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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.
Critical quantitative evaluation of integrated health management methods for fuel cell applications
(2024)
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.
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.
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
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.
Direct sampling method via Landweber iteration for an absorbing scatterer with a conductive boundary
(2024)
In this paper, we consider the inverse shape problem of recovering isotropic scatterers with a conductive boundary condition. Here, we assume that the measured far-field data is known at a fixed wave number. Motivated by recent work, we study a new direct sampling indicator based on the Landweber iteration and the factorization method. Therefore, we prove the connection between these reconstruction methods. The method studied here falls under the category of qualitative reconstruction methods where an imaging function is used to recover the absorbing scatterer. We prove stability of our new imaging function as well as derive a discrepancy principle for recovering the regularization parameter. The theoretical results are verified with numerical examples to show how the reconstruction performs by the new Landweber direct sampling method.
Mathematical morphology is a part of image processing that has proven to be fruitful for numerous applications. Two main operations in mathematical morphology are dilation and erosion. These are based on the construction of a supremum or infimum with respect to an order over the tonal range in a certain section of the image. The tonal ordering can easily be realised in grey-scale morphology, and some morphological methods have been proposed for colour morphology. However, all of these have certain limitations.
In this paper we present a novel approach to colour morphology extending upon previous work in the field based on the Loewner order. We propose to consider an approximation of the supremum by means of a log-sum exponentiation introduced by Maslov. We apply this to the embedding of an RGB image in a field of symmetric 2x2 matrices. In this way we obtain nearly isotropic matrices representing colours and the structural advantage of transitivity. In numerical experiments we highlight some remarkable properties of the proposed approach.
In der wasserbaulichen Forschung werden neben klassischen Messinstrumenten zunehmend kamerabasierte Verfahren genutzt. Diese erlauben neben der Bestimmung von Fließgeschwindigkeiten auch die Detektion der freien Wasseroberfläche oder zeitliche Vermessung von Kolken. Durch die hohen räumlichen und zeitlichen Auflösungen, welche neueste Kamerasensoren liefern, können neue Erkenntnisse in turbulenten, komplexen Strömungen gewonnen werden. Auch in der Praxis können diese Verfahren mit geringem Aufwand wichtige Daten liefern.
Die Energiewende wird häufig als „nachhaltig“ bezeichnet, das genaue Begriffsverständnis
bleibt jedoch vage. Diese Transformation von fossilen und nuklearen hin zu erneuerbaren
Energiequellen steht im Fokus der Treibhausgasneutralität. So soll dem fortschreitenden
Klimawandel entgegengetreten werden.
Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Definition eines möglichen Verständnisses von
„Nachhaltigkeit“ in der Energiewende des deutschen Stromsektors. Die leitenden
Forschungsfragen lauten: Was kann im Zusammenhang mit der Energiewende im
Stromsektor Deutschlands unter Nachhaltigkeit verstanden werden? Inwieweit unterscheidet
sich dieses Verständnis von der bisherigen Herangehensweise?
Die Datenbasis zur Beantwortung dieser liefern sechs leitfadengestützte
Expert:inneninterviews. Als Analysemethode dient die inhaltliche Strukturierung nach
Mayring (2015).
Die qualitative Studie hat gezeigt, dass eine nachhaltige Energiewende den Menschen und
die Natur zentralisiert. Weiter aufgeschlüsselt stehen die drei Nachhaltigkeitsdimensionen
und die Generationengerechtigkeit. Dabei dient die ökonomische Dimension der sozialen
und ökologischen. Wichtig sind die Inklusion und Beteiligung von Bevölkerung,
Unternehmen und Politik. Gleichzeitig ist sie Herausforderung und Chance für einen
positiven gesellschaftlichen Wandel. Technisch dienen Windenergie- und
Photovoltaikanlagen als Energielieferanten und Wasserstoffsysteme als Zwischenspeicher,
Stabilitätssicherung und zur Kopplung der Sektoren. Damit ist Nachhaltigkeit die Chance,
die Energiewende richtig zu gestalten und damit über Klimaneutralität hinauszugehen
Ingenieurwissenschaften im Fokus: Zugänge zu einem effektiven Forschungsdatenmanagement an HAW
(2024)
Im Rahmen der Love Data Week vom 12. bis 16.02.2024 haben die BMBF-Projekte FDM2_TH_Koeln der TH Köln (FK 16FDFH105) und Persist@HAW der FH Aachen (FK 16FDFH129) am 15.02.2024 gemeinsam eine Online-Veranstaltung mit dem Titel „Ingenieurwissenschaften im Fokus: Zugänge zu einem effektiven Forschungsdatenmanagement an HAW“ angeboten. Diese richtete sich an Forschende aus den Ingenieurwissenschaften, die einen ersten Zugang zum Thema Forschungsdatenmanagement (FDM) suchen und erfahren möchten, welche speziellen Angebote für die Daten aus den Ingenieurwissenschaften existieren.
In der Veranstaltung wurden wesentliche Aspekte des Forschungsdatenmanagements entlang des Datenlebenszyklus beleuchtet. Ziel war es, den Teilnehmenden praxisnahe Einblicke und Hilfestellungen zu einem effektiven Umgang mit Forschungsdaten an Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) zu bieten. Durch Beispiele und konkrete Empfehlungen wurde das Thema zugänglich gemacht.
Welche Vorteile bietet die Forschungsdatenmanagement-Plattform Coscine für die Verwaltung von Daten in Forschungsprojekten? Hierzu gibt die Handreichung einen schnellen Überblick über den landesgeförderten Dienst Coscine 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.
Optical Fibers as Dosimeter Detectors for Mixed Proton/Neutron Fields - A Biological Dosimeter
(2023)
In recent years, proton therapy has gained importance as a cancer treatment modality due to its conformality with the tumor and the sparing of healthy tissue. However, in the interaction of the protons with the beam line elements and patient tissues, potentially harmful secondary neutrons are always generated. To ensure that this neutron dose is as low as possible, treatment plans could be created to also account for and minimize the neutron dose. To monitor such a treatment plan, a compact, easy to use, and inexpensive dosimeter must be developed that not only measures the physical dose, but which can also distinguish between proton and neutron contributions. To that end, plastic optical fibers with scintillation materials (Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Eu, and YVO₄:Eu) were irradiated with protons and neutrons. It was confirmed that sensors with different scintillation materials have different sensitivities to protons and neutrons. A combination of these three scintillators can be used to build a detector array to create a biological dosimeter.
Ambitious climate targets affect the competitiveness of industries in the international market. To prevent such industries from moving to other countries in the wake of increased climate protection efforts, cost adjustments may become necessary. Their design requires knowledge of country-specific production costs. Here, we present country-specific cost figures for different production routes of steel, paying particular attention to transportation costs. The data can be used in floor price models aiming to assess the competitiveness of different steel production routes in different countries (Rübbelke, 2022).
Aspergillus oryzae is an industrially relevant organism for the secretory production of heterologous enzymes, especially amylases. The activities of potential heterologous amylases, however, cannot be quantified directly from the supernatant due to the high background activity of native α-amylase. This activity is caused by the gene products of amyA, amyB, and amyC. In this study, an in vitro CRISPR/Cas9 system was established in A. oryzae to delete these genes simultaneously. First, pyrG of A. oryzae NSAR1 was mutated by exploiting NHEJ to generate a counter-selection marker. Next, all amylase genes were deleted simultaneously by co-transforming a repair template carrying pyrG of Aspergillus nidulans and flanking sequences of amylase gene loci. The rate of obtained triple knock-outs was 47%. We showed that triple knockouts do not retain any amylase activity in the supernatant. The established in vitro CRISPR/Cas9 system was used to achieve sequence-specific knock-in of target genes. The system was intended to incorporate a single copy of the gene of interest into the desired host for the development of screening methods. Therefore, an integration cassette for the heterologous Fpi amylase was designed to specifically target the amyB locus. The site-specific integration rate of the plasmid was 78%, with exceptional additional integrations. Integration frequency was assessed via qPCR and directly correlated with heterologous amylase activity. Hence, we could compare the efficiency between two different signal peptides. In summary, we present a strategy to exploit CRISPR/Cas9 for gene mutation, multiplex knock-out, and the targeted knock-in of an expression cassette in A. oryzae. Our system provides straightforward strain engineering and paves the way for development of fungal screening systems.
Environmental emissions, global warming, and energy-related concerns have accelerated the advancements in conventional vehicles that primarily use internal combustion engines. Among the existing technologies, hydrogen fuel cell electric vehicles and fuel cell hybrid electric vehicles may have minimal contributions to greenhouse gas emissions and thus are the prime choices for environmental concerns. However, energy management in fuel cell electric vehicles and fuel cell hybrid electric vehicles is a major challenge. Appropriate control strategies should be used for effective energy management in these vehicles. On the other hand, there has been significant progress in artificial intelligence, machine learning, and designing data-driven intelligent controllers. These techniques have found much attention within the community, and state-of-the-art energy management technologies have been developed based on them. This manuscript reviews the application of machine learning and intelligent controllers for prediction, control, energy management, and vehicle to everything (V2X) in hydrogen fuel cell vehicles. The effectiveness of data-driven control and optimization systems are investigated to evolve, classify, and compare, and future trends and directions for sustainability are discussed.
Die neue Generation wird mit einer Medienwelt konfrontiert, welche nicht auf unsere kleinen Nutzer:innen ausgelegt ist. Die Verwendung von digitalen Medien hatte nie einen größeren Einfluss auf unsere Gesellschaft wie im Hier und Jetzt. Somit ist es von großer Relevanz, diese Nutzung kindergerechter zu gestalten und einen sicheren Rahmen für sie zu schaffen. Das Bachelorprojekt „KLIKK“ legt einen Lösungsentwurf für den altersgerechten Einstieg für Kinder in diese digitale Welt vor, um den richtigen Umgang mit Smartwatches und darauf aufbauende Medien zu ermöglichen und gleichzeitig einen pädagogischen Mehrwert zu bieten. Das didaktische Produktkonzept, welches explizit für Kinder designed wurde, beinhaltet das Erlernen des Uhrlesens und befriedigt das aufkommende Bedürfnis nach Vernetzung in einem sicheren System. Zudem fördert es die Autonomie und ist an die kindliche Motorik angepasst. Mitinitiator und Namensgeber für diese Konzeption ist die deutsche Kinderuhrenmarke KWIO. KLIKK inkludiert Sicherheit, die Freude am Lernen und bietet eine Möglichkeit, die Kleinen ganz groß in unsere digitale Welt aufzunehmen.
This study analyses the expected utilization of an urban distribution grid under high penetration of photovoltaic and e-mobility with charging infrastructure on a residential level. The grid utilization and the corresponding power flow are evaluated, while varying the control strategies and photovoltaic installed capacity in different scenarios. Four scenarios are used to analyze the impact of e-mobility. The individual mobility demand is modelled based on the largest German studies on mobility “Mobilität in Deutschland”, which is carried out every 5 years. To estimate the ramp-up of photovoltaic generation, a potential analysis of the roof surfaces in the supply area is carried out via an evaluation of an open solar potential study. The photovoltaic feed-in time series is derived individually for each installed system in a resolution of 15 min. The residential consumption is estimated using historical smart meter data, which are collected in London between 2012 and 2014. For a realistic charging demand, each residential household decides daily on the state of charge if their vehicle requires to be charged. The resulting charging time series depends on the underlying behavior scenario. Market prices and mobility demand are therefore used as scenario input parameters for a utility function based on the current state of charge to model individual behavior. The aggregated electricity demand is the starting point of the power flow calculation. The evaluation is carried out for an urban region with approximately 3100 residents. The analysis shows that increased penetration of photovoltaics combined with a flexible and adaptive charging strategy can maximize PV usage and reduce the need for congestion-related intervention by the grid operator by reducing the amount of kWh charged from the grid by 30% which reduces the average price of a charged kWh by 35% to 14 ct/kWh from 21.8 ct/kWh without PV optimization. The resulting grid congestions are managed by implementing an intelligent price or control signal. The analysis took place using data from a real German grid with 10 subgrids. The entire software can be adapted for the analysis of different distribution grids and is publicly available as an open-source software library on GitHub.
Das Ausleben von Sexualität und Gender befindet sich im gesellschaftlichen Wandel. Vor allem junge Menschen lassen ihre Lebenswege nicht mehr von traditionellen Geschlechterrollen und -normen leiten. In einigen Bereichen ist das schon deutlich sichtbar, während andere Bereiche noch vor Herausforderungen stehen, wenn es um Inklusion, Akzeptanz und Repräsentation geht. Besonders betroffen ist dabei der Gamingbereich, der repräsentativ nach wie vor ein männlich-dominiertes Gebiet zu sein scheint und durch Vorurteile gegenüber Frauen und der LGBTQIA+ Community stigmatisiert ist. Die _FLUX Gaming Maus soll durch Gender-inklusives Design dazu beitragen, stereotype Rollenbilder in der Gaming Welt aufzubrechen und die Community nachhaltig wachsen zu lassen. Sie bietet dabei eine Alternative zu den „typisch männlich“ wirkenden Gaming Produkten auf dem Markt. Durch verschiedene Individualisierungsmöglichkeiten in Funktion und Gestalt kann _FLUX in einem Online-Konfigurator an den persönlichen Spielstil angepasst werden. So vermittelt _FLUX Zugehörigkeit und Repräsentation unabhängig von Geschlecht und bietet Spaß am Gaming für jede:n.
Barrierefreies Klettern : ein System zur Inklusion sehbehinderter Menschen in den Klettersport
(2023)
Ziel des Projekts war die Entwicklung eines Systems, das es Menschen mit starker Sehbehinderung ermöglicht, Klettersport als ein Training für ihren Körper und ihren Orientierungssinn nutzen zu können. Inklusion ist als gesellschaftliches Thema in den letzten Jahren stark in den Fokus gerückt. Dennoch ist es für Menschen mit Behinderung oft schwer, sozialen Anschluss zu finden. Dies wird zusätzlich durch das mangelnde Angebot an inklusiven Freizeitaktivitäten erschwert. Apollon ermöglicht Menschen mit starker Sehbehinderung die Orientierung während des Kletterns, indem es einerseits Informationen vermittelt, die normalerweise nur visuell wahrgenommen werden können und andererseits dabei hilft, sich besser an bereits gekletterte Routen zu erinnern. Das System setzt sich aus 3 Komponenten zusammen. Die Tritthilfen helfen der blinden Person dabei, auch kleine Tritte zu finden. Die taktilen Wegmarken stellen eine Art Checkpoint dar und helfen der blinden Person dabei, die Route in mehrere Abschnitte zu unterteilen. Gleichzeitig weisen sie darauf hin, welches Feature die kletternde Person erwartet. Die taktile Karte ist modular aufgebaut und setzt sich aus einer Legende und den Repräsentanten der Wegmarken einer Route zusammen. Analog zu dem Betrachten der Route ist die blinde Person so vor dem Klettern in der Lage, Informationen über die Route zu erfahren.
Damit Sie als Moderator effektiv und professionell moderieren können, sollten Sie die entsprechenden Methoden kennen.
Mit den richtigen Methoden können Sie Diskussionen leiten, Konflikte lösen, die Teilnehmer motivieren und dafür sorgen, dass die Ziele der Veranstaltung erreicht werden. Außerdem helfen sie Ihnen, eine positive Atmosphäre zu schaffen und das Interesse der Teilnehmer zu halten.
In diesem zweiten Beitrag der mehrteiligen Serie lernen Sie die grundsätzlichen Methoden kennen, um erfolgreiche Teamsitzungen, Arbeitsgruppentreffen, Kick-offs und Meetings durchzuführen.