Uns interessieren Nachhaltigkeitsfragen im Kontext des Lebenslaufs von chemischen Stoffen - von Rohstofffragen über die Synthese, die Nutzung bis zum Verbleib von chemischen Stoffen und Produkten nach ihrer Nutzung. Wir forschen und lehren im Bereich der nachhaltigen Chemie und Pharmazie. Dabei interessieren wir uns besonders dafür, wie Chemie und Pharmazie auf nachhaltige Weise zur Nachhaltigkeit beitragen können.

Neben chemischen Stoffen und Produkten als solche sind auch die mit ihnen verbundenen Stoffströme für uns von Interesse, insbesondere bei den sogenannten strategischen Ressourcen (z. B. Phosphat, Seltene Erden).

Unsere Schwerpunkte sind:

• die Entwicklung eines besseren Verständnisses von nachhaltiger Chemie und nachhaltiger Pharmazie
• die nachhaltige Gestaltung chemischer und pharmazeutischer Produkte (Moleküle, Materialien)
• die Entwicklung von Konzepten wie Benign by Design und stoffliche Dissipation
• die experimentelle und praktische Umsetzung dieser Konzepte
• Schutz der Wasserressourcen vor Verschmutzung mit Arzneimitteln und Chemikalien

Wir forschen im inter- und transdisziplinären Umfeld innerhalb der Fakultät für Nachhaltigkeit mit nationalen und internationalen Kooperationen. Als Research & Education Hub sind wir ein wichtiger Teil des International Sustainable Chemistry Collaborative Center (ISC3), in dem wir in internationaler Kooperation insbesondere mit Ländern des globalen Südens Studieninhalte für Nachhaltige Chemie erarbeiten und anbieten (Education). Im Bereich Research identifizieren und bewerten wir aktuelle Trends in der Forschung mit Bezug zur Nachhaltigen Chemie. 

Wir untersuchen den Eintrag (z. B. Identifizierung relevanter Quellen) und die Verbindung sowie das Verhalten (z. B. Ausbreitung, biologischer und photochemischer Abbau) von chemischen Stoffen in der aquatischen Umwelt im Sinne einer nachhaltigen Wasserwirtschaft. Dabei beziehen den gesamten Lebenszyklus der Stoffe vom Design über die Rohstoffgewinnung sowie Anwendungsaspekte und den Verbleib zum Ende ihres Lebens von Anfang an mit ein. Daher sind wir auch sehr an der Erfassung ihrer Wirkung interessiert (z. B. Gentoxizität, Mutagenität und Bakterienoxizität). Derzeit stehen vor allem

• Pflanzenschutzmittel
• Arzneimittel
• Textilhilfsmittel und
• Nanopartikel

im Zentrum unserer Arbeiten.

Dabei gilt es, mögliche Folgeprobleme in den Blick zu nehmen, die z. B. aus dem unvollständigen Abbau der genannten Stoffe (abbaustabile Transformationsprodukte) in der Trinkwasseraufbereitung und Abwasserreinigung sowie der aquatischen Umwelt resultieren. 

Davon ausgehend ist eine zentrale Frage, wie die Reduktion von Umweltbelastungen durch Chemikalien, Arzneimittelwirkstoffe und darin enthaltene Produkte schon zu Beginn ihres Lebenslaufs gezielt berücksichtigt werden können. Hierfür ist ein umfassendes Verständnis der Funktionalität, wie auch der Umwelteigenschaften von chemischen Stoffen und Produkten notwendig. Unser zentraler Ansatzpunkt ist dabei das Konzept Benign by Design. Um eine nachhaltige Funktionalität zu erreichen, steht hierbei das gezielte Design neuer Chemikalien und Arzneimittel schon vor der ersten Synthese im Vordergrund.

Sowohl bei der Untersuchung des Verhaltens und der Wirkung von chemischen Stoffen in der aquatischen Umwelt wie auch beim Konzept Benign by Design arbeiten wir in folgenden Themenbereichen experimentell, nutzen aber auch Computermodelle:

• Spurenanalytik
• Modellierung von Stoffeigenschaften und Stoffverhalten
• Toxikologie und Ökotoxikologie
• Abbautests
  
  

Prüfung der Abbaubarkeit von Chemikalien und Arzneimitteln
u.a. nach OECD/DIN/ISO

• Closed Bottle-Test (OECD 301 D)
• manometrischer Respirationstest (OECD 301 F)
• Zahn-Wellens-Test (OECD 302 B)
• Kläranlagensimulationstest (OECD 303 A)
• Water Sediment Test
• Prüfung auf anaerobe Abbaubarkeit (in Anlehnung an DIN EN ISO 117341)
• photochemischer Abbau
• photokatalytischer Abbau
• Elektrokoagulation
• u.a.

 Toxizität
Akute und chronische Toxizität in Bakterien:

• Leuchtbakterienhemmtest mit Vibrio fischeri (30min und 20h)
• Wachstumshemmtest (Gram negativ) mit Pseudomonas putida (16h) und Vibrio fischeri (20h)
• Wachstumshemmtest (Gram positiv) mit Enteroccus faecalis      

Genotoxizität

• Ames-Test mit Salmonella typhimurium TA 98/TA 100
• Umu-Test mit Salmonella typhimurium TA 1535/ psK 1002
• Mikronukleus-Test mit CHO-Zellen, mittels FACS-Analyse
• Green Screen-Assay mit TK6-Zellen

Chemieinformatik
Struktureigenschaftsbeziehungen

• Berechnung physikalisch chemischer Eigenschaften von Molekülen
• Berechnung diverser quantenchemischer Parameter von Molekülen
• Berechnung von Toxizität und Mutagenität
• Berechnung der biologischen Abbaubarkeit
• Berechnung von Metaboliten (Säuger, Bakterien)
• gezieltes Design von Chemikalien und Arzneimitteln
• Unterstützung bei Einkaufsentscheidungen
• Produktoptimierung
• REACH

 
Stofftransportmodellierung und Bewertung

• Raum-zeitliche Analyse von Abfluss und Wasserqualität
• (R-Statistics, SigmaPlot, ArcGIS)
• Bewertung der Gewässergüte anhand Wasserqualitäts- und Quantitätsindizes (WQI, WQQI, WAI)
• Wasserqualitätsmodellierung in Seen und Reservoirs in 1D, 2D und 3D
• (LAC, MOHID Water, Ce-qual)
• Einzugsgebietsmodellierung von Hydrologie, Erosion & Sedimenttransport, Phosphoraustrag, Pestizid- und Transformationsproduktaustrag (ZIN-Sed, MOHID Land, Speichermodelle)
• Gerinnemodellierung von Wasser, Sediment, Phosphor, Pestiziden und Transformationsprodukten (ZIN-Sed, MOHID Stream)
• Szenariomodellierung und -bewertung
• Systemanalyse und Managementbewertung
• Integriertes Wasserressourcenmanagement

Analytik

• Flüssigchromatographie in Kopplung mit einem Ionenfallenmassenspektrometer
• HPLC mit UV und Fluoreszenzdetektion
• Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometer
• Ionenchromatographie