Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Photokatalytischen Systems zur effizienten simultanen Erzeugung von sauberem Wasser und Wasserstoff für eine ökologische Landwirtschaft (ECOSAFEFARMING) |
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| Titel (englisch): | Development and testing of a novel photocatalytic System of efficient cogeneration of clean water and Hydrogen for ecosafe agriculture. |
| Akronym: | ECOSAFEFARMING |
| Beschreibung (dt.): | Der effektive Einsatz von Wasser und Energie sind Grundpfeiler einer nachhaltigen Landwirtschaft. Mit Hilfe eines neuartigen Solar- und UV-getriebenen photokatalytischen Reaktors (PCED-Reaktor) soll mit Hilfe von Sonnenlicht Abwasser auf nachhaltige Weise recycelt und in hygienisch einwandfreier Form für die Landwirtschaft bereit gestellt werden. Der bei diesem Prozess erzeugte Wasserstoff kann für die Energieversorgung der Agrarbetriebe selbst oder andere Nutzer verwertet werden. Der Einsatz von elektrochemisch aktiven Oberflächen und Membranen kann aber u.a. durch Fouling- und Scalingprozesse, insbesondere durch mikrobielle Besiedelung nachhaltig beeinträchtigt werden. Deshalb ist das Teilprojekt der BTU auf die Untersuchung dieser Prozesse, den Einfluss von Reaktordesign und Prozessbedingungen und vor allem auf Möglichkeiten der Verhinderung von scaling und fouling gerichtet. Zunächst werden die Entwicklung von Ablagerungen und Biofilmen im Labormaßstab in Abhängigkeit von Reaktordesign und verschiedener Prozessparameter (z.B. Lichtquellen, Hydrodynamik) untersucht. Betrachtet werden die Bildung, sowie Änderungen von Struktur und Zusammensetzung der Beläge u.a. mit Hilfe von REM-EDX (Identifikation von mineralischen Ablagerungen) und dreidimensional hoch aufgelöster Beschreibung von Biofilmstrukturen und -aktivitäten durch in situ Fluoreszenzmarker. Zusätzlich sollen die wichtigsten Bakterienspezies mit Hilfe molekularbiologischer Techniken (PCR und qPCR gestützt, bedarfsweise auch Fish) identifiziert werden. Mit Hilfe der erzielten Ergebnisse werden Reaktordesign und die Prozessführung optimiert. Die Resultate sind auch Grundlage für nachfolgende Optimierungsschritte z.B. durch Änderungen der Oberflächen oder Membranstrukturen (Materialanpassung, Coating). Die Ergebnisse aus den Laborversuchen werden in weiteren Schritten mit realen Wässern und komplexeren Prozessführungen verifiziert, weiter optimiert und im Pilotmaßstab erprobt. |
| Beschreibung (engl.): | The efficient use of water and energy are basic prerequisites for sustainable agriculture. In this project, novel solar and UV driven photocatalytic reactors will be developed for hygienization and recycling of treated wastewater in agriculture. In the photocatalytic process, hydrogen is formed as a second product. The hydrogen can be used either in agriculture itself or by external users. However, scaling and fouling processes can strongly reduce the efficiency of electrochemical active surfaces and membranes. The individual subproject of BTU is therefore focused on the investigation of such scaling and fouling processes. The subproject also studies the effects of reactor design and process conditions on scaling and fouling with the aim to reduce the formation of surface layers. In a first lab scale study, the BTU subproject will investigate the development of surface layers and biofilms depending on rector design and different process parameters such as light sources and hydrodynamic conditions. Biofilm formation as well as alterations in structure and/or composition are studied with different techniques, e.g. - REM-EDX (to identify mineral deposits) and high resolution three dimensional structure and activity imaging. The main bacterial species will be identified with the help of PCR and qPCR techniques. This investigation is a prerequisite for further optimization of reactor and process design as well as for optimization of membrane structures and surface properties. |
| Ergebnis (dt.): | Der effektive Einsatz von Wasser und Energie sind Grundpfeiler einer nachhaltigen Landwirtschaft. Mit Hilfe eines neuartigen Solar- und UV-getriebenen photokatalytischen Reaktors (PCED-Reaktor) wurde eine Technologie entwickelt, mit der Abwasser auf nachhaltige Weise aufbereitet und in hygienisch einwandfreier Form für die Landwirtschaft bereitgestellt werden kann. Die Hygienisierung wird dabei durch wechselnde extreme pH-Werte (pH 4 und pH 11) in Kombination mit photokatalytisch erzeugtem Chlor erreicht. Bei diesem Prozess wird gleichzeitig Wasserstoff erzeugt, welcher entweder für die Energieversorgung der Agrarbetriebe selbst verwendet werden kann oder für andere Nutzer zur nachhaltigen Erzeugung von Energie und Rohstoffen zur Verfügung gestellt wird. Am Gesamtprojekt waren 4 Partner aus 3 Europäischen und Nordamerikanischen Ländern (Deutschland, Türkei, Spanien, Kanada) beteiligt. |
| Ergebnis (engl.): | The efficient use of water and energy are basic prerequisites for a sustainable agriculture. With the help of a novel solar and UV-driven photocatalytic reactor (PCED reactor), a technology has been developed that can be used to treat waste water in a sustainable manner and to provide it in a hygienically form for agriculture. In the photocatalytic cell, the hygienization is achieved by changing extreme pH values (pH 4 and pH 11) in combination with photocatalytically produced chlorine. This process simultaneously produces hydrogen, which can either be used for the energy supply of the farms itself or is made available to other users for the sustainable production of energy and raw materials. The overall project involved 4 partners from 3 European and North American countries (Germany, Turkey, Spain, Canada). |
| Laufzeit: | Beginn: 01.06.2017 / Ende: 31.12.2020 |
| Ausf. Einrichtung: | Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg - Fakultät Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik - Lehrstuhl Biotechnologie und Wasseraufbereitung, Cottbus |
| Förderprogramme: | EU-Forschung |
| Schlagworte: | Ressourcenschutz, Ressourceneffizienz, resource protection, resource efficiency, Wasser (Wasserschutz, Wasserhaushalt), water (water protection, water supply system), Mikroorganismen, microorganisms, Bewässerung, irrigation |
| Stichpunkte: | WaterWorks2015 (Cofunded Call) |
| Förderkennzeichen: | 2816ERA05W |
| Dokument zum Download: | 2816ERA05W_Abschlussbericht Ecosafefarming.pdf (1 MB) 2816ERA05W_Kurzfassungen (de/en) Ecosafefarming.pdf (69,2 KB) 2816ERA05W_Steckbrief Ecosafefarming.pdf (205,5 KB) |
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