Fortschritte in Umwelt- und Industrietechnologien

Screening-Techniken in der Pestizid-Industrie

Vor 1980 waren Gewächshaustests zur Wirkstoffsuche in der Pestizid-Industrie sehr teuer, da sie viel Zeit und große Mengen des Produkts erforderten. Mit dem Aufkommen der Molekularbiologie in den 1980er und 90er Jahren verlor diese Technik an Bedeutung, ähnlich dem zuvor verwendeten Rezeptor-Inhibitor-Modell für Verbindungen. Ab 1990 etablierte sich jedoch das „High-Throughput-Screening“ (HTS), da es keine Emissionen erfordert, unbegrenzte Testmöglichkeiten bietet, in Reagenzgläsern mit geringen Mengen durchgeführt werden kann und vor allem durch die kombinatorische Chemie eine Vielzahl von Ergebnissen liefert. Die Anzahl der aktiven Substanzen stieg von 1.300 auf über 50.000.

Zellstoffherstellung aus Altpapier

Der Prozess der Zellstoffherstellung aus Altpapier beginnt damit, dass das Altpapier gereinigt und nach Sorten klassifiziert wird, um eine homogene Faserqualität zu gewährleisten und Zusatzstoffe zu entfernen. Die Zellstoffherstellung umfasst folgende Schritte:

1. Auflösen: Das Papier wird mit heißem Wasser und Rühren zu einer glatten Paste vermischt.
2. Zugabe von Reagenzien: Je nach Papiersorte werden Reagenzien wie Natriumsilikat, Tenside oder NaOH hinzugefügt.
3. Bleichen und Waschen: Zugabe von H₂O₂ und Waschmitteln zur Bildung von Flocken.

Für die weitere Veredelung und Entfärbung sind folgende Schritte notwendig:

1. Zentrifugation und Grobsiebung: Trennung schwerer und kleiner Partikel.
2. Entfärbung durch Flotation.
3. Feinsiebung und Zentrifugation (Siebung mit Schlitzen).

Alternativen für umweltfreundlichere Düngemittel

Es gibt verschiedene Alternativen für umweltfreundlichere Düngemittel:

1. Flüssigdünger: Einfach mit Wasser zu mischen und anzuwenden, aber teuer und kann zu verstopften Rohren führen. Beispiel: Wasserfreies Ammoniak (nicht bei Regen anwenden).
2. Langzeitdünger (Controlled-Release): Diese Dünger sind beschichtet oder haben eine geringe Löslichkeit, was eine schrittweise Freisetzung der Nährstoffe ermöglicht.
3. Düngemittel mit Nitrifikationsinhibitoren: Diese sind giftig für nitrifizierende Bakterien (z.B. Pyren) und werden häufig für Getreide, Mais und Baumwolle eingesetzt.
4. Organische Dünger: Reich an Stickstoff (N) und Phosphor (P), gewonnen aus Kompost oder Heu. Ihre Anwendung erfordert Sorgfalt.

Methoden zur Kunststofftrennung im Recycling

Methoden zur Trennung von Kunststoffen im werkstofflichen Recycling zielen darauf ab, die chemische Struktur nicht zu zerstören und die physikalischen Eigenschaften zu erhalten. Eine Vortrennung ist erforderlich (nur bei Thermoplasten). Homogene Kunststoffe sind gekennzeichnet durch eine einheitliche Zusammensetzung und geringe Kontamination. Trennungsmethoden:

• a) Dichte: Hydraulische Trennung, Flotation, Zentrifugation.
• b) Leitfähigkeit: Elektrostatische Trennung.
• c) Erweichungstemperatur: Heißwalzen.
• d) Löslichkeit: Einsatz von Cyclohexanon, insbesondere für PVC.
• e) Zusammensetzung und Struktur: Röntgenfluoreszenzanalyse.

Nach diesen Schritten sollten die Kunststoffe getrocknet, verdichtet usw. werden.

Alternativen zur Speicherung von Photovoltaik-Energie

Alternativen zur Speicherung von Photovoltaik-Energie, die nicht sofort verbraucht wird, umfassen:

• Die Produktion von Wasserstoff (H₂) in großem Maßstab, sowie dessen Nutzung in Brennstoffzellen (kontinuierliche Energieabgabe).
• Batterien.
• Druckluftspeicher.
• Pumpspeicherkraftwerke.
• Supraleiter.

Funktionsweise eines Solarthermie-Kraftwerks

Ein Solarthermie-Kraftwerk besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

• a) Solarthermisches System (z.B. CRS): Ein System von Heliostaten, das Sonnenlicht auf einen Receiver konzentriert, oft mit Natrium (Na) als Wärmeträgerflüssigkeit.
• b) System zur Umwandlung thermischer Energie: Hierbei wird eine Flüssigkeit (meist Natrium, Salze, andere Flüssigkeiten oder Feststoffe) erhitzt. Häufig werden zylindrische Parabolspiegelkollektoren verwendet.
• c) Energiespeicherung: Die Energie wird entweder in der Wärmeträgerflüssigkeit selbst in einem Speicher oder in Feststoffen (z.B. Felsen, besonders bei Heißluftsystemen) gespeichert.
• d) Stromerzeugung: Erfolgt mittels Dampf- und Druckluftturbinen.

Herausforderungen: Regelmäßige Reinigung der Spiegel und Schutz vor Beschädigungen.

Optionen für die Nutzung sauberer Kohle

Es gibt verschiedene Optionen für die Nutzung sauberer Kohle:

• a) Wirbelschichtverbrennung: Bei dieser Methode bleiben die Partikel in der Verbrennungsluft (oft mit Kieselsäure) in der Schwebe. Dies führt zu einer höheren Temperaturhomogenität, erleichtert die SO₂-Abscheidung und reduziert NOx-Emissionen. Es gibt atmosphärische, zirkulierende oder druckbeaufschlagte Wirbelschichtsysteme.
• b) Vergasung: Umwandlung von organischen Feststoffen in gasförmige Produkte (CO + H₂), bekannt als Synthesegas. Durch die Zugabe von N₂ wird die Temperatur reduziert und die NOx-Emissionen verringert. Der entstehende Dampf treibt eine Turbine an und erzeugt Strom.

Stickstoffdünger: Ammoniak-Synthese

Die Herstellung von Ammoniak (NH₃) ist ein wichtiger Schritt, bevor Nitrat (NO₃) gewonnen wird.

• a) Haber-Bosch-Synthese: Stickstoff (N₂) und Wasserstoff (H₂) reagieren unter hohem Druck (ca. 400 atm) und hoher Temperatur (ca. 500 °C) in Anwesenheit eines festen Katalysators. Das entstandene Ammoniak wird dann in Wasser gelöst. Anschließend kann Ammoniak katalytisch zu Nitrat (NO₃) oxidiert werden.

Dieser gesamte Prozess ist sehr energieintensiv und kann bis zur Hälfte der eingesetzten Energie verbrauchen. Es gibt auch Bakterien, die Stickstoff fixieren, aber die industrielle Produktion beeinflusst den natürlichen Stickstoffkreislauf erheblich.