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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 determination of spacing, edge and end distance requirements for self-tapping screws requires numerous and comprehensive insertion tests. Yet the results of such tests cannot be transferred to other types of screws or even to screws of different diameter because of differences in shape or geometry. To reduce the effort of insertion tests a new method was developed which allows the estimation of required spacings, distances and timber thickness.
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.