DBU aktuell Nr. 7/8 | Juli/August 2010

Das Generalthema der ProcessNet-Tagung lautet: Nachhaltige Produktion – Rohstoffsicherung und Energieeffizienz. Eine Sondersession ist dem Thema Wärme­speicher und thermische Wasser­stofferzeugung und -speicherung gewidmet.

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) ist am 22. September 2010 von ca. 16 bis 18 Uhr im Rahmen des Vortragsprogramms der ProcessNet-Tagung mit folgenden vier innovativen Förderprojekten aus dem Bereich Mikroverfahrenstechnik vertreten:
   

• Wasserstoffperoxid-Direktsynthese mit Kohlendioxid als Reaktions­medium im Membran-Mikro­reaktor – DECHEMA e. V., Frankfurt/Main, Dr. Aneta Pashkova
• Vom Makro-Batch zu Mikro-Konti: Neue Prozessfenster für bessere Produkte und nachhaltige Ver­fahren – TU Braunschweig, Laura Grundemann
• The development of ultrasound supported multi­phase reactions in microstructured devices – Leibniz-Institut für Katalyse e. V., Rostock,
• Dr. Sandra Hübner
• Effiziente Synthese organischer Halbleitermaterialien durch Mikroverfahrenstechnik – Universität Jena, Christoph Kompter und
• Dirk Ziegenbalg.

Die Leitung der Vortragssession übernimmt Dr. Max Hempel, DBU-Referat Umweltchemie. DBU aktuell berichtet über die beiden erstgenannten Vorträge ausführlich auf Seite 1 und 2 dieser Ausgabe. Weitere DBU-Projektbeispiele zum Forschungscluster »Novell Process Windows« sind im Internet hier zu finden.

Wasserstoffperoxid ist ein umweltfreundliches Oxidationsmittel mit breitem Anwendungspotenzial. Der heute dominierende industrielle Prozess zu seiner Herstellung, das Anthrachinon-Verfahren, ist jedoch wegen des hohen Energiebedarfs und der benötigten komplexen organischen Lösungsmittel weit entfernt von hoher Umweltfreundlichkeit. Die Wasserstoffperoxid-Direktsynthese ist eine erheblich effizientere und nachhaltige Alternative. Sie wird allerdings bisher technisch noch nicht umgesetzt wegen der bestehenden Explosions­gefahr und des sich daraus ergebenden Zwangs zur Inertisierung. Dies wirkt sich ungünstig auf die Produktivität und die Herstellkosten aus.

Diese Probleme können mit einem innovativen Konzept zur Reaktionsführung der Direktsynthese überwunden werden, das im Rahmen des Projekts der DECHEMA e. V. (Frankfurt/Main) in Kooperation mit dem Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (Mainz) und der Microinnova Engineering GmbH (Graz) realisiert werden soll. Durch die Mikrostrukturierung des Reaktionskanals (gute Kontrolle der Temperatur, der Verweilzeit und Unterdrückung der
Total­oxidation) und die räumliche Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff
will man die Sicherheit des Verfahrens verbessern.

Die Auswahl von Kohlen­dioxid als Lösungsmittel begünstigt die Löslichkeit der beiden Gase, was zu einer höheren Produktivität führen sollte. Über zwei getrennte poröse Membranen werden die beiden Reaktanden über die gesamte Länge der Reaktionszone gleichmäßig verteilt den Reaktions­kanälen zugeführt. Dies sollte zu einem gut einstellbaren, annährend konstanten H2-/O2-Verhältnis führen und dadurch eine hohe Selektivität ermöglichen. Lassen sich die Probleme der Wasserstoffperoxid-Direkt­synthese mit diesem Konzept lösen, entstünde insbesondere die Möglichkeit zum Bau kleinerer, besonders kompakter Anlagen für die Vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoff­peroxid-Lösungen für den direkten Gebrauch.

Mit diesem neuen Prozess­fenster ließen sich Umweltrisiken verbunden mit Transport, Lagerung und Handhabung konzentrierter Wasserstoffperoxid-Lösungen vermeiden. Die Verwendung von Kohlendioxid als Lösungsmittel ist dabei eine besonders umweltfreundliche Alternative. CO2 ist nicht toxisch, nicht brennbar, bringt keine Umweltgefährdung mit sich und kann nach der Reaktion einfach durch Reduzierung des Druckes von den Produkten getrennt, wieder komprimiert und anschließend weiterverwendet werden.

Der Einsatz von CO2 als Lösungsmittel nutzt bereits vorhandenes CO2 und trägt daher nicht zur Erhöhung der anthropogenen Kohlendioxidemission bei.

In der Spezialchemie- und Pharmaindustrie sind Batchverfahren insbesondere wegen der geringen Produktionsmengen bislang weit verbreitet. Der Einsatz von Rührkesseln zieht aber unter anderem einen hohen Verbrauch an Reinigungsabwässern nach sich. Lange Prozesszeiten und Qualitätsschwankungen von Batch zu Batch wirken sich außerdem nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit der Produktion aus.

Eine kontinuierliche Produktion unter Einsatz mikroverfahrenstechnischer Komponenten stellt deshalb gerade für geringe Produktionsmengen eine Alternative zu konventionellen Batchverfahren dar. Mikrokomponenten weisen, wie der Name schon sagt, Geometrien mit Abmessungen im Mikrometerbereich auf und zeichnen sich durch einen sehr guten Wärmeübergang, geringen Produktinhalt und ein großes Oberflächen-zu-Volumen Verhältnis aus.

Dies erlaubt eine sehr kontrollierte Prozessführung.
Das Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der Technischen Universität Braunschweig untersucht in Kooperation mit der Firma Pelikan am Beispiel Farbenproduktion, inwieweit sich die Umstellung auf kontinuierliche Herstellungsverfahren Umwelt entlastend auswirkt. Für die Fertigung unterschiedlicher Produkte auf einer Mikro-Anlage ist die Kampagnenfahrweise vorgesehen. Große Bedeutung kommt dabei dem Reinigungs- und Spülverhalten beim Produktwechsel zu.

Da sich die Dauer einer einzelnen Kampagne bzw. die aus den Spül- und Wartungsintervallen resultierenden Stillstandszeiten entscheidend auf die Wirtschaftlichkeit und die Flexibilität der Verfahrensvariante auswirken, wird auch ein Werkzeug zur Kampagnenplanung entwickelt. Die für das Modellsystem Farbe gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend auf Systeme mit anderen stofflichen und betrieblichen Parametern übertragen werden. Dazu wird das Strömungs- und Mischverhalten der eingesetzten Mikroreaktoren mittels numerischer Simulation untersucht. Darauf aufbauend ist es möglich, Merkmale von mikro­produktionsgeeigneten Batch­verfahren zu identifizieren und Hinweise zur Gestaltung des Gesamtprozesses sowie der hier eingesetzten Komponenten zu geben. Mit der Mikroproduktionstechnologie lässt sich der Energie- und Spülwasserbedarf verringern und die Prozessführung insgesamt umweltschonender gestalten.

Weiterer Vorteil der kontinuierlichen Kampagnenfertigung ist eine verbesserte Produktqualität. 

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) hat ihre Bemühungen um einen umfassenden Klimaschutz in Umwelttechnik, -forschung und -kommunikation sowie Naturschutz auch 2009 konsequent fortgesetzt.

»Die Verringerung des Treibhausgasausstoßes ist eine Schlüsselfrage des Klimawandels und damit der Existenz zukünftiger Generationen«, erklärte DBU-Generalsekretär Dr.-Ing. E. h. Fritz Brickwedde bei der Vorstellung des Jahresberichts 2009 Ende Juni. Mit den aktuellen Projekten des Vorjahres habe die DBU nun mit über 3.600 Projekten und mehr als 500 Mio. Euro fast die Hälfte ihrer Arbeit und ein Drittel ihrer Mittel überhaupt direkt in den Schutz des Klimas gesteckt. Im Jahr 2009 gingen bei der Stiftung 985 Anträge und Projektskizzen ein (2008: 1.101). Bewilligt wurden 312 Vorhaben mit rund 52,1 Mio. Euro (2008: 306 Vorhaben mit 54,8 Mio. Euro).

Mit Ablauf des Monats Mai 2010 hat die Stiftung seit Aufnahme ihrer Fördertätigkeit im März 1991 insgesamt 1,34 Mrd. Euro an Fördermitteln bewilligt und damit mehr Geld in den innovativen Umweltschutz investiert als sie seinerzeit als Stiftungskapital erhalten hatte (1,288 Mrd. Euro). Der Ertrag aus Vermögensbewirtschaftung nach Abschreibungen konnte mit 78,1 Mio. Euro deutlich gesteigert werden. Damit wird eine Rendite von 4,2 Prozent ausgewiesen (2008: 3,4).

Auch die Rücklage konnte um weitere 30 Mio. Euro aufgestockt werden. Damit liegt das Stiftungskapital nun bei 1,837 Mrd. Euro (2008: 1,807), dem höchsten Stand seit Stiftungsgründung.
Der Jahresbericht (Printversion, DVD sowie pdf-Download) kann kostenlos bei der DBU hier bestellt werden.

Energieeffiziente Lösungsansätze bilden den Mittelpunkt zweier Arbeiten, die mit dem DBU-Sonderpreis »Umwelttechnik« im Rahmen des Finales des Bundeswett­bewerbes »Jugend forscht« 2010 aus­gezeichnet wurden.
Sebastian Klick (Mechernich), Michael Garzem (Euskirchen) und Jens Nettersheim (Bad Münstereifel/Arloff), 18 Jahre alt, vom St. Michael-Gymnasium in Bad Münstereifel (NRW) erhielten das Preisgeld von 1.000 Euro für die Entwicklung eines innovativen Stromspeichers.

Die drei Jungforscher konstruierten eine Redox-Flow-Zelle auf Basis eines Vanadium/Vanadium-Akkus. Redox-Flow-Zellen wird ein großes Potenzial bei der bisher ungelösten Frage der umfangreichen Speicherung von Wind- oder Solarstrom zugeschrieben. In Ihrer Arbeit widmeten sich die Jungforscher insbesondere der Frage der Auslaufsicherheit der Zelle, da weder das Vanadium noch die Batteriesäure in die Umwelt gelangen dürfen. Ferner ersetzten die drei die aufwendige Schutzgasspülung durch einen ebenso einfachen wie preiswerten Oxidationsschutz, womit die Leistung der Zelle verbessert werden konnte.

Tim und Tobias Heins aus Mülheim/ Ruhr (17 und 14 Jahre) vom Elsa-Brandström-Gymnasium in Oberhausen (NRW) gelang es, eine verlustarme Rohrleitungshalterung für industriell genutzte Dampf- und Wärmenetze zu entwerfen. Sie erhielten dafür den DBU Sonderpreis »Umwelttechnik«, dotiert mit 500 Euro. Am Modell erprobten die beiden Jungforscher Halterungen aus Edelstahl und aus Keramik-Glasfaser in verschiedenen Messreihen. Sie stellten fest, dass über Edelstahl-Halterungen 80 % weniger Energie verloren geht.

Halterungen aus Keramik-Glasfaser isolieren sogar nahezu perfekt. Allerdings muss die mechanische Festigkeit dieses Materials noch geprüft werden.

Die Wassergewinnung aus bestimmten Festgesteins-Grundwasserleitern gilt als schwierig und daher wenig sinnvoll. Eine ausreichende Ergiebigkeit kann nur erzielt werden, wenn mehrere der meist steil stehenden Klüfte angeschnitten werden.

Vertikalfilterbrunnen verursachen zudem tiefe Absenktrichter, die zu ökologisch nicht duldbaren Schadwirkungen führen. In Aquiferen mit geringer wassererfüllter Mächtigkeit ist aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten eine starke Absenkung des Wasserspiegels nicht hinnehmbar. Das Projekt des Gutachterbüros Professor Dr. J. Wagner (Neunkirchen) und weiterer Partner konnte grundsätzlich nachweisen, dass durch abgelenkte Bohrungen ein längerer Schräg- oder Horizontalverlauf der Wassereintritts­trecke im Brunnen mit vielfachen Vorteilen einhergeht.

Der für den Bau klassischer Horizontalfilterbrunnen erforderliche große Aufwand wird dadurch vermieden. Das Verfahren ist zudem ergiebiger und erzielt flache Pump­mulden. Die ökologischen Belastungen bei der Grundwasserentnahme werden so deutlich vermindert. Wasserwerksbetreiber planen derzeit gemeinsam mit dem Gutachterbüro den Einsatz des Verfahrens im großtechnischen Feldtest.

Martin Lanzendorf, ehemals DBU-Stipendiat, lehrt und forscht seit 2008 als Stiftungsprofessor für Mobilitätsforschung an der Universität Frankfurt am Main. Seine Forschungsinteressen umfassen verschiedene Aspekte der Mobilität in Metropolregionen, insbesondere Veränderungen des Verkehrshandelns, räumliche Aspekte der Verkehrsentstehung und Mobilitätsmanagement zur Gestaltung einer nachhaltigeren Mobilitätsentwicklung. Lanzendorf hat am Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie und an der Universität Trier promoviert.

Danach war er als Postdoktorand an der Universität Utrecht in den Niederlanden, als Juniorprofessor zugleich an der Univer­sität Leipzig und am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung UFZ sowie als Vertretungsprofessor an der LMU München tätig. Lanzendorf ist als erster ehemaliger DBU-Stipendiat Mitglied im Auswahl­gremium des DBU-Stipendienprogramms.

Sein Statement zum Stipendien­programm der Deutschen Bundes­stiftung Umwelt lautet:

»Ich finde das DBU-Stipendienprogramm besonders attraktiv, weil es vielfältige Möglichkeiten zur eigenständigen Umwelt- und Nachhaltigkeitsforschung gibt. Insbesondere ist es auch für sozialwissenschaftliche Promotionsvorhaben geeignet, deren Bedeutung in den nächsten Jahrzehnten weiter wachsen wird –
zumindest, wenn die Politik mit ihren Anstrengungen zur Vermeidung der
Ursachen des Klima­wandels Ernst macht.«

Weinzierl erneut in Nachhaltigkeitsrat berufen
Hubert Weinzierl (Bild), Vorsitzender des Kuratoriums der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) mit Sitz in Osnabrück und Präsident des Deutschen Naturschutzringes (DNR), wird auch in den kommenden drei Jahren dem Rat für nachhaltige Entwicklung (RNE) angehören. Bundeskanzlerin Angela Merkel hat Anfang Juni die turnusgemäße Neuberufung des Rats für nachhaltige Entwicklung angekündigt. Erneut berufen in dieses Gremium wurde auch Prof. Dr. Angelika Zahrnt, Ehrenvorsitzende des Bundes für Umwelt und Naturschutz in Deutschland (BUND) und Trägerin des Deutschen Umweltpreises der DBU.

DBU freut sich auf Zusammenarbeit mit Wulff
Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) freut sich auf das Zusammenwirken mit dem neuen Bundespräsidenten Christian Wulff (rechts). Wie DBU-General­sekretär Dr. Fritz Brickwedde (links) anlässlich Wulffs Wahl zum Staatsoberhaupt Deutschlands erklärte, verbinde die DBU und die Bundespräsidenten der letzten Jahre eine sehr enge Zusammenarbeit. Seit Johannes Rau überreiche das Staatsoberhaupt den Deutschen Umweltpreis der DBU und halte bei der Preisverleihung umweltpolitisch wegweisende Reden. Brickwedde unterstrich, er sei sicher, dass Wulff auch im Umweltschutz Akzente setzen werde.

Naturschutz heute: Strategien und Ziele
Das zweitägige Herbstsymposium der DBU am 25. und 26. November 2010 in Benediktbeuern steht ganz im Zeichnen des Naturschutzes. Führende Vertreter aus Naturschutz, Politik und Wissenschaft diskutieren unter anderem die Frage, ob die bestehenden Instrumente im Naturschutz in Zeiten geänderter Rahmenbedingungen im nationalen wie globalen Umfeld ausreichend sind, um den gewachsenen Herausforderungen zu entsprechen. Zum Auftakt wird auch der bayerische Umweltminister Dr. Markus Söder erwartet. Hochrangig besetzt sind ferner zwei Podiumsdiskussionen, die am Freitag, 26. November stattfinden und die Zukunft des Naturschutzes in Deutschland beleuchten. Der Teilnehmerbeitrag beträgt 80,- Euro. Anmeldungen unter: s.lohaus@dbu.de

»… uuund Action!«: Medienorientierte Umweltkommunikation als Handbuch
Medien gehören für Kinder und Jugend­liche zum festen Bestandteil ihres Alltags. Wie aber können Kinder und Jugendliche über sie an Natur und Umwelt herangeführt werden?

Beispielhafte Ansätze zeigt ein neues Sachbuch auf, das jetzt unter dem Titel »’… uuund Action!’ Medien­orientierte Umweltkommunikation für Kinder und Jugendliche. Praxishandbuch« im oekom verlag erschienen ist. Neben theoretischen Grundlagen bietet es anhand erfolgreicher DBU-Förderprojekte aus Film, Fernsehen, Radio und Printmedien Hilfestellungen und Anregungen für Medienprojekte, die in der Umweltbildungsarbeit entstehen.
»’… uuund Action!’ Medienorientierte Umweltkommunikation für Kinder und Jugendliche. Praxishandbuch«; Autoren: Jutta Gruber-Mannigel/ Thomas Pyhel/Kathrin Wiener; oekom verlag, München; 19,90 Euro; 141 Seiten, ISBN 978-3-86581-211-7

Umweltbildung – tierisch gut!
Deutsche Zoos und Tierparks zählen jedes Jahr mehr als 60 Millionen Besucher. Mit dieser Reichweite sind sie eine ideale Plattform für die informelle Umweltbildung. Traditionell informieren Zoos über Tiere, deren Lebensräume und über Artenschutzprojekte, an denen sie beteiligt sind. In jüngerer Zeit werden mehr und mehr auch Umweltthemen vermittelt.

Das Buch »Umwelt­bildung – tierisch gut!« stellt verschiedene modellhafte Umweltbildungsprojekte vor und zeigt, wie Lehrer das Angebot der Zoos nutzen können bzw. wie Tiergärten und andere Freizeiteinrichtungen Umweltbildungsprojekte verwirk­lichen können. Mit Tipps, Erfahrungswerten und Hinweisen zu aktuellen Trends wendet sich das Buch vor allem an Pädagogen in Zoos sowie an Lehrer im schulischen und außer­schulischen Umweltbildungs­bereich.

»Umweltbildung – tierisch gut! – Ein Praxisleitfaden für Schule, Zoo & Co.«; Lisa Simon und Thomas Pyhel (Hrsg.); oekom-Verlag; 92 Seiten; 29,90 Euro;
ISBN 978-3-86581-207-0

DBU-Projekte im Film
Wie Ressourcen in Industrie und Gewerbe geschont werden können und sich Energie effizienter einsetzen lässt, das präsentieren fünf neue Filmbeiträge der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU). Von der DBU geförderte kleine und mittlere Unternehmen zeigen dort zum Beispiel, wie sich Oberflächen nur mit Laserlicht umweltfreundlich reinigen lassen oder wie Fenster und Türen aus heimischem Holz durch eine spezielle Modifizierung haltbar und stabil gemacht werden können.

Diese und rund 40 weitere Filme zu beispielhaften DBU-Fördervorhaben aus Umwelttechnik, Umweltforschung, Naturschutz und Umweltbildung sind jetzt aktuell auf dem neuen DBU-Video­kanal bei YouTube unter www.dbu.de/video abrufbar sowie zusätzlich als DVD bei der Geschäftsstelle kostenlos erhältlich.

Herausgeber:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU; An der Bornau 2, 49090 Osnabrück
Tel. 0541|9633-0, Fax 0541|9633-190, www.dbu.de

Redaktion:
Stefan Rümmele, Zentrum für Umweltkommunikation der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gGmbH ZUK, An der Bornau 2, 49090 Osnabrück, Tel. 0541|9633-962, Fax 0541|9633-990, zuk-info@dbu.de

Verantwortlich:
Dr. Markus Große Ophoff (ZUK)

Erscheinungsweise:
monatlich (Doppelausgabe: Juli/August)

Adresse für Bestellungen und Adressänderungen ist die Redaktionsanschrift, kostenlose Abgabe

Gestaltung (Print):
Birgit Stefan (ZUK)

Satz:
ZUK

Druck:
Steinbacher Druck GmbH, Osnabrück