Professur für Nachhaltige Chemie und Stoffliche Ressourcen

Organisation: Professur

Organisationsprofil

FORSCHUNG UND LEHRE

Professur für Nachhaltige Chemie und Stoffliche Ressourcen

Wir forschen und lehren in den Themenfeldern nachhaltige Chemie und nachhaltige Pharmazie.

Uns interessieren Umwelt- und darüber hinaus gehende Nachhaltigkeitsfragen wie z.B. soziale und ökonomische Aspekte im Kontext des Lebenslaufs von chemischen Stoffen und Produkten. Dies reicht von der Rohstoffgewinnung, über die Nutzung bis zu ihrem Verbleib nach der Nutzung.  Auch die mit ihrer Gewinnung und Nutzung verbundenen Stoffströme sind für uns von Interesse. Neben experimentellen Arbeiten und Modellierungen erarbeiten wir auch Konzepte wie z.B. Benign by Design intendierte Dissipation. 

Wir forschen im inter- und transdisziplinären Umfeld innerhalb der Fakultät für Nachhaltigkeit mit nationalen und internationalen Kooperationen.

 

Themen

Uns interessieren Umwelt- und darüber hinaus gehende Nachhaltigkeitsfragen im Kontext des Lebenslaufs von chemischen Stoffen - von Rohstofffragen über die Synthese, die Nutzung bis zu Verbleib von chemischen Stoffen und Produkten nach ihrer Nutzung. Neben den chemischen Stoffen und Produkten als solchen sind auch die mit ihnen verbundenen Stoffströme für uns von Interesse, insbesondere bei den sogenannten strategischen Ressourcen (z.B. Phosphat, Seltene Erden).


Wir untersuchen den Eintrag (z.B. Identifizierung relevanter Quellen) in die und die Verbreitung sowie das Verhalten (z.B. Ausbreitung, biologischer und photochemischer Abbau) von chemischen Stoffen in der aquatischen Umwelt im Sinne einer nachhaltigen Wasserwirtschaft. Daher sind wir auch sehr an der Erfassung ihrer Wirkung  interessiert (z.B. Gentoxizität, Mutagenität und Bakterientoxizität).
 Derzeit stehen vor allem Pflanzenschutzmittel, Arzneimittel, Textilhilfsmittel und Nanopartikel im Zentrum unserer Arbeiten.

Leistungsangebot

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

    Fachgebiete

  • Chemie - Analytik, LC-MS/MS, Orbitrap, Iontrap, QSAR, Photooxidation, Photokatalyse
  • Biologie - Abbaubarkeit, Toxikologie
  1. 2023
  2. Erschienen

    Identification of structure-biodegradability relationships for ionic liquids - clustering of a dataset based on structural similarity

    Amsel, A. K., Olsson, O. & Kümmerer, K., 29.09.2023, in: Green Chemistry . 25, 22, S. 9226-9250 25 S.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschungbegutachtet

  3. Erschienen

    Are Si–C bonds formed in the environment and/or in technical microbiological systems?

    Rücker, C., Winkelmann, M. & Kümmerer, K., 08.2023, in: Environmental Science and Pollution Research. 30, 39, S. 91492-91500 9 S.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschungbegutachtet

  4. Erschienen

    Modernizing persistence–bioaccumulation–toxicity (PBT) assessment with high throughput animal-free methods

    Escher, B. I., Altenburger, R., Blüher, M., Colbourne, J. K., Ebinghaus, R., Fantke, P., Hein, M., Köck, W., Kümmerer, K., Leipold, S., Li, X., Scheringer, M., Scholz, S., Schloter, M., Schweizer, P. J., Tal, T., Tetko, I., Traidl-Hoffmann, C., Wick, L. Y. & Fenner, K., 01.05.2023, in: Archives of Toxicology. 97, 5, S. 1267-1283 17 S.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschungbegutachtet

  5. Erschienen

    Are Si-C bonds cleaved by microorganisms? A critical review on biodegradation of methylsiloxanes

    Rücker, C., Grabitz, E. & Kümmerer, K., 01.04.2023, in: Chemosphere. 321, 137858.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschungbegutachtet

  6. Erschienen

    Identification of environmentally biodegradable scaffolds for the benign design of quinolones and related substances

    Suk, M., Lorenz, S. & Kümmerer, K., 01.04.2023, in: Sustainable Chemistry and Pharmacy. 31, 100947.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschungbegutachtet

  7. Erschienen

    A kinetic study of the photolysis of sulfamethoxazole with special emphasis on the photoisomer

    Palm, W. U., Schmidt, N., Stahn, M. & Grimme, S., 01.03.2023, in: Photochemical and Photobiological Sciences. 22, 3, S. 615-630 16 S.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschungbegutachtet

  8. Erschienen

    Environmental degradation of human metabolites of cyclophosphamide leads to toxic and non-biodegradable transformation products

    Suk, M. & Kümmerer, K., 20.01.2023, in: Science of the Total Environment. 857, Part 3, 159454.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschung

  9. Erschienen

    Towards greener and sustainable ionic liquids using naturally occurring and nature-inspired pyridinium structures

    Suk, M. & Kümmerer, K., 07.01.2023, in: Green Chemistry . 25, 1, S. 365-374 10 S., 25.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschungbegutachtet

  10. 2022
  11. Erschienen

    Für eine neue Ganzheitlichkeit: Nachhaltige Chemie

    Kümmerer, K. & Große Ophoff, M., 28.12.2022, in: Politische Ökologie. 40, 171, S. 90 - 96 7 S.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeTransfer

  12. Erschienen

    Designing benign molecules: The influence of O-acetylated glucosamine-substituents on the environmental biodegradability of fluoroquinolones

    Lorenz, S., Suaifan, G. & Kümmerer, K., 01.12.2022, in: Chemosphere. 309, Part 2, 136724.

    Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschung