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Landwirtschaft, Biomasse & Dekontamination

Der Forschungsschwerpunkt befasst sich mit der Entwicklung von Technologien und Prozessen für Anwendungen in der Landwirtschaft und der Lebensmittelverarbeitung, der Verarbeitung von pflanzlichen Roh- und Reststoffen, sowie der Dekontamination speziell von Wasser. Dabei werden v.a. nicht-thermische Plasmen eingesetzt und untersucht, deren verschiedenen Wirkmechanismen gezielt ausgenutzt werden.

Im Bereich der Landwirtschaft können dadurch perspektivisch Agrarchemikalien, z.B. Pestizide, ersetzt werden. Zudem hat sich gezeigt, dass außerdem Wachstums- und Stoffwechselprozesse angeregt werden können. Letztere sind insbesondere in Bezug auf die Anpassung der Aufzuchtbedingungen an klimatische Herausforderungen von wachsendem Interesse. In der Lebensmittelverarbeitung können zudem Hygienestandards erhöht werden und damit die Verbrauchersicherheit aber auch die Lagerstabilität von Produkten.

Plasmaprozesse bieten außerdem Möglichkeiten für neue Verarbeitungstechniken von Biomassen. Zu diesen gehören Aufschlussverfahren durch die selbst temperaturempfindliche wertvolle Inhaltsstoffe aus Mikroalgen gewonnen werden können. Auch in Biogasanlagen können bisher nur schwer aufzuschließende pflanzliche Substrate aber auch Reststoffe, wie z.B. in Gülle enthalten, besser aufgeschlossen werden und damit Biogasausbeuten gesteigert werden.

In der Dekontamination zeichnen sich Plasmaverfahren durch den Abbau selbst sehr stabiler chemischer Verbindungen und einer wirksamen Entkeimung aus. Dazu gehören pharmazeutische Rückstände, Agrarchemikalien und auch multiresistente Mikroorganismen. Ein ausdrückliches Ziel der Anwendung ist damit die Behandlung von Abwässern aber auch eine Aufbereitung von Prozesswässern für deren Rückführung.

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Der Forschungsschwerpunkt Landwirtschaft, Biomasse & Dekontaminaion bietet Innovationen entlang der gesamten Wert-schöpfungskette.

Die Leitthemen im Einzelnen adressieren bewusst Herausforderungen, wie sie in den Nachhaltigkeitszielen der Vereinten Nationen beschrieben sind. Zusammen zeigen sie, wie sich auf der Basis von Plasmaverfahren eine möglichst verlustfreie und umweltschonende Kreislaufwirtschaft aufbauen lässt. Neben den beschriebenen Aktivitäten, sind dabei auch zunehmend weitere sachverwandte Anwendungsfelder von Interesse, die das Tierwohl in der Nutztierhaltung oder Aquakulturen, die Vermeidung und Verarbeitung von Lebensmittelabfällen, einen effizienten Einsatz von Abfällen als organischer Dünger, sowie der Erhaltung und Sanierung von Böden und Anbauflächen betreffen. Zudem bleiben die entwickelten Verfahren, insbesondere zur Dekontamination, nicht auf die beschriebenen Bereiche beschränkt und werden auch für weitere Anwendungen, z.B. der Aufbereitung von Krankenhausabwässern, eingesetzt.


Anwendungs- und Forschungsfelder

Im Forschungsthema „Clean Food“ sind die Ziele 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 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.

Für die stoffliche und energetische Nutzung von Biomasse sind je nach Anforderung und Aufgabenstellung 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.

Das Forschungsthema „Dekontamination“ konzentriert sich auf die mikrobielle und chemische Dekontamination von flüssigen Medien, speziell Wasser. Dabei unterscheiden sich Methoden, um ein Plasma in oder an die Flüssigkeit heranzubringen, meist deutlich von denen für eine Behandlung von Gasen. Zudem ergeben sich weitere Möglichkeiten für eine effiziente Entkeimung durch die den Plasmaverfahren technologisch verwandte Anwendung gepulster elektrischer Felder. Auf dieser Basis werden gezielt fortgeschrittene Dekontaminationsmethoden entwickelt. Im und am Wasser erzeugte Entladungen können sehr effektiv bei problematischen Kontaminationen z.B. in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden. Gerade biologisch nur schwer abbaubare Stoffe wie Medikamente oder Pestizide, verlangen nach neuen, effizienten Methoden. Plasmaverfahren stellen hier eine umweltschonende und kostengünstige Alternative dar, mit der nicht nur Mikroorganismen ohne den Einsatz von Chemikalien wie z.B. Chlor inaktiviert werden, sondern zudem chemische Schadstoffe aufgebrochen werden können.


Projektthemen

Laufzeit vom 1.3.2021 – 30.11.2022, 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 BMBFs „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 15.11.2020 – 14.11.2023, gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) unter dem Förderkennzeichen (FKZ) 281C104G

Zoonosen sind eine Gefahr für den Verzehr vieler Lebensmittel. Für Fleischwaren sind dabei Salmonella und Campylobacter die wichtigsten Krankheitserreger in Deutschland und in der EU. Das übergeordnete Gesamtvorhaben „KontRed“ unter Führung der Freien Universität Berlin widmet sich daher zusammen mit 15 weiteren Partnern aus Forschung und Industrie der Erarbeitung und Etablierung von Technologien und Verfahren zur Reduktion des Vorkommens und der Übertragung von zoonotischen Mikroorganismen und der Steigerung der Sicherheit von Lebensmitteln an einer Schlüsselstelle der Lebensmittelkette Geflügel und Schwein: dem Schlacht- und Verarbeitungsprozess. Übergeordnetes Ziel ist die Optimierung und Lenkung vorhandener Prozesse und Verfahren und darüber hinaus die Implementierung neuer technischer Verfahren unter hygienischen Gesichtspunkten, um die Belastung mit Zoonoseerregern am Ende der Schlachtlinie zu senken. Die Sicherheit von Geflügelfleisch- und Schweinefleischprodukten wird dadurch verbessert und das Verbrauchervertrauen nachhaltig gestärkt. Konkretes Ziel des Teilprojektes des Instituts für Lebensmittelhygiene an der Universität Leipzig zusammen mit dem INP ist die Entwicklung und Optimierung plasmabasierter Verfahren zur Inaktivierung von Campylobacter und Salmonella auf losem und vorverpacktem Geflügelfleisch. Die Herausforderung besteht hierbei in der Ermittlung von geeigneten technischen Parametern (z. B. Arbeitsgas, Einwirkzeit) zur Erregerreduktion. Weiterhin werden verschiedene Technologien zur Erzeugung des Plasmas untersucht, um optimale Behandlungsoptionen bzgl. der genannten Parameter zu ermöglichen.

Projektleiter:

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

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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.

Kombination von Mikrowellenplasma und Ultraschall zum effizienteren Aufschluss von Biomasse

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

Kinetik und Simulation von reaktiven Plasmen

Als Teil des Sonderforschungsbereichs/Transregio 24 "Grundlagen komplexer Plasmen" (2005) beinhaltet das Projekt zum einen die Analyse des raumzeitlichen Verhaltens der Spezies und chemischen Prozesse in reaktiven Nichtgleichgewichtsplasmen. Zum anderen wird die Wechselwirkung derartiger Plasmen mit Oberflächen mittels hydrodynamischer Modellierung, kinetischen Methoden sowie Hybridverfahren untersucht. Die theoretischen Untersuchungen konzentrieren sich in der Förderperiode 2013 bis 2017 auf molekulare Entladungsplasmen bei Nieder- und Atmosphärendruck, welche Sauerstoff, Stickstoff oder siliziumorganische Beimischungen enthalten. Die Adaptierung geeigneter plasmachemischer Modelle und ihre Einbindung in die hydrodynamischen, kinetischen oder hybriden Verfahren ermöglicht es, die Plasmaeigenschaften zu charakterisieren, sowie den Einfluss einzelner Spezies und der reaktionskinetischen Prozesse im Volumen oder auf den Oberflächen zu bewerten und das Verständnis der Wechselwirkung von Plasmadynamik und Strömungsdynamik zu verbessern. Die untersuchten Plasmen und Entladungen finden Anwendung in vielen Plasmatechnologien wie z.B. dem Schadstoffbau, der Ozonerzeugung, der Plasmabehandlung von Materialoberflächen und der Dünnschichtabscheidung.

Projektleiter:

Priv.-Doz. Dr. Detlef Loffhagen
Tel.: +49 3834 - 554 320
loffhageninp-greifswaldde

Publikationen


Jahr:  

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Kontakt

Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.
Felix-Hausdorff-Str. 2
17489 Greifswald

Prof. Jürgen Kolb
Forschungsschwerpunktleiter Landwirtschaft, Biomasse & Dekontamination

Tel.: +49 3834 - 554 3950
Fax: +49 3834 - 554 301

juergen.kolb@inp-greifswald.de
www.leibniz-inp.de

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