Die Anwendung von nicht-thermischen Plasmen für die Behandlung von Saatgut und in der Kultivierung von Nutzpflanzen eröffnet neue Möglichkeiten für die Produktion und Verarbeitung landwirtschaftlicher Produkte. Zum einen kann deren desinfizierende Wirkung genutzt werden, um Agrochemikalien zu ersetzen. Zum anderen können Stoffwechselprozesse angeregt werden, die eine bessere Anpassung bzw. Resilienz gegenüber sehr unterschiedlichen Witterungsbedingungen erlauben, wie sie v.a. im Zusammenhang mit sich ändernden klimatischen Voraussetzungen immer wichtiger werden. Zusammen tragen diese Potentiale zur Ertragssicherung und möglicherweise –steigerung im Anbau von Nutzpflanzen bei. Die Untersuchung der Grundlagen der entsprechenden Prozesse aber auch deren Umsetzung in technischen Lösungen für den Anwender ist Ziel der Bestrebungen des Forschungsschwerpunkts. Im Mittelpunkt stehen dabei die Erzeugung von mit Luft oder Wasser im Plasma gebildeter reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies. Dabei werden direkte Behandlungsmethoden, bei denen das Plasma unmittelbar zur Wirkung kommt, von den indirekten Methoden unterschieden, bei denen mit Plasma behandelte Luft oder Wasser eingesetzt wird. Für die direkte Behandlung konnte im Rahmen des vom BMBF geförderten WIR!-Vorhabens „Physics for Food“ Plasma als möglicher Ersatz zur chemischen Beize von Saatgut bereits etabliert werden. Die Verwendung von Plasma behandelter Luft eignet sich dagegen insbesondere zur Minderung von Verlusten während der Lagerung z.B. durch Schimmelpilze oder Insekten. Mit Plasma behandeltem Wasser können verschiedene Ziele verfolgt werden. Dazu gehört ebenfalls die Abtötung schädlicher Mikroorganismen. Zudem können die im Wasser angereicherten Stickstoffverbindungen aber auch gezielt zur Düngung und damit verbunden einem Verzicht auf mineralische Dünger genutzt werden. Besonders vielversprechend ist aber v.a. die Manipulation von Stoffwechselprozessen, die sich bisher in einem stärkeren Wurzelwachstum wiederfindet und eine bessere Stressanpassung andeutet.

Neben der neueren Anwendung von Plasmaverfahren im Vorerntebereich, d.h. im Nutzpflanzenanbau, sind die Verwendung von Plasma behandelter Luft und Plasma behandeltem Wassers gerade im Nacherntebereich, d.h. der Verarbeitung von Lebensmitteln, inzwischen eine gewerblich aufmerksam verfolgte Technologie. Unmittelbare Ziele sind Lebensmittelverluste zu reduzieren und die Sicherheit von Lebensmitteln zu steigern. Dabei wird vorrangig untersucht, wie sich Plasmaprozesse vorteilhaft in bestehende Verarbeitungsabläufe integrieren lassen. Beispiele hierfür sind ein Tauchverfahren zur Vermeidung von Lagerverlusten in ‚controlled atmosphere‘, d.h. CA-Lagern, der Obstvermarktung oder Waschprozesse in der ‚fresh-cut‘ Produktion. Weitere Aktivitäten sind die Entwicklung von ‚cleaning in place‘ bzw. ‚sterilization in place‘ (CIP/SIP) Verfahren im Verpackungsbereich. Dabei wird ebenfalls die Idee verfolgt mittels Plasma effizient antimikrobiell wirksame Spezies, insbesondere Radikale und Metastabile, zu generieren. Diese werden innerhalb verfahrenstypischer Zeiten abgebaut, so dass mögliche Auswirkungen auf das Produkt minimiert und eine Gefährdung des Konsumenten ausgeschlossen werden können. Um die Forschungsaktivitäten hinsichtlich der Entwicklung, Fertigung und Vermarktung von plasmabasierten Systemen zur effizienten, schonenden Dekontamination von Lebensmitteln, Produktionsmitteln und deren Verpackungen voranzutreiben, engagiert sich das INP als aktiver Partner in verschiedenen nationalen und internationalen Projekten.

Zentrale Aufgabe für die Bioökonomie sind die stoffliche und energetische Nutzung von verschiedenen Biomassen. Je nach Anforderung und Aufgabenstellung sind Aufbereitungstechnologien notwendig, die hinsichtlich Leistungseintrag, thermische und mechanische Belastung, sowie chemische Umsetzung sehr unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden müssen. Plasmaquellen können in ihrer Vielfalt in weiten Bereichen diesen Ansprüchen erfüllen.

Für die Aufbereitung von Wirtschaftsdünger, wie Fermentationsreste aus Biogasanlagen zur nochmaligen Vergärung wurde ein Verfahren entwickelt, das eine Kombination von Plasma- und Ultraschallquelle darstellt. Die organische Fracht der Gärreste kann durch die Behandlung mittels Plasma und Ultraschall aufgeschlossen und weiter zur Methanproduktion eingesetzt werden. Das neu entwickelte innovative Verfahren trägt auch maßgeblich zur Vermeidung von schädlichen Emissionen bei, da Ammoniak- und Methanfreisetzungen deutlich verringert werden können.

Darüber hinaus bieten die im Forschungsschwerpunkt entwickelten Plasmaquellen auch Potential für die stoffliche Verwertung von Substraten wie Cellulose, Lignin oder Klärschlamm z.B. für die Erzeugung von Glucose, sowie dem Recycling von Phosphor.

Physikalisches Plasma eignet sich auch für den schonenden, aber effektiven Aufschluss von Mikroalgenbiomasse. Mikroalgen beinhalten eine Vielzahl an wertvollen Inhaltsstoffen, welche sich für verschieden Zwecke verwenden lassen. So finden sie beispielsweise in pharmazeutischen, kosmetischen Bereichen, der Lebensmittelindustrie oder auch in Feinchemikalienherstellung Anwendung. Jedoch besitzen Mikroalgen sehr feste Zellwände, die mit herkömmlichen Aufschlussmethoden häufig nicht den gewünschten Erfolg erzielen, sei es durch ungenügenden Aufschluss oder negative Effekte (z.B. Hitzeentwicklung) auf das Extraktgut. Für den Aufschluss mittels physikalischem Plasma, wurde eine Plasmaquelle entwickelt, welche die Zellwände der Algen schonend, aber wirkungsvoll aufschließt. Die hauptsächliche Wirkung des Plasmas beruht auf starken Schockwellen, welche für das Aufschlussergebnis verantwortlich sind. Negative Nebeneffekte, wie Wärmeentwicklung oder oxidative Prozesse entstehen kaum und haben somit keinen negativen Effekt auf die zu extrahierenden Stoffe. So konnte bereits gezeigt werden, dass vor allem temperaturempfindliche Stoffe, wie z.B. Proteine oder färbende Pigmente aus den Mikroalgen besonders gut gewonnen werden können, ohne schädlichen Einfluss auf die Moleküle zu nehmen.

Plasmaverfahren sind generell sehr erfolgreich im Abbau schädlicher Keime aber v.a. auch von Schadstoffen oder zumindest unerwünschter chemischer Verbindungen, die sich in Luft und Wasser und auch auf Oberflächen befinden können. Dabei kann es sich um flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOCs) und Gerüche in Luft oder pharmazeutische Rückstände und Pflanzenschutzmittel im Wasser handeln. Insgesamt können damit Emissionen in die Umwelt, insbesondere über Abwässer, begegnet werden. Gerade biologisch nur schwer abbaubare Stoffe wie Medikamente oder Pestizide, verlangen nach neuen, effizienten Methoden. Plasmaverfahren stellen dafür eine umweltschonende und kostengünstige Alternative dar, die gezielt für verschiedene Anforderungen entwickelt werden können. Inzwischen hat damit verbunden auch der Schadstoffabbau, z.B. von perfluorierten Kohlenwasserstoffen, in Böden an Bedeutung gewonnen. Zusammen mit den Möglichkeiten, die sich aus der Verarbeitung von Biomasse ergeben, lassen sich diese zudem potentiell regenerieren. Durch die COVID-Pandemie wieder verstärkt in den Fokus gerückt sind außerdem Plasmaluftfilter zur Beseitigung von durch die Luft übertragener Keime. Für die Behandlung von Oberflächen, steht zum einen die Verbreitung von Infektionen im öffentlichen Raum, z.B. über Handläufe, im Vordergrund. Zum anderen können aber auch medizinische Artikel, die sich nicht autoklavieren lassen, aufbereitet werden.

Die Methoden, um ein Plasma in oder an die Flüssigkeit heranzubringen, unterscheiden sich meist deutlich von denen für eine Behandlung von Gasen. Dabei ergeben sich aber auch zusätzliche Möglichkeiten in der Flüssigkeit Reaktionsprozesse auszunutzen, die nicht nur für den Schadstoffabbau von Vorteil sein können, sondern auch neue Wege für chemische Synthesen aufzeigen.

Laufzeit vom 01.03.2023 – 28.02.2026, gefördert durch das Programm Kooperative Exzellenz der Leibniz-Gemeinschaft unter dem Förderkennzeichen (FKZ) K494/2022

Biologische Ressourcen, die nachhaltig genutzt und wiederverwendet werden können, sind insbesondere in Zeiten knapper Rohstoffe und auch mit Blick auf den Klimawandel vermehrt in den Fokus gerückt. Das kooperative Vorhaben vereint dafür die Expertise des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie (INP) in Plasmatechnologien mit der Expertise des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) zur Verarbeitung von Biomassen und die Kompetenz des Instituts für Wasserwirtschaft der Universität Rostock (UoR) in der Rückgewinnung von Rohstoffen aus Abfällen bzw. Abwasser. Ziel des Projekts ist die Wertschöpfung für organische (Rest-)Stoffe durch neuartige und fortschrittliche Technologien zu steigern, um das ökologische und ökonomische Potential biogener Ressourcen besser auszuschöpfen. Unser unmittelbares Interesse richtet sich darauf die Ausbeuten in Biogasanlagen (auch im Hinblick als Alternative zu Erdgas) zum einen zu erhöhen, und zum anderen auch Biomassen, die sich dafür bisher nur schlecht eignen dafür aufzubereiten. Letztendlich sollen aber auch die Reste einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden bzw. als Ressource zur Wertstoffrückgewinnung zu nutzen. Dabei wird jedoch der gesamte Biomassekreislauf betrachtet, einschließlich Anbau, Tierhaltung, Reststoffmanagement, Veredelung von Gärresten zu Düngemitteln etc., und gezielt an derzeit noch unbefriedigenden Lösungen bzw. Lücken für eine umfassende zirkuläre Bioökonomie gearbeitet. Letztendlich soll das so erzielte detaillierte Verständnis zu einer Verbesserung von Prozessen hinsichtlich Biomasseabbaubarkeit, Abbau oder Anreicherung von Stickstoff im Gärest (Anpassung der Nährstoffverfügbarkeit), Risikominderung (Verringerung des Antibiotikaresistenztransfers), Steigerung der Energieerträge und einer effizienten Nährstoffrückgewinnung (z.B. Phosphor) genutzt werden.

Projektleiter:
Prof. Dr. Jürgen F. Kolb
juergen.kolbinp-greifswaldde
Tel.: +49 3834 – 554 3950

Laufzeit vom 01.09.2022 – 31.08.2025, gefördert durch die European Commission von der European Climate, Infrastructure and Environment Executive Agency (CINEA) unter dem Zeichen 101069764

Die Covid-19 Pandemie hat auch die Anfälligkeit von Passagierschiffen, insbesondere Kreuzfahrtschiffen, für die Ausbreitung von Infektionskrankheiten offengelegt. Daher haben sich in dem von der Europäischen Kommission geförderten Vorhaben Healthy Sailing [Name bitte verlinken: healthysailing.eu] unter der Leitung der Universität Thessalien insgesamt 26 Partner aus 12 Ländern zusammengefunden, um in einem umfassenden Ansatz innovative, Risiko- und Evidenz-basierte Methoden zu erarbeiten, mit denen die Ausbreitung von Infektionskrankheiten auf Passagierschiffen (Fähren, Kreuzfahrtschiffen, Expeditionsschiffen) wirksam vermieden, eingedämmt und im Falle eines Ausbruchs auch begegnet werden kann. Dazu sollen alle für die Gesundheit von Passagieren und Besatzung relevanten Ebenen betrachtet werden, was neben dem Aufenthalt an Bord auch den Aufenthalt und Austausch in den Häfen einschließt. Neben der Entwicklung von Handlungsanweisungen, werden insbesondere auch technische Lösungen zur Verfolgung möglicher Infektionswege und zur verbesserten Desinfektion betrachtet und durch elektronische Systeme, mit KI-Unterstützung, schnelle Entscheidungsketten etabliert. Das INP übernimmt im Gesamtvorhaben dabei die Leitung des Arbeitspakets zur „Maßnahmen zur Prävention, Eindämmung und Management von Infektionen“. Insbesondere werden dazu technische Möglichkeiten zur Überwachung und zur Desinfektion vefolgt.

Projektleiter:
Prof. Dr. Jürgen F. Kolb
juergen.kolbinp-greifswaldde
Tel.: +49 3834 – 554 3950

Gefördert durch:

Laufzeit vom 09.12.2022 – 11.05.2023, gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 37898/01-23

Die Anzahl an Todesfällen aufgrund von Infektionen mit Antibiotika-resistenten Mikroorganismen wird von der WHO bis zum Jahr 2050 auf etwa 10 Millionen geschätzt. Damit stellen diese Infektionskrankheiten weltweit eine alarmierende Bedrohung für Mensch und Tier dar. Gerade in Bezug auf Zoonosen muss die Wechselbeziehung zwischen Tier und Mensch auf die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen in einem "One Health"-Ansatz berücksichtigt werden. Dies erfordert auch neuartige Methoden mit denen Mikroorganismen und Pharmazeutika an den Punkten der Freisetzung entfernt werden können, um eine Verbreitung im Wasserkreislauf zu verhindern. Gerade in Kliniken führt der hohe und vor allem unvermeidbare Bedarf an Antibiotika zu stark belastetem Abwasser.

Im Rahmen der Studie wird zusammen mit der TIA Technologien zur Industrie-Abwasser-Behandlung GmbH ein flexibles vor-Ort einsetzbares Verfahren entwickelt, mit dem unvermeidbare mikrobiologische und chemische Kontaminationen - wie sie beispielsweise im Krankenhausabwasser anfallen - effizient abgebaut werden. Im Rahmen der Kooperation mit einem Klinikum und weiteren Anwendern wird die Effizienz von Plasma mit anderen Wasseraufbereitungsverfahren z.B. UV oder auch Ozon verglichen. Auf diese Weise sollen mögliche Vorteile der Plasmabehandlung für den dezentralen Einsatz an sogenannten Hotspots, aber auch für eine 4. Reinigungsstufe in kommunalen Kläranlagen, erforscht werden.

Projektleiter:
Dr. Veronika Hahn
veronika.hahninp-greifswaldde
Tel.: +49 3834 – 554 3872

Gefördert durch:

Laufzeit vom 01.07.2022 – 30.06.2024, gefördert durch das BMBF unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 031B1259C

Nach erfolgreich durchlaufener einjähriger Sondierungsphase konnte zusammen mit dem Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN, Konsortiumsleitung), der Hochschule Anhalt (HSA) und der Firma PAN-Biotech GmbH erfolgreich ein Projekt für die Machbarkeitsphase im Rahmen der Fördermaßnahme ‚Neue Produkte für die Bioökonomie‘ (IBÖM) eingeworben werden.

Im Projekt CellZero werden innovative Ansätze erforscht, die eine Umwelt- und Ressourcen-schonende, gesunde Herstellung von tierischem Protein als Alternative zu konventioneller Produktion von Fleisch mit landwirtschaftlichen Nutztieren bietet. Sogenanntes Zell-basiertes Fleisch kann durch biotechnologische Methoden aus tierischen Vorläuferzellen gewonnen werden. Der Einsatz von Plasmatechnologie zielt auf die Reduktion der biologischen Kontaminanten ab und soll den Einsatz von z.B. Antibiotika im Prozess ersetzen. Das INP stellt im Rahmen des Projektes geeignete Plasmaanlagen zur Verfügung, untersucht die Wirksamkeit und optimiert deren technische Parameter.

Projektleiter:
Dr. Sybille Hasse
sybille.hasseinp-greifswaldde
Tel.: +49 3834 – 554 3921

Laufzeit vom 1.3.2021 – 31.03.2023, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 03WIR2809A.

Der Einsatz von Agrarchemikalien (Herbizide, Pestizide) ist Voraussetzung für einen ertragreichen Anbau von Nutzpflanzen und damit umfassenden Versorgung mit günstigen Lebensmitteln. Allerdings werden die damit verbundenen Belastungen für die Umwelt und mögliche Risiken für den Verbraucher mit Sorge betrachtet. Im Rahmen der Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung „Wandel durch Innovationen in der Region“ hat das Vorhaben „Physics for Food“ sich daher die Aufgabe gestellt mögliche Alternativen zu chemischen Verfahren durch physikalische Methoden zu untersuchen und zu etablieren. In unterschiedlichen Leitprojekten werden dazu Möglichkeiten der Saatgutbehandlung, zur Förderung von Pflanzenwachstum und –gesundheit, sowie in der Verarbeitung von Nutz- bzw. Futterpflanzen untersucht. (Nähere Informationen zum Gesamtvorhaben und den einzelnen Leitprojekten sind hier zu finden: https://physicsforfood.org/

Das Leitprojekt „Physics for Environment“ greift die Ziele des Gesamtvorhabens, Grundlagen für eine rückstandsfreiere und umweltschonendere Landwirtschaft und Agrarproduktion zu schaffen, unmittelbar auf. Das für viele Arbeitsschritte und Produktionsprozesse benötigte Wasser soll dabei entweder nahezu rückstandsfrei entweder in die Umwelt eingeleitet werden können oder in den Wasserkreislauf zurückgeführt werden. Dabei ist für eine erfolgreiche Wasserrückgewinnung v.a. auch eine wirksame Entkeimung entscheidend. Zusammen mit dem INP erstellen die Harbauer GmbH, Berlin, und die Power Recycling Energyservice GmbH, Neubrandenburg, am Standort der Cosun Beet Company & Co KG in Anklam dazu eine Versuchsanlage mit der verschiedene physikalische Wasseraufbereitungsmethoden validiert werden können. Neben diesen geförderten Partnern beteiligen sich weitere Endanwender (ABiTEP GmbH, Berlin, Braumanufaktur Ludwigslust, WF Milch GmbH, Freyenstein) indem sie den Zugang zu ihren Produktionsanlagen gewähren und dabei Untersuchungen zu ihren speziellen Anwendungsfeldern aktiv unterstützen. Aus den Erfahrungen sollen explizit Technologien abgeleitet werden, die auf Bedürfnisse in landwirtschaftlichen Betrieben reagieren, z.B. die Aufbereitung von Spritzmittelrückständen oder von Feldablaufwasser.

Projektleiter:
Prof. Dr. Jürgen Kolb
Tel.: +49 3834 - 554 3950
juergen.kolbinp-greifswaldde

Laufzeit vom 1.3.2021 – 31.8.2024, gefördert von der Europäischen Kommission durch das EU-Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizon 2020 Vertragsnummer 955431.

In diesem Marie Skłodowska-Curie Innovative Training Network werden mit 13 Partnern aus 8 Ländern innovative und nachhaltige technologische Ansätze in der Lebensmittelverarbeitung im Zusammenarbeit mit der Industrie auf Ihre Skalierbarkeit untersucht. Dabei wird jungen Wissenschaftlern die Gelegenheit gegeben, innerhalb eines internationalen Konsortiums mit Gastaufenthalten bei den Partnern ihre Promotionsarbeiten durchzuführen.

Projektleiter:

Dr. Jörg Ehlbeck
Tel.: +49 3834 – 554 458
ehlbeckinp-greifswaldde

Laufzeit vom 1.1.2021 – 31.12.2023, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 03COV05A.

In der aktuellen Pandemie konnte man nachverfolgen, wie einerseits der Bedarf an medizinischen Bedarfsartikel, wie z.B. Atemmasken, stark angestiegen ist, andererseits aber zeitweise, durch den Zusammenbruch der weltweiten Lieferketten, nicht gedeckt werden konnte. In einer solchen Situation kommt der Aufbereitung und Wiederverwendung der vorhandenen Produkte eine enorme Bedeutung zu. Sie kann den Zeitraum bis zum Aufbau neuer Lieferketten als auch absolute Bedarfsspitzen überbrücken. Hierzu muss idealerweise eine Technologie vorgehalten werden, die eine weitestgehende Unabhängigkeit von den durch die Pandemie belasteten Lieferketten aufweist.

Desinfizierende und sterilisierende Plasmaverfahren benötigen häufig zum Betrieb nur einen Zugang zur Stromversorgung und sind damit ideal dazu geeignet, in Krisensituationen eingesetzt zu werden. Die niedrigen Prozesstemperauren ermöglichen die Behandlung von thermolabilen Produkten und eine Skalierung der Anlagen auf die zu erwartenden großen Durchsatzmengen wird in dem Projekt bereits untersucht.

Projektleiter:

Dr. Jörg Ehlbeck
Tel.: +49 3834 – 554 458
ehlbeckinp-greifswaldde

Laufzeit vom 1.1.2021 – 31.12.2023, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 03WIR2808D.

Im Förderbereich WIR! - Wandel durch Innovation in der Region wird im Vorhaben WIR! Physics for Food – Transfer, Procedures & Permissions (TPP) im obigen Teilprojekt die Entwicklung sowie der Betrieb von auf kalten Plasmaprozessen beruhenden Demonstratoren zum Einsatz in der landwirtschaftlichen Produktion durchgeführt. Dabei werden die Versuchsanlagen zur Herstellung sowohl von plasmabehandeltes Wasser für den Einsatz im Pflanzenschutz als auch plasmagenerierten Prozessgasen zur Saatgut Behandlung eingesetzt.

Projektleiter:

Dr. Jörg Ehlbeck
Tel.: +49 3834 – 554 458
ehlbeckinp-greifswaldde

Laufzeit vom 1.4.2020 – 31.12.2021, gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) unter der Vertragsnummer 35257/01-32.

Mikroalgen gelten als hoffnungsvolle Ressource für viele nachwachsende Rohstoffe. Verschiedene Inhaltsstoffe sind als Lieferant hochwertiger Eiweiße, als Nahrungsergänzungsmittel, natürliche Farbstoffe oder als Grundstoffe für kosmetische und auch medizinische Produkte von großem Interesse. Allerdings ist die Extraktion dieser Substanzen gegenwärtig meist noch mit hohem Aufwand verbunden. Dabei muss bei vielen der interessanteren Inhaltsstoffe zudem ein Temperaturanstieg bei der Behandlung und Verarbeitung möglichst gering gehalten werden, da sie thermisch nicht stabil sind. Aus diesem Grund werden bisher meist chemische Verfahren für den Aufschluss eingesetzt, die allerdings durch die nötigen Lösungsmittel in Bezug auf Umweltfolgen bedenklich sind.

Das INP entwickelt daher zusammen mit dem Institut für Getreideverarbeitung (IGV) GmbH eine umwelt- und wirkstoffschonende Plasmatechnologie weiter, die sich in Vorarbeiten bereits als vielversprechend erwiesen hat. Dabei werden die Zellwände der Algen über Schockwellen, die durch gepulste Entladungen in der Algensuspension direkt erzeugt werden, porös und erlauben das Austreten der Inhaltsstoffe. Damit erübrigt sich prinzipiell das Einfrieren oder Behandlung mit Enzymen aber auch der Einsatz von Lösungsmitteln. Perspektivisch soll das Verfahren auf weitere Algenarten und Produkte übertragen werden.

Projektleiter:

Prof. Dr. Jürgen Kolb
Tel.: +49 3834 - 554 3950
juergen.kolbinp-greifswaldde

Laufzeit vom 01.04.2020 - 20.04.2022, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 16KN082129.

Die Benutzung von Haltestangen und Geländern ist mit einem nicht unerheblichen Infektionsrisiko verbunden, weil deren Oberflächen binnen kürzester Zeit von einer Vielzahl an Menschen berührt werden, eine permanente und wirkungsvolle Desinfektion aber praktisch unmöglich ist. Deshalb entwickelt das INP zusammen mit seinen Partnern im Rahmen des Projekts eine Lösung zur regelmäßigen automatischen Desinfektion von Haltestangen und Geländern mittels atmosphärischem Plasma. Diese erfolgt durch einen kompakten, akkubetriebener Desinfektions-Applikator, der sich an der Haltestange entlang bewegt und dabei die Oberfläche mit Plasma behandelt, sodass die vorhandenen Keime zuverlässig zerstört werden. Neben der Wirksamkeit, auch unter erschwerten Bedingungen bei Verschmutzung der Haltestange, stehen Zuverlässigkeits- und Sicherheitsaspekte für die Forschung und Entwicklung im Vordergrund. Der unbeaufsichtigte Betrieb der Anlage in potentiell unmittelbarem Kontakt mit Personen stellt hier, neben Aspekten wie Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen, eine Herausforderung dar. Durch Optimierung einer dielektrisch behinderten Entladung (DBE), für den Einsatz in einem kompakten, beweglichen Applikator, wird die Grundlage für eine fortschrittliche Desinfektionslösung unter diesen Bedingungen geschaffen. Zusammen mit einem darauf angepassten Kontroll- und Regelsystem und einem klemm- und quetschsicheren Antriebskonzept werden so die wesentlichen Baugruppen für einen Plasma-Applikator entwickelt. Dieser soll bereits verfügbaren Methoden zur Verringerung des von für Haltestangen und Geländern ausgehenden Infektionsrisikos deutlich überlegen sein.

Projektleiter:

Dr. Robert Bansemer
Tel.: +49 3834 - 554 3976
robert.bansemerinp-greifswaldde

Laufzeit vom 01.02.2020 - 31.01.2023, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 13N15206.

Das Laserschneiden ermöglicht ein schnelles, präzises Zuschneiden oder Gravieren zahlreicher Werkstoffe und ist ideal für individuelle Fertigungen mit kleiner Stückzahl. Kostengünstigere und verfügbare Hardwarekomponenten haben den Lasercuttern - ähnlich wie den 3D-Druckern - dann in den vergangenen Jahren von der Industrie in den Massenmarkt verholfen, wo sie insbesondere von technikaffinen Privatpersonen ("Makern"), aber auch von anderen Berufsgruppen (z.B. Modellbau in der Architektur) als Desktopgerät genutzt werden. Die Anwendung durch Laien macht allerdings verbesserte Sicherheitsvorkehrungen notwendig - so muss der Nutzer nicht nur vor der Laserstrahlung, sondern auch vor den entstehenden toxischen Gasen und lungengängigen Partikeln geschützt werden. Die nach dem derzeitigem Stand der Technik eingesetzten Filter halten aber nicht alle Gase vollständig zurück und müssen häufiger gewechselt werden. Zudem können speziell Kunststoffe teilweise korrosive Gase erzeugen, welche dem Lasercutter selbst schaden. Es obliegt derzeit also hauptsächlich dem Nutzer für seine Sicherheit und die des Gerätes zu sorgen.
In dem Projekt "SafeCutter" werden zusammen mit einem Hersteller von Desktop Lasercuttern (Mr Beam Lasers GmbH) mehrere neuartige Sicherheitskomponenten untersucht und entwickelt, welche diese technologische Lücke schließen: eine laserbasierte Materialidentifikation zur Erkennung potentiell gefährlicher Materialien, ein plasmakatalytisches Verfahren zum Abbau und Filtern bisher schlecht rückhaltbarer Schadstoffe und eine darin implementierte elektrostatische Abscheidung von Partikeln. Das INP greift hier auch auf langjähriges Knowhow im Bereich des plasmabasierten Schadstoffabbaus und ein eigenes Patent zurück. Die besondere Herausforderung stellt die technische Umsetzung der Sicherheitsfeatures mit möglichst kostengünstiger Hardware dar.  Im Ergebnis soll eine massenmarkttaugliches System entstehen, welches einen sicheren und gleichzeitig benutzerfreundlichen Betrieb von Desktop Lasercuttern  in Innenräumen ermöglicht.

Projektvideo: https://bit.ly/3LpaSTN

Projektleiter:
Prof. Dr. Jürgen Kolb
Tel.: +49 3834 - 554 3950
juergen.kolbinp-greifswaldde

Laufzeit vom 15.10.2019 – 14.12.2022, gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 2816IP005.

Erstmalig konnte mit SPLASH ein über die Deutsche Innovationspartnerschaft Agrar (DIP) gefördertes Projekt eingeworben werden. In diesem Bereich der Innovationsforschung werden Projekte gefördert, die bereits zu Beginn über einen hohen technologischen Reifegrad verfügen (mind. TRL 5). Auf Basis der Pilotanlage des Projektes „safefresh“ wird nun eine Anlage im mittleren Leistungsbereich von Industrieanlagen gebaut, die auf einen plasmabasierten Waschprozess für fresh-cut Salate beruht. Diese Anlage wird für den Betrieb in die Produktion eines fresh-cut Herstellers integriert und unter Produktionsbedingungen untersucht (TRL 7). Auf Basis der laufenden Untersuchungen wird ein Konsultationsverfahren zur Bestimmung des Status als Novel Food beim Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) eingeleitet.

Projektleiter:

Dr. Jörg Ehlbeck
Tel.: +49 3834 – 554 458
ehlbeckinp-greifswaldde

Laufzeit vom 1.10.2019 – 30.9.2021, gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) ZF4037007RE9.

Da viele brennbare oder leichtentzündliche Gase, wie z.B. Erdgas oder Schweißgas keinen signifikanten Eigengeruch aufweisen, werden diesen geruchsintensive Substanzen beigemischt. Diese warnen Personen bei einem unerwünschten Gasaustritt. An Gas-Druckregel- und Messanlagen mit Odorierungseinrichtungen kommt es witterungsbedingt zu ungewollten Emission der Geruchswarnstoffe. Dies stellt eine Belastung für Mensch und Umwelt dar und löst zudem Fehlalarme aus. Die Geruchsstoffe sind nicht biologisch abbaubar und schädlich für im Wasser lebende Organismen. Bislang werden zur Eindämmung des Geruches Aktivkohlefilter eingesetzt. Diese Lösung ist nicht optimal, da es nach einer gewissen Beladung der Aktivkohle zur Sättigung und damit zum Schlupf der Geruchsstoffe kommt. Vor diesem Hintergrund ergibt sich der Bedarf an einer besseren Lösung, die die Geruchsstoffe nicht nur herausfiltert, sondern auch abbaut. Nichtthermische Plasmen haben gezeigt, dass sie in der Lage sind flüchtige Kohlenwasserstoffe und andere Geruchsstoffe zu oxidieren. Im Projekt wird der Effekt der Plasmabehandlung praxisrelevante Odorierungsmittel untersucht und ein Ansatz für den Einsatz in Odorierungseinrichtungen erarbeitet.

Projektleiter:

Prof. Dr. Ronny Brandenburg
Tel.: +49 3834 – 554 3818
brandenburginp-greifswaldde

Laufzeit vom 01.08.2018 – 31.01.2021, unterstützt durch den Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) TBI-V-247-VBW-86

In Biogasanlagen werden Wirtschaftsdünger sowie Biomasse aus Pflegeschnitten oder Bioabfällen verarbeitet. Im Jahr 2014 belief sich der Beitrag zur gesamten Stromerzeugung in MV auf 15 Prozent. Insgesamt waren im Land 540 Biogasanlagen mit einer elektrischen Leistung von ca. 300 Megawatt am Netz. In Mecklenburg-Vorpommern fallen jährlich 11,3 Millionen Tonnen unbehandelte Rindergülle und 2,2 Millionen Tonnen unbehandelte Schweinegülle an und darüber hinaus emittieren jährlich weitere nicht erfasste Millionen Tonnen Festmist aus der Tierhaltung, die immer intensiver wird. Hier gibt es einen enormen Bedarf der Behandlung und Emissionsvermeidung. Nach dem Stand der Technik werden derzeit (substratabhängig) von dem darin enthaltenen organischen Anteil in den meisten Biogasanlagen nur 65%-90% aufgeschlossen, der Rest bleibt ungenutzt. Ziel des Projektes war die Entwicklung eines komplett neuartigen Kombigerätes aus Ultraschall mit kalter Plasmatechnologie zur Aufbereitung von Suspensionen mit Inhaltsstoffen biologischen Ursprungs bzw. Biomasse entwickelt werden.

Für die Kombination mit Ultraschallquellen zur Biomassebehandlung wurden zwei verschieden Plasmaquellen wie die Funkenentladung und alternativ die Mikrowellenentladung entwickelt und getestet. Mit beiden Anordnungen konnten Entladungen in flüssigen Medien, bzw. Biomasse erzeugt werden. Bei Untersuchungen zur Behandlung von Biomasse und Natrium Carbomethoxicellulose im Labormaßstab wurde sowohl mit der Funkenentladung als auch mit der Mikrowellenentladung durch Viskositätsmessungen festgestellt, dass Abbaureaktionen stattfinden. In der zweiten Phase des Projektes wurde vom Projektpartner PRE Power, Recycling, Energyservice GmbH ein Demonstrator mit einem Fassungsvermögen von 40 l konstruiert, der zwei industriemäßige Ultraschallquellen enthält. An diesem Demonstrator wurde eine Mikrowellenquelle eingesetzt. Die Untersuchungen zeigten, dass sich durch die Plasmabehandlung die CSB-Werte von Güllefermentationsresten deutlich erhöhten. Dies konnte vor allem in Batchversuchen festgestellt werden.

Die Machbarkeit der Behandlung von Biomasse im anwendungsrelevanten Maßstab und die Kopplung mit Ultraschallquellen konnte erfolgreich demonstriert werden. In weiteführenden Arbeiten sollte vor allem die Leistung der Mikrowellenquelle erhöht werden.

Projektleiter:

Dr. Volker Brüser
Tel.: +49 3834 – 554 3808
brueserinp-greifswaldde

Laufzeit vom 1.7.2018 – 30.6.2021, gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 281A107216.

In diesem Projekt wird die Reinigung und Desinfektion von Lebensmittelkontaktflächen in der Produktion anhand des Beispiels von Transportbändern sowohl für pflanzliche als auch tierische Anschmutzungen zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie untersucht.

Projektleiter:

Dr. Jörg Ehlbeck
Tel.: +49 3834 – 554 458
ehlbeckinp-greifswaldde

Laufzeit vom 1.2.2016 – 31.7.2018, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 16KN035932.

Das Risiko, sich im Krankenhaus mit einem Erreger anzustecken, wenn der Körper durch die Folgen einer Operation oder Erkrankung geschwächt ist, ist nicht unbeträchtlich. So geht die Deutsche Gesellschaft für Krankenhaushygiene von jährlich 900 000 Infektionen in ganz Deutschland und 30 000 bis 40 000 Todesfällen aus. Am häufigsten treten bei den Betroffenen Atemwegs- und Harnwegsinfekte, aber auch Wundinfektionen oder Sepsis auf.

Auslöser sind nicht immer mangelhafte Hygieneprozesse in Kliniken, häufig werden die Keime auch von Patienten oder Besuchern eingeschleppt. Vor diesem Hintergrund haben das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) in Greifswald, das Medizintechnikunternehmen Pneumatik Berlin, das Berliner ZeSys e.V. sowie das Unternehmen Haustechnik Bachmann aus Steinberg in Sachsen innerhalb des Verbundprojektes «PlasClean» ein intelligentes, modular aufgebautes Raumluftsystem für Operationssäle entwickelt, dessen Herzstück eine spezielle Plasmastufe darstellt. Dabei konnte in Laborexperimenten, aber auch in einer Pilotanlage unter Realbedingungen die Wirksamkeit dieses bereits patentierten Dekontaminationsverfahrens nachgewiesen werden.

Durch modifizierte Elektrodenplatten, zwischen denen dielektrisch behinderte Entladungen erzeugt werden, gelang es den Forschern, die Belastung der Raumluft mit Mikroorganismen deutlich zu senken. Ebenso können chemische Stoffe auf diese Weise abgebaut werden. Bei sämtlichen Tests wurden die DIN-Anforderungen für intensivmedizinische Bereiche berücksichtigt: Das Plasma reinigte die Abluft auch bei den vorgeschriebenen hohen Luftumsätzen. Das Konzept ist auch für andere Anwendungsbereiche zukunftsweisend und lässt sich auf Reinräume, Labore, Tierställe oder die Lebensmittellogistik übertragen. Die Plasmastufe ist skalierbar, wodurch eine noch höhere Reduktion der Mikroorganismen erreicht werden kann. Die technische Umsetzbarkeit muss jedoch im Rahmen weiterer Projekte erforscht werden.

Projektleiter:

Dr. Manfred Kettlitz
Tel.: +49 3834 – 554 414
kettlitzinp-greifswaldde