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Glycol lignin | A Japanese consortium led by Lignomateria Co. has inaugurated a demonstration plant in Ibaraki Prefecture for the production of glycol lignin. The technology, based on work at Japan&rsquo;s Forest Research Institute, uses polyethylene glycol (PEG) and dilute sulphuric acid at 140 &deg;C to extract lignin from Japanese conifer trees. PEG preserves wood during processing. The annual production capacity is 100 tonnes and could be scaled up to several thousand tonnes. Prototypes of automobile hoods and biodegradable materials for 3D printers have been produced from glycol lignin. The annual consumption of plastics in Japan is about ten million tonnes; calculated from the growth rates of conifer forests in Japan, glycol lignin-based materials could possibly contribute more than two million tonnes.
Carbon market | China is attempting to build a nationwide carbon market. China&rsquo;s 4540 operating coal plants generate over 1,000 gigawatts, about half of the global coal power capacity, and generate 62 % of China&rsquo;s electricity, contributing over 40 % of the nation&rsquo;s energy-related CO2 emissions. A team from China&rsquo;s coal industry and academia has investigated how carbon pricing will effect the financial sustainability and lifetime change of each plant. They conclude that even with a low initial carbon price of 50 CN&yen; (6.6 &euro;) per ton of CO2 growing at 4 % per year and the permits being fully auctioned, the average residual lifetime of all the plants will be reduced by 5.4 years, and the CO2 emission from 2020 to 2050 will be reduced by 22.7 billion tonnes.
Hydrogen as a fuel | According to the China Hydrogen Alliance, by the end of 2020 China had 7352 fuel cell vehicles and 101 hydrogen fuel stations in operation, ranking second in the world after Japan. By 2050, China&rsquo;s hydrogen demand is estimated to rise to about 60 million tonnes. Sinopec, one of the largest petroleum companies in China and the owner of some 30 000 petrol stations, has announced its intention to accelerate its energy business with hydrogen energy and transform itself into the world&lsquo;s leading clean energy company. To this end, the company plans to install 1000 hydrogen refuelling stations and 5000 charging and swapping stations by 2025.
Rolf Schmid, <a href="https://www.bio4business.eu" target="_blank" rel="noopener">www.bio4business.eu</a>

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Window to Asia

Glycol lignin | A Japanese consortium led by Lignomateria Co. has inaugurated a demonstration plant in Ibaraki Prefecture for the production of glycol lignin. The technology, based on work at Japan’s Forest Research Institute, uses polyethylene glycol (PEG) and dilute sulphuric acid at 140 °C to...

Mikroplastik lässt sich zentral in einer Kläranlage entfernen, bevor es in weitere Gewässer und etwa aus marinen Ökosystemen in den menschlichen Körper gelangt. Welche Verfahren wie funktionieren und woran noch zu forschen ist.
Die mechanische und biologische Reinigung in Kläranlagen reduziert derzeit die Menge an Mikroplastikpartikeln um durchschnittlich 88 Prozent.1) Kunststoffteilchen unter 20 Mikrometer Durchmesser gelangen aus Kläranlagen aber weiterhin in Gewässer. Deshalb nutzen manche Betreiber zusätzliche Filtertechniken, um die Abtrennung zu verbessern. Vereinzelt verwenden sie chemische Reinigungsverfahren, weitere sind in der Forschung und Entwicklung.Chemische Verfahren lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: solche, die das Abtrennen von Mikroplastik erleichtern, und solche, die Kunststoffe abbauen. Beide Wege sind weiter zu differenzieren (Abbildung rechts).<figure><img src="https://media.graphcms.com/Q3JRZymwR3WwnXcBG7kP"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Systematisierung chemischer Verfahren, die Mikroplastik beseitigen.</figcaption></figure>
<h2>Chemisch agglomerieren</h2>Chemische Flockung erleichtert es, Mikroplastik abzutrennen, da sie bei der Sedimentation im Nachklärbecken Feststoffpartikel vergrößert. Häufig werden dabei Aluminium- und Eisensalze eingesetzt. Diese destabilisieren suspendierte Mikrokunststoffpartikel und bilden beispielsweise durch basische Fällung voluminöse Niederschläge, die weitere Kunststoffpartikel adsorbieren. Zusätzlich können hochmolekulare Polyelektrolyte die Mikropartikel vernetzen, wodurch große, leicht filtrierbare Flockencluster entstehen. Damit sind Reinigungsgrade zwischen 50 und 90 Prozent möglich.2,3)Die Gruppe um Schuhen entwickelte einen Sol-Gel-Prozess auf Basis von Organotrichlorsilanen, der ähnliche Effekte nutzt: Durch Hydrolyse und Polykondensation bilden diese zunächst kleine Kolloide im Wasser (Sol); dreidimensionales Vernetzen führt zum Gel. Dabei wachsen die Teilchen agglomerierend um die Polymerpartikel und dazwischen. Die hochvernetzten Festkörper haben bis zu 10 000-fach größere Volumina als die Teilchen, was es einfacher macht, sie zu entfernen (Abbildung S. 48 oben).4)<figure><img src="https://media.graphcms.com/2wLp3poYTPCGUXn4TMNk"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Sol-Gel-Prozess zur Mikroplastikagglomeration und erleichterten Entfernung. RG: reaktive Gruppe, Org.: organische Gruppe. Abbildung: Wasser 3.012)</figcaption></figure>
Die Reinigungseffizienz beträgt bei Polyethylen und Polypropylen mit den richtigen Organosilanen mehr als 95 Prozent.4,5)<h2>Elektrisch koagulieren</h2>In der Elektrokoagulation werden an der Anode positiv geladene Metallionen (meist Fe2+ und Al3+) ins Wasser freigesetzt. Die Kathode führt Elektronen zu, wobei das Wasser dissoziiert und Hydroxidionen entstehen. Die entstehenden Metallhydroxide führen zur Flockung. Der bei der Wasserdissoziation entstehende Wasserstoff treibt die Flocken an die Wasseroberfläche. Dort lassen sie sich abtrennen.Die Elektrokoagulation erreicht bisher eine Entfernungseffizienz bis zirka 85 Prozent. Vorteile des elektrochemischen Prozesses sind unter anderem die Umweltverträglichkeit, die Automatisierbarkeit sowie die Energie- und Kosteneffizienz des Verfahrens. Nachteilig ist der hohe Elektrodenverschleiß.6)<h2>Magnetisch sammeln</h2>Eine weitere Möglichkeit, Mikroplastik abzutrennen, sind magnetisierte Komposite [diese Nachrichten, S. 43]. Ein Beispiel sind Trennpartikel aus superparamagnetischen Eisenoxidkernen (Fe2O3, Hämatit) und einer porösen Silikathülle. Diese Partikelzusammensetzung ermöglicht, die Teilchen magnetisch zu entfernen und die Oberflächen des Konstrukts weiter zu funktionalisieren. Dafür modifizieren polyoxometallatunterstützte ionische Flüssigkeiten (POM-ILs) die Oberflächen. Die POM-ILs-Schicht kann aufgrund hydrophober Wechselwirkungen organische, anorganische und Mikroplastik-Verunreinigungen binden (untere Abbildung).7)<figure><img src="https://media.graphcms.com/lWSpRnguRvqEAf85tkBE"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Magnetische Komposite, um Mikroplastik zu binden und zu entfernen. Links: Polystyrolkugel, beladen (rot gestrichelte Linie); Mitte und rechts: Testlösungen vor und nach der Mikroplastikentfernung.7)</figcaption></figure>
Theoretisch lassen sich die Abwassermengen einer Kläranlage mit diesem Verfahren behandeln; die Technik ist aber noch im Labormaßstabstadium.<h2>Chemisch-oxidativ arbeiten</h2>In der Photokatalyse adsorbieren nanostrukturierte Halbleiter energiereiche Photonen und erzeugen dadurch Elektronen-Loch-Paare (Exzitone). Diese reagieren mit umgebenden Sauerstoffmolekülen und Wasser zu hochreaktiven Spezies wie Superoxiden (O2−) und Hydroxylradikalen (OH·). Diese führen zum oxidativen Teilabbau der Polymerketten, wobei sich neue funktionelle Gruppen bilden, darunter Carbonyl-, Hydroperoxid- und Peroxidgruppen.8) Nach 18 Stunden Behandlung sind allerdings nicht einmal 7 Prozent eines Partikels abgebaut.9) Zudem zerfallen die Kunststoffe in kleinere Teilchen (Nanoplastik) und sind weiterhin in der Umwelt vorhanden. Somit ist das Verfahren zurzeit ungeeignet, um Kunststoff zu beseitigen.Auch die in der Abwassertechnik etablierte Ozonierung und Chlorierung bauen Mikroplastik oxidativ ab. Ähnlich wie in der Photokatalyse werden die Partikel zersetzt, und es entstehen Verbindungen mit sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen. Allerdings können aufgrund der Transformation einiger Abwasserinhaltsstoffe toxikologische Oxidationsnebenprodukte entstehen. Um diese Stoffe zu entfernen, wäre ein zusätzlicher Behandlungsschritt notwendig.10) Des Weiteren sind die bei der Chlorierung entstandenen Kohlenstoff-Chlor-Bindungen gegenüber weiterem Abbau resistent, sodass die Partikel in der Umwelt bleiben.11) Daher ist die Chlorierung als ungeeignet einzustufen.<h2>INFO: Mikroplastik – woher und wohin</h2>Für die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (Efsa) und einige Forscher besteht Mikroplastik aus Polymerpartikeln kleiner 5 mm, für viele Meeresforscher gilt dies kleiner 1 mm. Gelangen die Partikel in die Nahrungskette, gehören zu den Schäden falsche Sättigung, beeinträchtigte Fortpflanzung, verringerte Wachstumsrate und Krankheiten wie Krebs.Primäres Mikroplastik wird gezielt hergestellt. Sekundäres Mikroplastik entsteht durch chemische, physikalische und biologische Einflüsse. Größte Primärquelle sind Pelletverluste: 182 Gramm je Einwohner und Jahr (g·EW–1·a–1). Als Maßnahme dagegen sind Auswaschungen an Produktions- und Verarbeitungsstandorten zu unterbinden.Die größte Masse an Mikroplastik gelangt in Deutschland sekundär durch Reifen- und Bitumenabrieb ins Wasser (1450 g·EW–1·a–1). Straßennahe Spezialfilter könnten hier helfen. Im Haushaltsabwasser dominiert der Faserabrieb von Textilien (77 g·EW–1·a–1), den Waschmaschinenfilter abtrennen könnten. Inhaltsstoffe von Hygieneartikeln und Kosmetika liefern den Kläranlagen eine eher unbedeutende Partikelfracht (4,6 g·EW–1·a–1).<h2>Die Autoren</h2>Den Beitrag haben Markus Miller (oben) und Thomas Osterland verfasst. Miller hat im April den Bachelorstudiengang Umwelt- und Verfahrenstechnik an der Hochschule Augsburg abgeschlossen. Osterland ist promovierter Chemiker und seit dem Jahr 2015 Professor für chemische Technologie an der Hochschule Augsburg in der Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Mit Mikroplastik befasst er sich in Wasser-, Abwasser- und Umwelttechnik sowie über die Betreuung von Abschlussarbeiten wie Millers Bachelorarbeit „Überblick über die weitergehenden Reinigungsverfahren zur Mikroplastikentfernung aus Kläranlagen“.<div><img src="https://media.graphcms.com/wq4mAxRwSMC3nM9ScYDS">

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<ul class="references"><li>
1 P. U. Iyare, S. K. Ouki, T. Bond, Environ. Sci.: Water Res. Technol. 2020, 6, 2664</li><li>
2 G. Zhou, Q. Wang, J. Li et al., J. Zhang, Sci. Total Environ. 2021, 752 (141837)</li><li>
3 B. Ma, W. Xue, Y. Ding et al., J. Environ. Sci. 2019, 78, 267</li><li>
4 A. F. Herbort, M. T. Sturm, K. Schuhen, Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018, 25, 15226</li><li>
5 M. T. Sturm, A. F. Herbort, H. Horn, K. Schuhen, Environ. Sci. Pollut. Res. 2020, 27, 10888</li><li>
6 W. Perren, A. Wojtasik, Q. Cai, ACS omega 2018, 3, 3357</li><li>
7 A. Misra, C. Zambrzycki, G. Kloker et al., Angew. Chem. 2020, 132, 1618</li><li>
8 W. Liang, Y. Luo, S. Song, X. Dong, X. Yu, Polymer Degradation and Stability 2013, 98, 1754</li><li>
9 M. C. Ariza-Tarazona, J. F. Villarreal-Chiu, V. Barbieri, C. Siligardi, E.I. Cedillo-González, Ceram. Int. 2019, 45, 9618</li><li>
10 C. Baresel, M. Harding, J. Fång, Applied Sciences 2019, 9, 710</li><li>
11 M. S. El-Shahawi, A. Hamza, A. S. Bashammakh et al., Talanta 2010, 80, 1587</li><li>
12 M. Sturm, M. Rudloff, P. Bimmler et al.,Wassertechnik (WWT) 2018, Modernisierungsreport, 45</li></ul>

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