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Direct air capture (DAC) combined with subsequent storage (DACCS) is discussed as one promising carbon dioxide removal option. The aim of this paper is to analyse and comparatively classify the resource consumption (land use, renewable energy and water) and costs of possible DAC implementation pathways for Germany. The paths are based on a selected, existing climate neutrality scenario that requires the removal of 20 Mt of carbon dioxide (CO2) per year by DACCS from 2045. The analysis focuses on the so-called “low-temperature” DAC process, which might be more advantageous for Germany than the “high-temperature” one. In four case studies, we examine potential sites in northern, central and southern Germany, thereby using the most suitable renewable energies for electricity and heat generation. We show that the deployment of DAC results in large-scale land use and high energy needs. The land use in the range of 167–353 km2 results mainly from the area required for renewable energy generation. The total electrical energy demand of 14.4 TWh per year, of which 46% is needed to operate heat pumps to supply the heat demand of the DAC process, corresponds to around 1.4% of Germany's envisaged electricity demand in 2045. 20 Mt of water are provided yearly, corresponding to 40% of the city of Cologne‘s water demand (1.1 million inhabitants). The capture of CO2 (DAC) incurs levelised costs of 125–138 EUR per tonne of CO2, whereby the provision of the required energy via photovoltaics in southern Germany represents the lowest value of the four case studies. This does not include the costs associated with balancing its volatility. Taking into account transporting the CO2 via pipeline to the port of Wilhelmshaven, followed by transporting and sequestering the CO2 in geological storage sites in the Norwegian North Sea (DACCS), the levelised costs increase to 161–176 EUR/tCO2. Due to the longer transport distances from southern and central Germany, a northern German site using wind turbines would be the most favourable.
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
Unmanned Aerial Vehicles (UAV) constantly gain in versatility. However, more reliable path planning algorithms are required until full autonomous UAV operation is possible. This work investigates the algorithm 3DVFH* and analyses its dependency on its cost function weights in 2400 environments. The analysis shows that the 3DVFH* can find a suitable path in every environment. However, a particular type of environment requires a specific choice of cost function weights. For minimal failure, probability interdependencies between the weights of the cost function have to be considered. This dependency reduces the number of control parameters and simplifies the usage of the 3DVFH*. Weights for costs associated with vertical evasion (pitch cost) and vicinity to obstacles (obstacle cost) have the highest influence on the failure probability of the local path planner. Environments with mainly very tall buildings (like large American city centres) require a preference for horizontal avoidance manoeuvres (achieved with high pitch cost weights). In contrast, environments with medium-to-low buildings (like European city centres) benefit from vertical avoidance manoeuvres (achieved with low pitch cost weights). The cost of the vicinity to obstacles also plays an essential role and must be chosen adequately for the environment. Choosing these two weights ideal is sufficient to reduce the failure probability below 10%.
Lifting propellers are of increasing interest for Advanced Air Mobility. All propellers and rotors are initially twisted beams, showing significant extension–twist coupling and centrifugal twisting. Torsional deformations severely impact aerodynamic performance. This paper presents a novel approach to assess different reasons for torsional deformations. A reduced-order model runs large parameter sweeps with algebraic formulations and numerical solution procedures. Generic beams represent three different propeller types for General Aviation, Commercial Aviation, and Advanced Air Mobility. Simulations include solid and hollow cross-sections made of aluminum, steel, and carbon fiber-reinforced polymer. The investigation shows that centrifugal twisting moments depend on both the elastic and initial twist. The determination of the centrifugal twisting moment solely based on the initial twist suffers from errors exceeding 5% in some cases. The nonlinear parts of the torsional rigidity do not significantly impact the overall torsional rigidity for the investigated propeller types. The extension–twist coupling related to the initial and elastic twist in combination with tension forces significantly impacts the net cross-sectional torsional loads. While the increase in torsional stiffness due to initial twist contributes to the overall stiffness for General and Commercial Aviation propellers, its contribution to the lift propeller’s stiffness is limited. The paper closes with the presentation of approximations for each effect identified as significant. Numerical evaluations are necessary to determine each effect for inhomogeneous cross-sections made of anisotropic material.
Electronic cigarettes (e-cigarettes) have become popular worldwide with the market growing exponentially in some countries. The absence of product standards and safety regulations requires urgent development of analytical methodologies for the holistic control of the growing diversity of such products. An approach based on low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) at 80 MHz is presented for the simultaneous determination of key parameters: carrier solvents (vegetable glycerine (VG), propylene glycol (PG) and water), total nicotine as well as free-base nicotine fraction. Moreover, qualitative and quantitative determination of fourteen weak organic acids deliberately added to enhance sensory characteristics of e-cigarettes was possible. In most cases these parameters can be rapidly and conveniently determined without using any sample manipulation such as dilution, extraction or derivatization steps. The method was applied for 37 authentic e-cigarettes samples. In particular, eight different organic acids with the content up to 56 mg/mL were detected. Due to its simplicity, the method can be used in routine regulatory control as well as to study release behaviour of nicotine and other e-cigarettes constituents in different products.
In the context of the increasing digitalization, the Internet of Things (IoT) is seen as a technological driver through which completely new business models can emerge in the interaction of different players. Identified key players include traditional industrial companies, municipalities and telecommunications companies. The latter, by providing connectivity, ensure that small devices with tiny batteries can be connected almost anywhere and directly to the Internet. There are already many IoT use cases on the market that provide simplification for end users, such as Philips Hue Tap. In addition to business models based on connectivity, there is great potential for information-driven business models that can support or enhance existing business models. One example is the IoT use case Park and Joy, which uses sensors to connect parking spaces and inform drivers about available parking spaces in real time. Information-driven business models can be based on data generated in IoT use cases. For example, a telecommunications company can add value by deriving more decision-relevant information – called insights – from data that is used to increase decision agility. In addition, insights can be monetized. The monetization of insights can only be sustainable, if careful attention is taken and frameworks are considered. In this chapter, the concept of information-driven business models is explained and illustrated with the concrete use case Park and Joy. In addition, the benefits, risks and framework conditions are discussed.
Electrolyte-insulator-semiconductor capacitors (EISCAP) belong to field-effect sensors having an attractive transducer architecture for constructing various biochemical sensors. In this study, a capacitive model of enzyme-modified EISCAPs has been developed and the impact of the surface coverage of immobilized enzymes on its capacitance-voltage and constant-capacitance characteristics was studied theoretically and experimentally. The used multicell arrangement enables a multiplexed electrochemical characterization of up to sixteen EISCAPs. Different enzyme coverages have been achieved by means of parallel electrical connection of bare and enzyme-covered single EISCAPs in diverse combinations. As predicted by the model, with increasing the enzyme coverage, both the shift of capacitance-voltage curves and the amplitude of the constant-capacitance signal increase, resulting in an enhancement of analyte sensitivity of the EISCAP biosensor. In addition, the capability of the multicell arrangement with multi-enzyme covered EISCAPs for sequentially detecting multianalytes (penicillin and urea) utilizing the enzymes penicillinase and urease has been experimentally demonstrated and discussed.
This article addresses the need for an innovative technique in plasma shaping, utilizing antenna structures, Maxwell’s laws, and boundary conditions within a shielded environment. The motivation lies in exploring a novel approach to efficiently generate high-energy density plasma with potential applications across various fields. Implemented in an E01 circular cavity resonator, the proposed method involves the use of an impedance and field matching device with a coaxial connector and a specially optimized monopole antenna. This setup feeds a low-loss cavity resonator, resulting in a high-energy density air plasma with a surface temperature exceeding 3500 o C, achieved with a minimal power input of 80 W. The argon plasma, resembling the shape of a simple monopole antenna with modeled complex dielectric values, offers a more energy-efficient alternative compared to traditional, power-intensive plasma shaping methods. Simulations using a commercial electromagnetic (EM) solver validate the design’s effectiveness, while experimental validation underscores the method’s feasibility and practical implementation. Analyzing various parameters in an argon atmosphere, including hot S -parameters and plasma beam images, the results demonstrate the successful application of this technique, suggesting its potential in coating, furnace technology, fusion, and spectroscopy applications.
Next-generation aircraft designs often incorporate multiple large propellers attached along the wingspan (distributed electric propulsion), leading to highly flexible dynamic systems that can exhibit aeroelastic instabilities. This paper introduces a validated methodology to investigate the aeroelastic instabilities of wing–propeller systems and to understand the dynamic mechanism leading to wing and whirl flutter and transition from one to the other. Factors such as nacelle positions along the wing span and chord and its propulsion system mounting stiffness are considered. Additionally, preliminary design guidelines are proposed for flutter-free wing–propeller systems applicable to novel aircraft designs. The study demonstrates how the critical speed of the wing–propeller systems is influenced by the mounting stiffness and propeller position. Weak mounting stiffnesses result in whirl flutter, while hard mounting stiffnesses lead to wing flutter. For the latter, the position of the propeller along the wing span may change the wing mode shapes and thus the flutter mechanism. Propeller positions closer to the wing tip enhance stability, but pusher configurations are more critical due to the mass distribution behind the elastic axis.
A novel method to determine the extruded length of a metallic wire for a directed energy deposition (DED) process using a microwave (MW) plasma jet with a straight-through wire feed is presented. The method is based on the relative comparison of the measured frequency response obtained by the large-signal scattering parameter (Hot-S) technique. In the practical working range, repeatability of less than 6% for a nonactive plasma and 9% for the active plasma state is found. Measurements are conducted with a focus on a simple solution to decrease the processing time and reduce the integration time of the process into the existing hardware. It is shown that monitoring a single frequency for magnitude and phase changes is sufficient to achieve good accuracy. A combination of different measurement values to determine the length is possible. The applicability to different diameter of the same material is shown as well as a contact detection of the wire and metallic substrate.
This paper investigates the interior transmission problem for homogeneous media via eigenvalue trajectories parameterized by the magnitude of the refractive index. In the case that the scatterer is the unit disk, we prove that there is a one-to-one correspondence between complex-valued interior transmission eigenvalue trajectories and Dirichlet eigenvalues of the Laplacian which turn out to be exactly the trajectorial limit points as the refractive index tends to infinity. For general simply-connected scatterers in two or three dimensions, a corresponding relation is still open, but further theoretical results and numerical studies indicate a similar connection.
CardboardCastle
(2024)
„CardboardCastle“ ist ein 3D-Animationsfilm. Der Film zeigt die lebendig gewordene Welt zweier Königreiche aus Pappe, die in einem Streit um einen magischen Zauberstab verwickelt sind. Das Projekt beweist, dass es möglich ist, mit der Software „Blender“ einen vollwertigen und hochwertigen 3D-Animationsfilm zu erstellen. Dabei wurden alle Assets bis auf Texturen selbst hergestellt. Die virtuelle Pappe spielt hierbei eine fundamentale Rolle, für diese wurde ein vollkommen neuer Workflow entwickelt, welcher es ermöglicht, realistische Pappe zu visualisieren. „CardboardCastle“ setzt auf eine cinematische Inszenierung von Licht und vereint technisches Wissen mit unterhaltenden Inhalten. Dabei zeigt er die kindliche Vorstellungskraft und lädt die Zuschauer ein, sich an ihre eigenen kindlichen Fantasien zu erinnern.
»Unerwünscht« widmet sich einer Art von architektonischer Gestaltung, die auf tückische Weise als »defensive Architektur« bezeichnet wird. In Form einer Zeitung bietet sie einen umfassenden Einblick in das Thema und gewährt einen vielseitigen Blick in eine Thematik, die im Interesse der Verantwortlichen lieber im Verborgenen geblieben wäre. Defensive Architektur bezeichnet strategische Baumaßnahmen in der Stadt- und Bauplanung, die darauf abzielen, unerwünschte Personengruppen durch unpraktisches oder unbequemes Design von bestimmten Orten fernzuhalten. Diese Maßnahmen richten sich beispielsweise gegen obdachlose Menschen, Jugendliche oder Skateboarder*innen. Die überwiegende Mehrheit der Bevölkerung ist sich weder der Existenz von solchen architektonischen Maßnahmen noch ihrer Auswirkungen auf das Leben der Betroffenen bewusst. »Unerwünscht« zielt darauf ab, diese Lücke in der öffentlichen Wahrnehmung zu schließen.
Budzi Budzi
(2024)
Mit über 1300 Büdchen in 86 Veedeln ist Köln Deutschlands Kiosk-Hauptstadt. Sie sind ein prägendes Element von Nachbarschaften und gehören zum Kölner Stadtbild einfach dazu wie der Dom und der Rhein. Durch Anekdoten, Interviews, Beiträge zur Popkultur, alte Fotografien, Momentaufnahmen und vertraute Grafiken sowie einer festen Formsprache entsteht das erste Büdchenmagazin für Köln. Das Periodikum erscheint alle drei Monate und liegt kostenfrei in den Büdchen aus. Es ist eine Publikation die beweist, dass Büdchen mehr als gängige Verkaufsstellen sind, sondern Knotenpunkte unserer Gesellschaft.
Lehrmaterial für den Tiroler Skilehrerverband: Konzeption für eine crossmediale
Neugestaltung
(2024)
Der Tiroler Skilehrerverband bereitet angehende Skilehrer:innen auf die verschiedenen Schneesportlehrer-Prüfungen vor. Skilehrer:innen spielen eine entscheidende Rolle im Erfolg des Wintertourismus, was ihre gesellschaftliche und wirtschaftliche Relevanz unterstreicht. Die zeitgemäße Neugestaltung des Lehrmaterials soll eine effektive Vermittlung von Lerninhalten ermöglichen. Durch die Kombination von Informationsdesign, Corporate Design und Editorial Design wird die Verständlichkeit und Attraktivität des Materials gesteigert. Die Integration einer Lernapp ermöglicht eine interaktive und multimediale Lernerfahrung sowie mehr Flexibilität für die Lernenden. Die crossmediale Neugestaltung wirkt den Problemen veralteter Darstellungsformen entgegen. Es wird deutlich, dass gut gestaltetes Lehrmaterial bei gleichbleibenden Inhalten zu einer besseren Lernerfahrung führt.
In einer Welt, die von ständiger Vernetzung und sozialen Medien geprägt ist, gibt es eine spürbare Lücke für Menschen, die sich für die »Streetwear-Culture« interessieren. Viele junge Menschen, die von Fashion, Streetwear und der damit einhergehenden Kultur fasziniert sind, stoßen in ihrem direkten Umfeld oft auf Schwierigkeiten, Gleichgesinnte zu finden. CSTHELABEL hat es sich zur Aufgabe gemacht, die lebendige Streetwear-Community zu stärken und weiter zu fördern. CSTHEMAG ist ein Projekt, das in Kollaboration mit dem Gründer von CSTHELABEL entstanden ist. Es wurde eine Nullnummer für die erste Ausgabe des Magazins konzipiert, gestaltet und produziert. Diese beinhaltet Interviews mit Content-Creatorn aus der Community, jungen Modeschöpfer:innen sowie einen Einblick in vergangene Events und Pop-Ups. Das Magazin bietet Mitwirkenden und zukünftig Interessierten einen Raum in einem für das Label neuen Medium und schafft die Möglichkeit, ihre Stimmen zu stärken. CSTHEMAG verpflichtet sich gegenüber der lebendigen Community, eine eigene Plattform zu bieten, auf der ihre einzigartigen Talente, Geschichten und Inspirationen zum Ausdruck kommen.
Der Rettungsdienst ist rund um die Uhr bei medizinischen Notfällen im Einsatz. Wie aber ist dieser organisiert? Was belastet die Mitarbeiter*innen im Berufsalltag? Und wie kann man die Rettungskräfte unterstützen? „112–WENN HELFER HILFE BRAUCHEN“ bietet einen sachlichen Einblick in die Welt des Rettungsdienstes und der Ersten Hilfe. Mit kurz gefassten Fakten und Illustrationen richtet sich das Projekt vor allem an Jugendliche und junge Erwachsene. Ziel ist es, mehr Verständnis und Wertschätzung in der Gesellschaft für diese Berufsgruppe zu schaffen. Zusätzlich soll es die Leser*innen ermutigen, im Ernstfall angemessen zu handeln und „Leben zu retten“. Denn jeder kann in eine Notsituation geraten und auf den Rettungsdienst und Erste Hilfe angewiesen sein. Je früher man sich mit der Thematik beschäftigt, desto besser ist man im Ernstfall vorbereitet.
"Out of the Box" ist ein Dokumentarfilm und bietet einen Einblick in die Welt des "Cardistry". Der Schwerpunkt liegt auf dieser Nischenkunst und -kultur der visuell ansprechenden Kartenmanipulation. Der Film beleuchtet den Beginn, die Entwicklung und die lebendige Gemeinschaft hinter dieser einzigartigen Kunstform. Darüber hinaus werden Abgrenzungen, Ursprünge und Ähnlichkeiten zur Kartenmagie erforscht.
Invisible Cities
(2024)
Diese Arbeit präsentiert eine Neuinterpretation des Romans "Invisible Cities" von Italo Calvino in einem handgefertigten, künstlerischen Buchobjekt. Seit der Erstveröffentlichung des italienischen Literaturklassikers orientieren sich jegliche Neuauflagen an der Originalfassung. Die klassisch gestaltete Urversion wird der komplexen und eindrucksvollen Geschichte nicht mehr gerecht. Die Erzählung findet auf mehreren Ebenen statt, die durch verschiedene Papiersorten repräsentiert werden. Die Lesenden wissen somit immer, wo sie sich auf ihrer Reise durch die traumhaften und surrealen Städte befinden. Das Buch enthält mehrere Illustrationen auf Transparentpapierbögen, welche die Stadtbeschreibungen begleiten. Der besondere Fokus der Arbeit lag in den Illustrationen und der technischen und handwerklichen Umsetzung der Bindung.
The artificial olfactory image was proposed by Lundström et al. in 1991 as a new strategy for an electronic nose system which generated a two-dimensional mapping to be interpreted as a fingerprint of the detected gas species. The potential distribution generated by the catalytic metals integrated into a semiconductor field-effect structure was read as a photocurrent signal generated by scanning light pulses. The impact of the proposed technology spread beyond gas sensing, inspiring the development of various imaging modalities based on the light addressing of field-effect structures to obtain spatial maps of pH distribution, ions, molecules, and impedance, and these modalities have been applied in both biological and non-biological systems. These light-addressing technologies have been further developed to realize the position control of a faradaic current on the electrode surface for localized electrochemical reactions and amperometric measurements, as well as the actuation of liquids in microfluidic devices.