TY - INPR A1 - Schmülling, Max A1 - Gützlaff, Joel A1 - Czupalla, Markus T1 - A thermal simulation environment for moving objects on the lunar surface N2 - This paper presents a thermal simulation environment for moving objects on the lunar surface. The goal of the thermal simulation environment is to enable the reliable prediction of the temperature development of a given object on the lunar surface by providing the respective heat fluxes for a mission on a given travel path. The user can import any object geometry and freely define the path that the object should travel. Using the path of the object, the relevant lunar surface geometry is imported from a digital elevation model. The relevant parts of the lunar surface are determined based on distance to the defined path. A thermal model of these surface sections is generated, consisting of a porous layer on top and a denser layer below. The object is moved across the lunar surface, and its inclination is adapted depending on the slope of the terrain below it. Finally, a transient thermal analysis of the object and its environment is performed at several positions on its path and the results are visualized. The paper introduces details on the thermal modeling of the lunar surface, as well as its verification. Furthermore, the structure of the created software is presented. The robustness of the environment is verified with the help of sensitivity studies and possible improvements are presented. KW - Dynamic modeling KW - Thermal analysis KW - ESATAN-TMS KW - Lunar Surface KW - Thermal Model Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3902363/v1 ER - TY - JOUR A1 - Wild, Dominik A1 - Schrezenmeier, Johannes A1 - Czupalla, Markus A1 - Förstner, Roger T1 - Thermal Characterization of additive manufactured Integral Structures for Phase Change Applications JF - 2020 International Conference on Environmental Systems N2 - “Infused Thermal Solutions” (ITS) introduces a method for passive thermal control to stabilize structural components thermally without active heating and cooling systems, by using phase change material (PCM) in combination with lattice – both embedded into an additive manufactured integral structure. The technology is currently under development. This paper presents the results of the thermal property measurements performed on additive manufactured ITS breadboards. Within the breadboard campaigns key characteristics of the additive manufactured specimens were derived: Mechanical parameters: specimen impermeability, minimum wall thickness, lattice structure, subsequent heat treatment. Thermal properties: thermo-optical surface properties of the additive manufactured raw material, thermal conductivity and specific heat capacity measurements. As a conclusion the paper introduces an overview of potential ITS hardware applications, expected to increase the thermal performance. Y1 - 2020 PB - Texas Tech University ER - TY - JOUR A1 - Schopen, Oliver A1 - Narayan, Sriram A1 - Beckmann, Marvin A1 - Najmi, Aezid-Ul-Hassan A1 - Esch, Thomas A1 - Shabani, Bahman T1 - An EIS approach to quantify the effects of inlet air relative humidity on the performance of proton exchange membrane fuel cells: a pathway to developing a novel fault diagnostic method JF - International Journal of Hydrogen Energy N2 - In this work, the effect of low air relative humidity on the operation of a polymer electrolyte membrane fuel cell is investigated. An innovative method through performing in situ electrochemical impedance spectroscopy is utilised to quantify the effect of inlet air relative humidity at the cathode side on internal ionic resistances and output voltage of the fuel cell. In addition, algorithms are developed to analyse the electrochemical characteristics of the fuel cell. For the specific fuel cell stack used in this study, the membrane resistance drops by over 39 % and the cathode side charge transfer resistance decreases by 23 % after increasing the humidity from 30 % to 85 %, while the results of static operation also show an increase of ∼2.2 % in the voltage output after increasing the relative humidity from 30 % to 85 %. In dynamic operation, visible drying effects occur at < 50 % relative humidity, whereby the increase of the air side stoichiometry increases the drying effects. Furthermore, other parameters, such as hydrogen humidification, internal stack structure, and operating parameters like stoichiometry, pressure, and temperature affect the overall water balance. Therefore, the optimal humidification range must be determined by considering all these parameters to maximise the fuel cell performance and durability. The results of this study are used to develop a health management system to ensure sufficient humidification by continuously monitoring the fuel cell polarisation data and electrochemical impedance spectroscopy indicators. KW - PEM fuel cell KW - Electrochemical impedance spectroscopy KW - Relative air humidity KW - Active humidity control KW - Impedance analysis Y1 - 2024 SN - 0360-3199 (print) U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.01.218 SN - 1879-3487 (online) VL - 58 IS - 8 SP - 1302 EP - 1315 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - CHAP A1 - Veettil, Yadu Krishna Morassery A1 - Rakshit, Shantam A1 - Schopen, Oliver A1 - Kemper, Hans A1 - Esch, Thomas A1 - Shabani, Bahman ED - Bin Abdollah, Mohd Fadzli ED - Amiruddin, Hilmi ED - Singh, Amrik Singh Phuman ED - Munir, Fudhail Abdul ED - Ibrahim, Asriana T1 - Automated Control System Strategies to Ensure Safety of PEM Fuel Cells Using Kalman Filters T2 - Proceedings of the 7th International Conference and Exhibition on Sustainable Energy and Advanced Materials (ICE-SEAM 2021), Melaka, Malaysia N2 - Having well-defined control strategies for fuel cells, that can efficiently detect errors and take corrective action is critically important for safety in all applications, and especially so in aviation. The algorithms not only ensure operator safety by monitoring the fuel cell and connected components, but also contribute to extending the health of the fuel cell, its durability and safe operation over its lifetime. While sensors are used to provide peripheral data surrounding the fuel cell, the internal states of the fuel cell cannot be directly measured. To overcome this restriction, Kalman Filter has been implemented as an internal state observer. Other safety conditions are evaluated using real-time data from every connected sensor and corrective actions automatically take place to ensure safety. The algorithms discussed in this paper have been validated thorough Model-in-the-Loop (MiL) tests as well as practical validation at a dedicated test bench. KW - control system KW - PEM fuel cells KW - Kalman filter Y1 - 2022 SN - 978-981-19-3178-9 SN - 978-981-19-3179-6 (E-Book) U6 - https://doi.org/10.1007/978-981-19-3179-6_55 SN - 2195-4356 N1 - 7th International Conference and Exhibition on Sustainable Energy and Advanced Material (ICE-SEAM 2021), Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Malaysia, in association with the Universitas Sebelas Maret (UNS), Indonesia, 23 November 2021 SP - 296 EP - 299 PB - Springer Nature CY - Singapore ER - TY - CHAP A1 - Schopen, Oliver A1 - Kemper, Hans A1 - Esch, Thomas T1 - Development of a comparison methodology and evaluation matrix for electrically driven compressors in ICE and FC T2 - Proceedings of the 1st UNITED – Southeast Asia Automotive Interest Group (SAIG) International Conference N2 - In addition to electromobility and alternative drive systems, a focus is set on electrically driven compressors (EDC), with a high potential for increasing the efficiency of internal combustion engines (ICE) and fuel cells [01]. The primary objective is to increase the ICE torque, provided independently of the ICE speed by compressing the intake air and consequently the ICE filling level supported by the compressor. For operation independent from the ICE speed, the EDC compressor is decoupled from the turbine by using an electric compressor motor (CM) instead of the turbine. ICE performances can be increased by the use of EDC where individual compressor parameters are adapted to the respective application area [02] [03]. This task contains great challenges, increased by demands with regard to pollutant reduction while maintaining constant performance and reduced fuel consumption. The FH-Aachen is equipped with an EDC test bench which enables EDC-investigations in various configurations and operating modes. Characteristic properties of different compressors can be determined, which build the basis for a comparison methodology. Subject of this project is the development of a comparison methodology for EDC with an associated evaluation method and a defined overall evaluation method. For the application of this comparison methodology, corresponding series of measurements are carried out on the EDC test bench using an appropriate test device. KW - electro mobility KW - fuel cell KW - internal combustion engine KW - electrically driven compressors Y1 - 2021 SN - 978-3-902103-94-9 N1 - 1st UNITED-SAIG International Conference, 21-22 APR 2021, Chulalongkorn University, Thailand SP - 45 EP - 46 PB - FH Joanneum CY - Graz ER - TY - JOUR A1 - Schopen, Oliver A1 - Shah, Neel A1 - Esch, Thomas A1 - Shabani, Bahman T1 - Critical quantitative evaluation of integrated health management methods for fuel cell applications JF - International Journal of Hydrogen Energy N2 - Online fault diagnostics is a crucial consideration for fuel cell systems, particularly in mobile applications, to limit downtime and degradation, and to increase lifetime. Guided by a critical literature review, in this paper an overview of Health management systems classified in a scheme is presented, introducing commonly utilised methods to diagnose FCs in various applications. In this novel scheme, various Health management system methods are summarised and structured to provide an overview of existing systems including their associated tools. These systems are classified into four categories mainly focused on model-based and non-model-based systems. The individual methods are critically discussed when used individually or combined aimed at further understanding their functionality and suitability in different applications. Additionally, a tool is introduced to evaluate methods from each category based on the scheme presented. This tool applies the technique of matrix evaluation utilising several key parameters to identify the most appropriate methods for a given application. Based on this evaluation, the most suitable methods for each specific application are combined to build an integrated Health management system. KW - Fuel cell KW - Health management system KW - Online diagnostic KW - Fault detection KW - Non-model-based Evaluation Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.05.156 SN - 0360-3199 VL - 70 SP - 370 EP - 388 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - CHAP A1 - Schopen, Oliver A1 - Shabani, Bahman A1 - Esch, Thomas A1 - Kemper, Hans A1 - Shah, Neel ED - Rahim, S.A. ED - As'arry, A. ED - Zuhri, M.Y.M. ED - Harmin, M.Y. ED - Rezali, K.A.M. ED - Hairuddin, A.A. T1 - Quantitative evaluation of health management designs for fuel cell systems in transport vehicles T2 - 2nd UNITED-SAIG International Conference Proceedings N2 - Focusing on transport vehicles, mainly with regard to aviation applications, this paper presents compilation and subsequent quantitative evaluation of methods aimed at building an optimum integrated health management solution for fuel cell systems. The methods are divided into two different main types and compiled in a related scheme. Furthermore, different methods are analysed and evaluated based on parameters specific to the aviation context of this study. Finally, the most suitable method for use in fuel cell health management systems is identified and its performance and suitability is quantified. KW - aviation application KW - health management systems KW - fuel cell systems Y1 - 2022 N1 - 2nd UNITED-SAIG International Conference, 23-24 May 2022, Putrajaya, Malaysia SP - 1 EP - 3 ER - TY - RPRT A1 - Birmans, Katrin A1 - Tambornino, Philipp A1 - Ullrich, Anna Valentine T1 - Bevor Sie Coscine nutzen - Handreichung für Forschende an HAW N2 - Um die Forschungsdatenmanagement-Plattform Coscine optimal für Forschungsprojekte nutzen zu können, ist es sinnvoll, einige Fragen im Vorhinein zu klären. So können aufwendige Änderungen der Datenverwaltung im Nachhinein vermieden werden. Hierzu bietet die Handreichung hilfreiche Leitfragen und Erläuterungen für Forschende und FDM-Service-Personal an HAW in NRW (DH.NRW-Hochschulen). FDM-Service-Mitarbeitende können die Handreichung in ihrer Beratung zu Coscine einsetzen und mit der Eingabemaske in der Kopfzeile des Dokuments auf ihre Hochschule anpassen. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.5281/zenodo.12158546 N1 - Die Handreichung ist im Projekt Persist@HAW (FK: 16FDFH129), gefördert vom BMBF, entstanden. ER - TY - CHAP A1 - Stark, Ralf A1 - Rieping, Carla A1 - Esch, Thomas T1 - The impact of guide tubes on flow separation in rocket nozzles T2 - Aerospace Europe Conference 2023 - 10th EUCASS - 9th CEAS N2 - Rocket engine test facilities and launch pads are typically equipped with a guide tube. Its purpose is to ensure the controlled and safe routing of the hot exhaust gases. In addition, the guide tube induces a suction that effects the nozzle flow, namely the flow separation during transient start-up and shut-down of the engine. A cold flow subscale nozzle in combination with a set of guide tubes was studied experimentally to determine the main influencing parameters. KW - Guide Tube KW - TICTOP KW - Nozzle KW - Suction Y1 - 2023 N1 - Lausanne, July 9-13, 2023 ER - TY - CHAP A1 - Stark, Ralf A1 - Bartel, Sebastian A1 - Ditsche, Florian A1 - Esch, Thomas T1 - Design study of a 30kN LOX/LCH4 aerospike rocket engine for lunar lander application T2 - Aerospace Europe Conference 2023 - 10th EUCASS - 9th CEAS N2 - Based on lunar lander concept EL3, various LOX/CH4 aerospike engines were studied. A distinction was made between single and cluster configurations as well as ideal and non-ideal contour concepts. It could be shown that non-ideal aerospike engines promise a significant payload gain. Y1 - 2023 N1 - Lausanne, July 9-13, 2023 ER - TY - RPRT A1 - Hoffmann, Sarah A1 - Ullrich, Anna Valentine T1 - 30 Minuten FDM für HAW. Ein Informationsformat für Forschende an HAW in NRW N2 - Wie kann man das Thema Forschungsdatenmanagement (FDM) konkret und anwendbar für Forschende gestalten, die bisher noch wenig Kontakt damit hatten? Auf diese Frage gibt das Konzept „30 Minuten FDM für HAW. Ein Informationsformat für Forschende an HAW in NRW“ eine Antwort. Es entstand als Projektarbeit im Zertifikatskurs Forschungsdatenmanagement 2023/24 Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.5281/zenodo.12569282 ER - TY - GEN A1 - Staub, C. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Suck, K. A1 - Sohling, U. A1 - Ulber, Roland T1 - Chromatographische Aufarbeitung von Molkekonzentrat mittels mineralischer Granulate T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Molke fällt im Rahmen der Käseherstellung allein in Deutschland in Mengen von über 11 Mio. Tonnen jährlich an. Dieses Nebenprodukt wurde trotz seines Reichtums an Milchzucker und Proteinen lange Zeit kaum industriell weiterverarbeitet und stellte ein bedeutendes Problem bei der Abwasserreinigung dar. Derzeit kommen meist kosten- und reinigungsintensive Membranfiltrationsverfahren bei der Auftrennung von Molke in ihre Hauptkomponenten Lactose und Molkenprotein zum Einsatz. Die Produkte finden vorwiegend in der Nahrungsmittelindustrie Anwendung als Süßungsmittel, Proteinzusatz oder Texturbildner. Die Mehrheit des Proteins wird dabei als Konzentrat bzw. Proteinpulver verarbeitet. Wegen der antibakteriellen, antiviralen und weiteren wertvollen physiologischen Eigenschaften der Molkeproteine stellt eine weitere Aufreinigung der einzelnen Molkeproteine für die pharmazeutische Industrie einen naheliegenden zusätzlichen Wertschöpfungsschritt dar. In Kooperation mit der Süd Chemie AG wurde damit begonnen, ein Verfahren zu entwickeln, das kostengünstige mineralische Adsorbentien verwendet. Bisher konnte die Abtrennung von Lactose von den Molkenproteinen aus verdünntem Molkekonzentrat in einem Verfahrensschritt ohne Vorbehandlung des Rohstoffs erfolgreich realisiert werden. Aktuelle Arbeiten beschäftigen sich mit der Verbesserung der Proteinbindekapazitätund chromatographischen Proteinauftrennung sowie dem Upscaling zum direkten Einsatz von Molkekonzentrat ohne Vorverdünnung. KW - Adsorbentien KW - Molkenprotein Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050322 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1588 EP - 1589 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Zhang, M. A1 - Poth, S. A1 - Ulber, Roland T1 - Enzymatische Lignindegradierung unter Einsatz eines Optimierungsalgorithmus T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Lignine bestehen aus einem hochgradig vernetzten Polymer phenolischer Grundeinheiten. Diese Verbindungen sind eine Quelle vielversprechender chemischer Grundbausteine. Auch die enzymatische Modifikation der Materialeigenschaften des Lignins ist für dessen Anwendung von Interesse. Aufgrund der verschiedenen Bindungstypen im Lignin ist eine Auftrennung mit nur einem Enzym unwahrscheinlich. Vielmehr sind verschiedene mediatorgestützte Reaktionen notwendig. Pilze, wie z.B. T. versicolor, nutzen Enzymkombinationen zum Aufschluss des Lignins. Hierbei kommen Laccase, Ligninperoxidase und Manganperoxidase zum Einsatz. Die optimale Kombination der Enzyme und ihrer Mediatoren bzw. Stabilisatoren ist Ziel der Untersuchungen. Aufgrund der großen Parameteranzahl wurde ein genetischer Algorithmus eingesetzt. Als Versuchsparameter wurden gewählt: die Verhältnisse der Enzyme, Ligninmasse, Konzentrationen an Eisen-, Mangan-, Oxalat-Ionen, ABTS, Violursäure und H₂O₂. Somit werden elf Parameter simultan optimiert. Als Algorithmus wurde ein Programm mit variabler Genkodierung entwickelt. Die Umsetzung des Lignins wird dabei über den verfolgt. Zurzeit ist ein enzymatischer Umsatz von 12% möglich. Als Referenz wurde eine chemische Lignindegradierung mit einem Umsatzvon 37% etabliert. Die sechs Generationen des Algorithmus zeigen eine Kongruenz der Enzymkonzentrationen von LiP, MnP und VeP, während Laccase keinen Einfluss hat. Des Weiteren beeinflussen die Konzentrationen von Mangan und Oxalat die Umsetzung, während die Variation von ABTS- und H₂O₂ nur eine geringe Auswirkung hat. KW - Enzymatischer Ligninabbau KW - Genetischer Algorithmus Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050707 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1601 EP - 1602 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Pasteur, A. A1 - Ludwig, B. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Diller, R. A1 - Kampeis, P. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufarbeitung von β-Lactamantibiotika mittels selektiver, magnetischer Adsorbermaterialien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - b-Lactame gehören zu den wirkungsvollsten Antibiotika, jedoch lassen sich viele nur schwierig fermentativ erzeugen. Ein Problem bei der fermentativen Produktion ist die Hydrolyse des Lactamrings im wässrigen Milieu. Das Ziel des von der DBU geförderten Projekts ist die selektive In-situ-Adsorption der b-Lactamantibiotika unter anschließender magnetischer Separation. Durch die Isolation im Hochgradientenmagnetseparator (HGMS) ist eine Fest-fest-flüssig-Trennung und somit ein erheblicher Zeitgewinn im Downstreamprozess möglich. Zusätzlich kommt es zur Einsparung an Lösungsmittel und Energie, was neben Reduzierung der Antibiotikahydrolyse auch in ökologischer Hinsicht einen interessanten Aspekt darstellt. Als Trägermaterial für die Adsorbermatrix werden magnetisierbare Eisenoxidpartikel eingesetzt, die in einer Silikamatrix eingebettet sind. Diese Adsorber sollen auf Selektivität in Wasser und verschiedenen Medien getestet werden. Zusätzlich werden die Abbauprodukte des b-Lactams analysiert, um eine Aussage über die Stabilisierung des Antibiotikums durch die selektiven Adsorber treffen zu können. Diese Ergebnisse werden mit kommerziell erhältlichen Adsorbern verglichen. Die Aufreinigung der Antibiotika soll direkt aus der Fermentationsbrühe erfolgen. Um die Trennung der magnetischen, selektiven Adsorber von der Biomasse zu gewährleisten, soll der HGMS in die Fermentation integriert werden. Das filamentöse Wachstum des Mikroorganismus erfordert eine Neuauslegung der Filtermatrix. KW - β-Lactame KW - Magnetische Adsorbermaterialien Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050270 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1587 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Poth, S. A1 - Monzon, M. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Lignocellulose-Bioraffinerie: Simultane Verzuckerung und Fermentation T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die am häufigsten genutzten Rohstoffe für die Produktion von Treibstoffen und Chemikalien sind fossilen Ursprungs. Da diese limitiert sind, werden im Hinblick auf die Nachhaltigkeit alternative, erneuerbare Rohstoffquellen intensiv untersucht. Vielversprechend in diesem Kontext sind die in Lignocellulose enthaltenen Zucker, die beispielsweise zur Produktion von Ethanol genutzt werden können. In der Regel sind für eine Lig-nocellulose-Bioraffinerie mehrere Prozessschritte notwendig: Vorbehandlung, Verzuckerung und Fermentation. Um diesen Prozess einfacher zu gestalten, ist es möglich, die Verzuckerung und die Fermentation in einem Schritt durchzuführen (SSF). Als Substrat wird hier Cellulose-Faserstoff verwendet, der durch das Organosolv-Verfahren aufgeschlossen wurde. Die Hydrolyse erfolgt mit kommerziell erhältlichen Enzymen und für die Fermentation zu Ethanol werden zwei Hefen verwendet. Beim SSF-Verfahren konnte, im Vergleich zur entkoppelten Verfahrensweise, trotz bestehender Unterschiede in den Temperatur-Optima von Enzymen und Hefen eine Steigerung in der Ethanol-Ausbeute von 0,15 auf 0,2 gg⁻¹ beobachtet werden. Um wirtschaftliche Ausbeuten und Konzentrationen des Produkts erzielen zu können, ist es notwendig den Prozess weiter zu optimieren. Im Einzelfall muss überprüft werden, ob diese Verfahrensweise auch für die Produktion anderer interessanter Stoffe (wie Itaconsäure, Bernsteinsäure) geeignet ist. KW - Lignocellulose-Bioraffinerie KW - Prozessintegration Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050360 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1568 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Gros, Isabella T1 - Depressed Furniture : eine abstrakte Übersetzung von Depressionen in Möblierung N2 - Depressed Furniture ist eine abstrakte Übersetzung von Depressionen in Möblierung. Es handelt sich um eine Rauminstallation von fünf Leuchten, die der Erkrankung in einem unüblichen Kontext eine Plattform gibt. Dadurch stellt das Projekt eine Schnittstelle zwischen Kunst, Design und Gesellschaft dar. Jede Leuchte verkörpert eine Empfindung, mit der sich ein Großteil der Betroffenen identifizieren kann. Es wird Bewusstsein für die Komplexität der Krankheit geschaffen und das Tabu um mentale Krankheiten gebrochen. Neben der Regular Collection können auch Tischvarianten (Compact Collection) erworben werden. Depressed Furniture zeigt, dass es durchaus möglich ist, eine unschöne Thematik zu abstrahieren und ihr neutral zu begegnen. Es verdeutlicht, wie Design dazu beitragen kann, sensible Themen auf kreative Weise zu kommunizieren. KW - Depressed Furniture KW - Rauminstallation KW - Depressionen KW - Mentale Gesundheit KW - Leuchtenkollektion Y1 - 2024 PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - GEN A1 - Kuthan, K. A1 - Al-Kaidy, H. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Tropfenbasierte Enzymreaktionen auf Glasoberflächen im μL-Maßstab mit ortsaufgelöster pL-Dosierung der Reaktanden T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Mit der Entwicklung wässriger Tropfen, die mit einer schützenden Hülle magnetisierbarer, hydrophober Partikel umgeben sind, ergeben sich neue Möglichkeiten im Bereich der Mikrofluidik. So können die Tropfen als flüssige Mikroreaktoren eingesetzt werden. Der wässrige Kern dieser Mikroreaktoren besteht aus einer Substratlösung für enzymatische Umsetzungen. Durch Bewegen der Mikroreaktoren können diese über immobilisierten Enzymen positioniert werden, um so einen enzymatischen Umsatz innerhalb der Mikroreaktoren zu realisieren. Hierfür wurde eine neue Mikroreaktorplattform-Technologie etabliert. Die Mikroreaktoren können aufgrund ihrer magnetisierbaren Hüllenpartikel über elektromagnetische Spulen bewegt werden. Die Bewegung erfolgt dabei mit einer automatisierten Aktuatorplattform, bestehend aus einer 3x3 Doppelspulenmatrix mit Magnetkernen. Als modellhaftes Reaktionssystem wird eine Enzymkaskade eingesetzt, die sich aus einer b-Glucosidase, Glucose-Oxidase und Meerrettichperoxidase zusammensetzt. Primär untersuchte Substrate sind Fluorescein-di-b-D-glucopyranoside, und 1-(3,7-Dihydroxy-10H-phenoxazin-10-yl)-ethanon, bei deren Umsatz fluoreszierende Produkte entstehen. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650117 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1336 EP - 1337 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Roth, J. A1 - Tippkötter, Nils T1 - New Approach for Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulose with Selective Diffusion Separation of the Monosaccharide Products T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material plays an important role in the classical biorefinery approach. Apart from the pretreatment of the raw material, hydrolysis is the basis for the conversion of the cellulose and hemicellulose fraction into fermentable sugars. After hydrolysis, usually a solid-liquid separation takes place, in order to separate the residual plant material from the sugar-rich fraction, which can be subsequently used in a fermentation step. In order to factor out the separation step, the usage of in alginate immobilized crude cellulose fiber beads (CFBs) were evaluated. Pretreated cellulose fibers are incorporated in an alginate matrix together with the relevant enzymes. In doing so, sugars diffuse trough the alginate matrix, allowing a simplified delivery into the surrounding fluid. This again reduces product inhibition of the glucose on the enzyme catalysts. By means of standardized bead production the hydrolysis in lab scale was possible. First results show that liberation of glucose and xylose is possible, allowing a maximum total sugar yield of 75 %. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650301 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1237 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Hering, T. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Antimikrobielle Oberflächenmodifikation durch Mikropartikel T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Ausbildung von Biofilmen in technischen Anlagen, wie z. B. Kühlkreisläufen, Wasseraufbereitungssystemen und Bioreaktoren, führen zu Materialschäden (Biofouling) und stark erhöhtem Energieaufwand. Im Rahmen der aktuellen Forschungsarbeiten erfolgen aktive sowie passive Bio-Modifikationen auf funktionalisierten magnetischen Mikropartikelober-flächen. Um die verschiedenen funktionalisierten magnetischen Mikropartikel zu analysieren und ihre antimikrobielle Wirkung zu testen, wird der Einsatz einer 3D-gedruckten, magnetischen Plattform für ein Fluoreszenz-basiertes Screening-System untersucht. Für den Oberflächenschutz wurden verschiedene, antimikrobiell funktionalisierte Partikelkombinationen mit dem Mikroorganismus Escherichia coli GFPmut2 in Bezug auf aktiven Oberflächenschutz verglichen. Um die antimikrobielle Oberflächeneffekte von synergistischen Kombinationen unterschiedlich funktionalisierter Partikel zu bestimmen, werden Oberflächen einem Magnetfeld ausgesetzt, das die Mikropartikel als definierte Schicht auf ihnen zurück hält. Diese modifizierten Oberflächen können sowohl durch Fluoreszenzspektroskopie als auch -mikroskopie analysiert werden. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650084 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1302 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wulfhorst, H. A1 - Merseburg, J. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Batteriekomponenten aus nachwachsenden Rohstoffen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In diesem Beitrag geht es um die Integration von Stoffströmen einer Lignocellulose-Bioraffinerie in Verfahren zur Batterieherstellung. Pflanzliche Reststoffe aus der Biokraftstoffherstellung wie Lignin sollen zur Herstellung neuer Batteriematerialien verwendet werden. Hierbei wird das Lignin als Matrix für die vorgraphitischen C-haltigen Einlagerungsverbindungen in den Elektroden genutzt. Die Si-C-Komposite werden durch das Einbetten von Si in eine Ligninmatrix mit anschließender Carbonisierung hergestellt. Das Lignin hierfür wird durch die sequentielle hydrothermale Vorbehandlung von Buchenholz bei variablen Bedingungen gewonnen und mit Si-Nanopartikel sowie als Referenz ohne Si-Nanopartikel gefällt. Die Ergebnisse zeigen, dass die sequenzielle Vorbehandlung höhere Ausbeuten im Vergleich zum LHW- oder Organosolv-Aufschluss liefert. Um eine Anode herzustellen, wurde das resultierende Si–C-Kompositmaterial carbonisiert, auf einen Stromsammler aufgetragen und elektro-chemisch charakterisiert. Der Einfluss der Vorbehandlungsschritte auf den Herstellungsprozess und die ökonomische Bewertung des untersuchten Bioraffinerie-Prozesses wurde mithilfe eines Stoffstrommodells analysiert. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650333 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1234 EP - 1235 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -