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Gräser sind in der Lage, einen großen Teil der für eine biobasierte Wirtschaft benötigten Biomasse zur Verfügung zu stellen. Wie bei anderen lignocellulosehaltigen nachwachsenden Rohstoffen erfordert die Verwertung der im Gras enthaltenen Polysaccharide einen mehrstufigen Prozess aus Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation. In Gräsern ist die Hemicellulose mitP henolcarbonsäuren wie Ferula- und p-Coumarsäure verestert, die die enzymatische Hydrolyse der Cellulose und Hemicellulose ebenso effektiv behindern wie Lignin. Anders als bei holzigen Rohstoffen ermöglicht dieser Aufbau aber eine enzymatische Vorbehandlung, mit der die Phenolcarbonsäuren abgespalten werden können. Da die bei der Vorbehandlung eingesetzten Enzyme in ihrer natürlichen Funktion synergistisch mit cellulytischen Enzymen zusammenarbeiten, besitzen sie ähnliche Optima wie die für die Hydrolyse der Polysaccharide eingesetzten Cellulasen und Hemicellulasen. Diese Eigenschaft ermöglicht die Integration von Vorbehandlung und Hydrolyse in einem einzigen Verfahrensschritt. Durch die Einführung der enzymatischen Vorbehandlung konnte das in der Literatur bekannte SSF-Verfahren für die Herstellung von Ethanol aus Gräsern um die Vorbehandlungsstufe erweitert werden. Das so realisierte simultaneous pretreatment, saccharification and fermentation (SPSF)-Verfahren stellt eine vollständige Integration der drei für die Nutzung von Lignocellulose nötigen Verfahrensschritte in der grünen Bioraffinerie dar.
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.
Von der Königlichen Höheren Maschinenbauschule Aachen zu den Ingenieurfachbereichen der FH Aachen
(2010)
Biofuels potentially interesting also for aviation purposes are predominantly liquid fuels produced from biomass. The most common biofuels today are biodiesel and bioethanol. Since diesel engines are rather rare in aviation this survey is focusing on ethanol admixed to gasoline products.
The Directive 2003/30/EC of the European Parliament and the Council of May 8th 2003 on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport encourage a growing admixture of biogenic fuel components to fossil automotive gasoline. Some aircraft models equipped with spark ignited piston engines are approved for operation with automotive gasoline, frequently called “MOGAS” (motor gasoline). The majority of those approvals is limited to MOGAS compositions that do not contain methanol or ethanol beyond negligible amounts. In the past years (bio-)MTBE or (bio-)ETBE have been widely used as blending component of automotive gasoline whilst the usage of low-molecular alcohols like methanol or ethanol has been avoided due to the handling problems especially with regard to the strong affinity for water. With rising mandatory bio-admixtures the conversion of the basic biogenic ethanol to ETBE, causing a reduction of energetic payoff, becomes more and more unattractive. Therefore the direct ethanol admixture is accordingly favoured.
Due to the national enforcements of the directive 2003/30/EC more oxygenates produced from organic materials like bioethanol have started to appear in automotive gasolines already. The current fuel specification EN 228 already allows up to 3 % volume per volume (v/v) (bio-)methanol or up to 5 % v/v (bio-)ethanol as fuel components. This is also roughly the amount of biogenic components to comply with the legal requirements to avoid monetary penalties for producers and distributors of fuels.
Since automotive fuel is cheaper than the common aviation gasoline (AVGAS), creates less problems with lead deposits in the engine, and in general produces less pollutants it is strongly favoured by pilots. But being designed for a different set of usage scenarios the use of automotive fuel with low molecular alcohols for aircraft operation may have adverse effects in aviation operation. Increasing amounts of ethanol admixtures impose various changes in the gasoline’s chemical and physical properties, some of them rather unexpected and not within the range of flight experiences even of long-term pilots.
High Spatial Resolution 3D MRI of the Larynx Using a Dedicated TX/RX Phased Array Coil at 7.0T
(2010)
MRI holds great potential for elucidating laryngeal and vocal fold anatomy together with the assessment of physiological processes associated in human phonation. However, MRI of human phonation remains very challenging due to the small size of the targeted structures, interfering signal from fat, air between the vocal folds and surrounding muscles and physiological motion. These anatomical/physiological constraints translate into stringent technical requirements in balancing, scan time, image contrast, immunity to physiological motion, temporal resolution and spatial resolution. Motivated by these challenges and limitations this study is aiming at translating the sensitivity gain at ultra-high magnetic fields for enhanced high spatial resolution 3D imaging of the larynx and vocal tract. To approach this goal a dedicated two channel TX/RX larynx coil is being proposed.
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.
Simulation und Experiment bei der Aufarbeitung von Polyphenolen durch neue Silicatmaterialien
(2010)
Nachwachsende Rohstoffe stellen eine reichhaltige Quelle für die Gewinnung von wirtschaftlich interessanten Biomolekülen dar. Die Gruppe der Polyphenole ist dabei für mehrere Industriezweige bedeutend. Ihre antioxidativen Eigenschaften sind z. B. für die Pharmaindustrie interessant. Im derzeit bearbeiteten Projekt sollen Polyphenole aus Pflanzenbestandteilen isoliert und aufgereinigt werden, um sie dann als Komponenten für eine Vernetzung von Polymeren auf der Basis von Fettsäuren einzusetzen. Bisher sind im Wesentlichen Prozesse zur Entfernung von Polyphenolen aus Getränken wie Bier und Wein bekannt. Eine Wiedergewinnung der Polyphenole war in diesen Anwendungen bisher nicht relevant. Die Gewinnung bzw. Abtrennung der Polyphenole erfolgt u. a. durch kommerziell erhältliche Adsorbentien wie PVPP, Adsorberharze XAD16 (Rhöm & Haas) oder SP70 (Sepabeads), deren Partikelgrößen im Bereichvon 0,1 ± 0,8 mm und spezifischen Oberflächen von 700 ± 900 m 2 /g liegen. Als Alternative zu diesen Adsorbern sollen neue Materialien auf Basis von anorganischen Trennmedien, wie z. B. natürlichen Tonmineralien, für die Polyphenolabtrennung verwendet werden. Derzeit wird durch Abgleich von Experiment und Simulation ein Materialscreening durchgeführt. Durch den Einsatz molekulardynamischer Bindungssimulationen wird die Adsorbersuche beschleunigt und Vorhersagen zu Modifikationen bei der Herstellung der neuen Adsorbentien ermöglicht.
The continuously growing amount of renewable sources starts compromising the stability of electrical grids. Contradictory to fossil fuel power plants, energy production of wind and photovoltaic (PV) energy is fluctuating. Although predictions have significantly improved, an outage of multi-MW offshore wind farms poses a challenging problem. One solution could be the integration of storage systems in the grid. After a short overview, this paper focuses on two exemplary battery storage systems, including the required power electronics. The grid integration, as well as the optimal usage of volatile energy reserves, is presented for a 5- kW PV system for home application, as well as for a 100- MW medium-voltage system, intended for wind farm usage. The efficiency and cost of topologies are investigated as a key parameter for large-scale integration of renewable power at medium- and low-voltage.
Durch den Einsatz magnetisierbarer Partikel lassen sich Stoffwechselprodukte direkt und selektiv aus feststoffreichen Fermentationssuspensionen abtrennen. Im Gegensatz zu klassischen Adsorbermaterialien können magnetisierbare Partikel mit sehr geringen Durchmessern verwendet werden. Zur deren Abtrennung ist jedoch ein hoher Magnetfeldgradient notwendig. Dieser wird in der Regel durch in der Trennkammer bzw. dem Magnetfeld eingebrachte magnetisierbare Drähte realisiert. Bei der Auslegung der Drahtgitter ist ein Kompromiss zwischen Abtrennrate und Durchlässigkeit nötig. Die Ausrichtung der Drähte in Relation zum Magnetfeld, deren Abstand sowie die geometrische Anordnung können hierbei variiert werden. Zum Verständnis der Einflüsse auf das sich ausbildende Magnetfeld und die Fluiddynamik wurden Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode durchgeführt und experimentell überprüft. Hierfür wurden die Drähte unter Variation von Anzahl, Richtung und Anordnung in den Hochgradient-Magnetseparator eingebracht. Erste Verifizierungen der Simulationen zeigen, dass die in Magnetfeldrichtung ausgerichteten Drähte (x-Achse) über die geringste Partikelrückhaltefähigkeit verfügen. Die Drähte der y- und z-Achse halten den größten Anteil der Magnetpartikel zurück, wobei die Drähte in y-Richtung den höchsten Feldgradienten ausbilden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine rhomboedrische Drahtanordnung der kubischen vorzuziehen ist.
75 Jahre Vereinsgeschichte
(2010)
Fast response of Scots pine to improved water availability reflected in tree-ring width and δ13C
(2010)
Drought-induced forest decline, like the Scots pine mortality in inner-Alpine valleys, will gain in importance as the frequency and severity of drought events are expected to increase. To understand how chronic drought affects tree growth and tree-ring δ13C values, we studied mature Scots pine in an irrigation experiment in an inner-Alpine valley. Tree growth and isotope analyses were carried out at the annual and seasonal scale. At the seasonal scale, maximum δ13C values were measured after the hottest and driest period of the year, and were associated with decreasing growth rates. Inter-annual δ13C values in early- and latewood showed a strong correlation with annual climatic conditions and an immediate decrease as a response to irrigation. This indicates a tight coupling between wood formation and the freshly produced assimilates for trees exposed to chronic drought. This rapid appearance of the isotopic signal is a strong indication for an immediate and direct transfer of newly synthesized assimilates for biomass production. The fast appearance and the distinct isotopic signal suggest a low availability of old stored carbohydrates. If this was a sign for C-storage depletion, an increasing mortality could be expected when stressors increase the need for carbohydrate for defence, repair or regeneration.
Studying global change through investigation of the plastic responses of xylem anatomy in tree rings
(2010)
Variability in xylem anatomy is of interest to plant scientists because of the role water transport plays in plant performance and survival. Insights into plant adjustments to changing environmental conditions have mainly been obtained through structural and functional comparative studies between taxa or within taxa on contrasting sites or along environmental gradients. Yet, a gap exists regarding the study of hydraulic adjustments in response to environmental changes over the lifetimes of plants. In trees, dated tree-ring series are often exploited to reconstruct dynamics in ecological conditions, and recent work in which wood-anatomical variables have been used in dendrochronology has produced promising results. Environmental signals identified in water-conducting cells carry novel information reflecting changes in regional conditions and are mostly related to short, sub-annual intervals. Although the idea of investigating environmental signals through wood anatomical time series goes back to the 1960s, it is only recently that low-cost computerized image-analysis systems have enabled increased scientific output in this field. We believe that the study of tree-ring anatomy is emerging as a promising approach in tree biology and climate change research, particularly if complemented by physiological and ecological studies. This contribution presents the rationale, the potential, and the methodological challenges of this innovative approach.
Increasing Scots pine (Pinus sylvestris L.) mortality has been recently observed in the dry inner valleys of the European Alps. Besides drought, infection with pine mistletoe (Viscum album ssp. austriacum) seems to play an important role in the mortality dynamics of Scots pines, but how mistletoes promote pine decline remains unclear. To verify whether pine mistletoe infection weakens the host via crown degradation, as observed for dwarf mistletoes, we studied the negative effects of pine mistletoe infestation on the photosynthetic tissues and branch growth of pairs of infested and non-infested branches. Pine mistletoe infection leads to crown degradation in its host by reducing the length, the radial increment, the ramification, the needle length and the number of needle years of the infested branches. This massive loss in photosynthetic tissue results in a reduction in primary production and a subsequent decrease in carbohydrate availability. The significant reduction in needle length due to mistletoe infection is an indication for a lower water and nutrient availability in infested branches. Thus, mistletoe infection might lead to a decrease in the availability of water and carbohydrates, the two most important growth factors, which are already shortened due to the chronic drought situation in the area. Therefore, pine mistletoe increases the risk of drought-induced mortality of its host when growing in a xeric environment.
Martinella
(2010)
Self metathesis of oleochemicals offers a variety of bifunctional compounds, that can be used as monomer for polymer production. Many precursors are in huge scales available, like oleic acid ester (biodiesel), oleyl alcohol (tensides), oleyl amines (tensides, lubricants). We show several ways to produce and separate and purify C18-α,ω-bifunctional compounds, using Grubbs 2nd Generation catalysts, starting from technical grade educts.
Metathese von Ölsäure und Derivaten ist ein interessanter Weg für die Synthese bifunktioneller Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen. Verwendet wurden Ru-Katalysatoren der zweiten Generation, welche eine hohe Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und Verunreinigungen aufweisen. Trotz des Einsatzes technischer Edukte waren Umsetzungen mit niedrigen Katalysatormengen (0.001 – 0.01 mol-%) möglich, mit Ausbeuten entsprechend der Literatur. Kreuzmetathesen ermöglichten variable Kettenlängen und Funktionalitäten der Monomere, die Produktgewinnung ist jedoch aufwändig. Selbstmetathese lieferte C18-bifunktionelle Verbindungen, welche einfach durch Destillation oder Kristallisation isoliert werden können. Neben der katalystischen Umsetzung wurde auch die Produktgewinnung untersucht und für ausgewählte Produkte auch im größeren Maßstab durchgeführt.
Background
To demonstrate the applicability of acoustic cardiac triggering (ACT) for imaging of the heart at ultrahigh magnetic fields (7.0 T) by comparing phonocardiogram, conventional vector electrocardiogram (ECG) and traditional pulse oximetry (POX) triggered 2D CINE acquisitions together with (i) a qualitative image quality analysis, (ii) an assessment of the left ventricular function parameter and (iii) an examination of trigger reliability and trigger detection variance derived from the signal waveforms.
Results
ECG was susceptible to severe distortions at 7.0 T. POX and ACT provided waveforms free of interferences from electromagnetic fields or from magneto-hydrodynamic effects. Frequent R-wave mis-registration occurred in ECG-triggered acquisitions with a failure rate of up to 30% resulting in cardiac motion induced artifacts. ACT and POX triggering produced images free of cardiac motion artefacts. ECG showed a severe jitter in the R-wave detection. POX also showed a trigger jitter of approximately Δt = 72 ms which is equivalent to two cardiac phases. ACT showed a jitter of approximately Δt = 5 ms only. ECG waveforms revealed a standard deviation for the cardiac trigger offset larger than that observed for ACT or POX waveforms.
Image quality assessment showed that ACT substantially improved image quality as compared to ECG (image quality score at end-diastole: ECG = 1.7 ± 0.5, ACT = 2.4 ± 0.5, p = 0.04) while the comparison between ECG vs. POX gated acquisitions showed no significant differences in image quality (image quality score: ECG = 1.7 ± 0.5, POX = 2.0 ± 0.5, p = 0.34).
Conclusions
The applicability of acoustic triggering for cardiac CINE imaging at 7.0 T was demonstrated. ACT's trigger reliability and fidelity are superior to that of ECG and POX. ACT promises to be beneficial for cardiovascular magnetic resonance at ultra-high field strengths including 7.0 T.
Tricarbonylrhenium(I) and -technetium(I) halide (halide = Cl and Br) complexes of ligands derived from 4,5-diazafluoren-9-one (df) and 1,10-phenanthroline-5,6-dione (phen) derivatives of benzoic and 2-hydroxybenzoic acid hydrazides have been prepared. The complexes have been characterized by elemental analysis, MS, IR, 1H NMR and absorption and emission UV/Vis spectroscopic methods. The metal centres (ReI and TcI) are coordinated through the nitrogen imine atoms and establish five-membered chelate rings, whereas the hydrazone groups stand uncoordinated. The 1H NMR spectra suggest the same behaviour in solution on the basis of only marginal variations in the chemical shifts of the hydrazine protons.
Ein viel versprechender erneuerbarer Rohstoff für die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen ist Lignocellulose aus pflanzlicher Biomasse. Die darin enthaltenen Zucker können mittels enzymatischer Hydrolyse freigesetzt und fermentativ zu Ethanol umgesetzt werden. Ein interessanter Ansatz ist dabei die simultane Verzuckerung und Fermentation. Hefen und Enzyme haben mit 30 °C bzw. 50 °C zwar unterschiedliche Temperaturoptima, es konnte aber gezeigt werden, dass auch bei den niedrigeren Temperaturen eine Umsetzung der Cellulose zu Glucose erfolgt, wenn auch langsamer als bei optimalen Bedingungen. Außerdem konnte in Vorversuchen gezeigt werden, dass Ethanol in den zu erwartenden Konzentrationen keinen Einfluss auf die enzymatische Umsetzung hat.
Grassilage stellt einen nachwachsenden Rohstoff mit großem Potenzial dar. Neben Cellulose und Hemicellulose enthält sie auch organische Säuren, insbesondere Milchsäure. In einem Bioraffinerie-Projekt wird die Milchsäure aus der Silage isoliert und mit gentechnisch optimierten Stämmen zu L-Lysin weiterverarbeitet. Die Lignocellulose wird hydrolysiert und zu Ethanol fermentiert. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Integration der unterschiedlichen Prozesse sowie der einzelnen Prozessschritte zu einem Gesamtprozess, der sämtliche Inhaltsstoffe der Silage verwertet.
In den letzten drei bis vier Jahren unterlag der Bereich der Bilanzierung und Offenlegung von unsicheren Steuerpositionen im IFRS- und US-GAAP-Abschluss einem stetigen Wandel. Sowohl nach US-GAAP als auch nach IFRS nehmen die Anforderungen an die Bilanzierung und Offenlegung beständig zu. Schon allein dies zeigt die Bedeutung, die dem Themenbereich der Steuerrisiken beigemessen wird. Aber nicht nur im Rahmen der Berichterstattung im Jahresabschluss stehen Steuerrisiken oben auf der Agenda, auch der amerikanische Internal Revenue Service (IRS) verfolgt das Thema sehr konsequent und plant, bestimmte Unternehmen zu Angaben von Steuerrisiken im Rahmen der Steuererklärungen zu verpflichten.
Der Aufsatz befasst sich mit den neueren Entwicklungen im Bereich der Bilanzierung und Offenlegung von unsicheren Steuerpositionen in der Rechnungslegung nach IFRS, US-GAAP und HGB und der Offenlegung von Steuerrisiken im Rahmen der Steuererklärung.
We analyze the influence of dipole-dipole interactions in an electromagnetically induced transparency set up for a density at the onset of cooperative effects. To this end, we include mean-field models for the influence of local-field corrections and radiation trapping into our calculation. We show both analytically and numerically that the polarization contribution to the local field strongly modulates the phase of a weak pulse. We give an intuitive explanation for this local-field-induced phase modulation and demonstrate that it distinctively differs from the nonlinear self-phase-modulation that a strong pulse experiences in a Kerr medium.
Numerical avalanche dynamics models have become an essential part of snow engineering. Coupled with field observations and historical records, they are especially helpful in understanding avalanche flow in complex terrain. However, their application poses several new challenges to avalanche engineers. A detailed understanding of the avalanche phenomena is required to construct hazard scenarios which involve the careful specification of initial conditions (release zone location and dimensions) and definition of appropriate friction parameters. The interpretation of simulation results requires an understanding of the numerical solution schemes and easy to use visualization tools. We discuss these problems by presenting the computer model RAMMS, which was specially designed by the SLF as a practical tool for avalanche engineers. RAMMS solves the depth-averaged equations governing avalanche flow with accurate second-order numerical solution schemes. The model allows the specification of multiple release zones in three-dimensional terrain. Snow cover entrainment is considered. Furthermore, two different flow rheologies can be applied: the standard Voellmy–Salm (VS) approach or a random kinetic energy (RKE) model, which accounts for the random motion and inelastic interaction between snow granules. We present the governing differential equations, highlight some of the input and output features of RAMMS and then apply the models with entrainment to simulate two well-documented avalanche events recorded at the Vallée de la Sionne test site.
In this extended abstract we describe the robot programming and planning language READYLOG, a GOLOG dialect which was developed to support the decision making of robots acting in dynamic real-time domains like robotic soccer. The formal framework of READYLOG, which is based on the situation calculus, features imperative control structures like loops and procedures, allows for decision-theoretic planning, and accounts for a continuously changing world. We developed high-level controllers in READYLOG for our soccer robots in RoboCup’s Middle-size league, but also for service robots and for autonomous agents in interactive computer games.
Autonomous robotic systems for penetrating thick ice shells with simultaneous collecting of scientific data are very promising devices in both terrestrial (glacier, climate research) and extra-terrestrial applications. Technical challenges in development of such systems are numerous and include 3D-navigation, an appropriate energy source, motion control, etc. Not less important is the problem of forward contamination of the pristine glacial environments with microorganisms and biomolecules from the surface of the probe. This study was devoted to establishing a laboratory model for microbial contamination of a newly constructed ice-melting probe called IceMole and to analyse the viability and amount of the contaminating microorganisms as a function of distance. The used bacterial strains were Bacillus subtilis (ATCC 6051) and Escherichia coli (ATCC 11775). The main objective was development of an efficient and reliable in-situ decontamination method of the melting probe. Therefore, several chemical substances were tested in respect of their efficacy to eliminate bacteria on the surface of the melting probe at low temperature (0 - 5 °C) and at continuous dilution by melted water. Our study has shown that at least 99.9% decontamination of the IceMole can be successfully achieved by the injection of 30% (v/v) hydrogen peroxide and 3% (v/v) sodium hypochlorite into the drilling site. We were able to reproduce this result in both time-dependent and depth-dependent experiments. The sufficient amount of 30% (v/v) H₂O₂ or 3% (v/v) NaClO has been found to be approximately 18 L per cm² of the probe’s surface.
Hybrid control for autonomous systems — Integrating learning, deliberation and reactive control
(2010)
4CH TX/RX Surface Coil for 7T: Design, Optimization and Application for Cardiac Function Imaging
(2010)
Practical impediments of ultra high field cardiovascular MR (CVMR) can be catalogued in exacerbated magnetic field and radio frequency (RF) inhomogeneities, susceptibility and off-resonance effects, conductive and dielectric effects in tissue, and RF power deposition constraints, which all bear the potential to spoil the benefit of CVMR at 7T. Therefore, a four element cardiac transceive surface coil array was developed. Cardiac imaging provided clinically acceptable signal homogeneity with an excellent blood myocardium contrast. Subtle anatomic structures, such as pericardium, mitral and tricuspid valves and their apparatus, papillary muscles, and trabecles were accurately delineated.
In this paper, we will provide a feasible mission design for a multiple-rendezvous mission to Jupiter's Trojans. It is based on solar electric propulsion, as being currently used on the DAWN spacecraft, and other flight-proven technology. First, we have selected a set of mission objectives, the prime objective being the detection of water -especially subsurface water -to provide evidence for the Trojans' formation at large solar distances. Based on DAWN and other comparable missions, we have determined suitable payload instruments to achieve these objectives. Afterwards, we have designed a spacecraft that is able to carry the selected payload to the Trojan region and rendezvous successively with three target bodies within a maximum mission duration of 15 years. Accurate low-thrust trajectories have been obtained with a global low-thrust trajectory optimization program (InTrance). During the transfer from Earth to the first target, the spacecraft is propelled by two RIT-22 ion engines from EADS Astrium, whereas a single RIT-15 is used for transfers within the Trojan region to reduce the required power. For power generation, the spacecraft uses a multi-junction solar array that is supported by concentrators. To achieve moderate mission costs, we have restricted the launch mass to a maximum of 1600 kg, the maximum interplanetary injection capability of a Soyuz/Fregat launcher. Our final layout has a mass of 1400 kg, yielding a margin of about 14%. Nestor (a member of the L4-population) was determined as the first mission target. It can be reached within 4.6 years from launch. The fuel mass ratio for this transfer is about 35%. The stay time at Nestor is 1.2 years. Eurymedon was selected as the second target (transfer time 3.5 years, stay time 3.0 years) and Irus as the third target (transfer time 2.2 years). The transfers within the Trojan L4-population can be accomplished with fuel mass ratios of about 3% for each trajectory leg. Including the stay times in orbit around the targets, the mission can be accomplished within a total duration of about 14.5 years. According to our mission analysis, it is also feasible to fly to the L5-population with similar flight times. It has to be noted that -for a first analysis -we have taken only the named targets into account. Allowing also rendezvous with unnamed objects will very likely decrease the mission duration. Based on a scaling of DAWN's mission costs (due to comparable scientific instruments and mission objectives), and taking into account the longer mission duration and the potential re-use of already developed technology, we have estimated that these three rendezvous can be accomplished with a budget of about 250 Million Euros, i.e. about 25% of ROSETTA's budget.
The cost of solar tower power plants is dominated by the heliostat field making up roughly 50% of investment costs. Classical heliostat design is dominated by mirrors brought into position by steel structures and drives that guarantee high accuracies under wind loads and thermal stress situations. A large fraction of costs is caused by the stiffness requirements of the steel structure, typically resulting in ~ 20 kg/m² steel per mirror area. The typical cost figure of heliostats (figure mentioned by Solucar at Solar Paces Conference, Seville, 2006) is currently in the area of 150 €/m² caused by the increasing price of the necessary raw materials. An interesting option to reduce costs lies in a heliostat design where all moving parts are protected from wind loads. In this way, drives and mechanical layout may be kept less robust, thereby reducing material input and costs. In order to keep the heliostat at an appropriate size, small mirrors (around 10x10 cm²) have to be used, which are placed in a box with a transparent cover. Innovative drive systems are developed in order to obtain a cost-effective design. A 0,5x0,5 m² demonstration unit will be constructed. Tests of the unit are carried out with a high-precision artificial sun unit that imitates the sun’s path with an accuracy of less than 0.5 mrad and creates a beam of parallel light with a divergence of less than 4 mrad.
The Solar-Institute Jülich (SIJ) has initiated the construction of the first and only German solar tower power plant and is now involved in the accompanying research. The power plant for experimental and demonstration purposes in the town of Jülich started supplying electric energy in the beginning of 2008. The central receiver plant features as central innovation an open volumetric receiver, consisting of porous ceramic elements that simultaneously absorb the concentrated sunlight and transfer the heat to ambient air passing through the pores so that an average temperature of 680°C is reached. The subsequent steam cycle generates up to 1.5 MWe. A main field of research at the SIJ is the optimization of the absorber structures. To analyze the capability of new absorber specimens a special test facility was developed and set up in the laboratory. A high-performance near-infrared radiator offers for single test samples a variable and repeatable beam with a power of up to 320 kW/m² peak. The temperatures achieved on the absorber surface can reach more than 1000°C. To suck ambient air through the open absorber - like on the tower - it is mounted on a special blower system. An overview about the test facility and some recent results will be presented.
The chemical imaging sensor is a semiconductor-based chemical sensor that can visualize the two-dimensional distribution of specific ions or molecules in the solution. In this study, we developed a miniaturized chemical imaging sensor system with an OLED display panel as a light source that scans the sensor plate. In the proposed configuration, the display panel is placed directly below the sensor plate and illuminates the back surface. The measured area defined by illumination can be arbitrarily customized to fit the size and the shape of the sample to be measured. The waveform of the generated photocurrent, the currentvoltage characteristics and the pH sensitivity were investigated and pH imaging with this miniaturized system was demonstrated.
The optical study carried out on insulating polymers namely polyethyleneterephthalate (PET) and polyvinylchloride (PVC) has been described. The polymers are exposed to different radiation doses by exposing them to swift heavy ions of carbon (90 MeV), silicon (120 MeV) and nickel (100 MeV) which influence on their optical properties. The studies show that amongst the investigated polymers, PVC and PET have potential for application as dosimeter beyond a threshold dose which is strongly dependent on the nature of the material and the radiation type. The optical micrographs show a distinct change in colour of the sample with increase in radiation dose.
Additive Manufacturing of metal parts by Selective Laser Melting has become a powerful tool for the direct manufacturing of complex parts mainly for the aerospace and medical industry. With the introduction of its desktop machine, Realizer targeted the dental market. The contribution describes the special features of the machine, discusses details of the process and shows manufacturing results focused on metal dental devices.
Solarthermische Kraftwerke stellen eine bedeutende Technologieoption für einen nachhaltigen Energiemix der Zukunft dar. Sie konzentrieren die Strahlung der Sonne, erzeugen Wärme und wandeln diese mit konventioneller Kraftwerkstechnik in Strom um. Die Wärme kann auch gespeichert werden, so dass der Betrieb während des Durchzugs von Wolken möglich ist und bis in die Abendstunden hinein verlängert werden kann. Zu den solarthermischen Kraftwerken gehören neben der Parabolrinne und dem Solarturm der Fresnel-Kollektor und die Dish-Stirling-Systeme. Im Zuge einer späteren Vergrößerung des Solarfeldes von Solarkraftwerken kann mithilfe von thermischen Energiespeichern die solare Energieerzeugung bei gleichbleibender Kraftwerksleistung sukzessiv bis um den Faktor 3 erweitert werden. Es besteht so die Möglichkeit einer massiven Substitution von fossilen Brennstoffen.Bei den ersten solarthermischen Speichern für die SEGS-Parabolrinnekraftwerke wurde Öl als Speichermedium eingesetzt. Ein weiteres Speichermedium ist Salzschmelze, die im Andasol-1-Projekt in Spanien sowie bei Solarturmkraftwerken eingesetzt wird. Beton ist ein weiteres mögliches Speichermaterial für Parabolrinnensysteme. Eine weitere Alternative bei einem Solarturmkraftwerk mit Luft als Wärmeträgermedium ist die Verwendung von keramischen Feuerfestmaterialien in Form von Schüttungen oder stapelbaren, porösen Elementen. In Jülich wurde das weltweit erste solarthermische Turmkraftwerk mit einer Leistung von 1,5 MWe, das Luft als Wärmeträgermedium einsetzt und einen solchen Speicher verwendet, gebaut.
Es wurde ein automatisiertes, computerunterstütztes Testsystem für die Funktionsprüfung und Charakterisierung von (bio-)chemischen Sensoren auf Waferebene entwickelt und in einen konventionellen Spitzenmessplatz integriert. Das System ermöglicht die Charakterisierung und Identifizierung „funktionstauglicher“ Sensoren bereits auf Waferebene zwischen den einzelnen Herstellungsschritten, wodurch weitere, bisher übliche Verarbeitungsschritte wie das Fixieren, Bonden und Verkapseln für die defekten oder nicht funktionstauglichen Sensorstrukturen entfällt. Außerdem bietet eine speziell entworfene miniaturisierte Durchflussmesszelle die Möglichkeit, bereits auf Waferlevel die Sensitivität, Drift, Hysterese und Ansprechzeit der (bio-)chemischen Sensoren zu charakterisieren. Das System wurde exemplarisch mit kapazitiven, pH-sensitiven EIS- (Elektrolyt-Isolator-Silizium) Strukturen und ISFET- (ionensensitiver Feldeffekttransistor) Strukturen mit verschiedenen Geometrien und Gate-Layouts getestet.
Realization of a calorimetric gas sensor on polyimide foil for applications in aseptic food industry
(2010)
A calorimetric gas sensor is presented for the monitoring of gas-phase H2O2 at elevated temperature during sterilization processes in aseptic food industry. The sensor consists of two temperature-sensitive thin-film resistances built up on a polyimide foil with a thickness of 25 μm, which are passivated with a layer of SU-8 photo resist and catalytically activated with manganese(IV) oxide. Instead of an active heating structure, the calorimetric sensor utilizes the elevated temperature of an evaporated H2O2 aerosol. In an experimental set-up, the sensor has shown a sensitivity of 4.78 °C/(%v/v) in a H2O2 concentration range of 0 to 10% v/v at an evaporation temperature of 240 ∘C. Furthermore, the sensor possesses the same, unchanged sensor signal even at varied evaporation temperatures of the gas stream. The sensor characterization demonstrates the suitability of the calorimetric gas sensor for monitoring the efficiency of sterilization processes.
In this contribution, we focus on the detection of toxic gases with living eukaryotic cells. A cell-based gas sensor system, able to measure the effects of direct exposure of gases to cells in real-time, was set up. Impedance data as well as oxygen consumption of Chinese hamster lung fibroblast cells (V79) were analysed upon exposure to carbon monoxide (CO). The CO (diluted in wet synthetic air) affects the cell respiration as indicated by an attenuated respiration signal after the CO exposure as well as an instant increase of the capacitive part of the impedance signal during the gas exposure.