abgeleitet, um die EmiStop-Optimierungsansätze und -Vermeidungsstrategien multikriteriell zu analysieren und zu bewerten und Implementierungs- und Diffusionsstrategien abzuleiten.

AP 8 Management und Kommunikation

Ansprechpartner/innen

Dr.-Ing. Eva Gilbert, EnviroChemie GmbH, F&E, In den Leppsteinswiesen 9, 64380 Rossdorf, E-Mail: eva.gilbert@envirochemie.com

Dr. Anja Steglich, inter 3 GmbH - Institut für Ressourcenmanagement, Otto-Suhr-Allee 59, 10585 Berlin, E-Mail: steglich@inter3.de

Projektpartner

TU-AT, TU-AW, , HSRM, BS-Partikel

Kurzbeschreibung

Zur Verbreitung und Umsetzung der Projektergebnisse werden Industrieunternehmen einbezogen und der Dialog mit Expert/-innen relevanter Branchenverbände (z.B. Plastics Europe e.V. oder GKV Gesamtverband Plastikverarbeitende Industrie e.V.) aktiv geführt. Die Kollaboration soll dazu eingesetzt werden, a) die Ergebnisse zu einer konsensfähigen Gesamtperspektive zu entwickeln, b) diese zu handlungsorientierten und umsetzungsfähigen Leitlinien aufzubereiten und c) über eingeführte Kanäle und Multiplikatoren bspw. die Responsible Care Initiative der chemischen Industrie zur Verfügung zu stellen.

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