600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Refine
Year of publication
Document Type
- Article (42)
- Master's Thesis (15)
- Part of a Book (14)
- Bachelor Thesis (9)
- Report (8)
- Other (5)
- Book (3)
- Study Thesis (2)
- Working Paper (1)
Has Fulltext
- yes (99)
Keywords
- Biogas (5)
- Diabetes mellitus Typ 1 (4)
- Sonnenenergie (4)
- Erneuerbare Energien (3)
- HIV (3)
- Informationsverhalten (3)
- Optimization (3)
- Smart Energy (3)
- Agricultural Farms (2)
- Bioenergie (2)
Faculty
- Fakultät 12 / Institut für Technologie und Ressourcenmanagement in den Tropen und Subtropen (17)
- Fakultät 09 / Cologne Institute for Renewable Energy (12)
- Fakultät 09 / Institut für Rettungsingenieurwesen und Gefahrenabwehr (12)
- Angewandte Naturwissenschaften (F11) (9)
- Fakultät 09 / Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik (7)
- Fakultät 03 / Institut für Informationswissenschaft (6)
- Fakultät 09 / Institut Anlagen und Verfahrenstechnik (5)
- Fakultät 10 / :metabolon Institut (5)
- Fakultät 07 / Institut für Nachrichtentechnik (4)
- Fakultät 09 / Institut für Technische Gebäudeausrüstung (3)
Diese Arbeit wertet Leistellendaten von zwei Landkreisen aus und untersucht dabei, welche Veränderung hinsichtlich der mittleren Anzahl und Dauer von Rettungsdiensteinsätzen im Zeitraum der COVID-19-Pandemie aufgeteilt nach Stunden- und Tageskategorien besteht. Anschließend werden die Veränderungen von Anzahl und Dauer beider Landkreise verglichen, um diese auf Unterschiede zu prüfen. Da in der aktuellen Literatur unzureichend dargelegt ist, wie Veränderungen des Einsatzanzahl oder -dauer im Rettungsdienst zwischen Kreisen sowie über die Tage und Tagesstunden verteilt sind, trägt diese Untersuchung dazu bei diese Forschungslücke zu schließen. Die statistische Auswertung der Leitstellendaten umfasst mehrere Schritte, sodass zuerst eine Aufbereitung durchgeführt wird, bevor die mittlere Einsatzanzahl und -dauer für vier Zeiträume sowie die prozentuale Veränderung zwischen einem Zeitraum vor und drei Zeiträumen während der Pandemie ermittelt werden. Im Anschluss wird die Veränderung mittels Kruskal-Wallis-Test beziehungsweise Varianzanalyse nach Welch auf Signifikanz überprüft. Abschließend erfolgt ein qualitativer Vergleich zwischen den Kreisen. Die Untersuchung zeigt, dass hinsichtlich Einsatzanzahl und -dauer zu allen drei Zeitraumen in der Pandemie Zu- und Abnahmen auftreten. Die Anzahl nimmt zum ersten Zeitraum in beiden Kreisen überwiegend ab, sowie zum vierten Zeitraum mehrheitlich zu, während zum zweiten Zeitraum im Lahn-Dill-Kreis eine häufigere Abnahme und im Main-Taunus-Kreis eine geringfügig überwiegende Zunahme vorliegt. Die Einsatzdauer unterliegt zum zweiten Zeitraum im Lahn-Dill-Kreis einer überwiegenden Zunahme und im Main-Taunus-Kreis einer überwiegenden Abnahme, während zum dritten sowie vierten Zeitraum in beiden Kreisen einer Steigerung stattfindet. Im Vergleich beider Gebietskörperschaften zeigen bei der Einsatzanzahl die Veränderungen zum zweiten und vierten Zeitraum und bei der Dauer die Veränderungen zum dritten und vierten Zeitraum mit der Mehrheit der Stundenkategorien Gemeinsamkeiten. Das Pandemiegeschehens sowie die nichtpharmazeutischen Interventionen sowie deren Folgen stellen Faktoren für die Veränderung von Einsatzanzahl und -dauer dar. Die geografische Lage sowie die lokale Ausgestaltung von Rettungsdienst und Krankentransport begründen, zusätzlich zu den oben genannten Aspekten, Unterschiede zwischen den Kreisen.
REALLABOR AUFZANDERS
(2024)
Basierend auf einer systematischen Literaturrecherche werden in dieser Arbeit Empfehlungen zur Reaktion auf den Ausfall der Wasserversorgung in deutschen Pflegeheimen erstellt. In Experteninterviews werden diese Empfehlungen von Expert*innen aus dem Pflegeheimbereich auf deren Umsetzbarkeit hin bewertet. Basierend auf den Expertenrückmeldungen wird ein Leitfaden zur Vorplanung und Reaktion auf einen Ausfall der Wasserversorgung in Pflegeheimen erstellt. Aus Verbrauchsdaten von Pflegeheimen wird der Normalverbrauch an Wasser ermittelt und mit Literaturdaten verglichen. Dabei zeigen sich starke Unterschiede zwischen den Werten. Bei Annahme des höchsten Wertes von 180 Litern/Person und Tag werden ca. 130 % des deutschen Durchschnittsverbrauches
benötigt. Bei Umsetzung der empfohlenen Maßnahmen im Ereignisfall sinkt der Verbrauch je Pflegeheimbewohner*in auf 58 bzw. 70 Liter/Tag ab. Das liegt 5 Liter unterhalb der von der Ersten Wassersicherstellungsverordnung vorgesehenen Menge für den Verteidigungsfall. Neben Maßnahmen zur Verbrauchsreduktion werden auch Lösungen zur leitungsungebundenen Verteilung des Wassers in der Einrichtung erarbeitet. Eine Erprobung der vorgeschlagenen Maßnahmen könnte deren Umsetzbarkeit abschließend bewerten und auch die Abschätzung der Verbrauchsmenge bestätigen oder widerlegen.
Die Reihe „Basiswissen zur Nachhaltigkeit“ versucht zu verschiedenen Themen der Nachhaltigkeit, z.B. Klimawandel, Abfallwirtschaft, soziale Gerechtigkeit, grundlegende Fakten zusammenzustellen. Zielsetzung ist es ein Grundwissen bereitzustellen, das zum einen als Ausgangspunkt für vertiefende Analysen dient und zudem eine faktenbasierte Grundlage für die eigene Meinungsbildung sein kann.
Der vorliegende Aufsatz behandelt die Problemfelder der Abfallwirtschaft in Deutschland und weltweit. Zunächst werden die grundlegenden Informationen zu den Begriffen Abfallwirtschaft, Abfallarten, Abfallentsorgung, Recycling u.a. zusammengetragen. Es folgt eine Darstellung der aktuellen Situtation der deutschen Abfallwirtschaft unter den Aspekten Deponieraum, Müllverbrennung, Recycling, Mikroplastik, Abfallexporte und nukleare Entsorgung. Den Abschluss bildet die Analyse von weltweiten Abfallproblematiken wie unzureichende Sammlung und Deponierung, Verschmutzung der Weltmeere mit Plastikabfall, Belastung der Ozeane durch die Folgen der Weltkriege und der Globalisierung.
Das Labor für Konstruktionstechnik der Technischen Hochschule Köln beschäftigt sich mit der Mikrodosierung von präzisen Strukturen von Silberleitklebstoff. Hauptsächlich wird bei derartigen Ventilen in berührende und berührungslose Dosierventile unterschieden. Zur Erzeugung dreidimensionaler elektrisch leitfähiger Strukturen können diese Dosierventile an entsprechende Verfahreinheiten adaptiert werden.
Multifocal intraocular lenses incorporate a variety of design considerations, including dimensioning of the base monofocal shape and the diffraction grating. While studying three different lens models, we present a practical approach for mathematical modelling and evaluation of these geometries. Contrary to typical lens measurement methods, non-contact measurements were performed on the Alcon SN6AD1, HumanOptics MS 612 DAY and the AMO ZMA00 lenses using a confocal microscope. Subsequent data processing includes centering, tilting correction, filtering and an algorithmic decomposition into a conic and polynomial part and the diffraction grating. Lastly, evaluation of fitting parameters and grating shape is done to allow for inferences about further optical properties. Results and analysis show the confocal microscope to be a suitable imaging method for lens measurements. The processing of this data enables the reconstruction of the annular diffraction grating over the complete lens diameter. Apodization, near addition and diffraction efficiency characteristics are found utilizing the grating shape. Additionally, near-optical axis curvature, asphericity and higher order polynomials are identified qualitatively from the reconstruction of the monofocal base form. Derived properties also include the lens optical base and addition power. By making use of the surface geometries, as well as the lens’ material and thickness, a full lens model can be created for further studies. In summary, our analytical approach enables the insight to various intraocular lens design decisions. Furthermore, this procedure is suitable for lens model creation for research and simulation.
Feasibility Study of Wheel Torque Prediction with a Recurrent Neural Network Using Vehicle Data
(2023)
In this paper, we present a feasibility study on predicting the torque signal of a passenger car with the help of a neural network. In addition, we analyze the possibility of using the proposed model structure for temperature prediction. This was carried out with a neural network, specifically a three-layer long short-term memory (LSTM) network. The data used were real road load data from a Jaguar Land Rover Evoque with a Twinster gearbox from GKN. The torque prediction generated good results with an accuracy of 55% and a root mean squared error (RMSE) of 49 Nm, considering that the data were not generated under laboratory conditions. However, the performance of predicting the temperature signal was not satisfying with a coefficient of determination (R2) score of −1.396 and an RMSE score of 69.4 °C. The prediction of the torque signal with the three-layer LSTM network was successful but the transferability of the network to another signal (temperature) was not proven. The knowledge gained from this investigation can be of importance for the development of virtual sensor technology.
The demand for explainable and transparent models increases with the continued success of reinforcement learning. In this article, we explore the potential of generating shallow decision trees (DTs) as simple and transparent surrogate models for opaque deep reinforcement learning (DRL) agents. We investigate three algorithms for generating training data for axis-parallel and oblique DTs with the help of DRL agents (“oracles”) and evaluate these methods on classic control problems from OpenAI Gym. The results show that one of our newly developed algorithms, the iterative training, outperforms traditional sampling algorithms, resulting in well-performing DTs that often even surpass the oracle from which they were trained. Even higher dimensional problems can be solved with surprisingly shallow DTs. We discuss the advantages and disadvantages of different sampling methods and insights into the decision-making process made possible by the transparent nature of DTs. Our work contributes to the development of not only powerful but also explainable RL agents and highlights the potential of DTs as a simple and effective alternative to complex DRL models.
We consider a risk model in discrete time with dividends and capital injections. The goal is to maximise the value of a dividend strategy. We show that the optimal strategy is of barrier type. That is, all capital above a certain threshold is paid as dividend. A second problem adds tax to the dividends but an injection leads to an exemption from tax. We show that the value function fulfils a Bellman equation. As a special case, we consider the case of premia of size one. In this case we show that the optimal strategy is a two barrier strategy. That is, there is a barrier if a next dividend of size one can be paid without tax and a barrier if the next dividend of size one will be taxed. In both models, we illustrate the findings by de Finetti’s example.
Changing our unsustainable linear water management pattern is necessary to face growing global water challenges. This article proposes an integrated framework to analyse and understand the role of different contextual conditions in the possible transition towards water circularity. Our framework combines a systematic multi-level perspective to explore the water system and the institutional work theory for technology legitimation. The framework consists of the following stages: (1) describing and understanding the water context, (2) assessment of the selected technologies’ circularity level, (3) assessment of the alternative circular technologies’ legitimacy, and (4) identification of the legitimation actions to support the upscale of alternative circular technologies. The practical applicability of the integrated assessment framework and its four assessment stages was demonstrated in the exploration of circular water technologies for the horticulture sector in Westland, the Netherlands. The results revealed the conditions that hinder or enable the legitimation of the circular water technologies, such as political environmentalism, trust in water governing authorities, and technical, financial, and knowledge capabilities.
Editorial
(2020)
In recent years there have been numerous technical innovations such as CGM systems or insulin pumps that have made life easier for people with type 1 diabetes. However, this also means that more and more information is available. The aim of the present study is to find out more about the daily handling of information. The following research question was asked: What information do people with type 1 diabetes use? To answer this research question, a quantitative online survey of people with type 1 diabetes was conducted by Prof. Dr. Matthias Fank at the Technical University of Cologne. The online survey mainly consisted of 25 closed questions, which were asked on a scale from 0 to 10. The responses of 1,025 people who are at least 18 years old were included in the evaluation. The most important information for type 1 diabetics is the "current value". 67.5% have this on Place 1 placed. Current glucose levels are provided by CGM systems used by 94.2% of people with type 1 diabetes. Quarterly visits to the diabetologist are important and provide important information. 30.8% “completely” agree with this statement on a scale from 0 to 10. Only 2.2% of people with type 1 diabetes are satisfied with their current diabetes management apps. There is a desire for a manufacturer-independent app. The strongest agreement with a value of 10 was chosen by almost a quarter (24.6%) of the people with type 1 diabetes. The study provides an insight into diabetes therapy and shows the need for action.
In this work, we propose a novel data-driven approach to recover missing or corrupted motion capture data, either in the form of 3D skeleton joints or 3D marker trajectories. We construct a knowledge-base that contains prior existing knowledge, which helps us to make it possible to infer missing or corrupted information of the motion capture data. We then build a kd-tree in parallel fashion on the GPU for fast search and retrieval of this already available knowledge in the form of nearest neighbors from the knowledge-base efficiently. We exploit the concept of histograms to organize the data and use an off-the-shelf radix sort algorithm to sort the keys within a single processor of GPU. We query the motion missing joints or markers, and as a result, we fetch a fixed number of nearest neighbors for the given input query motion. We employ an objective function with multiple error terms that substantially recover 3D joints or marker trajectories in parallel on the GPU. We perform comprehensive experiments to evaluate our approach quantitatively and qualitatively on publicly available motion capture datasets, namely CMU and HDM05. From the results, it is observed that the recovery of boxing, jumptwist, run, martial arts, salsa, and acrobatic motion sequences works best, while the recovery of motion sequences of kicking and jumping results in slightly larger errors. However, on average, our approach executes outstanding results. Generally, our approach outperforms all the competing state-of-the-art methods in the most test cases with different action sequences and executes reliable results with minimal errors and without any user interaction.
As the population ages, the demand for care for older adults is increasing. To maintain their independence and autonomy, even with declining health, assistive technologies such as connected medical devices or social robots can be useful. In previous work, we introduced a novel health monitoring system that combines commercially available products with apps designed specifically for older adults. The system is intended for the long-term collection of subjective and objective health data. In this work, we present an exploratory user experience (UX) and usability study we conducted with older adults as the target group of the system and with younger expert users who tested our msystem. All participants interacted with a social robot conducting a health assessment and tested sensing devices and an app for data visualization. The UX and usability of the individual components of the system were rated highly in questionnaires in all sessions. All participants also said they would use such a system in their everyday lives, demonstrating the potential of these systems for self-managing users’ health. Finally, we found factors such as previous experience with social robots and technological expertise to have an influence on the reported UX of the users.
3d printing is capable of providing dose individualization for pediatric medicines and translating the precision medicine approach into practical application. In pediatrics, dose individualization and preparation of small dosage forms is a requirement for successful therapy, which is frequently not possible due to the lack of suitable dosage forms. For precision medicine, individual characteristics of patients are considered for the selection of the best possible API in the most suitable dose with the most effective release profile to improve therapeutic outcome. 3d printing is inherently suitable for manufacturing of individualized medicines with varying dosages, sizes, release profiles and drug combinations in small batch sizes, which cannot be manufactured with traditional technologies. However, understanding of critical quality attributes and process parameters still needs to be significantly improved for this new technology. To ensure health and safety of patients, cleaning and process validation needs to be established. Additionally, adequate analytical methods for the in-process control of intermediates, regarding their printability as well as control of the final 3d printed tablets considering any risk of this new technology will be required. The PolyPrint consortium is actively working on developing novel polymers for fused deposition modeling (FDM) 3d printing, filament formulation and manufacturing development as well as optimization of the printing process, and the design of a GMP-capable FDM 3d printer. In this manuscript, the consortium shares its views on quality aspects and measures for 3d printing from drug-loaded filaments, including formulation development, the printing process, and the printed dosage forms. Additionally, engineering approaches for quality assurance during the printing process and for the final dosage form will be presented together with considerations for a GMP-capable printer design.
The publish or perish culture of scholarly communication results in quality and relevance to be are subordinate to quantity. Scientific events such as conferences play an important role in scholarly communication and knowledge exchange. Researchers in many fields, such as computer science, often need to search for events to publish their research results, establish connections for collaborations with other researchers and stay up to date with recent works. Researchers need to have a meta-research understanding of the quality of scientific events to publish in high-quality venues. However, there are many diverse and complex criteria to be explored for the evaluation of events. Thus, finding events with quality-related criteria becomes a time-consuming task for researchers and often results in an experience-based subjective evaluation. OpenResearch.org is a crowd-sourcing platform that provides features to explore previous and upcoming events of computer science, based on a knowledge graph. In this paper, we devise an ontology representing scientific events metadata. Furthermore, we introduce an analytical study of the evolution of Computer Science events leveraging the OpenResearch.org knowledge graph. We identify common characteristics of these events, formalize them, and combine them as a group of metrics. These metrics can be used by potential authors to identify high-quality events. On top of the improved ontology, we analyzed the metadata of renowned conferences in various computer science communities, such as VLDB, ISWC, ESWC, WIMS, and SEMANTiCS, in order to inspect their potential as event metrics.
Kompetenzen auf dem Gebiet der Datenbanken gehören zum Pflichtbereich der Informatik. Das Angebot an Lehrbüchern, Vorlesungsformaten und Tools lässt sich jedoch für Lehrende oft nur eingeschränkt in die eigene Lehre integrieren. In diesem Aufsatz schildern wir unsere Erfahrungen in der Nutzung (frei) verfügbarer und der Entwicklung eigener digitaler Inhalte für grundlegende Datenbankveranstaltungen. Die Präferenzen der Studierenden werden mittels Nutzungsanalysen und Befragungen ermittelt. Wir stellen die Anforderungen auf, wie die nicht selten aufwendig herzustellenden digitalen Materialien von Lehrenden in ihre Lehr- und Lernumgebungen integriert werden können. Als konstruktive Antwort auf diese Herausforderung wird das Konzept EILD zur Entwicklung von Inhalten für die Lehre im Fach Datenbanken vorgestellt. Die Inhalte sollen in vielfältigen Lernszenarien eingesetzt werden können und mit einer Creative Commons (CC) Lizenzierung als OER (open educational resources) frei zur Verfügung stehen.
Ten female and five male participants (age range 28–50 years) were recruited at esoteric fairs or via esoteric chatrooms. In a guided face-to-face interview, they reported origins and contents of their beliefs in e.g. esoteric practices, supernatural beings, rebirthing, channeling. Transcripts of the tape-recorded reports were subjected to a qualitative analysis. Exhaustive categorization of the narratives’ content revealed that paranormal beliefs were functional with regard to two fundamental motives – striving for mastery and valuing me and mine (striving for a positive evaluation of the self). Moreover, paranormal beliefs paved the way for goal-setting and leading a meaningful life but, on the negative side, could also result in social exclusion. Results are discussed with reference to the adaptive value of paranormal beliefs.
Die Reihe „Basiswissen zur Nachhaltigkeit“ versucht zu verschiedenen Themen der Nachhaltigkeit, z.B. Klimawandel, Abfallproblematik, soziale Gerechtigkeit, grundlegende Fakten zusammenzustellen. Zielsetzung ist es ein Grundwissen bereitzustellen, das zum einen als Ausgangspunkt für vertiefende Analysen dient und zudem eine faktenbasierte Grundlage für die eigene Meinungsbildung sein kann. Der vorliegende Aufsatz behandelt die Messung, Ursachen und Folgen des Klimawandels sowie die nationalen und internationalen Strategien und Instrumente zur Lösung der Klimaproblematik. Zunächst werden die grundlegenden Informationen zu den Begriffen Klima, Klimawandel und Klimasysteme dargestellt. Dabei wird insbesondere die Messung und Bewertung von langfristigen Temperaturveränderungen kritisch beleuchtet. Nach einem Überblick über die natürlichen und menschengemachten Ursachen des Klimawandels werden die weltweiten Temperaturziele und daraus abgeleiteten CO2-Restbudgets dargestellt und hinsichtlich ihrer Realisierbarkeit analysiert. Der letzte Teil behandelt die Strategien und Instrumente zur Bewältigung des Klimawandels weltweit und in Deutschland.
Abstract
The paper represents an analysis of convective instability in a vertical cylindrical porous microchannel performed using the Galerkin method. The dependence of the critical Rayleigh number on the Darcy, Knudsen, and Prandtl numbers, as well as on the ratio of the thermal conductivities of the fluid and the wall, was obtained. It was shown that a decrease in permeability of the porous medium (in other words, increase in its porosity) causes an increase in flow stability. This effect is substantially nonlinear. Under the condition Da > 0.1, the effect of the porosity on the critical Rayleigh number practically vanishes. Strengthening of the slippage effects leads to an increase in the instability of the entire system. The slippage effect on the critical Rayleigh number is nonlinear. The level of nonlinearity depends on the Prandtl number. With an increase in the Prandtl number, the effect of slippage on the onset of convection weakens. With an increase in the ratio of the thermal conductivities of the fluid and the wall, the influence of the Prandtl number decreases. At high values of the Prandtl numbers (Pr > 10), its influence practically vanishes.
This paper presents the cognitive module of the Cognitive Architecture for Artificial Intelligence (CAAI) in cyber-physical production systems (CPPS). The goal of this architecture is to reduce the implementation effort of artificial intelligence (AI) algorithms in CPPS. Declarative user goals and the provided algorithm-knowledge base allow the dynamic pipeline orchestration and configuration. A big data platform (BDP) instantiates the pipelines and monitors the CPPS performance for further evaluation through the cognitive module. Thus, the cognitive module is able to select feasible and robust configurations for process pipelines in varying use cases. Furthermore, it automatically adapts the models and algorithms based on model quality and resource consumption. The cognitive module also instantiates additional pipelines to evaluate algorithms from different classes on test functions. CAAI relies on well-defined interfaces to enable the integration of additional modules and reduce implementation effort. Finally, an implementation based on Docker, Kubernetes, and Kafka for the virtualization and orchestration of the individual modules and as messaging technology for module communication is used to evaluate a real-world use case.
The annual yield of bifacial photovoltaic systems is highly dependent on the albedo of the underlying soil. There are currently no published data about the albedo of red soil in western Africa. In this study, the impact of the albedo of red soil in Ghana on the energy yield of bifacial photovoltaic systems is analysed. A bifacial photovoltaic simulation model is created by combining the optical view factor matrix with an electrical output simulation. For an exact simulation, the albedo of red soil at three different locations in Ghana is measured for the first time. The average albedo of every red soil is clearly determined, as well as the measurement span including instrumentation uncertainty; values between 0.175 and 0.335 were measured. Considering these data, a state-of-the-art bifacial photovoltaic system with an average of 19.8% efficient modules in northern Ghana can achieve an annual energy yield of 508.8 kWh/m2 and a bifacial gain of up to 18.3% in comparison with monofacial photovoltaic panels. To summarise, red soil in two out of three locations in Ghana shows higher albedo values than most natural ground surfaces and therefore positively impacts the annual yield of bifacial photovoltaic systems.
Untersuchung der Yosys Hardwaresynthese von der internen Datenstruktur RTLIL bis zur Netzliste
(2023)
Das Ziel dieser Arbeit ist die Beantwortung der Frage "Wie funktioniert Synthese?". Yosys ist ein offenes Synthesewerkzeug, welches untersucht wurde, um diese Frage zu beantworten. Yosys implementiert eine Datenstruktur RTLIL, mit der ein Entwurf in allen Synthesephasen dargestellt wird. Yosys ist modular aufgebaut, was dem Nutzer ermöglicht, das Programm zu erweitern. Die Synthese in Yosys ist auf Pässe unterteilt, die jeweils eine bestimmte Aufgabe erfüllen. Im Rahmen der Arbeit wurde die Datenstruktur und die Passes im einzelnen analysiert. Es wurde auch untersucht, wie in Yosys Erweiterungen zu implementieren sind. Die Analyse hat gezeigt, dass ein wichtiger Teil der Synthese die Umwandlung von Prozessen in eine RTL-Beschreibung darstellt. Im Rahmen der Synthese werden die, von einem Frontend vorläufig erzeugten RTL-Komponenten, umgewandelt. Der letzte Schritt der Synthese ist das Technologiemapping, welches die umgewandelten Komponente auf die verwendete Hardware anpasst.
Decisions on irrigation water management are usually made at different levels, including farms, water user associations (WUAs), and regional water planning agencies. The latter generally have good access to information and decision tools regarding water resources management. However, these remain out of reach to the final water users, namely the farmers. The study, conducted in the irrigated district of Cherfech, north Tunisia, had the main objective of investigating farmer’s perceptions of, and acceptance for, the use of an irrigation advisory service (IAS) to be implemented by their WUA. The suggested IAS provides the following information: (1) reference evapotranspiration (ETo) and rainfall; (2) crop water requirement (CWR) of the most cultivated crops; (3) irrigation water requirement (IWR) of the farmer’s crop; and (4) crop monitoring and real-time estimation of IWR of crops settled, using soil moisture sensors. Such services and information would be available at the WUA level and provided in a timely manner to farmers for more effective decision making at the plot level. Prior to the acceptance study, we launched a technical study to determine the required tools and equipment required for the implementation of the IAS, followed by a farmer survey to assess their respective perceptions and acceptance towards this IAS. Results showed that only 54% of the farmers are satisfied by WUAs work, but that 77% of them accepted using the suggested IAS. Farmers are also willing to pay for most of the IAS packages suggested. The financial profitability of investing in the IAS at the WUA level shows the venture is financially viable, with a benefit cost ratio (BCR) of 1.018. The project will be even more profitable if we add the social benefits, which may result in water savings at the WUA level.
The importance of lithium as a raw material is steadily increasing, especially in the growing markets of grid energy and e-mobility. Today, brines are the most important lithium sources. The rising lithium demand raises concerns over the expandability and the environmental impact of common mining techniques, which are mainly based on the evaporation of brine solutions (Salars) in arid and semiarid areas. In this case, much of the water contained in the brine is lost. Purification processes lead to further water losses of the ecosystems. This calls for new and improved processes for lithium production; one of them is electrodialysis (ED). Electrodialysis offers great potential in accessing lithium from brines in a more environmentally friendly way; furthermore, for the recovery of lithium from spent lithium-ion batteries (LIB), electrodialysis may become a vital technology. The following study focused on investigating the effect of varying brine compositions, different ED operation modes, and limiting factors on the use of ED for concentrating lithium-containing brine solutions. Synthetic lithium salt solutions (LiCl, LiOH) were concentrated using conventional ED in batch-wise operation. While the diluate solution was exchanged once a defined minimum concentration was reached, the concentrate solution was concentrated to the respective maximum. The experiments were conducted using a lab-scale ED-plant (BED1-3 from PCCell GmbH, Germany). The ion-exchange membranes used were PCSK and PCSA. The treated solutions varied in concentration and composition. Parameters such as current density, current efficiency, and energy requirements were evaluated. ED proved highly effective in the concentration of lithium salt solutions. Lithium chloride solutions were concentrated up to approximately 18-fold of the initial concentration. Current efficiencies and current densities depended on voltage, concentration, and the composition of the brine. Overall, the current efficiencies reached maximum values of around 70%. Furthermore, the experiments revealed a water transport of about 0.05 to 0.075% per gram of LiCl transferred from the diluate solution to the concentrate solution.
Die Dimensionierung von thermischen Speichern in der Gebäudetechnik bezieht sich häufig auf die Trinkwassererwärmung mit der DIN 4708. Dabei werden in der Regel die Bedarfe der Nutzer zur Auslegung herangezogen. Bekannt ist das Summenlinienverfahren und der daraus resultierende Beitrag des Wärmeerzeugers. Bei Pufferspeichern wird dagegen unter-schieden in welcher Kombination von Speicher und Wärmerzeuger dieser eingesetzt werden soll und es kommt häufig zu Größenschätzungen und Auslegungen mit Richtwerten. Daneben bieten zahlreiche Herstellern Auslegungsprogramme, die immer auf den Spitzenbedarf des Gebäudes ausgelegt sind.
In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, die den thermischen Speicher als zweiten Wärmeversorger im Gebäude betrachtet, der zusammen mit diesem die Versorgung über-nimmt. Damit wird die Speicherauslegung mit der Wärmeerzeugerleistung verknüpft. Aus-gleichend über eine bestimmte Zeitperiode (24 h) mit Phasen hohen und niedrigen Bedarfs übernehmen der Wärmeerzeuger und der Speicher gemeinsam die Versorgung. Da die Wärmeversorgung eines Gebäudes in erster Linie von der Außenlufttemperatur abhängt, wird hier ein Verfahren auf dieser Basis vorgestellt, welches eine einfache Berechnung des Wärmeinhalts eines Speichers ermöglicht.
In den letzten Jahren gab es zahlreiche technische Innovationen wie CGM Systeme oder Insulin- pumpen, die das Leben von Menschen mit Typ-1-Diabetes erleichtert haben. Dies führt aber auch dazu, dass immer mehr Informationen zur Verfügung stehen. Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, mehr über den täglichen Umgang mit Informationen zu erfahren. Dazu wurde die folgende Forschungsfrage gestellt: Welche Informationen nutzen Menschen mit Typ-1-Diabetes?
Um diese Forschungsfrage zu beantworten, wurde eine quantitative Online-Befragung von Men- schen mit Typ-1-Diabetes von Prof. Dr. Matthias Fank an der Technischen Hochschule Köln durch- geführt. Die Online-Befragung bestand überwiegend aus 25 geschlossenen Fragen, die auf einer Skala von 0 bis 10 gestellt wurden. In die Auswertung gingen die Antworten von 1.025 Personen, die mindestens 18 Jahre alt sind, ein.
Die wichtigste Information für Typ-1-Diabetiker ist der “aktuelle Wert“. Diesen haben 67,5% auf
Platz 1 gesetzt. Der aktuelle Glukosewert wird durch CGM-Systeme bereitgestellt, die von 94,2% der Menschen mit Typ-1-Diabetes genutzt werden. Quartalsbesuche beim Diabetologen sind wichtig und liefern wichtige Informationen. Dieser Aussage stimmen 30,8% auf einer Skala von 0 bis 10 „voll und ganz“ zu.
Nur 2,2% der Menschen mit Typ-1-Diabetes sind mit ihren derzeitigen Apps für die Diabetestherapie zufrieden. Der Wunsch nach einer herstellerunabhängigen App ist vorhanden. Die stärkste Zustim- mung mit einem Wert von 10 haben fast ein Viertel (24,6%) der Menschen mit Typ-1-Diabetes ge- wählt. Die Studie gibt einen Einblick in die Diabetestherapie und zeigt Handlungsbedarf auf.
Concept for Combining LCA and Hazardous Building Material Assessment for Decision Support Using BIM
(2022)
AbstractThe construction and building sector is responsible for a large part of the world’s resource and energy consumption and is considered the largest global emitter of greenhouse gas (GHG) emissions. Hazardous and toxic substances in building materials affect indoor air quality as well as the environment and thus have a high impact on human health, as we spend around 90 percent of our lives in buildings. Life cycle assessment (LCA) and hazardous building material requirements of green building certification systems allow to reduce the environmental and health impacts of building products and materials. However, they are usually very complex and time-consuming to perform and require expert knowledge to use the results for decision support. Digital approaches to support the simplified application of these methods and intuitive visualization of results are becoming increasingly important. Especially Building Information Modeling (BIM) offers a high potential for this purpose, as the integration and linking of geometric and semantic information in 3D-models for LCA and hazardous building material assessment can be done much more efficiently and intuitively. Within the scope of this work, the following three objectives were pursued (1) development of a method for combining LCA and hazardous building material assessment, (2) simplification of the results by converting them into comprehensible indicators for decision support, and (3) implementation of the method in a BIM-based digital assistant for intuitive visualization and communication. The preliminary results show a concept for combined use of LCA and hazardous building material assessment in Germany with differentiation in six use cases. A prototypical implementation as BIM-integrated digital assistant was developed for one of these use cases. For the first time, this prototype provides understandable feedback in real time of LCA and hazardous building material requirements. This research project contributes to the awareness in the context of embodied impacts and low emitting materials in buildings and advances the current digitalization potentials.
Potential analyses identify possible locations for renewable energy installations, such as wind turbines and photovoltaic arrays. The results of previous potential studies for Germany, however, are not consistent due to different assumptions, methods, and datasets being used. For example, different land-use datasets are applied in the literature to identify suitable areas for technologies requiring open land. For the first time, commonly used datasets are compared regarding the area and position of identified features to analyze their impact on potential analyses. It is shown that the use of Corine Land Cover is not recommended as it leads to potential area overestimation in a typical wind potential analyses by a factor of 4.7 and 5.2 in comparison to Basis-DLM and Open Street Map, respectively. Furthermore, we develop scenarios for onshore wind, offshore wind, and open-field photovoltaic potential estimations based on land-eligibility analyses using the land-use datasets that were proven to be best by our pre-analysis. Moreover, we calculate the rooftop photovoltaic potential using 3D building data nationwide for the first time. The potentials have a high sensitivity towards exclusion conditions, which are also currently discussed in public. For example, if restrictive exclusions are chosen for the onshore wind analysis the necessary potential for climate neutrality cannot be met. The potential capacities and possible locations are published for all administrative levels in Germany in the freely accessible database (Tool for Renewable Energy Potentials—Database), for example, to be incorporated into energy system models.
New risk geographies are emerging with war and conflict resurfacing, including nuclear threats. This poses challenges to civil protection for conducting risk-informed preparedness planning. A spatial assessment of Germany and Europe is conducted using a geographic information system. Buffer circles of nuclear explosion effects and fallout buffers show potentially exposed areas around major cities. Different scenarios indicate shrinking areas safe from exposure. However, even in a densely populated country, rural areas and smaller cities can be identified that could provide sites for evacuation shelters. Changing wind directions poses a challenge for civil protection planning because fallout risk covers most German territory even when few cities are attacked. However, wind speeds and topography can help identify suitable shelter areas. More knowledge about the temporal development of a nuclear explosion and its specific forms of harm can also help to improve risk knowledge and planning. While nuclear warfare at first seems to render useless any option for safe areas and survival, the spatial risk assessment shows that exposure does not occur at all places at all times. Being safe from harm will be difficult in such a worst-case scenario, but avoiding large city perimeters and being informed can also help reduce risk.
Remaining-useful-life (RUL) prediction of Li-ion batteries is used to provide an early indication of the expected lifetime of the battery, thereby reducing the risk of failure and increasing safety. In this paper, a detailed method is presented to make long-term predictions for the RUL based on a combination of gated recurrent unit neural network (GRU NN) and soft-sensing method. Firstly, an indirect health indicator (HI) was extracted from the charging processes using a soft-sensing method that can accurately describe power degradation instead of capacity. Then, a GRU NN with a sliding window was applied to learn the long-term performance development. The method also uses a dropout and early stopping method to prevent overfitting. To build the models and validate the effectiveness of the proposed method, a real-world NASA battery data set with various battery measurements was used. The results show that the method can produce a long-term and accurate RUL prediction at each position of the degradation progression based on several historical battery data sets.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, die Frage zu beantworten wie Yosys Verilog einliest und daraus RTLIL generiert. Mit der Beantwortung dieser Frage, soll die Datenstruktur RTLIL und die Verknüpfung zu einem Verilog Design besser verstanden werden. Dafür wurde das Frontend von Yosys untersucht und die Datenstruktur RTLIL näher eleuchtet. Als Ergebnis konnte festgehalten werden, dass die AstNode Datenstruktur eine wesentliche Rolle bei der Konvertierung von Verilog zu RTLIL spielt, und mit deren Hilfe beim Einlesen ein abstrakter Syntaxbaum gebildet wird. Allein der Typ des Knotens beeinflusst, wie der RTLIL Generator damit umgeht. Weiter ist die Generierung von RTLIL::Cell Objekten als erster Schritt zur Synthese zu verstehen, da sie durch Technologie Mapping reale Komponenten abbilden können
Effects on the combustion properties of wheat straw after different thermobiological pretreatments
(2022)
Wheat straw could be used for pellet production and therefore as solid fuel. However, it presents challenges due to its inferior combustion properties such as high ash content, low gross calorific value (GCV), and low ash melting temperature.
To evaluate its combustion properties and based on recent work that improved methane production, wheat straw was subjected to thermobiological pretreatments. Nine pretreated samples based on wheat straw and nine pretreated samples based on compost-wheat straw mixture were produced. In addition, due to the ability to remove minerals and decrease the ash content, a washing process with water as a solvent was used. Ash content, net calorific value (NCV) and ash melting temperatures were evaluated.
For the pretreated wheat straw (SW) samples, a 5,8% reduction in ash content was obtained due to the pretreatments when compared to untreated wheat straw. A 55% decrease in ash content was obtained when comparing the same materials before and after the washing process. No statistically significant changes in GCV were found. As for the ash melting temperatures, due to the incubation pretreatment, an average increase in the shrinkage starting temperature (SST) of 4,4% was obtained for anaerobic conditions and a decrease of 2,5% for aerobic conditions, compared to the same material without heat treatment. In addition, an increase in all ash melting temperatures was observed because of the washing process. It was possible to obtain a pellet complying with standard ISO 17225-6 that can be used in medium or large burners and significantly reduces the effort during combustion.
For samples pretreated with a homogeneous compost-wheat straw (SKW) mixture, an average ash content decrease of 27% was obtained after using autoclave pretreatment at 140°C, compared to the same material without thermal pretreatment. The biggest decrease was due to the washing process, reducing the ash content on average by 43% when comparing the same materials before and after washing. GCV were 13% lower than samples pretreated with wheat straw, due to the low calorific value and high ash content of the compost. During ash melting temperature tests, an average 60% increase in SST was observed compared to pretreated SW ashes due to the high melting temperature of compost. Results are considered satisfactory since pellets based on this mixture would not cause ash sintering or slagging. However, counter effects were observed as the addition of compost increased the ash content and decreased the GCV, not complying with ISO 17225-6 for non-woody pellets. To achieve a pellet based on a compost-wheat straw mixture that complies with the standards, it is recommended for future research to control the percentage of compost added to the mixture.
In this study the link between renewable energies and employment in Senegal is analyzed.
The Sustainable Livelihood Approach is used to understand the investigated situation in a holistic view. To successfully implement renewable energies in Senegal and to have a significant impact on the employment market, the governmental framework and the technical education has to improve, to match the needs of the labor market.
Rural communities do not have all the assets to lift themselves out of poverty and disadvantages by the usage of renewable energy. Solar irrigation, off-grid systems and solar devices impact the level of education and the labor force in rural areas in Senegal.
Moreover, access to a reliable energy source improves people’s livelihood in terms
of health, education, income and employment.
The resulting employment effect of adding 20 MW with the solar power plant Senergy 2 can be estimated with 28.686 created jobs (0,54 % of total employment).
Upcoming power projects offer employment opportunities for graduates of the master study renewable energies. Furthermore, the demand of specialized engineers and
technicians in the distribution and project planning sector will rise.
AbstractThe Ganges-Brahmaputra (GB) delta is one of the most disaster-prone areas in the world due to a combination of high population density and exposure to tropical cyclones, floods, salinity intrusion and other hazards. Due to the complexity of natural deltaic processes and human influence on these processes, structural solutions like embankments are inadequate on their own for effective hazard mitigation. This article examines nature-based solutions (NbSs) as a complementary or alternative approach to managing hazards in the GB delta. We investigate the potential of NbS as a complementary and sustainable method for mitigating the impacts of coastal disaster risks, mainly cyclones and flooding. Using the emerging framework of NbS principles, we evaluate three existing approaches: tidal river management, mangrove afforestation, and oyster reef cultivation, all of which are actively being used to help reduce the impacts of coastal hazards. We also identify major challenges (socioeconomic, biophysical, governance and policy) that need to be overcome to allow broader application of the existing approaches by incorporating the NbS principles. In addition to addressing GB delta-specific challenges, our findings provide more widely applicable insights into the challenges of implementing NbS in deltaic environments globally.
Im Rahmen des Technologiescreenings sind zunächst relevante Technologien, die Einfluss auf das Energienachfrageverhalten für Haushalte besitzen, identifiziert worden. Dabei ist ausschließlich eine technologische Betrachtung erfolgt, das individuelle Nutzerverhalten von Haushaltsbewohnern wurde dabei nicht betrachtet. Die Einordnung der Technologien sind in Standard Energietechnologien: Erzeuger, Umwandler, Verbraucher und Speicher kategorisiert. Zudem zeigt die in die Kategorien Messsysteme, Gebäudeautomation und Energiemanagementsysteme. Dabei handelt es sich um, digitale Technologien mit Aspekten und Anwendungen von Energietransparenz und -management. Zeitraum des kontinuierlichen Technologie-Screenings war von 2017-2020.
Das interdisziplinäre Forschungsprojekt “Smarte Technologien für Unternehmen” untersuchte im Zeitraum von Juli 2017 bis Dezember 2020 Anwendungs- und Akzeptanzprobleme zum Einsatz smarter Technologien in KMU und entwickelte darauf aufbauend Lösungsansätze zur Steigerung der Energieeffizienz sowie zum Energie- und Lastmanagement. Dazu wurden smarte Technologien zunächst im Zuge eines Screenings identifiziert, kategorisiert und bewertet. In den qualitativen und quantitativen Nutzeranalysen wurden Unternehmer*innen in den Fokus der Analyse gestellt, um den Wissensstand sowie Chancen und Barrieren zum Einsatz smarter Technologien in KMU darzulegen. Mit der Durchführung transdisziplinärer Anwendungstests wurde ein zentraler Lösungsansatz entwickelt: Die Effizienzanalyse von KMU mittels mobiler Messtechnik und Visualisierungstools als potenzielle Strategie zur Reduktion von Energieverbräuchen.
Die Ergebnisse dieses anwendungsorientierten Forschungsprojektes zeigen die Anwendungs- und Akzeptanzprobleme zum Einsatz smarter Technologien in KMU auf und geben Handlungsoptionen zur Steigerung der Energieeffizienz mit Hilfe ausgewählter smarter Produkte und Tools.
In this paper we describe traffic sign recognition with neural networks in the frequency domain. Traffic signs exist in all countries to regulate the traffic of vehicles and pedestrians. Each country has its own set of traffic signs that are more or less similar. They consist of a set of abstract forms, symbols, numbers and letters, which are combined into different signs. Automatic traffic sign recognition is important for driver assistance systems and for autonomous driving. Traffic sign recognition is a subtype of image recognition. The traffic signs are usually recorded by a camera and must be recognized in real time, i.e. assigned to a class. We use neural networks for traffic sign recognition. The special feature of our method is that the traffic sign recognition does not take place in the spatial domain but in the frequency domain. This has advantages because it is possible to significantly reduce the number of neurons and thus the computing effort of the neural network compared to a conventional neural network.
The development and adoption of digital twins (DT) for Quality-by-Design (QbD)-based processes with flexible operating points within a proven acceptable range (PAR) and automation through Advanced Process Control (APC) with Process Analytical Technology (PAT) instead of conventional process execution based on offline analytics and inflexible process set points is one of the great challenges in modern biotechnology. Virus-like particles (VLPs) are part of a line of innovative drug substances (DS). VLPs, especially those based on human immunodeficiency virus (HIV), HIV-1 Gag VLPs, have very high potential as a versatile vaccination platform, allowing for pseudotyping with heterologous envelope proteins, e.g., the S protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). As enveloped VLPs, optimal process control with minimal hold times is essential. This study demonstrates, for the first time, the use of a digital twin for the overall production process of HIV-1 Gag VLPs from cultivation, clarification, and purification to lyophilization. The accuracy of the digital twins is in the range of 0.8 to 1.4% in depth filtration (DF) and 4.6 to 5.2% in ultrafiltration/diafiltration (UFDF). The uncertainty due to variability in the model parameter determination is less than 4.5% (DF) and less than 3.8% (UFDF). In the DF, a prediction of the final filter capacity was demonstrated from as low as 5.8% (9mbar) of the final transmembrane pressure (TMP). The scale-up based on DT in chromatography shows optimization potential in productivity up to a factor of 2. The schedule based on DT and PAT for APC has been compared to conventional process control, and hold-time and process duration reductions by a factor of 2 have been achieved. This work lays the foundation for the short-term validation of the DT and PAT for APC in an automated S7 process environment and the conversion from batch to continuous production.
Different mechanisms mediate the toxicity of RNA. Genomic retroviral mRNA hijacks infected host cell factors to enable virus replication. The viral genomic RNA of the human immunodeficiency virus (HIV) encompasses nine genes encoding in less than 10 kb all proteins needed for replication in susceptible host cells. To do so, the genomic RNA undergoes complex alternative splicing to facilitate the synthesis of the structural, accessory, and regulatory proteins. However, HIV strongly relies on the host cell machinery recruiting cellular factors to complete its replication cycle. Antiretroviral therapy (ART) targets different steps in the cycle, preventing disease progression to the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS). The comprehension of the host immune system interaction with the virus has fostered the development of a variety of vaccine platforms. Despite encouraging provisional results in vaccine trials, no effective vaccine has been developed, yet. However, novel promising vaccine platforms are currently under investigation.
Despite great efforts to develop a vaccine against human immunodeficiency virus (HIV), which causes AIDS if untreated, no approved HIV vaccine is available to date. A promising class of vaccines are virus-like particles (VLPs), which were shown to be very effective for the prevention of other diseases. In this study, production of HI-VLPs using different 293F cell lines, followed by a three-step purification of HI-VLPs, was conducted. The quality-by-design-based process development was supported by process analytical technology (PAT). The HI-VLP concentration increased 12.5-fold while >80% purity was achieved. This article reports on the first general process development and optimization up to purification. Further research will focus on process development for polishing and formulation up to lyophilization. In addition, process analytical technology and process modeling for process automation and optimization by digital twins in the context of quality-by-design framework will be developed.
Resilience in the urban context can be described as a continuum of absorptive, adaptive, and transformative capacities. The need to move toward a sustainable future and bounce forward after any disruption has led recent urban resilience initiatives to engage with the concept of transformative resilience when and where conventional and top-down resilience initiatives are less likely to deliver effective strategies, plans, and implementable actions. Transformative resilience pathways emphasize the importance of reflexive governance, inclusive co-creation of knowledge, innovative and collaborative learning, and self-organizing processes. To support these transformative pathways, considering techno-social co-evolution and digital transformation, using new data sources such as Volunteered Geographic Information (VGI) and crowdsourcing are being promoted. However, a literature review on VGI and transformative resilience reveals that a comprehensive understanding of the complexities and capacities of utilizing VGI for transformative resilience is lacking. Therefore, based on a qualitative content analysis of available resources, this paper explores the key aspects of using VGI for transformative resilience and proposes a comprehensive framework structured around the identified legal, institutional, social, economic, and technical aspects to formalize the process of adopting VGI in transformative resilience initiatives.
This paper documents the design, implementation and evaluation of the Unfolding Space Glove—an open source sensory substitution device. It transmits the relative position and distance of nearby objects as vibratory stimuli to the back of the hand and thus enables blind people to haptically explore the depth of their surrounding space, assisting with navigation tasks such as object recognition and wayfinding. The prototype requires no external hardware, is highly portable, operates in all lighting conditions, and provides continuous and immediate feedback—all while being visually unobtrusive. Both blind (n = 8) and blindfolded sighted participants (n = 6) completed structured training and obstacle courses with both the prototype and a white long cane to allow performance comparisons to be drawn between them. The subjects quickly learned how to use the glove and successfully completed all of the trials, though still being slower with it than with the cane. Qualitative interviews revealed a high level of usability and user experience. Overall, the results indicate the general processability of spatial information through sensory substitution using haptic, vibrotactile interfaces. Further research would be required to evaluate the prototype’s capabilities after extensive training and to derive a fully functional navigation aid from its features.
Pressure injuries remain a serious health complication for patients and nursing staff. Evidence from the past decade has not been analysed through narrative synthesis yet. PubMed, Embase, CINAHL Complete, Web of Science, Cochrane Library, and other reviews/sources were screened. Risk of bias was evaluated using a slightly modified QUIPS tool. Risk factor domains were used to assign (non)statistically independent risk factors. Hence, 67 studies with 679,660 patients were included. In low to moderate risk of bias studies, non-blanchable erythema reliably predicted pressure injury stage 2. Factors influencing mechanical boundary conditions, e.g., higher interface pressure or BMI < 18.5, as well as factors affecting interindividual susceptibility (male sex, older age, anemia, hypoalbuminemia, diabetes, hypotension, low physical activity, existing pressure injuries) and treatment-related aspects, such as length of stay in intensive care units, were identified as possible risk factors for pressure injury development. Health care professionals’ evidence-based knowledge of above-mentioned risk factors is vital to ensure optimal prevention and/or treatment. Openly accessible risk factors, e.g., sex, age, BMI, pre-existing diabetes, and non-blanchable erythema, can serve as yellow flags for pressure injury development. Close communication concerning further risk factors, e.g., anemia, hypoalbuminemia, or low physical activity, may optimize prevention and/or treatment. Further high-quality evidence is warranted.
Im Rahmen des Technologie-Screenings wurden smarte Technologien für den Einsatz in mittelständischen Unternehmen (vorzugsweise KMU) im Zeitraum von 2017-2020 in einem kontinuierlichen Monitoringprozess betrachtet. Dadurch konnte mit dem Screening ein umfassender Überblick über die Angebotsseite und den Markt smarter Technologien geschaffen werden. Ebenso wurden potenzielle Technologien für den Einsatz im Anwendungstest des Forschungsprojekts VISE-U identifiziert. Insgesamt umfasst das Technologie-Screening sechs spezifische Technologie-Kategorien, denen wiederum einzelne Systeme auf Herstellerebene zugeordnet wurden. So konnten in Summe 20 Systeme unterschiedlicher Hersteller hinsichtlich des Aufbaus sowie der Funktionsweise samt Technologie-Steckbrief beschrieben werden. Die Steckbriefe zeigen dazu die technische Beschreibung, Komponenten sowie Schnittstellen der Systeme auf und referenzieren auf weiterführende Informationen auf den Webseiten der Hersteller.
Abstract
Due to their pronounced bioactivity and limited availability from natural resources, metabolites of the soft coral Pseudopterogorgia elisabethae, such as erogorgiaene and the pseudopterosines, represent important target molecules for chemical synthesis. We have now developed a particularly short and efficient route towards these marine diterpenes exploiting an operationally convenient enantioselective cobalt‐catalyzed hydrovinylation as the chirogenic step. Other noteworthy C−C bond forming transformations include diastereoselective Lewis acid‐mediated cyclizations, a Suzuki coupling and a carbonyl ene reaction. Starting from 4‐methyl‐styrene the anti‐tubercular agent (+)‐erogorgiaene (>98 % ee) was prepared in only 7 steps with 46 % overall yield. In addition, the synthesis of the pseudopterosin A aglycone was achieved in 12 steps with 30 % overall yield and, surprisingly, was found to exhibit a similar anti‐inflammatory activity (inhibition of LPS‐induced NF‐κB activation) as a natural mixture of pseudopterosins A−D or iso‐pseudopterosin A, prepared by β‐D‐xylosylation of the synthetic aglycone.
Abstract
In the chemical industry large amounts of saline wastewater occur. Its disposal into rivers is a considerable burden to the ecosystem. To strive for a circular economy and enable a viable raw material recycling, energy‐efficient concentration processes are requisite. High‐pressure reverse osmosis meets this criterion, but its industrial application demands suitable membrane elements that withstand the exceptional operation conditions and provide sufficient performance. Hence, new requirements regarding the design of spiral‐wound elements arise. To identify those, specific performance‐limiting effects need a better understanding.
This bachelor thesis addresses the issue of how school resilience can be measured and assessed quantitatively. Schools as social infrastructures have a significant value for society. Yet, on a global scale, they, and therefore the respective community as well, are continuously endangered by a variety of threats such as natural disasters or violence and mental abuse affecting students, parents and school staff. However, these threats differ greatly depending on climatic and geographical conditions as well as on the socio-cultural context of the corresponding community. To strengthen school resilience against potential threats and to ensure education continuity despite the occurrence of these disruptions, a methodology is developed to measure and assess school resilience in conjunction with its specific circumstances. Initially, qualitative and quantitative (composite) indicators are identified and categorised with the help of a Systematic Literature Review and Mayring's Qualitative Content Analysis. These are subsequently developed into a Comprehensive Index for School Resilience (CISR). Building on this, a pre-existing assessment methodology, which uses Likert-Scales arranged in questionnaires to assign quantitative values to the composite indicators, is adapted to operationalise the CISR and by an exemplary application at Europaschule Troisdorf, the methodology is adapted to the socio-cultural conditions in Germany using an expert’s operational and contextual knowledge. The results obtained show that the methodologies and techniques described in current international research can, after an appropriate adaptation, successfully be applied to schools in Germany as well. Nevertheless, by identifying research limitations and errors as well as potential improvements, it is evident that further research and development is needed to provide stakeholders with a decision-making tool to strengthen the resilience of schools in the future, such as an exhaustive supplement to the CISR or the integration of more precise quantification methodologies and techniques.
The purpose of this article is to analyze the specific success factors of start-ups and to examine their phase dependency. Based on a literature study, 13 start-up-specific success factors from three categories (founders, situational occurrence, strategy) are identified and examined for their influence and phase dependency. For this purpose, 54 employees of successful german start-ups are asked how strongly they assess the influence of the respective success factor and in which phase (pre-foundation, foundation, growth) it has the strongest effect. The results show that the hypotheses derived from the theory are confirmed to a very large extent by the study.
Der anthropogene Klimawandel hat neben anhaltenden Dürren und verstärkt auftretenden Extremwetterereignissen auch die Ansiedlung neuer Arten in Deutschland zur Folge. Da die
Landwirtschaft eine kritische Infrastruktur darstellt, ist es notwendig, die potentielle Verbreitung neuer Schädlinge zu untersuchen, um potentielle Gefahren für die Landwirtschaft frühzeitig zu identifizieren. Nur so können rechtzeitig Handlungsbedarfe erkannt sowie Konzepte und Maßnahmen zum Schutz der kritischen Infrastruktur Landwirtschaft entwickelt werden. Es wird daher untersucht, ob Feldheuschrecken im Zuge des Klimawandels eine Gefahr für die deutsche Landwirtschaft darstellen können. Die Arbeit ist somit insbesondere für Akteure aus dem landwirtschaftlichen Sektor und dem Bevölkerungsschutz von Interesse. Betrachtet werden sechs Szenarien, die sich aus der der Kombination der drei Repräsentativen Konzentrationspfaden RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 sowie den beiden Betrachtungszeiträumen 2021 – 2050 und 2071 – 2100 ergeben. Die entsprechenden Klimadaten werden aus dem Projekt Euro-CORDEX bezogen. Mit der Software CLIMEX wird die mögliche Verbreitung von Calliptamus italicus, Dociostaurus maroccanus und Locusta migratoria für 20 Standorte in Deutschland in den sechs Szenarien modelliert. Mit QGIS wird die betroffene Landwirtschaftsfläche auf Basis der CORINE Landnutzungsdaten ermittelt. Darüber hinaus werden im Juni und Juli 2021 vier Interviews mit Expert:innen der Bereiche Klimawandel/-anpassung, Orthopterologie/Entomologie und Landwirtschaft durchgeführt. Die Untersuchung zeigt, dass C. italicus sich in Deutschland stark verbreiten wird, D. maroccanus und L. migratoria sind nur geringfügig vertreten. Heuschreckenschwärme können potentiell pflanzliche Erzeugnisse auf etwa 10 – 25 % der landwirtschaftlichen Fläche bedrohen, ihr Auftreten ist allerdings unwahrscheinlich. Es ist daher von einem geringen Gefahrenpotential von Feldheuschrecken für die deutsche Landwirtschaft auszugehen. Die Modellierung ist auf klimatische Bedingungen begrenzt. Die berechneten Flächen sind mit Abweichungen behaftet, deren Ursprung ungeklärt ist. Trotz dieser Einschränkungen ist die Arbeit wegweisend für zukünftige Forschung und die Entwicklung von Handlungsstrategien. So wird die Entwicklung von Konzepten zur Prävention und Intervention für den Fall einer Heu- schreckeninvasion empfohlen. Ein aktives Biomonitoring größerer, nicht bewirtschafteter Flächen ist essenziell, um mögliche Massenvermehrungen frühzeitig festzustellen. Zusätzlich sollten Schwarmbildungen im Ausland und mögliche Migrationsrouten nach Deutschland untersucht werden.
Schlüsselbegriffe: Landwirtschaftliche Gefahr, Schädling, Klimawandel, Klimawirkung, Heuschrecken, CLIMEX, Species Distribution Model, Expert:inneninterview
Based on the idea of sustainable development, the BioTrade principles and criteria (P&C), based on the idea of sustainable development, have been the essential core guiding the implementation of BioTrade activities since their inception by UNCTAD in 2007. However, after identifying that BioTrade of medicinal plants causes negative impacts on the traditional knowledge related to these plants, the P&C were evaluated in light of the most relevant international agreements that contribute to the safeguarding of this knowledge. The result obtained from the assessment showed that the P&C present many gaps that prevent evaluating the real impact of trade on the traditional knowledge of medicinal plants in Indigenous and local communities. Therefore, in the same framework of the current P&C, the main recommendations contained in the international agreements and the suggestions of specialists in the field have been gathered to create a BioTrade standard that contributes to safeguarding traditional medicinal plant knowledge within a commercial context in any BioTrade initiative where the commercialized product is a sacred or native plant with traditional and cultural value for a community.
Floods are a known natural hazard in Germany, but the amount of precipitation and ensuing high death toll and damages after the events especially from 14 to 15 July 2021 came as a surprise. Almost immediately questions about failure in the early warning chains and the effectiveness of the German response emerged, also internationally. This article presents lessons to learn and argues against a blame culture. The findings are based on comparisons with findings from previous research projects carried out in the Rhein-Erft Kreis and the city of Cologne, as well as on discussions with operational relief forces after the 2021 events. The main disaster aspects of the 2021 flood are related to issuing and understanding warnings, a lack of information and data exchange, unfolding upon a situation of an ongoing pandemic and aggravated further by critical infrastructure failure. Increasing frequencies of flash floods and other extremes due to climate change are just one side of the transformation and challenge, Germany and neighbouring countries are facing. The vulnerability paradox also heavily contributes to it; German society became increasingly vulnerable to failure due to an increased dependency on its infrastructure and emergency system, and the ensuing expectations of the public for a perfect system.
In the literature, many studies outline the advantages of agrivoltaic (APV) systems from different viewpoints: optimized land use, productivity gain in both the energy and water sector, economic benefits, etc. A holistic analysis of an APV system is needed to understand its full advantages. For this purpose, a case study farm size of 0.15 ha has been chosen as a reference farm at a village in Niger, West Africa. Altogether four farming cases are considered. They are traditional rain-fed, irrigated with diesel-powered pumps, irrigated with solar pumps, and the APV system. The APV system is further analyzed under two scenarios: benefits to investors and combined benefits to investors and farmers. An economic feasibility analysis model is developed. Different economic indicators are used to present the results: gross margin, farm profit, benefit-cost ratio, and net present value (NPV). All the economic indicators obtained for the solar-powered irrigation system were positive, whereas all those for the diesel-powered system were negative. Additionally, the diesel system will emit annually about 4005 kg CO2 to irrigate the chosen reference farm. The land equivalent ratio (LER) was obtained at 1.33 and 1.13 for two cases of shading-induced yield loss excluded and included, respectively.
This investigation attempts to understand the eco‐hydrology of, and accordingly suggest an option to manage floodwater for agriculture in, the understudied and data‐sparse ephemeral Baraka River Basin within the hyper‐arid region of Sudan. Reference is made to the major feature of the basin, that is, the Toker Delta spate irrigation scheme. A point‐to‐pixel comparison of gridded and ground‐based data sets is performed to enhance the estimates of rainfall. Analysis of remotely sensed land use/cover data is performed. The results show a significant reduction of the grassland and barren areas explained by a significant expansion of the cropland and open shrubland (invasive mesquite trees) areas in the delta. The cotton sown area is highly dependent on the flooded area and the discharge volume in the delta. However, the area of this major crop has declined since the early 1990s in favour of cultivation of more profitable food crops. Expansion of mesquite in the delta is problematic, taking hold under increased floodwater, and can only be manged by clearance to provide crop cultivation area. There is a great potential for floodwater harvesting during the rainfall season (June to September). A total seasonal runoff volume of around 4.6 and 10.8 billion cubic metres is estimated at 90 and 50% probabilities of exceedance (reliabilities), respectively. Rather than leaving the runoff generated from rainfall events to pass to the Red Sea or be consumed by mesquite trees, a location for runoff harvesting structure in a highly suitable area is proposed. Such a structure will support any policy shifts towards planning and managing the basin water resources for use in irrigating the agricultural scheme.
Water shortage and a rising water demand are prevalent issues on the political agenda worldwide. Available water resources must not only be provided to ensure a domestic and drinking water supply for a steadily increasing population but also for the growing industrial and agricultural sectors. This work outlines how the use of the innovative vacuum multi‐effect membrane distillation contributes to improve the water management efficiency in the following key industry sectors: desalination, drinking water and beverage industry, pharmaceutical, agro and chemical as well as oil and gas industry.
Wärme‐ und Kältespeicher von Gebäuden beruhen auf verschiedenen Konzepten der Wärmeübertragung. Bei thermischen Hybridspeichern befindet sich das Phasen-wechselmaterial (PCM) makroverkapselt in PCM‐Objekten, die im Speicherbehälter positioniert sind und vom Wärmeträgerfluid umströmt werden. Die experimentellen Untersuchungen widmen sich den Belade‐ und Entladeeigenschaften des in Kugeln makroverkapselten PCM. Es wird gezeigt, dass die spezifische Wärmeübertragungs-leistung eines Hybridspeichers unmittelbar von der Größe der Kugeln als auch von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des PCM abhängt.
Eine gängige Form der Qualitätskontrolle von Quellcode sind Code Reviews. Der Fokus von Code Reviews liegt allerdings oft auf syntaktischer Analyse, wodurch weniger Zeit für eine semantische Überprüfung bleibt und zusätzliche Kosten verursacht werden. Code Reviews lassen sich zwar teilweise durch "Linter" automatisieren, dennoch können sie nur syntaktische Fehlermuster identifizieren, welche vorher definiert wurden. Zudem kann ein Linter nur darauf hinweisen, dass möglicherweise ein Fehler vorliegt, da die Fehler nicht durch logische Inferenz ermittelt werden. Die vorliegende Arbeit prüft, ob ein Deep Learning Modell den regelbasierten Ansatz von Lintern ablösen und die semantische Ebene erschließen kann. Dazu wurde eine Stichprobe von Java Methoden zusammengestellt und im Anschluss mit einem Supervised Learning Ansatz binär klassifiziert. Da die Analyse von Quellcode der Textanalyse stark ähnelt wird ein gängiger Ansatz für Textklassifikation verwendet. Dadurch kann gezeigt werden, dass eine Präzision von 85% bei der Erkennung von Quellcodeproblemen durch Deep Learning möglich ist.
Die Bundesregierung hat sich verpflichtet, die Treibhausgasemissionen in den nächsten Jahren stark zu senken. Potentiale hierfür werden besonders im Gebäudesektor gesehen, da dieser einen hohen Anteil des Endenergieverbrauchs verursacht. Bisher lagen für den Gebäudetypus der „Theaterspielstätte“ im Gegensatz zu anderen Gebäudetypologien weder energetische Kennwerte noch Daten zum Raumkomfort vor. Im Rahmen einer deutschlandweiten Querschnittserhebung in 13 Theaterspielstätten über den Zeitraum von drei Wochen wurden sowohl Energieverbräuche mittels zerstörungsfrei
installierter Messsensoren als auch Daten zum Raumkomfort durch den Einsatz eines Messtorsos auf Nutzerebene sowie
einer parallelen Nutzerbefragung erfasst, ausgewertet und analysiert. Anhand dieser Daten wurden charakteristische Kennwerte gebildet und ein Benchmarking erstellt. Darüber hinaus konnte der Energieverbrauch mittels TEK-Tool rechnerisch auf Nutzungszonen und Gewerke verteilt werden, sodass ein Verständnis für die Struktur des Energieverbrauchs in Theaterspielstätten entwickelt wurde, auf Basis dessen die Abschätzung energetischer Einsparpotentiale möglich ist.
Außerdem wurde durch ein einjähriges Intensivmonitoring im sanierten Scharoun Theater Wolfsburg exemplarisch das Einsparpotential durch Gebäudesanierungen und Anlagenoptimierungen von Theaterspielstätten messtechnisch erforscht. Die gemessenen Daten wurden dem Energieverbrauch vor der Sanierung sowie den Sanierungszielen gegenübergestellt und ebenso gegenüber den Kennwerten aus der Querschnittserhebung eingeordnet.
Die Erkenntnisse über die Nutzungs- und Energieverbrauchsstruktur in Theaterspielstätten können zukünftig angewendet werden, um Energieverbräuche rechnerisch besser ermitteln zu können und um Ansatzpunkte zur Reduzierung des Energieverbrauchs zu identifizieren.
As Digital Twins gain more traction and their adoption in industry increases, there is a need to integrate such technology with machine learning features to enhance functionality and enable decision making tasks. This has lead to the emergence of a concept known as Digital Triplet; an enhancement of Digital Twin technology through the addition of an ’intelligent activity layer’. This is a relatively new technology in Industrie 4.0 and research efforts are geared towards exploring its applicability, development and testing of means for implementation and quick adoption. This paper presents the design and implementation of a Digital Triplet for a three-floor elevator system. It demonstrates the integration of a machine learning (ML) object detection model and the system Digital Twin. This was done to introduce an additional security feature that enabled the system to make a decision, based on objects detected and take preliminary security measures. The virtual model was designed in Siemens NX and programmed via Total Integrated Automation (TIA) portal software. The corresponding physical model was fabricated and controlled using a Programmable Logic Controller (PLC) S7 1200. A control program was developed to mimic the general operations of a typical elevator system used in a commercial building setting. Communication, between the physical and virtual models, was enabled using the OPC-Unified Architecture (OPC-UA) protocol. Object recognition using “You only look once” (YOLOV3) based machine learning algorithm was incorporated. The Digital Triplet’s functionality was tested, ensuring the virtual system duplicated actual operations of the physical counterpart through the use of sensor data. Performance testing was done to determine the impact of the ML module on the real-time functionality aspect of the system. Experiment results showed the object recognition contributed an average of 1.083s to an overall signal travel time of 1.338 s.
Pelleted biomass has a low, uniform moisture content and can be handled and stored cheaply and safely. Pellets can be made of industrial waste, food waste, agricultural residues, energy crops, and virgin lumber. Despite their many desirable attributes, they cannot compete with fossil fuel sources because the process of densifying the biomass and the price of the raw materials make pellet production costly.
Leaves collected from street sweeping are generally discarded in landfills, but they can potentially be valorized as a biofuel if they are pelleted. However, the lignin content in leaves is not high enough to ensure the physical stability of the pellets, so they break easily during storage and transportation. In this study, the use of eucalyptus kraft lignin as an additive in tree-leaf pellet production was studied. Results showed that when 2% lignin is added the abrasion resistance can be increased to an acceptable value. Pellets with added lignin fulfilled all requirements of European standards for certification except for ash content. However, as the raw material has no cost, this method can add value or contribute to financing continued sweeping and is an example of a circular economy scenario.
Campylobacter spp. are one of the most important food-borne pathogens, which are quite susceptible to environmental or technological stressors compared to other zoonotic bacteria. This might be due to the lack of many stress response mechanisms described in other bacteria. Nevertheless, Campylobacter is able to survive in the environment and food products. Although some aspects of the heat stress response in Campylobacter jejuni are already known, information about the stress response in other Campylobacter species are still scarce. In this study, the stress response of Campylobacter coli and Campylobacter lari to elevated temperatures (46°C) was investigated by survival assays and whole transcriptome analysis. None of the strains survived at 46°C for more than 8 h and approximately 20% of the genes of C. coli RM2228 and C. lari RM2100 were differentially expressed. The transcriptomic profiles showed enhanced gene expression of several chaperones like dnaK, groES, groEL, and clpB in both strains, indicating a general involvement in the heat stress response within the Campylobacter species. However, the pronounced differences in the expression pattern between C. coli and C. lari suggest that stress response mechanisms described for one Campylobacter species might be not necessarily transferable to other Campylobacter species.
Grasping and manipulation with anthropomorphic robotic and prosthetic hands presents a scientific challenge regarding mechanical design, sensor system, and control. Apart from the mechanical design of such hands, embedding sensors needed for closed-loop control of grasping tasks remains a hard problem due to limited space and required high level of integration of different components. In this paper we present a scalable design model of artificial fingers, which combines mechanical design and embedded electronics with a sophisticated multi-modal sensor system consisting of sensors for sensing normal and shear force, distance, acceleration, temperature, and joint angles. The design is fully parametric, allowing automated scaling of the fingers to arbitrary dimensions in the human hand spectrum. To this end, the electronic parts are composed of interchangeable modules that facilitate the echanical scaling of the fingers and are fully enclosed by the mechanical parts of the finger. The resulting design model allows deriving freely scalable and multimodally sensorised fingers for robotic and prosthetic hands. Four physical demonstrators are assembled and tested to evaluate the approach.
Notrufnummern dienen als einfaches Kommunikationsmittel aller Hilfeersuchen der Bevölkerung in Notfällen. Es ist eine optimale Nutzung der Rettungsinstanzen sicherzustellen. Daher ist es notwendig herauszuarbeiten, inwieweit die Bevölkerung, zur Nutzung der Rufnummer des ärztlichen Bereitschaftsdienstes 116117, sensibilisiert ist. Sie stellt eine Entlastung des Regelrettungsdienstes dar. Um ein Meinungsbild der Bevölkerung hinsichtlich Rufnummernpräferenzen zu erhalten, wird eine Umfrage mit konkreten Beispielen analysiert. Es werden Handlungsempfehlungen genannt, um die Bevölkerung auf den ärztlichen Bereitschaftsdienst aufmerksam zu machen.
The ‘Energy Crisis’ has become the talk of the town in pretty much every developing and lower developing countries in today’s world. It is characterized by a state where the country’s locally available energy resources are being depleted and it is dependent on imported fuel. The problem is considered as although not parallel, but a descendant of the food crisis in terms of the seriousness of the problems in developing nations essentially in Sub-Saharan Africa (SSA). Ethiopia is one such country which nevertheless going through a rapid scale of development (nearly 11 % annual growth rate as of 2017 according to the World Bank) and also is endowed with an enormous amount of natural resources such as hydro, wind, solar, geothermal energy potential. The Ethiopian power sector is heavily dependent on the country’s hydropower resources. However, it needs to diversify its energy sector and integrate new and other renewable energy sources because, in the longer term, its extreme hydropower dependence may put its power sector vulnerable to natural risks like droughts which are very likely scenarios due to the climate change. Since the lack of access to modern forms of energy services left no choice for the Ethiopians than to continue their traditional biomass use, and it results in unsustainable environmental harm with deforestation, soil erosion, and many others. To address this issue, Ethiopia is taking necessary steps towards climate-friendly industrialization of the economy.
In order to understand this transition, a socio-technical analysis of Ethiopian ambitious transformation from an agrarian society to a climate resilient green society has been presented in this paper. An analytical framework will be formulated as a prerequisite for the study by introducing the theory of Multilevel Perspective (MLP). This theory enables the understanding of three different levels of socio-technical environment namely niches, regime, and landscape in which the respective actors interact with each other to facilitate the process of transition. As a part of laying the groundwork, this thorough analysis constitutes all the country’s energy-related activities and associated energy demands, conversion technologies, current fuel mix, primary energy resources, and energy policies in the Ethiopian energy system. The LEAP analysis results from Mr. Md Alam Mondal and group are summarized to obtain an understanding of the country’s total energy demand scenarios.
Consequently, the actors from each socio-technical level have been identified in the context of Ethiopia and their dynamics of interaction have been explained in order to understand the process of energy system transition of Ethiopia in the direction of diversification of its energy system and hence result in the expansion of new renewable energy sector. Most importantly the assessment suggests that the transition process is majorly driven by top-down forces and intra-level reconfiguration of regime actors. There are no bottom-up forces acting as only a little research and development work takes place in the country to develop new radical changes/technological niches. A developing country like Ethiopia has undoubtedly a bright future ahead with all systems in place and the nature-gifted natural resource potential. The ambitious goals set by the country and the international help from developed allies are definitely working in tandem to ensure their accomplishment. With its guiding vision towards development and the global climate change movement, Ethiopia surely has the potential to lead by example.
In dieser Arbeit wurde eine Machbarkeitsstudie zur Speicherung von Wasserstoff in Liquid organic hydrogen carriers (LOHCs) anhand eines gewählten Stoffsystems, Dibenzyltoluen, durchgeführt. Die Arbeit umfasst Bilanzierungen und Auslegungen für eine reversible Hydrierung und Dehydrierung in zwei getrennten Anlagen. Eine class 4-Kostenschätzung bildet die Grundlage für eine Wirtschaftlichkeitsberechnung. So konnten die Technologieziele hinsichtlich der Speicherfähigkeiten nicht realisiert werden. Dennoch zeigen die ermittelten Produktionskosten die Wettbewerbsfähigkeit dieses Ansatzes.
Kontakt: Fabian.Piehl@outlook.com
This project is focused on the generation of hardware independent code for PLCs and the comparison for energy consumption patterns of hydraulic and electric drive unit. This works is dedicated to MLC (mould level control) in a continuous casting machine, which is used to cast steel slabs continuously. The code generation is done with the help of the PLC coder which is present in the software Simulink. The programming is done entirely in MATLAB. The application of the generated code is tested on the Siemens S7-1500 PLC. For executing the code and the development of the HMI (human machine
interface) Siemens software TIA Portal V15 has been used. Moreover, for further analysis of signals and testing the code, a PDA or process data acquisition system, IBA system is used. For energy analysis also the IBA system is used.
Krankenhäuser stellen eine wichtige Kritische Infrastruktur im Bereich des Gesundheitssektors dar, deren Funktionsfähigkeit bei allen Gefahrenlagen erhalten bleiben muss. Durch Interdependenzen mit anderen Kritischen Infrastrukturen, wie der Trinkwasserversorgung, kann ein Ausfall einer der Infrastrukturen zu einer Beeinträchtigung der jeweils anderen führen. Trinkwasser ist für den Menschen lebensnotwendig und muss daher überall in ausreichender Quantität und Qualität bereitgestellt werden (öffentlichen Daseinsvorsorge). Die Trinkwasserversorgung stellt eines der kritischsten Infrastrukturelemente in Krankenhäusern dar, deren Ausfall zu einer Gefährdung der quantitativen und qualitativen Gesundheitsversorgung führt. Die Vergangenheit hat gezeigt, dass Trinkwasserausfälle in Krankenhäusern keine Seltenheit darstellen und zu weitreichenden Beeinträchtigungen führen. Bei Großstörungen bzw. Großschadenslagen oder Katastrophenfällen, ist daher die kommunale Gefahrenabwehr/ der Katastrophenschutz in der Pflicht, zusammen mit anderen Akteuren Krisenmanagement- bzw. Maßnahmenplanungen zu erarbeiten. Dennoch existieren zurzeit fast keine adäquaten Krisenmanagementplanungen für die Herstellung einer Ersatztrinkwasserversorgung für Krankenhäuser. Dies gilt sowohl für die Krankenhäuser im Rahmen der Krankenhausalarm- und Einsatzplanung, als auch die kommunale Gefahrenabwehr bzw. den Katastrophenschutz und Wasserversorgungsunternehmen (WVU).
In dieser Master-Thesis, die im Sommersemester 2018 an der TH Köln erarbeitet wurde, sollte durch eine umfassende Risikoanalyse, unter Zuhilfenahme von Experteninterviews und Dokumentenanalysen das Risiko und die Folgen eines vollständigen Trinkwasserausfalles in einem Krankenhaus dargestellt und der aktuelle Stand der geplanten Bewältigungs- bzw. Krisenmanagementplanungen von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS), dem örtlichen WVU und des Krankenhauses für eine solche Schadenslage erhoben werden. Wurden die geplante Krisenmanagementplanungen als unzureichend oder nicht existent identifiziert, so sollten, wenn möglich, Vorschläge für neue Krisenmanagementkonzepte und Kapitel für den Krankenhauseinsatzplan erstellt werden, wofür ungenutzte Ressourcen für die Etablierung einer Ersatztrinkwasserversorgung ermittelt wurden. Die Analyse erfolgte durch eine Einzelfalluntersuchung anhand des Hauptgebäudes des Krankenhauses Merheim in Köln mit dem Szenario einer lokalen Lage, die nicht durch Kontamination des Wassers induziert ist und deren genaue Ursache nicht betrachtet wird. Um mögliche zukünftige Maßnahmen erarbeiten zu können, musste im Rahmen der Analyse der minimale Trinkwasserbedarf des Untersuchungsgebietes bzw. der einzelnen Funktionsbereiche erhoben und Kriterien für die Geeignetheit von Maßnahmen zur Ersatztrinkwasserversorgung erarbeitet werden. Diese Kriterien sind: Vorlaufzeit, Einhaltung der Trinkwasserverordnung, Versorgungskapazität und Verfügbarkeit von Versorgungsquellen. Für die Berechnung der Kritikalität wurde eine eigene Berechnungsmethode erarbeitet, die im Rahmen der Schutzzieldefinition eine Kritikalitätsanalyse ermöglicht, welche die Bedeutung des Gesamtobjektes und der einzelnen Prozessbausteine einbezieht. Das hier hergeleitete Schutzziel lautet: Verhinderung von Todesfällen bei Patienten durch die angenommene Gefahr und durch das ausfallbedingte Unterlassen von Behandlungsmaßahmen, die nicht anderweitig, durch z.B. Abmeldung von der örtlichen Notfallversorgung oder einer Evakuierung und Verlegung der Patienten, kompensierbar sind.
Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist zusammengefasst die Identifikation der geplanten Maßnahmen zu Ersatztrinkwasserversorgung des Krankenhauses Merheim bzw. ggf. nicht vorhandenen Maßnahmen und somit die Feststellung, ob die Problematik des angenommenen Szenarios von allen Akteuren ausreichend betrachtet wird. Es soll das Bewusstsein für die Notwendigkeit und die Verantwortlichkeiten bzw. Zuständigkeiten von Krisenmanagementplanungen inkl. der Schnittstellenproblematik erhöht werden. Auf Grundlage dieser Arbeit können die Feuerwehr, Hilfsorganisationen, das Technisches Hilfswerk, der Wasserversorger und das Krankenhaus zukünftige Planungen begründen und die Ergebnisse für die Planung einer Ersatztrinkwasserversorgung für das Krankenhaus Merheim nutzen. Das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe, das diese Arbeit ebenfalls betreut hat, möchte diese Arbeit zudem dafür verwenden, weiterführende Konzepte und Leitfäden zu entwickeln.
Hinsichtlich der Erfüllung des Schutzzieles wurde das Krankenhaus Merheim an sich und als Prozessbausteine insbesondere die Intensivstationen als sehr verwundbar identifiziert, was im Rahmen der Analyse zu einem sehr hohen Gesamtrisiko führte. Weitere Prozessbausteine mit sehr hohen Risikowerten sind die Reinstwasseraufbereitungsanlage, die Zentralwäscherei, das Zentrallabor, die Zentralsterilisation und die Anästhesiologie. Durch die sehr hohen Risikowerte und den maximalen Trinkwasserbedarf des Krankenhauses von 150m³/h (eine Ermittlung des minimalen Bedarfes war nicht möglich) lässt sich ein hoher Handlungsbedarf für Krisenmanagementplanungen für den Fall eines Trinkwasserausfalles in dem Krankenhaus ableiten. Die Analyse der Krisenmanagementplanungen hat ergeben, dass keine Maßnahmen zur Krisenbewältigung eines Trinkwasserausfalles im Krankenhaus Merheim existieren. Dies betrifft alle einbezogenen Akteure. Auch eine Einspeisestelle für eine Ersatztrinkwasserversorgung und andere Redundanzsysteme sind im Krankenhaus Merheim nicht vorhanden. Die redundante Ausgestaltung der Trinkwassereinspeisung aus dem öffentlichen Netz in das Privatnetz des Krankenhauses ist dabei nur bei einem Versorgungsausfall auf Seiten des öffentlichen Trinkwassernetzes wirkungsvoll. Eine Ersatztrinkwasserversorgung wäre mit den in der Stadt Köln vorhandenen Ressourcen ausreichend gestaltbar. Verfügbare und geeignete Kapazitäten sind bei der Feuerwehr Köln, privaten Firmen mit Tanklastzügen, der Bundespolizei und Hilfsorganisationen identifiziert worden. Bei den durchgeführten Interviews wurde von fast allen Akteuren eine hohe Relevanz des Themas und der hohe Bedarf an Planungen bestätigt. Jedoch ist durch die bestehende Mangelplanung und der Vernachlässigung von Übungen zur Not- und Ersatztrinkwasserversorgung (z.B. Inbetriebnahme Trinkwassernotbrunnen) davon auszugehen, dass bisher ein mangelndes Problembewusstsein und Unstimmigkeiten bezüglich der Zuständigkeiten bei den verantwortlichen Stellen vorlag. Die Kommune (bzw. hier die Stadt Köln) sollte daher alle Beteiligten zusammenbringen, über die Verantwortlichkeiten bzw. Zuständigkeiten aufklären und einen kooperativen Planungsprozess initiieren. Eine eigene Planung, im Rahmen dieser Arbeit, in Form eines Kapitels für den Krankenhauseinsatzplan und Krisenmanagementplänen für die Gefahrenabwehr bzw. den Wasserversorger konnte durch das Fehlen einer Trinkwassereinspeisestelle in das Krankenhaus nicht erstellt werden. Jedoch war es möglich ein kurzes Kapitel für den Krankenhauseinsatzplan zu erstellen, das auf die weitreichenden Folgen eines Trinkwasserausfalles aufmerksam macht und Anweisungen zum schnelleren Übergang zu einer Evakuierung/Räumung liefert. Durch das so erreichte schnellere Handeln, könnten zumindest viele weitere Folgeschäden bei den Patienten verhindert werden. Überlegungen dahingehend, ob eher präventive oder zur Selbsthilfe befähigende Maßnahmen statt Bewältigungsplanungen in Betracht gezogen werden sollten, sind durchzuführen.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit an der Technischen Hochschule Köln, deren Bearbeitungszeit vom 20.1.2017 bis 24.3.2017 ist, wird durch ein technisches Experiment geprüft, ob diverse Technologien zur 3D-Erfassung und Rekonstruktion geeignet sind Gebäudeinnenräume so zu erkunden, dass die Gefahrenabwehr dadurch einen höheren Nutzen hat, als es bei einer persönlichen oder autonomen Videoerkundung der Fall ist. Dies soll vor allem dann helfen, wenn Gebäude nicht mehr betreten werden sollten, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn das Gebäude durch Erdbebenschäden einsturzgefährdet oder mit Gasen kontaminiert ist. 3D-Modelle einer Umgebung haben u.a. den Vorteil, dass problemlos neue Blickwinkel eingenommen, Maße ermittelt und Planungen für Rettungseinsätze oder Evakuierungen effizienter durchgeführt werden können, ohne Bildmaterial aufwendig zu sichten. Zudem können die Ergebnisse für spätere Evaluationen und Trainings genutzt werden. Um diese Geeignetheit festzustellen werden Beurteilungskriterien erarbeitet, die ein potentielles System erfüllen muss. Diese Kriterien sind: Günstig in der Beschaffung, Zeit bis zu einer 3D-Darstellung, leichte Bedienbarkeit, Qualität bzw. Informationsgewinnung aus der Darstellung (Erkennung von Zugängen und Personen), Lieferung von Zusatzinformationen (beispielsweise Maßangaben) und ob das System Online oder Offline funktionsfähig ist. Um diese Kriterien beurteilen zu können, werden Systeme der drei Haupttechnologien in der 3D-Erfassung (Laserscanner GeoSLAM ZEB-REVO, RGB-D-Kamera Microsoft Kinect und FARO Freestyle3D, Fotogrammetrie mit der Software Agisoft PhotoScan) in einem Versuch überprüft. Dabei wird das Labor für Großschadensereignisse der Technischen Hochschule Köln, der angrenzende Flur und das angrenzende Treppenhaus gescannt bzw. erfasst und rekonstruiert, wobei die nötigen Daten ermittelt werden. Dabei stellt sich heraus, dass der FARO Freestyle3D mit seiner RGB-D-Technologie und der Software FARO Scene als einziges System alle Kriterien erfüllt und somit für den Zweck der Erkundung in diesem Kontext geeignet ist. Der Microsoft Kinect Sensor mit der Software FARO Scene hat, durch Fehler in der Rekonstruktion, Schwächen in der Darstellungsqualität. Dies gilt auch für die Kombination aus GeoS-LAM ZEB-REVO/CloudCompare, da hiermit kein Farbscan erstellt werden kann und somit eine Erkennung von Objekten (z.B. geschlossene Türen) erschwert wird. Die Fotogrammetrie dauert mit einer Berechnungsdauer von ca. 38 Stunden zu lange, um in Notfallsituationen einen Nutzen zu bieten und liefert außerdem falsche Maßangaben.
Nicht näher betrachtet wird in dieser Arbeit die (autonome) Erkundung durch Roboter oder Drohnen, die die Geräte transportieren können, Strom- und Datenübertragungsproblematiken, andere ergänzende Sensortechniken und die Erkundung in dunkler Umgebung.
Water is an eminently important element for societal development. It must be available in sufficient quantity and quality to meet human requirements of consumption, food production and sanitation. The riverine ecosystems are increasingly deteriorated due to human interventions. This leads to changes in the natural flow patterns. The concept of environmental flow started to emerge. Due to the importance of environmental flow in the integrated river basin management, researchers and scientists worldwide have made great efforts towards assessing the environmental flow requirements in river ecosystems. Various tools and techniques were defined. Governmental authorities and water ministries (all over the world including Egypt) have introduced regulations and policies to assure the vitality of environmental flow in river management and water allocation too.
Although different methods are available for the environmental flow assessment, those techniques are not practically applied. Implementing the environmental flow in real world is a challenge, due to the lack of political will and the stakeholder support, the institutional barriers and conflicts of interest, and finally the insufficient resources and capacity in environmental management institutions. It is a multidisciplinary and intersectoral process.
The present study aims to report the importance of environmental flow regarding the inhabitants’ daily life as well as the overall Egyptian socio-economic, political and health status. It demonstrates the methods of applying the Environmental flow concept in Egypt with a focus on social and political aspects, detailing the current situation in Egypt, and clarifying the obstacles that face the implementation process. The data was collected via local people questionnaires, stakeholders’ interviews and field visits. The study proposes solutions to evade the environmental flow implementation obstacles and overcome current challenges. Moreover, the study predicts future issues and offers solutions to avoid their occurrence.
For sustainable climate, an exponential growth in renewable heating and cooling is compulsory to reduce consumption of the fossil fuels for production of heat. An essential step from European Commission as an introduction of the strategy for renewable heat has
given a platform to the solar thermal market to tap the highest possible potential. To grab the opportunity given, capacity of the production is to be increased as well as reduction in cost of solar thermal product is to be achieved by any suitable alternate means. Polymer
based hybrid collector, named as OPVT collector, is the innovation from Fraunhofer Institute of Solar Energy Systems to break the road blocks for the solar thermal market. A polymer solar cell and a polymer solar thermal collector, both, technologies have tendency
of high initial investments and extremely low running cost in business. The aims of this study were to develop a calculation tool for determination of production cost of different OPVT collector concepts and evaluate their potential with reference to market size. The tool was expected to be uniform for all possible concepts of OPVT collector and flexible in
usage during the early stage of technological development. In this study, “Microsoft Excel” software based calculation tool is developed for estimation of production cost for different concepts. A Car washing station for water based OPVT collector and a bus station for air based OPVT collector are found be most suitable for start-up of the business. The analysis of results has highlighted that the minimum cost of OPVT collector can be referenced as its material cost. The OPVT collector business has huge potential and
possibility of early break-even point in the
production. As production costs are sensitive to
material costs, input values to the tool must be accurate. Presence of dominance of the material cost
is due to high cost of OPV. In industry, OPV is still being considered as the technological product instead the commodity product. This market potential study for
OPVT collector technology has been the important step in giving the confidence to solar thermal, polymer and plastic processing industries for business investment.
Keywords – OPVT collector, production cost, calculation tool, market size
Development of renewable energy projects within photovoltaic energy sector has reached unrestrainable pace in recent years and thus the investors are more vigilantly considering the further business deployment towards this sector. Underpinned with clear support from KfW Development Bank, the company MACS Energy & Water GmbH decided to facilitate future verification of credit lines towards these projects by deploying special eSaveTM software which would include technical and financial appraisals specially designed for their clients. Hereof this thesis comprises the initial phase development of this software within the MS Excel and endeavors to provide a proper guideline for the software engineers included in this task in the company. In order to simplify the explanation process this report sticks to 50 kW power plant project in Prokuplje. It is anticipated that this model would enhance, improve and expedite the feasibility analysis between the cooperatives by delivering the projections of energy yield, payback periods and sensitivity analysis of the loan conditions specified for the target country and PV projects in the same. However, besides this main task this report aims to fulfill all the other necessary prerequisites for accomplishing a good due diligence practice. Therefore the thesis places its focus to Republic of Serbia where exceptional due diligence reports were made, among which the Prokuplje project, and compiles the assessments in terms of legal, environmental and risk into one general framework for PV projects in this country. By doing so, the desktop-based model and results obtained with this user-friendly tool can lean on the full due diligence assessment and provide the reader a clear comprehensive overview of possibility to invest into this renewable energy sector in Republic of Serbia.
Keywords: PV, Due diligence, Serbia, eSaveTM, feasibility, model
Jordan is deemed as one of the least water-endowed regions in the world. The acute water shortage, accompanied with changing climatic conditions have necessitated the increasing use of treated wastewater (TWW), predominantly in irrigated agriculture sector. This is especially true with the upper Zarqa River. The ample supply of TWW resources can be found there; paradoxically, the practical implementation of TWW reuse is hindered by the enforcement of irrigation water quality standard, compounding pressure on the dwindling groundwater resources. In light of the large potential source of TWW, this study aims to supply knowledge on maximizing the safe reuse of TWW while minimizing the environmental impacts within the local environment of the upper Zarqa River. A SWOT analysis was conducted to identify the strengths, weaknesses, opportunities, and threats of TWW reuse for agriculture in the local context. In recognition of the projected growth in the treated effluent to more than 135 MCM in the coming ten years, and how it would affect the water use on the study region, several plausible development scenarios were proposed based on expected developments on the ground. Considering the vital role of TWW in sustaining multiple ecosystem services, this study addresses the need to review current standard, encourages managed aquifer recharge with TWW, recommends crops type modification, and enhances knowledge on suitable practices at farm level. Each of these factors is needed in order to deliver a range of ecosystem services to sustain the local rural communities and to advance them in the face of profound challenges, thereby leading to its stability and increased productivity.
Zusammenfassung
Ansatz der vorliegenden Arbeit ist es, mit Blick auf den in einer großen Variationsbreite existierenden Brauprozess in Brauereien mit unterschiedlichster jährlicher Produktionsmenge und technologischem Stand, die wesentlichen charakteristischen Teilprozessschritte hinsichtlich Ihrer Bedarfe an den thermischen Energieformen Wärme und Kälte, unter Berücksichtigung der jeweils in den Teilprozessen herrschenden Temperaturniveaus, darzustellen. Dies ist in Kapitel 2 sowohl für die in Trocknungsprozessen vorbehandelten feststofflichen Braukomponente Gerstenmalz und Hopfen, sowie für die mit dem Beginn der Erwärmung von frischem Brauwasser startenden Prozesse des Einmaischens, Läuterns, Kochens, Gärens bis hin zur Reifung des Jungbieres, erfolgt. Zunächst wurde das jeweilige Temperaturniveau der einzelnen Phasen des Brauvorgangs, trotz seiner unterschiedlichen verfahrenstechnischen Realisierung, abgesteckt. In Kapitel 5 wird der rein für den Prozess notwendige Wärme- und Kältebedarf, auf der Basis der wesentlichen Zustandsänderungen des entstehenden Produktes, bestimmt. Dabei liegt bei jedem Prozessschritt entweder ein Wärme- oder ein Kältebedarf vor. Die Teilprozesse bilden eine zeitliche Abfolge innerhalb des Brauprozesses, welche die Vorstufen des Bieres nacheinander durchläuft. Die in den Kapiteln 3 zum Thema Kälte und in Kapitel 4 zum Thema Wärme dargestellten Grundlagen, liefern die Grundlagen für das Verständnis, des Verhaltens eines Systems im Umfeld von thermischer Energie und bilden die thermodynamischen Kenntnisse, die für die Beurteilung des Transportes, der Erzeugung und der Speicherung von Wärme und Kälte ergeben. Die Wärme und Kältebedarfe in ihrer zeitlichen Abfolge ermöglichen uns unabhängig von gängigen technischen Realisierungen in der Praxis noch einmal in Kapitel 6 die Frage zu stellen, in wie weit zunächst für jeden einzelnen Teilprozess Energieeffizienzverbesserungen durch Eingriff in den Prozess möglich sind. Die Frage der Heranführung der Wärme bei Wärmebedarf des Produktes an das Produkt hat in der Entwicklung der Brauereitechnologie sehr verschiedenen konstruktiven Ausführungen der Maischgefäße und der Gefäße für die Würzebehandlung geführt. An dieser Stelle ist der Einfluss von Veränderungen, welche den Transport von Wärme verbessern könnten, auch auf das Produkt zu hinterfragen. Die modernen Ausführungen der Maisch- und Würzepfannen sind auf ein produktschonendes Verfahren ausgelegt. Änderungen im Anlagenpark erfordern von jeder Brauerei einen langerprobten Umgang, um trotz der Veränderungen an diesen Prozesshilfsmitteln, dennoch die geschmackliche Qualität des Bieres nicht unerwünscht zu beeinflussen. Die Rückführung der Verdampfungswärme beim Kochen und teilweise Verdampfen der Würze in der Pfanne, in den Prozess, unter Beibehaltung des höchstmöglichen Temperaturniveaus dieser Wärme, ist ein Beispiel aus Kapitel 6 für die Effizienzsteigerung des Teilprozesses. Stärker in den produktbeeinflussenden Teilprozess des Maischens greift die Wahl zwischen den zwei etablierten Wärmezufuhrverfahren, dem traditionellen Dekoktionsverfahren und dem in letzter Zeit deutlich überwiegenden Infusionsverfahren. Hier liegt mit der Wahl des letzteren Verfahrens, innerhalb des Teilprozesses Maischen ein Effizienzsteigerungspotential in der Praxis.
Die teilprozessübergreifende Kopplung der einzelnen Verfahrensschritte erlaubt den Transport von Wärme und Kälte, zwischen diesen Teilprozessen, unter Berücksichtigung der zeitlichen Versetzung der einzelnen Teilprozesse. Damit lassen sich Wärme- und Kältebedarfe untereinander bedienen, wenn eine Speichervorrichtung für Wärme auf den jeweiligen Temperaturniveaus vorhanden ist. Das Temperaturniveau der thermischen Energien ist, wie bereits in der Theorie in den Kapitel 3 und 4 gesehen, wo großer Bedeutung. Denn es geht bei der Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtprozesses um die Erhaltung des Potentials der Wärme und Kälte trotz naturbedingter Einbußen, welche die Übertragung der Wärme aufgrund eines notwendigen Temperaturgefälles mit sich bringt. Die Kopplung der Teilprozesse entlang des Brauprozesses führt nach der Analyse in Kapitel 6 dazu, dass Energiezufuhr von außen am heißesten Ort entlang der Prozesskette erforderlich ist, da an dieser Stelle des Würzekochens und Verdampfens innerhalb des Gesamtprozesses keine Wärme auf diesem Temperaturniveau „ausgeliehen“ werden kann. Als Resultat erhält man, das eine Dampferzeugung zur Wärmebereitstellung mit einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von 100°C erforderlich ist, sowie Kältebereitstellung für die kühlen Prozessschritte Gären und Reifen, bei denen die Aufrechterhaltung einer Temperatur bei knapp 0°C gegenüber der wärmeren Umgebung über eine längere Zeitdauer erforderlich ist.
Hiermit kommt man zu der zweiten Fragestellung aus der Einleitung, welche Szenarien der Bereitstellung der Energie, ggf. in Form einer Selbstversorgung der Brauerei sinnvoll ist.
Energetisch ist die Erzeugung von Wärme auf einem vergleichsweise moderaten Temperaturniveau von benötigten 120 bis 140°C durch die Verbrennung des Primärenergieträgers Erdgas im Dampferzeuger nicht optimal. Es bietet sich an, das Gas bei der Verbrennung einen guten Teil seiner Exergie in Reinform zur Verfügung stellen zu können, in dem es z.B. in einem Gasmotor mechanische Arbeit leisten darf, die über einen Generator zu elektrischem Strom veredelt wird, und die Wärmebedarfe in der Brauerei aus dem Abgas und dem Kühlwasser des Motors gedeckt werden. Diese Form des gasbetriebenen Blockheizkraftwerkes (BHKW) ist in der Industrie seit einiger Zeit weit verbreitet. Der Strom deckt Bedarfe durch Elektromotorenantriebe, Kälteerzeugung mit Kompressions-Kältemaschinen, Lüftungsventilatoren, Pumpen und Beleuchtung. Überschüssiger Strom kann ggf. an den Stromversorger verkauft werden.
Der Wärmebedarf für den Brauprozess, sowie für die Wärme im Flaschen- und Fassreinigungsprozess, sowie zur Pasteurisierung des Bier (bei Rückgewinnung eines Teils der Wärme auf leicht niedrigerem Temperaturniveau) wird durch eine Wärmebedarfsauslegung des BHKW weitestgehend gedeckt. In der Ausführung des BHKW sollte berücksichtigt sein, dass die Wärme in ausreichender Menge bei höherer Temperatur durch optimale Nutzung des heißen Abgases entnommen wird, um auf jeden Fall den Dampfbedarf in der Würzepfanne zu decken.
Located in the Urubamba mountain range, the Chicón glacier is the third highest tropical glacier of this area and the source of water for the Chicón watershed. Moreover, from this watershed four communities obtain water for human consumption and agriculture, which is their main economic activity. In the last years glacier retreat is evident in the area and threatens the livelihoods of the people because it affects the availability of fresh water.
The general objective of this research is to analyse the perception of people living in this watershed to climate change, disaster risk, and ecosystem-based solutions. The specific objectives are to identify natural hazards and climate change effects in the community, to recognise potential ecosystem services suitable for Ecosystem-based Adaptation (EbA) and Ecosystem-based Disaster Risk Reduction (Eco-DRR), and to assess to which climate change effects and disasters the communities are vulnerable based on their own perception. The methodological steps are based on literature review, expert interviews, questionnaires to the community, a workshop and field observations.
The results show that people perceive changes in the climate such as increase in temperature, less precipitation and shifts of the rainy and the dry season. The climate-related disasters that were identified are Glacier Lake Outburst Flood (GLOF), droughts, frosts and hailstorms. However, GLOFs are not frequent in the area and drought is the hazard that people consider will be more frequent. Additionally, pests were identified as biological hazards. Several ecosystems services can be obtained for EbA and Eco-DRR from forests, especially if native trees such as Qiwiña (Polylepis spp.), Chachacoma (Escallonia resinosa) and Aliso (Alnus jorullensis) are used in ecosystem management. Finally, the hypothesis was partially accepted since people in the study area are to some extent aware of climate change impacts, but only partially understand causes and effects. Further, they recognize most of the ecosystem services that forests provide. Therefore they are starting to implement ecosystem-based solutions in the watershed with the support of external institutions.
Die Kraftwerksunglücke in Fukushima und Tschernobyl gelten wohl gemeinhin als Inbegriff für die Allgegenwärtigkeit der Gefahr eines kerntechnischen Unfalls mit schwerwiegenden Folgen für Mensch und Umwelt sowie einem tiefen Eingriff in die Wirtschaft und das öffentliche Leben. Kernschmelzen können die unterschiedlichsten Ursachen haben. Plötzlich finden physikalische Prozesse statt, die nicht mehr verhindert, sondern allerhöchstens herausgezögert werden können – die Arbeit der Behörden beginnt. Doch was wäre, wenn die Abstimmung zwischen den Entscheidungsträgern zu lange dauert, wenn die Katastrophenschutzpläne lückenhaft sind, eine rechtzeitige Bevölkerungswarnung ausbleibt, die Verkehrsträger mit der Aufnahme von Menschenmassen völlig überfordert sind oder sich die Aufnahmegebiete im Bereich der radioaktiven Wolke befinden?
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit eben diesen Themen und zeigt Problematiken im Evakuierungsablauf auf. Im Verlauf der Arbeit wird anhand des Standes der Wissenschaft und Technik sowie Referenzereignissen und zwei Fallbeispielen ein Evakuierungskonzept entwickelt, das neue Denkansätze in bestehende Konzepte einarbeitet. Die genaue Planung und Konzeptionierung von Evakuierungs- und Notfallmaßnahmen stehen daher unter Betrachtung der Unzulänglichkeiten und Defizite beim Krisenmanagement im Mittelpunkt dieser Arbeit. Unter Berücksichtigung der Empfehlungen der Strahlenschutzkommission, der AG Fukushima, des Bundestages sowie des Bundesamtes für Strahlenschutz werden Evakuierungsrouten entwickelt und die Verkehrsträger Straße, Schiene, Schifffahrt und Luftverkehr auf deren Tauglichkeit und Kapazität geprüft. Zudem wird erläutert, wie eine Zusammenarbeit zwischen den Entscheidungsträgern des Landes und der Katastrophenschutzbehörden in Form eines weisungsbefugten bundeseinheitlichen Führungsstabes gestaltet werden kann.
Nicht zuletzt gilt es, den Weg für ein zukünftig funktionierendes Krisenmanagement im Fall eines kerntechnischen Unfalls zu ebnen, eine fundierte internationale und grenzüberschreitende Planungsgrundlage zu bieten und notwendige Maßnahmen der Behörden und Ministerien für eine effektive Gefahrenabwehr und einen funktionsfähigen Evakuierungsablauf aufzuzeigen.
The rising worldwide energy demand leads to the depletion of fossil fuels reserves and at the same time, it increases the environmental impact caused by emissions of greenhouse gases (GHG).
Utilization of fossil fuels causes not only climate change impacts such as global warming, but also many other environmental problems such as water and soil contamination that pose potential risks to human and animal health.
Furthermore, increasing population growth leads to increased food demand and consumption. This upward trend creates competition between food and bioenergy markets. Hence, the so‐called “food or fuel” discussion is back.
Challenges to counteract deciding between food and fuel that focus on the need to produce sustainable energy, while protecting environment, are the keys to replacing fossil fuels and lowering their greenhouse gas emissions. For this purpose, a completely new strategy with a proper sustainable system to supplying world’s energy demand must be found.
The goal of the ComProSol project is the mobilization of currently unused biogenic contingents such as residual and waste material for bioenergy feedstocks. Another budding option is the reactivation of fallow land to grow energy crops and short rotation coppice for energy recovery.
In the course of Germany’s bioeconomy program, which will switch the economy from a petro-based to a bio-based society, the prioritized utilization of bio-based resources should always be the hierarchically most valuable. Food and forage production are given preference over material recycling and extracting raw materials. Another driver is the growing consciousness of environmental issues and nature conservation which limits the available cultivatable area by law. As a result, there is a supply bottleneck of economically competitive feedstock for bioenergy. In this context, the interdisciplinary project is based on the systematic interconnection of applications to create utilization cascades.
Methodical corrective measures of ComProSol focus on influencing fuel properties by preconditioning through substrate and additive compound blending, sieving and compacting, and integrating process optimization. Collaboration with other subprojects that deal with bio- or thermal-chemical conversion will provide additional impetus for developing utilization applications.
The initial work package of ComProSol, which recently started, defines the scope by dint of a regional potential feedstock cadaster in order to specify the further roadmap.
Intelligent use of energy is one of the keys to success for an energy revolution. To meet this challenge, smart meters are suitable tools because INTELLIGENT use of energy means not only to use efficiency technology, but also to determine load shifting potentials and use them accordingly. Especially farms with high power consumption are becoming increasingly concerned about reducing energy costs due to rising energy prices and need a systematic analysis of their operational energy flow. To find solutions for farms, the NaRoTec e.V., the TH Köln, and the Machinery Ring Höxter-Warburg have joined forces with partners and launched the project "Intelligent Energy in Agriculture", which is funded by the state of NRW. The aim of the project is to be able to give individual advice recommendations for energy optimization of agricultural holdings. This will be achieved inter alia through an operational energy audit and current measurements in different operating ranges. To achieve this, smart meters were installed in selected energy-intensive dairy and pig farms. As part of the project, the installed smart meter information about the consumption of various plants and their components were analyzed, regularities and adaptability in loading history identified, and the energy efficiency of the equipment and systems used verified (especially pumps, ventilators, feeding systems). Then recommendations were formulated to shift electricity-intensive processes to times with low electricity costs and high intrinsic power production. The resulting findings will be used as the basis for intelligent energy management in the further course of the project. Overall, efficiency streamlining measures in the field of ventilation and lighting systems, flexible dry feeding systems by decoupling power purchase and consumption, as well as energy savings and related CO2 savings were determined.
Intelligent use of energy is one of the keys to success for an energy revolution. To meet this challenge, smart meters are suitable tools because INTELLIGENT use of energy means not only to use efficiency technology, but also to determine load shifting potentials and use them accordingly. Especially farms with high power consumption are becoming increasingly concerned about reducing energy costs due to rising energy prices and need a systematic analysis of their operational energy flow. To find solutions for farms, the NaRoTec e.V., the TH Köln, and the Machinery Ring Höxter-Warburg have joined forces with partners and launched the project "Intelligent Energy in Agriculture", which is funded by the state of NRW in Germany. The aim of the project is to be able to give individual advice recommendations for energy optimization of agricultural holdings. This will be achieved inter alia through an operational energy audit and current measurements in different operating ranges. To achieve this, smart meters were installed in selected energy-intensive dairy and pig farms.
As part of the project, the installed smart meter information of one of the dairy Farms is used to optimize the energy consumption of the farm and increase the degree of self-sufficiency. A good way to achieve this is by taking a closer look at the cooling process of the produced milk since it is one of the most energy consuming processes on a dairy farm. In addition an installation of an ice cooling system instead of a direct cooling system enables the possibility to store self-produced energy in the form of ice and use it later on when it is needed to cool the milk. This flattens the usual energy peaks throughout the day and increases the degree of self-sufficiency. To ensure a sufficient amount of self-produced energy with solar power plants of various sizes were designed. The different sizes of the power plants are defined by the use of the gathered smart meter data is used to cover different electric loads in addition to the ice water cooling system. Afterwards the different simulated models are compared to find the best balance between energy production, investment cost and a high degree of self-sufficiency. First results show that using an ice cooling system in combination with a solar power plant improvement the degree of self-sufficiency by up to 7.8 %.
There is a dramatic shift in credit card fraud from the offline to the online world. Large online retailers have tried to establish countermeasures and transaction data analysis technologies to lower the rate of fraudulent transactions to a manageable amount. But as retailers will always have to make a trade-off between the performance of the transaction processing, the usability of the web shop, and the overall security of it, one can assume that e-commerce fraud will still happen in the future. Thus, retailers have to collaborate with relevant business partners on the incident to find a common ground and take coordinated (legal) actions against it.
Trying to combine the information from different stakeholders will face issues due to different wordings and data formats, competing incentives of the stakeholders to participate on information sharing, as well as possible sharing restrictions that prevent them from making the information available to a larger audience. Moreover, as some of the information might be confidential or business-critical to at least one of the parties involved, a centralized system (e.g. a service in the public cloud) can not be used.
This Master Thesis is therefore analysing how far a computer supported collaborative work system based on peer-to-peer communication and Semantic Web technologies can improve the efficiency and effectivity of e-commerce fraud investigations within an inter-institutional team.
Die Dokumentation und Untersuchung von Massenbewegungen ist der entscheidende Schritt, um die Gefahr, die von ihnen ausgeht, zu identifizieren und im nächsten Schritt zu minimieren. Vor allem in Bergregionen kann dies im Extremfall Menschenleben retten.
Folglich untersucht diese Arbeit auf Grund bestehender Gefahr die räumliche Verteilung von Massenbewegungen in den drei iranischen Provinzen Alborz, Qazvin und Teheran.
In Anbetracht der immer weiter wachsenden Städte im erdbeben- und somit massenbewegungsgefährdeten Elbursgebirge wird mittels zweier quantitativer Analysen der isolierte Einfluss von straßen- und schienengebundener Verkehrsinfrastruktur auf Massenbewegungen (in den drei Provinzen) untersucht.
Beide Analysen vergleichen ausschließlich die lokale Häufung von Massenbewegungen mit dem vorhandenen Straßen- und Schienennetz: in der ersten Analyse durch das Vergleichen stattgefundener Massenbewegungen innerhalb von Teilgebieten des untersuchten Gebiets, in der zweiten Analyse werden die Häufungen in verschiedenen Abständen zu Straßen erfasst.
Anknüpfend an die zweite Analyse wird eine Bewertung der Häufigkeiten getätigt.
Es ergeben sich folgende wesentliche Erkenntnisse aus dieser Bachelorarbeit:
• Die Aussagekraft der Analysen kann höchstens so groß sein wie die Richtigkeit, Vollständigkeit und Detailliertheit der zur Verfügung gestellten Datenbanken
• Die verhältnismäßig große Fläche des Untersuchungsgebietes stellt eine hohe Fehlerquelle dar (z.B. durch das große Datenvolumen)
• Eine Anfälligkeitsanalyse auf Grund eines isoliert betrachteten Auslösefaktors ist mit vielen Fehlern und Annahmen behaftet (z.B. muss zunächst einmal angenommen werden, dass Massenbewegungen nicht durch andere Faktoren ausgelöst werden)
• Eine erhöhte Anfälligkeit des Untersuchungsgebietes gegenüber Massenbewegungen innerhalb von 50 m Abstand zu Straßen konnte durch die in dieser Arbeit beschriebenen „Straßenpufferanalyse“ nachgewiesen werden.
Die Analysen sind mit dem Programm ArcGIS durchgeführt. Ihre detaillierte Beschreibung ermöglicht es dem Leser, die Analysen weiterzuführen oder mit anderen Parametern zu wiederholen. Weiterführende Analysen beispielsweise in Form einer Risikokarte verhelfen den Menschen, Sachgüter und die Umwelt z.B. durch nachhaltige Bebauungspläne zu schützen.
When it comes to web applications and their dynamic content, one seemingly common trouble area is that of layouts. Frequently, web designers resort to frameworks or JavaScript-based solutions to achieve various layouts where the capabilities of Cascading Style Sheets (CSS) fall short. Although the World Wide Web Consortium (W3C) is attempting to address the demand for more robust and concise layout solutions to handle dynamic content with the recent and upcoming specifications, a generic approach to creating layouts using constraint syntax has been proposed and implementations have been created. Yet, the introduction of constraint syntax would change the CSS paradigm in a fundamental way, demanding further analysis to determine the viability of its inclusion in core web standards. This thesis focuses on one particular aspect of the introduction of constraint syntax: how intuitive constraint syntax will be for designers. To this end, an experiment is performed involving participants thinking aloud while reading code snippets. Also, cursor movements are recorded as a proxy for eye movement over the code snippets. The results indicate that, upon first-impression, constraint syntax within CSS is not intuitive for designers.
The utilization of roadside-green-cuttings (grass) for anaerobic digestion increases provides an additional possible source of organic waste for use as a renewable energy source. Grass can be used as a substrate to increase biogas yield. Nevertheless, the anaerobic digestion of this kind of waste can be limited due to the fact that it could be contaminated with heavy metals, in particular from traffic emissions and industrial activity. For this reason the biogas production of grass from a busy road was assessed. Samples of roadside-grass were washed with an organosulphide, which is used for the removal of heavy metals from wastewater.
A comparison of the anaerobic digestion of washed and unwashed roadside grass was performed. Results showed that the anaerobic digestion of the unwashed grass was much more effective than the washed grass. A second experiment was carried out and co-fermentation of manure and farm-grass was prepared for anaerobic digestion. Lead was added in the concentrations 500, 1000 and 2000 mg Pb2+/kg. The results showed that the higher the lead concentration, the lower the inhibition of the biogas yield. The grass could be acting as phytoremediator for high lead concentrations. The grass could contain organic compounds, which can as-similate heavy metals.
Anaerobic Digestion of spent grains: Potential use in small-scale Biogas Digesters in Jos, Nigeria
(2014)
In order to ascertain biogas yield potential and applicability of spent grains (SG)1 in small-scale biogas production, laboratory batch fermentation was performed with various masses of dry and wet SG using sewage sludge (SS)2 and digested maize silage (DMs) 3 as inoculums. Different volumes of biogas and CH4 were measured with higher volumes observed for batch fermentation with DMs in com-parison to those produced by SS. Results from the study reveals minimum biogas yield of 118.10 L/kg
VS and maximum yields of 769.46 L/kg VS, which are indicative of the possible use of SG for domestic biogas production in Jos, Nigeria. The study established the fact that the use of both dry and wet SG results in the yield of a useful amount of biogas having 40 - 60 % CH4 content depending on the inoculum and amount of volatile solids present. Using the parameters of dry matter and volatile solids contents analysed for SG and DMs, it was estimated that a reactor volume of 6.47 m3 would be capable of meeting the daily cooking needs of rural households in Jos, Nigeria.
Der vorliegende Bericht ist ein ökonomischer Vergleich
verschiedener Varianten der Überschussschlamm
(ÜSS)-Verwertung der Sickerwasseranlage
auf der Deponie des Entsorgungszentrums Leppe
mit dem aktuellen Entsorgungsweg. Als Vergleichsparameter
werden die Jahresvollkosten herangezogen.
Der derzeitige Entsorgungsweg über die kommunale
Kläranlage wird hierbei als Basisvariante
betrachtet und mit alternativen Behandlungs- und
Verwertungsmöglichkeiten verglichen. Hierbei werden
verschiedene Varianten mit unterschiedlichen
Ausführungen der Komponenten Lagerung, Entwässerung,
Trocknung, Transport und Verbrennung
gegenübergestellt.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine HPLC-Methode mit der dazugehörigen Probenvorbereitung entwickelt, welche es ermöglicht Essigsäure und Acrylsäure in komplexen Matrizes wie Deponiesickerwasser zu bestimmen. Hauptaugenmerk lag dabei auf der Matrixreduzierung, die bei 96 % lag. Die Wiederfindung der Analyten Essigsäure und Acrylsäure liegt bei der beschriebenen Methode bei ca. 100 %.
Biogas, mit geringen Konzentrationen an Methan, entsteht unter anderem bei verschiedenen industriellen Prozessen. Wegen der Umweltschädlichkeit des Methans gilt es dessen Eintrag in die Umwelt zu vermeiden.
Das Ziel des vorgestellten Projektes war die Überprüfung eines umweltfreundlichen Verfahrens zur Reduzierung des Methans durch methanotrophe Bakterien. Die einzelnen Batchversuche liefen über 15 Stunden und zeigten eine starke Reduzierung des Methans von 18 auf 1 Vol.-%.
Messverfahren zur Erfassung der potenziellen Ökotoxizität in anaeroben und aeroben Abbauprozessen
(2014)
In der vorliegenden Ausarbeitung werden die etablierten Verfahren zur Bestimmung der Ökotoxizität erläutert, mit dem Ziel weitere Bioaktivitätsparameter zur Charakterisierung der biologischen Prozesse bei der Forschungsgemeinschaft :metabolon zu integrieren.
Die Erfassung der Toxizität beruht bei den vorgestellten Methoden auf der Messung der Lumineszenz, der Sauerstoffverbrauchsrate oder der Zellzahl. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Schadstoffe sowie der biologischen Betriebsbedingungen der Behandlungsstufen ist die Auswahl der bestmöglichen Methode erforderlich.
Mit Einführung der Deponieverordnung 2005 endete die Deponierung nicht-inerter Stoffe und biologisch aktiver Spezies. Im Zuge ihrer Durchsetzung traten neue Behandlungsmöglichkeiten dieser Stoffströme in das Zentrum der Betrachtung. Zu diesen Behandlungsmethoden zählt die anaerobe biologische Behandlung. Sie findet vor allem bei stark organisch geprägten Stoffströmen mit hohen Wassergehalten Anwendung (Kaltschmitt et al. 2009). Im Zuge der anaeroben Behandlung werden organische Kohlenstoffverbindungen hauptsächlich in CO2 und CH4 umgesetzt. Die anaerobe Behandlung reduziert so den organischen Anteil und das Volumen des Gärsubstrates. Im Gegenzug steigt der Wasseranteil des Gärsubstrates durch die Freisetzung von Zellwasser an. Verbindungen aus Phosphor und Stickstoff verbleiben im Gärsubstrat und machen es damit zu einem geeigneten Düngemittel für die Landwirt-schaft (Möller et al. 2009). Das Material unterliegt der Düngemittelverordnung, durch welche sowohl die Ausbringung als auch die Ansprüche an dessen Beschaffenheit geregelt werden. Um den anfallenden Gärrest für die Landwirtschaft nutzen zu können, muss daher eine Möglichkeit zur mittelfristigen Lagerung geschaffen werden (Raussen et al. 2008). Über das Verhalten im Zeitraum dieser Lagerung gibt es bisher nur wenige Untersuchungen. Grund hierfür ist vor allem die hohe Diversität des Presswassers. Dessen Eigenschaften werden durch die Betriebsparameter der Biogasanlage bestimmt und unterscheiden sich so deutlich von Anlage zu Anlage.
Die hier dargestellten Arbeiten sind Teil eines Forschungsvorhabens zur Untersuchung des Lagerungsverhaltens von Presswasser aus der Vergärungs- und Kompostierungsanlage Leppe. Diese verfügt über zwei Lagerungsbehälter mit einem Fassungsvermögen von je 3.500 m³. Bereits im Zuge der Planung wurde ein anaerober und aerober Betrieb vorgesehen. Neben den drei Rührwerken, mit denen die Durchmischung des Presswassers gewährleistet wird, sind zwei Injektionsbelüfter installiert.
Ziel der Untersuchungen war es, eine Datengrundlage zu schaffen, aufgrund derer über die Betriebsweise der Presswasserspeicher entschieden werden kann.
Für einen aktiven Gewässerschutz ist es sinnvoll,
Immissionen aus Kläranlagen und Kanalsystemen
in einem Gesamtkonzept zu betrachten und somit
das Abwasserabflusssystem ganzheitlich zu bewirtschaften.
Schließlich belasten diese Einleitungen
die Gewässer sowohl in hydraulischer wie auch in
stofflicher Hinsicht.
Die gewonnenen Erfahrungen aus fünfjähriger Forschungsarbeit
stellen die Grundlage für einen erfolgreichen
Technologietransfer auf weitere Kanal und
Kläranlagen-Systeme dar. Dies ist ein wesentliches
Ziel des wissenschaftlichen Netzwerkes, das
im Rahmen von :metabolon aufgebaut wird.
Die Messung des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) im Zulauf von Kläranlagen ist von zentraler Bedeutung für die Optimierung und Regelung der Abbauprozesse der Nitrifikation und Denitrifikation. Allerdings ist die Messung des CSB bislang sehr zeitaufwändig und kostenintensiv, da 24-Stunden Mischproben im Labor nasschemisch analysiert werden müssen.
Online-Messtechnik in Form von spektroskopischen Messgeräten (10.000 ̶ 20.000 €) oder nass-chemischen Online-Analysatoren (> = 50.000 €) sind insbesondere für kleine und mittlere Kläranlagen aus Kostengründen keine Alternative.
Eine extrem kostengünstige Alternative ist der im Folgenden beschriebene Softsensor für CSB im Kläranlagenzulauf, der auf Basis von Standardmesstechnik im Zulauf von kleinen und mittleren kommunalen Kläranlagen sowie mit zusätzlicher Online-Messtechnik für Trübung sowie Ammonium- und Nitratstickstoff (NH4-N und NO3-N) die aktuelle CSB-Konzentration bestimmt. Zur Entwicklung des Softsensors werden Regressionsmethoden aus dem Bereich des Machine Learning eingesetzt. Die Ergebnisse einer Entwicklungs- und Testphase an der Kläranlage Rospe in Gummersbach zeigen, dass die Werte des Softsensors sehr gut mit den Originaldaten übereinstimmen. Die Korrelationswerte beim Vergleich mit CSB-Messungen liegen bei der Regression mit Support Vector Regression bei 0,98 mit einem RSME von 2,45 mg/l.
Die Regelung heutiger, industriell genutzter Biomasse-Feuerungsanlagen erfolgt meistens über fest eingestellte Parameter. Bei Veränderungen des Brennstoffs dienen visuelle Beobachtungen der Mitarbeiter als Basis der Neueinstellung dieser Parameter. Das Ziel der Forschung besteht in der Optimierung solcher Regelungen durch den Einsatz von Kamerasystemen in Kombination mit einer automatisierten Regelung, die auf Basis von Flammenbild-Analysen funktioniert. Ein solches System wäre auch unabhängig von der Art des Brennstoffs.
This paper presents a series of flow and temperature measurements on the principal heat network of :metabolon in Lindlar, Germany. These measurements intend to show the behaviour of the system on specific production areas of :metabolon for future monitoring and optimisation purposes. Such measurements allow the analysis of the system’s heat flow through the network, which showed that losses exist, some areas. The results demonstrate successfully that the temperature and flow changes deserve more detailed and fixed monitoring in specific areas to help the user decide the optimum measuring point.
Online-measurement systems for agricultural and industrial AD plants – A review and practice test
(2014)
Online-measurement systems for AD plants in general are crucial to allow for detailed and comprehensive process monitoring and provide a basis for the development and practical application of process optimisation and control strategies.
Nevertheless, the online measurement of key process variables such as Volatile Fatty Acids (VFA) and Total Alkalinity (TA) has proven to be difficult due to extreme process conditions. High Total Solids (TS) concentrations and extraneous material often damage the sensors or have a strong negative impact on measurement quality and long-term behaviour.
Consequently, there is a need for new robust and accurate online-measurement systems.
The purpose of this paper is to give an overview of existing online-measurement systems, to present the current state of research and to show the results of practice tests at an agricultural and industrial AD plant. It becomes obvious that a broad variety of measurement solutions have been developed over the past few years, but that the main problem is the upscaling from lab-scale to practical application at full-scale AD plants. Results from the practice tests show that an online-measurement of pH, ORP, TS is possible.
Mit Hilfe der Inline-ATR-FTIR-Spektroskopie im mittelinfraroten (MIR) Spektralbereich lassen sich gleich mehrere Prozessparameter für Biogasanlagen in Echtzeit und ohne Probenahme verfolgen. Die gemessenen Absorptionsspektren geben simultan Aufschluss über den Gehalt an flüchtigen organischen Säuren (FOS), die alkalische Pufferkapazität (TAC) und die Ammoniumstickstoff-Konzentration (NH4-N).
Dabei können unter Verwendung intelligenter Datenanalyseverfahren, wie z.B. Partial Least Squares (PLS), Regression oder Support Vector Regression (SVR) sowie in kontrollierter Laborumgebung, Vorhersagefehler (RMSECV) von 0.372 g/l (FOS: R2=0.971), 0.336 g/l (TAC: R2=0.996) und 0.171 g/l (NH4-N: R2=0.992) im Falle der PLS, bzw. 0.386, 0.259 und 0.110 g/l für die SVR erreicht werden.
Erste Inline-Messungen in einer Biomüllvergärungsanlage zeigen, dass die erwarteten Absorptionsbanden auch im Prozessbetrieb wiedergefunden werden können. Sie unterliegen jedoch einem ausgeprägten Temperatureinfluss, der bei der Quantifizierung dieser Prozessdaten berücksichtigt werden muss. Weiterführende Untersuchungen sind notwendig, um die Inline-Tauglichkeit des Messsystems unter Beweis zu stellen.
In this paper a closed-loop substrate feed control for agricultural biogas plants is proposed. In this case, multi-objective nonlinear model predictive control is used to control composition and amount of substrate feed to optimise the economic feasibility of a biogas plant whilst assuring process stability. The control algorithm relies on a detailed biogas plant simulation model using the Anaerobic
Digestion Model No. 1. The optimal control problem is solved using the state-of-the-art multi-objective optimization method SMS-EGO. Control performance is evaluated by means of a set point tracking problem in a noisy environment.
Results show, that the proposed control scheme is able to keep the produced electrical energy close to a set point with an RMSE of 0.9 %, thus maintaining optimal biogas plant operation.