In der vorliegenden Arbeit wird die Konzeptionierung und die Realisierung eines teilkontinuierlichen Thermolyseverfahrens zur rohstofflichen Verwertung von Polyethylen- und Polypropylenabfällen beschrieben. Die Ausführung in der zweistufigen Rührkesselkaskade gewährleistete dabei die Trennung der Prozessschritte Schmelzen sowie Cracken der Einsatzmaterialien, woraus ein Thermolyseöl hervorging, welches weitestgehend frei von den Verunreinigungen aus den Abfällen war. Das Thermolyseöl wies eine Zusammensetzung aus Benzin- und Dieselkomponenten auf und erfüllte einige entscheidende Kraftstoffkriterien. Zur Senkung der qualitätsmindernden Olefingehalte wurden in einem weiteren Teil dieser Arbeit Untersuchungen zur heterogen-katalysierten Hydrierung der Siedeschnitte im Schüttgutreaktor und im Rührautoklav durchgeführt. Dabei konnten die Olefingehalte durch den Einsatz eines Palladium-Platin-Trägerkatalysators sowie durch einen Nickel-Gerüstkatalysator maßgeblich gesenkt werden. Als unerwünschtes Nebenprodukt des Thermolyseprozesses resultierte ein geringer Anteil Koks, welcher in der Schmelze akkumulierte und sich teilweise an der Reaktorwand ablagerte. Die entstandenen Mengen wiesen eine Abhängigkeit von der Prozesstemperatur und -dauer auf und mussten aus dem Prozess geschleust werden. Als weitere Nebenprodukte traten ein leichtflüchtiges Spaltgas sowie ein Sumpfrückstand auf. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die aufzuwendende Energie für den Thermolyseprozess durch die Energiegehalte der Nebenprodukte gedeckt werden kann. Neben dem Einsatz als Kraftstoff empfahl sich das Thermolyseöl aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften gerade im Hinblick auf einen nachhaltigen Umgang mit Ressourcen als beachtenswerter Ersatz für fossiles Rohöl.

Es wird ein Grundkonzept einer Besteuerung des Ressourcenverbrauchs entworfen, das eine konsequente Umlagerung des Ressourcenverbrauchs auf den Endverbraucher von Produkten und Dienstleistungen als Vision verfolgt und auf dem Weg dahin bereits funktionstüchtige Lösungen für definierte und mit Ein- und Ausfuhrkontrolle versehene Wirtschaftsräume anbietet. In einem solchen System wird durch die Ressourcensteuer nicht bestraft, wer seine Produkte exportiert. Das System ist in der Lage, die Besteuerung von Arbeit sukzessive oder komplett zu substituieren und damit zur Entwicklung eines in mehrfacher Hinsicht nachhaltigen Wirtschaftssystems beizutragen.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung von zeitabhängigen Verfestigungseffekten in Sandböden. Dies geschieht im Rahmen des Leitthemas „Modifizierung und Optimierung von Baugrund zur Ressourcenschonung“ bei der G²-Gruppe Geotechnik. Die bereits in Feld- und Laborversuchen beobachtete und untersuchte Zunahme von Festigkeits- und Steifigkeitsparametern in grobkörnigen Böden über Zeit, die nicht auf die Setzung zurückzuführen ist, wird anhand von zwei Versuchsmethoden unter Laborbedingungen untersucht. Die Versuche werden unter Betrachtung verschiedener Einflussfaktoren durchgeführt. Die verwendeten Methoden sind eine Labor-Drucksondierung und eine Ultraschalluntersuchung, deren Prüfgeräte für die Untersuchung der zeitabhängigen Verfestigungseffekte entwickelt wurden. Die Kontrolle der Geeignetheit für den Nachweis der zu untersuchenden Effekte und die damit verbundenen Anpassungen der Prüfgeräte sollen die Erstellung und Optimierung eines Versuchsprogramms ermöglichen.:Einleitung 1 Überblick 1.1 Hinweis zum Ultraschallversuch 2 Ziele 3 Grundlagen und Stand der Wissenschaft 3.1 Beschreibung des Effekts 3.2 Abgrenzung zu zeitabhängigen Verfestigungseffekten in bindigen Böden 3.3 Sand in der Geotechnik 3.3.1 Makroskopische Betrachtung geotechnischer Eigenschaften 3.3.2 Mikroskopische Betrachtung geotechnischer Eigenschaften 3.4 Kenntnisstand der Wissenschaft zum Aging-Effekt in grobkörnigen Böden 3.5 Labor- und Feldversuche zur Untersuchung von Aging-Effekten in Sandböden 4 Versuchsmethodik 4.1 Einführung 4.2 Untersuchung des Versuchsmaterials 4.2.1 Bodenkenngrößen 4.2.2 Mikroskopische Bodenuntersuchung 4.3 Labor-Drucksondierung 4.3.1 Versuchsaufbau 4.3.2 Übersicht der Versuchsreihen 4.3.3 Versuchsauswertung 5 Ergebniszusammenstellung und Auswertung 6 Fazit und Ausblick 7 Literaturverzeichnis Erklärung / The subject is the investigation of time-dependent consolidation effects in sandy soils. This takes place within the framework of the main theme 'Modification and optimization of subsoil to conserve resources' at the G²-Gruppe Geotechnik. The increase in strength and stiffness parameters in granular soils over time, which has already been observed and investigated in field and laboratory tests, and which is not due to settlement, is investigated using two testing methods under laboratory conditions. The tests are carried out considering various parameters. The methods used are a Mini-CPT and an ultrasonic examination, the test equipment of which was developed for the examination of the Aging-effect of soils. The control of the suitability for the verification of the effects to be examined and the related adaptations of the test devices should enable the designing of a test routine.:Einleitung 1 Überblick 1.1 Hinweis zum Ultraschallversuch 2 Ziele 3 Grundlagen und Stand der Wissenschaft 3.1 Beschreibung des Effekts 3.2 Abgrenzung zu zeitabhängigen Verfestigungseffekten in bindigen Böden 3.3 Sand in der Geotechnik 3.3.1 Makroskopische Betrachtung geotechnischer Eigenschaften 3.3.2 Mikroskopische Betrachtung geotechnischer Eigenschaften 3.4 Kenntnisstand der Wissenschaft zum Aging-Effekt in grobkörnigen Böden 3.5 Labor- und Feldversuche zur Untersuchung von Aging-Effekten in Sandböden 4 Versuchsmethodik 4.1 Einführung 4.2 Untersuchung des Versuchsmaterials 4.2.1 Bodenkenngrößen 4.2.2 Mikroskopische Bodenuntersuchung 4.3 Labor-Drucksondierung 4.3.1 Versuchsaufbau 4.3.2 Übersicht der Versuchsreihen 4.3.3 Versuchsauswertung 5 Ergebniszusammenstellung und Auswertung 6 Fazit und Ausblick 7 Literaturverzeichnis Erklärung

In der vorliegenden Arbeit wird die Konzeptionierung und die Realisierung eines teilkontinuierlichen Thermolyseverfahrens zur rohstofflichen Verwertung von Polyethylen- und Polypropylenabfällen beschrieben. Die Ausführung in der zweistufigen Rührkesselkaskade gewährleistete dabei die Trennung der Prozessschritte Schmelzen sowie Cracken der Einsatzmaterialien, woraus ein Thermolyseöl hervorging, welches weitestgehend frei von den Verunreinigungen aus den Abfällen war. Das Thermolyseöl wies eine Zusammensetzung aus Benzin- und Dieselkomponenten auf und erfüllte einige entscheidende Kraftstoffkriterien. Zur Senkung der qualitätsmindernden Olefingehalte wurden in einem weiteren Teil dieser Arbeit Untersuchungen zur heterogen-katalysierten Hydrierung der Siedeschnitte im Schüttgutreaktor und im Rührautoklav durchgeführt. Dabei konnten die Olefingehalte durch den Einsatz eines Palladium-Platin-Trägerkatalysators sowie durch einen Nickel-Gerüstkatalysator maßgeblich gesenkt werden. Als unerwünschtes Nebenprodukt des Thermolyseprozesses resultierte ein geringer Anteil Koks, welcher in der Schmelze akkumulierte und sich teilweise an der Reaktorwand ablagerte. Die entstandenen Mengen wiesen eine Abhängigkeit von der Prozesstemperatur und -dauer auf und mussten aus dem Prozess geschleust werden. Als weitere Nebenprodukte traten ein leichtflüchtiges Spaltgas sowie ein Sumpfrückstand auf. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die aufzuwendende Energie für den Thermolyseprozess durch die Energiegehalte der Nebenprodukte gedeckt werden kann. Neben dem Einsatz als Kraftstoff empfahl sich das Thermolyseöl aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften gerade im Hinblick auf einen nachhaltigen Umgang mit Ressourcen als beachtenswerter Ersatz für fossiles Rohöl.

Gründächer können zur Verbesserung des thermischen Milieus in Stadtgebieten beitragen, wobei der Kühleffekt durch Evapotranspiration ein wichtiger Teilaspekt ist. Die Nutzung dieser Verdunstungsleistung in längeren Trocken- und Hitzeperioden ist bei geringschichtigen Begrünungsformen bedingt durch limitiertes Retentionsvermögens stark eingeschränkt. Eine Anpassung des Schichtaufbaus hin zu größeren Aufbauhöhen sowie eine ergänzende Bewässerung können diesem Umstand entgegenwirken. Die Verwendung von Trinkwasser für die Bewässerung ist dabei jedoch weder nachhaltig noch ökonomisch sinnvoll. Ziel des durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projektes (Laufzeit 24 Monate) Projektes ist zu untersuchen, ob sich die prognostizierten bzw. unter unterschiedlichen Versuchsbedingungen in vorangegangenen Forschungsprojekten sektoral und für Extensivbegrünungen nachgewiesenen Effekte für eine einfache Intensivbegrünung in einer typischen, gebauten Dachbegrünungssituation unter realen klimatischen Bedingungen durch eine Bewässerung mit aufbereitetem Grauwasser verstetigen und optimieren lassen. Hierfür wird in Langzeitversuchen eine einfache Intensivdachbegrünung unter realen Einbau-, unterschiedlichen Betriebsbedingungen und dem Einfluss wechselnder hydraulischer Belastungen untersucht. Mit dem Einsatz von vorbehandeltem Grauwasser als nachhaltige Bewässerungsoption wird darüber hinaus die durch den Stoffeintrag bedingte Einflussnahme auf die Leistungsfähigkeit des Bodenkörpers beschrieben. Die Ergebnisse sollen in der Zusammenschau Auskunft über den Umfang der Auswirkung von Bewässerung auf das Retentionsvermögen, das Evapotranspirationspotential und die Bauklimatik sowie das Erscheinungsbild von Gründächern mit einfacher Intensivbegrünung geben. Für die prognostizierte Entwicklung der klimatischen Gegebenheiten in Städten will das Projekt Ansätze zum Erhalt der Vitalität und dem optimierten Beitrag zu Stadtklima und Urbanhydrologie von Gründächern entwickeln. Die Besonderheit des Forschungsansatzes liegt in der Untersuchung und Auswertung aller Teilaspekte in einer Anlage, welche die Identifikation von Synergien und Divergenzen zwischen den genannten Potentialen und Einflussfaktoren ermöglicht. Untersuchungsgegenstand sind 21 je 3,5 m² großen Forschungsfelder, die in eine 240 m² große Einfache Intensivdachbegrünung eines Daches im Botanischen Garten der TU Dresden integriert wurden. Die Forschungsfelder sind mit zwei unterschiedlichen Staudenmischungen bepflanzt und in drei Regimen (maximal feucht, mittel, minimal feucht), orientiert am Wasserhaltevermögen des Substrates, mit aufbereitetem Grauwasser bewässert. Der Zustand und die Entwicklung der Vegetation wird in den Forschungsfeldern im zweiwöchentlichen Turnus erfasst und dokumentiert. Zur Erfassung des zulaufenden Wassers, der Wassergehalte im Dachsubstrat sowie des Überlaufs sind die Forschungsfelder mit Sensoren ausgestattet. Zusätzlich werden die Temperaturen an der Dachhaut, in verschiedenen Niveaus des Gründachaufbaus und des Pflanzenbestandes erfasst. Eine Klimastation stellt Informationen zu Niederschlag und verdunstungsrelevanten atmosphärischen Messgrößen bereit, ein Infrarotsensor erfasst Wärmeströme der Pflanzung auf dem Dach. Die Wasserqualität im Zulauf und Ablauf des Daches sowie im Substrat werden regelmäßig sowie ereignisbezogen beprobt. Das Messsystem wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Dem Bericht liegt im wesentlichen die Auswertung der Messergebnisse der Vegetationsperiode 2022 zu Grunde. Die Ergebnisse des hinsichtlich des Witterungsverlaufs sehr trockenen und heißen Jahres zeigen deutlich, dass die Vitalität und Ästhetik Einfacher Intensivdachbegrünungen im Vergleich zu den geringer bzw. nicht bewässerten Referenzfeldern verbessert werden kann, je kontinuierlicher das Wasserdargebot im Bereich der maximalen Feldkapazität gehalten wird. In der Auswertung wurde jedoch auch deutlich, dass keine Linearität zwischen Vitalität und Bewässerungsmenge besteht, sondern mit der medialen Bewässerung Bewertungen erzielt werden konnten, welche z.T. nur leicht hinter der maximalen Bewässerung zurücklagen. Selbst in Feldern mit minimalem Bewässerungsregime kann im Vergleich zu Flächen mit trockenheitsverträglichen Arten ganzjährig noch ein zufriedenstellendes Erscheinungsbild und eine sommerliche Blütenbildung erreicht werden. Mit den erhöhten Bewässerungsmengen kann darüber hinaus artspezifisch die Wuchshöhe, respektive das potentiell verdunstende Vegetationsvolumen gesteigert werden. Nachteilige Auswirkungen auf das Erscheinungsbild der Vegetation durch die Bewässerung mit vorgefiltertem Grauwasser konnten bis zur Vegetationsperiode 2022 nicht festgestellt werden. Dachbegrünungen können ein wichtiger Baustein eines urbanen Wasserhaushalts sein, der an natürliche Verhältnisse angenähert ist. Dabei steigert Bewässerung die Verdunstungskomponente deutlich und gleicht die geringe Speicherfähigkeit des Dachsubstrats aus. Kontinuierlich anfallendes Grauwasser eignet sich für die Bewässerung und die Bewässerungsmengen können im Hinblick auf eine maximale Verdunstungsleistung optimiert werden. Durch die durchschnittlich höhere Wasserspeicherung des Substrats in Folge der Bewässerung, kann aber bei Regen weniger Wasser zurückgehalten werden und es kommt zu höheren Abflussspitzen und -volumen. Eine Optimierung, die Regenrückhalt und Verdunstungssteigerung berücksichtigt, muss also zwischen diesen beiden Zielen ausgleichen. Die Stoffumsatzprozesse und Aufkonzentrierung bewirken hohe Nitrat und organische Stoffgehalte im Abflusswasser aus Dachbegrünungen, die für eine Wiederverwendung oder Einleitung in Gewässer oder Boden berücksichtigt werden sollten. Gründächer werden aktuell vornehmlich als extensive Konstruktionen, d.h. in dünnschichtiger Bauweise mit trockenheitsresistenter Bepflanzung und ohne Bewässerung realisiert. Die bauklimatischen Untersuchungen zeigen, dass eine erhebliche Kühlwirkung von Gründachkonstruktionen nur dann vorhanden ist, wenn eine geeignete Bewässerung umgesetzt wird. Der Hauptanteil der Kühlwirkung kann auf die deutlich erhöhte Wärmespeicherfähigkeit zurückgeführt werden, welche im vorliegenden Projekt mit der medialen Bewässerung schon fast die maximale Wirkung zeigt. Die Maximalbewässerung bringt im Vergleich dazu nur noch einen marginalen Effekt. Der Kühleffekt aus der Verdunstung von den Blattoberflächen (Evapotranspiration) steht einem strahlungseintrags- und abstrahlungsvermindernden Effekt des Blätterdachs gegenüber und ist betragsmäßig weit unter dem Effekt der Speicherfähigkeit angeordnet. Dennoch ist das vitale Blätterdach auch für die Erhaltung des gespeicherten Wassers im Substrat zuträglich, weil es die direkte Verdunstung aus dem Substrat reduziert. Die Ergebnisse der Mikroklimamessungen leisten einen wichtigen Beitrag zum Erkenntnisgewinn hinsichtlich der Wirkung einer kontrollierten Bewässerung auf die thermischen Verhältnisse auf einem Gründach. Die Installation einer ortsfesten Dauererfassung der räumlich verteilten Oberflächen-temperatur des Gründachs hat sich als entscheidende Datenquelle für den Erkenntnisgewinn erwiesen. Die Mikroklimauntersuchungen auf dem Gründach zeigen einen klaren Zusammenhang von unterschiedlich intensiver Bewässerung und der daraus resultierenden Grünvolumendichte mit der Verteilung der Gründachtemperatur. Je nach Bewässerungsintensität treten an einem sonnigen Sommertag Temperaturunterschiede von 1,5 °C im Mittel und bis 10 °C im Maximum auf. Im Vergleich zum unbewässerten Bereich reduziert sich die Temperatur auf dem Gründach bis zu 5,2 °C im Mittel und um bis zu 28 °C im Maximum. Die größten Tempertaturunterschiede ergeben sich zwischen Feldern mit mittlerer und geringer Bewässerung. Hohe Wasserzugaben führen nicht zwangsläufig zu einer linearen Absenkung der Gründachtemperatur. Der Gebäudeschatten wirkt sich ebenso reduzierend auf Temperatur und Verdunstung und damit günstig auf das Pflanzenwachstum aus. Dies sollte bei der Planung von Gründächern beachtet werden. In der Querschnittsbetrachtung ist festzustellen, dass die Bewässerung positive Auswirkungen auf die Vegetationsentwicklung, die Verdunstungsleistung und Kühlungswirkung von Dachbegrünungen hat. Dem gegenüber stehen eine verringerte Retentionsleistung und ein erhöhter Stoffaustrag in Folge erhöhter Abflüsse bei Regenereignissen. Eine optimierte Bewässerung sollte entsprechend diese Systemleistungen gegeneinander abwägen und priorisieren.

Der gegenwärtig vorhandene Gebäudebestand prägt entscheidend unsere urbane Umwelt und bestimmt maßgeblich deren Qualität. Darüber hinaus binden Bestandsgebäude wertvolle stoffliche und energetische Ressourcen, welche für deren Errichtung eingesetzt wurden. Der verantwortungsbewusste und zukunftsorientierte Umgang mit unserer Umwelt gebietet generell die Erhaltung dieser Ressourcen. Darin eingeschlossen sind die Meisten der zahlreich vorhandenen Bauwerke, die gegenwärtig ungenutzt brach liegen. Dies gilt in Ostdeutschland insbesondere für Fabrikgebäude. Es bedarf des grundsätzlichen Nachweises des diesen Gebäuden innewohnenden Wertes, welcher im Rahmen der vorliegenden Arbeit geführt wird. Dabei werden auch bislang in der üblichen Betrachtung unberücksichtigte, allerdings wesentliche, Gebäudewerte qualitativ dargestellt, sodass damit eine Brache exakter und förderlicher bewertet werden kann. Darin kann der Schlüssel für eine zukünftig erfolgreichere Weiternutzung von Brachen liegen. Für eine erfolgsorientierte Projektentwicklung im Bestand ergibt sich mit der neu eingeführten „Methode des Strukturabgleichs“ zur Findung bestandskonformer Weiternutzungen eine neue praxisorientierte Herangehensweise. Beispielhaft werden dazu erste verschiedene Fabrikarten in ihrer Funktionsweise einschließlich der daraus resultierenden statischbaukonstruktiven Ausformungen analysiert und so Gebäudetypen definiert. Über die Festlegung maßgebender struktureller Gebäudeparameter werden für die typisierten Bestandsgebäude die zugehörigen Strukturdaten ermittelt, sodass der Abgleich mit den hauptsächlichen Eigenschaften heute nachgefragter Nutzungsanforderungen erfolgen kann. Die auf wesentliche Strukturdaten reduzierte und daher einfach handhabbare „Methode des Strukturabgleichs“ erlaubt Aussagen zur wirtschaftlich optimierten Bestandsaktivierung und ist damit auch eine Grundlage zur Minimierung statischbaukonstruktiver Eingriffe in die Bausubstanz. Die vorliegende Arbeit leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Ermöglichung bestandskonformer Weiternutzungen brach liegender Fabrikgebäude und trägt so zur Erhaltung wertvoller baulicher Ressourcen sowie zur Verbesserung der urbanen Qualität unserer Umwelt bei.

Der gegenwärtig vorhandene Gebäudebestand prägt entscheidend unsere urbane Umwelt und bestimmt maßgeblich deren Qualität. Darüber hinaus binden Bestandsgebäude wertvolle stoffliche und energetische Ressourcen, welche für deren Errichtung eingesetzt wurden. Der verantwortungsbewusste und zukunftsorientierte Umgang mit unserer Umwelt gebietet generell die Erhaltung dieser Ressourcen. Darin eingeschlossen sind die Meisten der zahlreich vorhandenen Bauwerke, die gegenwärtig ungenutzt brach liegen. Dies gilt in Ostdeutschland insbesondere für Fabrikgebäude. Es bedarf des grundsätzlichen Nachweises des diesen Gebäuden innewohnenden Wertes, welcher im Rahmen der vorliegenden Arbeit geführt wird. Dabei werden auch bislang in der üblichen Betrachtung unberücksichtigte, allerdings wesentliche, Gebäudewerte qualitativ dargestellt, sodass damit eine Brache exakter und förderlicher bewertet werden kann. Darin kann der Schlüssel für eine zukünftig erfolgreichere Weiternutzung von Brachen liegen. Für eine erfolgsorientierte Projektentwicklung im Bestand ergibt sich mit der neu eingeführten „Methode des Strukturabgleichs“ zur Findung bestandskonformer Weiternutzungen eine neue praxisorientierte Herangehensweise. Beispielhaft werden dazu erste verschiedene Fabrikarten in ihrer Funktionsweise einschließlich der daraus resultierenden statischbaukonstruktiven Ausformungen analysiert und so Gebäudetypen definiert. Über die Festlegung maßgebender struktureller Gebäudeparameter werden für die typisierten Bestandsgebäude die zugehörigen Strukturdaten ermittelt, sodass der Abgleich mit den hauptsächlichen Eigenschaften heute nachgefragter Nutzungsanforderungen erfolgen kann. Die auf wesentliche Strukturdaten reduzierte und daher einfach handhabbare „Methode des Strukturabgleichs“ erlaubt Aussagen zur wirtschaftlich optimierten Bestandsaktivierung und ist damit auch eine Grundlage zur Minimierung statischbaukonstruktiver Eingriffe in die Bausubstanz. Die vorliegende Arbeit leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Ermöglichung bestandskonformer Weiternutzungen brach liegender Fabrikgebäude und trägt so zur Erhaltung wertvoller baulicher Ressourcen sowie zur Verbesserung der urbanen Qualität unserer Umwelt bei.