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Die Arbeit behandelt die Erprobung eines lichtbogenbasierten Pulverherstellungsverfahrens für die additive Fertigung. Auf Basis einer Bewertung bestehender Pulverherstellungsprozesse wurde ein alternativer Lösungsansatz ermittelt, prototypisch umgesetzt und mit einer Aluminiumlegierung erprobt. Das mit dem Lichtbogenprozess produzierte Pulver wurde im Labor untersucht und anschließend wurden Probekörper in einer Laserstrahlschmelzanlage gefertigt und analysiert. Alle gewonnenen Erkenntnisse wurden mit Ergebnissen von kommerziell erworbenen Pulvern verglichen und abschließend bewertet. Das mit dem Prototyp gewonnenen Pulver erwies sich als geeignet für die additive Fertigung., The thesis introduces an arc based powder production for additive manufacturing. Based on the evaluation of established processes a new approach for powder production was developed, implemented and tested with an aluminum alloy. The arc based powder was analyzed in a laboratory and samples were created by laser powder bed fusion. All measurements were compared to commercially available powder. The produced powder is suitable for the additive manufacturing process.

Die Arbeit behandelt die Erprobung eines lichtbogenbasierten Pulverherstellungsverfahrens für die additive Fertigung. Auf Basis einer Bewertung bestehender Pulverherstellungsprozesse wurde ein alternativer Lösungsansatz ermittelt, prototypisch umgesetzt und mit einer Aluminiumlegierung erprobt. Das mit dem Lichtbogenprozess produzierte Pulver wurde im Labor untersucht und anschließend wurden Probekörper in einer Laserstrahlschmelzanlage gefertigt und analysiert. Alle gewonnenen Erkenntnisse wurden mit Ergebnissen von kommerziell erworbenen Pulvern verglichen und abschließend bewertet. Das mit dem Prototyp gewonnenen Pulver erwies sich als geeignet für die additive Fertigung., The thesis introduces an arc based powder production for additive manufacturing. Based on the evaluation of established processes a new approach for powder production was developed, implemented and tested with an aluminum alloy. The arc based powder was analyzed in a laboratory and samples were created by laser powder bed fusion. All measurements were compared to commercially available powder. The produced powder is suitable for the additive manufacturing process.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der energetischen Nutzung von Meereswellen für die Versorgung von dezentralen Mini-Grids. Ein Wellenkraftwerk wird konzipiert, und seine Wirtschaftlichkeit wird im Vergleich zu anderen Stromversorgungsalternativen anhand einer Simulation der Versorgung eines Modellstandorts überprüft. Die Arbeit zeigt, dass die entwickelte Technologie im Zielmarkt im Hinblick auf die Kosten, die Praktikabilität und die Umweltauswirkungen konkurrenzfähig ist., The dissertation thesis discusses the usage of ocean waves for generating electricity and evaluates their suitability for supplying decentralized mini-grids. It contains a concept for a wave energy converter and evaluates its economic efficiency in a comparison with other solutions for supplying electricity in a model site. The comparison shows that the developed technology can compete in the target market with regard to cost, practicability and environmental impact.

Ziel dieser Arbeit ist es den Einsatz einer Laccase aus Trametes versicolor zur Verringerung negativer Effekte des Lignins im enzymatisch-fermentativen Prozess von Lignocellulose zu 2,3-Butandiol zu untersuchen. Dabei konnte zwar keine Steigerung der cellulolytischen Hydrolyse der Faser, jedoch eine deutliche Verbesserung der Xylan-Verzuckerung im Überstand mit Hilfe der Laccase erreicht werden. Desweiteren konnten erstmals Lignocellulose-Aufschlüsse zur fermentativen Gewinnung von 2,3-Butandiol mittels Paenibacillus polymyxa 365 durch eine vorangestellte Detoxifizierung mit Laccase und Aktivkohle genutzt werden. Darüber hinaus wurde im Zuge dieser Arbeit eine HS-SPME/GC-MS-Methode etabliert, die es ermöglicht monomere Delignifizierungsprodukte direkt aus geringen Volumina wässriger Proben zu quantifizieren, Aim of this thesis is to examine the application of a laccase from Trametes versicolor for minimizing the negative effects of lignin in the enzymatic and fermentative process from lignocellulose to 2,3-butanediol. By using laccase no increase in the cellulolytic hydrolysis of cellulose could be achieved while a distinct improvement of the xylan-saccharification could be reached. In addition pretreated lignocellulose could be utilized for a fermentative production of 2,3-butanediol by Paenibacillus polymyxa 365 for the first time owing to a preceded laccase and activated charcoal step. A HS-SPME/GC-MS method has been established within this thesis that allows a quantification of monomeric delignification products directly from small volumes of aqueous samples.

Metathese von Ölsäure und insbesondere ihrer stickstoffhaltigen Derivate ist ein interessanter synthetischer Weg zur Gewinnung bifunktioneller Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen. Unter Verwendung von Ruthenium-Katalysatoren der zweiten Generation konnten auch bei technischen Edukten Ausbeuten entsprechend der thermodynamischen Grenzen mit geringen Katalysatormengen erzielt werden. Untersucht wurden sowohl Kreuz- wie auch Selbstmetathese. Kreuzmetathese ermöglichte variable Kettenlängen und Funktionalitäten der Monomere. Selbstmetathese lieferte C18-bifunktionelle Verbindungen, welche durch Destillation oder Kristallisation einfach isoliert werden konnten. Die Produktgewinnung wurde unter anderem destillativ im Kilogramm-Maßstab durchgeführt., Metathesis of oleic acid and especially of its nitrogen-containing derivatives is an interesting synthetic way of producing bifunctional compounds based on renewable resources. Utilization of second generation ruthenium catalysts allowed reactions with technical grade educts and low catalyst loadings but with yields according to thermodynamics. Research on cross and homometathesis was done. Cross metathesis offers a variability of chain length and functional groups of the monomer. Homometathesis provides C18 bifunctional compounds, that can be easily separated via distillation or crystallization. Product separation was conducted on a kg-scale.

Ziel dieser Arbeit ist es den Einsatz einer Laccase aus Trametes versicolor zur Verringerung negativer Effekte des Lignins im enzymatisch-fermentativen Prozess von Lignocellulose zu 2,3-Butandiol zu untersuchen. Dabei konnte zwar keine Steigerung der cellulolytischen Hydrolyse der Faser, jedoch eine deutliche Verbesserung der Xylan-Verzuckerung im Überstand mit Hilfe der Laccase erreicht werden. Desweiteren konnten erstmals Lignocellulose-Aufschlüsse zur fermentativen Gewinnung von 2,3-Butandiol mittels Paenibacillus polymyxa 365 durch eine vorangestellte Detoxifizierung mit Laccase und Aktivkohle genutzt werden. Darüber hinaus wurde im Zuge dieser Arbeit eine HS-SPME/GC-MS-Methode etabliert, die es ermöglicht monomere Delignifizierungsprodukte direkt aus geringen Volumina wässriger Proben zu quantifizieren, Aim of this thesis is to examine the application of a laccase from Trametes versicolor for minimizing the negative effects of lignin in the enzymatic and fermentative process from lignocellulose to 2,3-butanediol. By using laccase no increase in the cellulolytic hydrolysis of cellulose could be achieved while a distinct improvement of the xylan-saccharification could be reached. In addition pretreated lignocellulose could be utilized for a fermentative production of 2,3-butanediol by Paenibacillus polymyxa 365 for the first time owing to a preceded laccase and activated charcoal step. A HS-SPME/GC-MS method has been established within this thesis that allows a quantification of monomeric delignification products directly from small volumes of aqueous samples.

Die drei Schwellenländer, Malaysia, Chile und die Türkei wurden hinsichtlich ihrer Bevölkerungsstruktur, ihres Abfallwirtschaftssystems und der Abfallzusammensetzung analysiert. Auf Basis dieser Analyse wurde die optimale Abfallverbrennungskapazität für kleinere und mittlere Kommunen ermittelt. Zur Spezifikation des am besten geeigneten Feuerungstyps im kleinen Maßstab wurden Verbrennungsversuche mit einer reproduzierbaren Abfallmischung mit drei verschiedenen Feuerungstypen durchgeführt. Mittels Zielkostenrechnung wurde eine Kostenoptimierung des ausgewählten Anlagentyps durchgeführt. Es konnte nachgewiesen werden, dass eine dezentrale Abfallverbrennungsanlage bei entsprechender Standortwahl auch in Schwellenländern umweltverträglich und wirtschaftlich betrieben werden kann., The countries Malaysia, Chile and Turkey were analyzed according their population structure, their waste management systems and their municipal solid waste composition. Based on this analysis the best fitting waste-to-energy plant capacity was defined for medium and small communities. To identify the most suitable technology for a small-scale plant, incineration experiments were conducted in three different types of combustion chamber using reproducible artificial waste. For cost optimization of the selected plant type target costing was used. It has been shown, that by suitable site selection small-scale plants can be operated ecological friendly and economically in countries in transition, too.

Die Standardisierung von Bestimmungsmethoden zur Messung von Qualitätsparametern biogener Festbrennstoffe kann den Handel erleichtern und zum Erreichen von Klimaschutzzielen beitragen. Zur Bestimmung von physikalisch-mechanischen Brennstoffeigenschaften werden zuverlässige, vergleichbare und zeitsparende Methoden gefordert, die an eine große Variabilität der Energieträger anzupassen sind. Anhand von Vergleichsmessungen mit ausgewählten Bestimmungsmethoden für die Qualitätsmerkmale Wassergehalt, Größenverteilung, Schütt- und Rohdichte wird eine praktikable Anwendbarkeit der Messverfahren geprüft und bewertet. Die Messergebnisse unterliegen zum Teil starken Schwankungen mit unterschiedlich guten Wiederholbarkeiten und sind nur selten vergleichbar. Eine Standardisierung der Prüfmethoden zur Qualitätsbestimmung biogener Festbrennstoffe erscheint daher unerlässlich., The standardisation of methods for the determination of quality parameters of solid biofuels can facilitate commerce and contribute to the achievement of climate protection objectives. For the determination of physical-mechanical fuel properties reliable, comparable and time saving methods are demanded, which have to be adapted to a large variety of energy carriers. By means of comparative trials, the viable application of selected determination methods for the quality parameters moisture content, size distribution, bulk and particle density is examined and evaluated. The measurement results are partially subject to large deviations with varying repeatabilities and are often not comparable. Thus, the standardisation of testing methods for quality determination of solid biofuels appears indispensable.

Die Standardisierung von Bestimmungsmethoden zur Messung von Qualitätsparametern biogener Festbrennstoffe kann den Handel erleichtern und zum Erreichen von Klimaschutzzielen beitragen. Zur Bestimmung von physikalisch-mechanischen Brennstoffeigenschaften werden zuverlässige, vergleichbare und zeitsparende Methoden gefordert, die an eine große Variabilität der Energieträger anzupassen sind. Anhand von Vergleichsmessungen mit ausgewählten Bestimmungsmethoden für die Qualitätsmerkmale Wassergehalt, Größenverteilung, Schütt- und Rohdichte wird eine praktikable Anwendbarkeit der Messverfahren geprüft und bewertet. Die Messergebnisse unterliegen zum Teil starken Schwankungen mit unterschiedlich guten Wiederholbarkeiten und sind nur selten vergleichbar. Eine Standardisierung der Prüfmethoden zur Qualitätsbestimmung biogener Festbrennstoffe erscheint daher unerlässlich., The standardisation of methods for the determination of quality parameters of solid biofuels can facilitate commerce and contribute to the achievement of climate protection objectives. For the determination of physical-mechanical fuel properties reliable, comparable and time saving methods are demanded, which have to be adapted to a large variety of energy carriers. By means of comparative trials, the viable application of selected determination methods for the quality parameters moisture content, size distribution, bulk and particle density is examined and evaluated. The measurement results are partially subject to large deviations with varying repeatabilities and are often not comparable. Thus, the standardisation of testing methods for quality determination of solid biofuels appears indispensable.

Die Entwicklung einer thermisch gespritzten Funktionsschicht zum Schutz von Wärmetauscherflächen gegenüber der Hochtemperaturkorrosion stützt sich auf zeit- und kostenintensive Auslagerungsversuche. Um den Umfang der Auslagerungsversuche zu reduzieren, wurde im Rahmen der Arbeit ein Nasskorrosionsprüfstand konzipiert und für die Qualitätsbestimmung von Beschichtungen adaptiert. Mit den elektrochemischen Messungen im wässrigen Medium wurde das Ziel verfolgt, Voraussagen zur Beständigkeit dreier APS gespritzter Diamalloy 1005-Funktionsschichten unter Hochtemperaturkorrosionsbedingungen zu treffen. Die Ergebnisse der im Rahmen der Arbeit durchgeführten Nass- und Hochtemperaturkorrosionsversuche zeigten eine identische Wertung der spritzparameterspezifischen Korrosionsbeständigkeit der Diamalloy1005-Schicht. Somit kann der Nasskorrosionsprüfstand zur Qualifizierung von Spritzparametersätzen für Hochtemperaturanwendungen verwendet werden., From the selection of a plant specific spray material up to a successful coating on heat exchanger tubes in waste-to-energy plants, a significant amount of time and money is necessary. In order to decrease both, an investigation was conducted to determine if the corrosion resistance of different APS sprayed Diamalloy 1005 coatings under high temperature conditions can be predicted by using electrochemical corrosion tests in aqueous solution. If the high temperature corrosion resistance can be predicted, a fast and inexpensive possibility to evaluate the coating quality would be available. After analyzing the results of the corrosion tests under high temperature conditions and in aqueous solution an identical assessment of the spray parameter specific corrosion protection could be obtained. Therefore electrochemical corrosion tests in aqueous solution can be used for a qualification of spray parameters in high temperature applications.

Bei der Flusskalzination von Kieselgur als Hochtemperaturbehandlung entstehen im konventionellen Drehrohrofen aus den amorphen Formen des Siliziumdioxids, unter Zugabe bestimmter Flussmittel, bei hohen Temperaturen und langen Brenndauern die kristallinen SiO2-Phasen Cristobalit, Tridymit und Quarz. Cristobalit und Quarz haben nachweislich eine kanzerogene Wirkung auf den menschlichen Organismus, während bei amorphen und parakristallinen Formen, wie Opal-A, Opal-CT und Opal-C, eine krebserregende Wirkung auf den Menschen, trotz eingehender Untersuchungen, nicht bekannt ist. In dieser Arbeit wurden das Kristallisationsverhalten und die Änderungen der technologischen Eigenschaften der Kieselgur im Rahmen des Flusskalzinationsprozesses untersucht. Im ersten Schritt wurde die Flusskalzination der Kieselgur unter Verwendung verschiedener Flussmittel in einem statischen Erhitzungsprozess untersucht. Neben der Flussmittelkonzentration, der Temperatur und der Dauer der thermischen Behandlung war die Bildung von kristallinen SiO2-Phasen insbesondere vom Flussmitteltyp abhängig. Die Kristallisationsvorgänge in der Kieselgur erfordern eine Stabilisierung der kristallinen Strukturen durch die Kationen des Flussmittels. Die Fähigkeit des Kations, kristalline Strukturen des Siliziumdioxids zu stabilisieren, ist wiederum von deren Ionengröße und dem Zellvolumen der kristallinen Strukturen abhängig. Na+-Ionen können mit einem Ionenradius von 0,99 Å das Zellvolumen von 171 Å3 des Cristobalits stabilisieren, während größere K+-Ionen mit einem Radius von 1,37 Å sich nicht mehr in das Zellvolumen von Cristobalit einfügen können. Theoretisch ist auch beim Einsatz von calcium- und magnesiumhaltigen Flussmitteln, aufgrund der Ionenradien von Ca2+ und Mg2+, die Bildung von Cristobalit zu erwarten. Die Schmelztemperaturen dieser Kieselgur-Flussmittelmischungen liegen allerdings meist derart hoch, dass ein Schmelzvorgang nicht stattfinden konnte. Es zeigte sich, dass bei Verwendung von natriu, Fluxcalcination of kieselguhr, as high temperature treatment, causes conversion of amorphous to crystalline silicon dioxide, like cristobalite, tridymite and quartz, in conventional rotary kilns, using high temperatures, long burning duration and certain fluxing agents. Cristobalite and quartz are verifiable carcinogenic to human, whereas amorphous and paracrystalline modifications, like opal-A, opal-CT and opal-C, lack, despite of detailed analyses, a carcinogenic effect on human. This work deals with the crystallisation behaviour and the changes of technological characteristics of kieselguhr during the fluxcalcination process. At first, the fluxcalcination was examined in a static heating system, using different fluxing agents. The formation of crystalline SiO2-modifications was, besides concentration of the fluxing agent, temperature and duration of the heat treatment, especially dependent on the type of fluxing agent. The crystallisation process of kieselguhr requires a stabilisation of the formed crystalline phases by the fluxing agent’s cations. The cation’s ability to stabilise crystalline structures of silicon dioxide, is dependent on its ion size and on the cell volume of the crystalline modifications. Na+-ions, having an ion radius of 0,99 Å, are able to stabilise cristobalite’s cell volume of 171 Å3, whereas bigger K+-ions, having an ion radius of 1,37 Å, cannot enter the cell volume of cristobalite any more. The formation of cristobalite, using fluxing agents containing calcium and magnesium, is at least theoretical possible, due to the ion radii of Ca2+ and Mg2+. However, these kieselguhr-fluxing-agent-mixtures have mostly such high melting points that the melting process did not occur. It appeared that the use of fluxing agents containing sodium led to the formation of opal-C, as paracrystalline structure, whereas the use of fluxing agents containing potassium led to formation of opal-CT, if the kieselguhr was treated at high temperatures and great flu

Die anaerobe Fermentation organischer Substrate zur Bereitstellung des erneuerbaren Energieträgers Biomethan ist eine in der Agrarindustrie weit verbreitete Technologie. Auch in der Lebensmittelindustrie wird dieses Verfahren zur Aufreinigung von Abwässern erfolgreich eingesetzt und ist damit Stand der Technik. Speziell für Brauereien bietet diese Technologie die Möglichkeit sämtliche organische Reststoffe, die sich in ihrer Konsistenz und Zusammensetzung erheblich unterscheiden, energetisch zu verwerten und damit Energiekosten zu senken. Problematisch stellt sich jedoch der Abbau der in der Biomasse (z.B. Treber) enthaltenen Lignozellulose dar. Aufgrund deren schlechten mikrobiologischen Abbaubarkeit, sind lange Substratverweilzeiten die Folge. Um die Investitionskosten zu senken und die Anlagengrößen zu minimieren wurden verschiedene Methoden untersucht, um Lignozellulose in einem geeigneten Verfahren aufzuschließen und dadurch die Bioverfügbarkeit zu erhöhen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst der Einsatz eines biotechnologisch hergestellten Enzymsubstrates zur Intensivierung der Hydrolyse polymerer Substratbestandteile untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Zusatz von Enzymen den Abbaugrad an organischer Trockensubstanz steigert. Erstmals wurde in dieser Arbeit die Vergärbarkeit von unterschiedlichen Treberfraktionen von Trubstoffen erfolgreich nachgewiesen. Dabei wurde festgestellt, dass die Treberart keinen Einfluß auf die Versäuerungsleistung hat. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde eine kontinuierliche zweistufige Vergärungsanlage zur kombinierten Verwertung von flüssigen, festen und pastösen Brauereireststoffen in Betrieb genommen., Anaerobic fermentation of organic substrates for biomethane production is state of the art in agro-industry. In food industry anaerobic digestion is utilized for wastewater treatment. Especially for breweries this technolgy offers the possibility for treatment of all organic production residues. Thereby the degradation of ligno-cellulosic material like spent grains is causing problems. To reduce investment costs and plant sizes different pre-treatment methods were investigated. The main aim of these methods is to enhance microbial availability. Within this work enzymes were used to intensify the hydrolysis of polymeric spent grain components. It could be proofen that enzymes used as fermentation additive are enhancing the degradation degree of organic dry matter. For the first time the digestability of different spent grain fractions was investigated within this work. Additionally based on this experiments a continuous two-step fermentation plant was put into operation to examine the combined digestion of liquid, solid and pasty brewery residues.

Tropische Fruchtabfälle (aus Papayas, Bananen und Zitrusfrüchten) und Abfälle der Geflügelproduktion stellen in Mexiko ein Kontaminationsproblem und einen Verlust von organischen Stoffen dar. Die Arbeit befasst sich mit der Möglichkeit des anaeroben thermophilen Abbaus dieser Reststoffe zur Biogaserzeugung und Gärgutverwertung. Dabei wurden die Einflüsse von Rumensaft, Bacillus sp. und Papain bei unterschiedlichen Raumbelastungen in verschiedenen Maßstäben untersucht., Tropical fruit waste (from papayas, bananas and citrus fruits) and waste from the chicken production in Mexico represent a contamination problem and a loss of organic materials. This work is concerned with the possibility of the anaerobic thermophilic digestion of these wastes for biogas production and the recycling of the digested residue. The influences of rumen fluid, bacillus sp. and papain at several organic loads were studied at different scales.

Weizenstroh (WS) und Kaffeebrührückstand (KBR) wurde zur selektiven Mobilisierung von Sacchariden alkalisch und hydrothermal behandelt sowie enzymatisch verzuckert. Alleinige alkalische Behandlung von WS mobilisierte 80 % des Xylans, durch unselektive enzymatische Verzuckerung nach Pretreatment wurden 94 % des Xylans freigesetzt. In KBR wurden nach Vorbehandlung maximal 32 % Mannan enzymatisch verzuckert. Ca. 60 % der enthaltenen Saccharide (Cellulose, Mannan) konnten ohne Vorbehandlung enzymatisch freigesetzt werden., For selective solubilisation of saccharides, wheat straw (WS) and spent coffee grounds (SCG) were treated with alkaline/hydrothermal processes and enzymatically saccharified. Alkaline treatment of WS mobilised 80 % of xylan, unselective enzymatic saccharification after pretreatment achieved 94 % of xylan. Maximum release of Mannan (32 %) from SCG was achieved after alkaline pretreatment followed by enzymatic hydrolysis. Approx. 60 % of the saccharides contained (cellulose, mannan) were enzymatically hydrolyzed without pretreatment.

Es wurde ein Vorgehensmodell zur Analyse und Entwicklung für Multisensor Data Fusion-Lösungen in landwirtschaftlichen BUS-Systemen vorgeschlagen. Am Beispiel einer Real-time Prozessführung für intensive N-Düngung nach dem Sensor-Ansatz mit Kartenüberlagerung wurden die Anwendbarkeit überprüft, der Fusionsalgorithmus abgeleitet und nötige Erweiterungen der Norm ISO 11783 aufgezeigt. Die Realisierbarkeit wurde mittels einer Simulation in Form eines Expertensystems für Applikationssysteme gezeigt., A process model for the analysis and development of Multisensor Data Fusion solutions in Agricultural BUS-Systems was proposed. Applied to a real-time process control for N-fertilizer application use case according to the Real-time approach with map overlay, the proof of concept could be achieved, the fusion algorithm was derived and needed extensions of ISO 11783 were revealed. Feasibility was demonstrated by a software simulation comprising an expert system for application systems.

Weizenstroh (WS) und Kaffeebrührückstand (KBR) wurde zur selektiven Mobilisierung von Sacchariden alkalisch und hydrothermal behandelt sowie enzymatisch verzuckert. Alleinige alkalische Behandlung von WS mobilisierte 80 % des Xylans, durch unselektive enzymatische Verzuckerung nach Pretreatment wurden 94 % des Xylans freigesetzt. In KBR wurden nach Vorbehandlung maximal 32 % Mannan enzymatisch verzuckert. Ca. 60 % der enthaltenen Saccharide (Cellulose, Mannan) konnten ohne Vorbehandlung enzymatisch freigesetzt werden., For selective solubilisation of saccharides, wheat straw (WS) and spent coffee grounds (SCG) were treated with alkaline/hydrothermal processes and enzymatically saccharified. Alkaline treatment of WS mobilised 80 % of xylan, unselective enzymatic saccharification after pretreatment achieved 94 % of xylan. Maximum release of Mannan (32 %) from SCG was achieved after alkaline pretreatment followed by enzymatic hydrolysis. Approx. 60 % of the saccharides contained (cellulose, mannan) were enzymatically hydrolyzed without pretreatment.

Tropische Fruchtabfälle (aus Papayas, Bananen und Zitrusfrüchten) und Abfälle der Geflügelproduktion stellen in Mexiko ein Kontaminationsproblem und einen Verlust von organischen Stoffen dar. Die Arbeit befasst sich mit der Möglichkeit des anaeroben thermophilen Abbaus dieser Reststoffe zur Biogaserzeugung und Gärgutverwertung. Dabei wurden die Einflüsse von Rumensaft, Bacillus sp. und Papain bei unterschiedlichen Raumbelastungen in verschiedenen Maßstäben untersucht., Tropical fruit waste (from papayas, bananas and citrus fruits) and waste from the chicken production in Mexico represent a contamination problem and a loss of organic materials. This work is concerned with the possibility of the anaerobic thermophilic digestion of these wastes for biogas production and the recycling of the digested residue. The influences of rumen fluid, bacillus sp. and papain at several organic loads were studied at different scales.

Es wurde ein Vorgehensmodell zur Analyse und Entwicklung für Multisensor Data Fusion-Lösungen in landwirtschaftlichen BUS-Systemen vorgeschlagen. Am Beispiel einer Real-time Prozessführung für intensive N-Düngung nach dem Sensor-Ansatz mit Kartenüberlagerung wurden die Anwendbarkeit überprüft, der Fusionsalgorithmus abgeleitet und nötige Erweiterungen der Norm ISO 11783 aufgezeigt. Die Realisierbarkeit wurde mittels einer Simulation in Form eines Expertensystems für Applikationssysteme gezeigt., A process model for the analysis and development of Multisensor Data Fusion solutions in Agricultural BUS-Systems was proposed. Applied to a real-time process control for N-fertilizer application use case according to the Real-time approach with map overlay, the proof of concept could be achieved, the fusion algorithm was derived and needed extensions of ISO 11783 were revealed. Feasibility was demonstrated by a software simulation comprising an expert system for application systems.

2,3-Butandiol (BDL) hat hohes industrielles Potential. Zur BDL-Herstellung eignet sich P. polymyxa besonders, weil dieser Stamm nicht pathogen ist und sowohl C6- als auch C5-Zucker verwerten kann. Auch hydrothermal aufgeschlossenes Weizenstroh eignete sich zur BDL-Herstellung. Hefeextrakt, Salze u. Vitamine steigerten die Produktbildung bis zu 67 %. Mit dem entwickelten Fermentationsprozess wurden 111 g L-1 BDL gebildet. Dabei wurde eine temp.-abhängige Exopolysaccharidbildung festgestellt., 2,3-butanediol (BDL) is considered to be a versatile bulk chemical. P. polymyxa is a BDL-producer of special interest as it is a non-pathogenic microorganism, which can use both C6 and C5 sugars. Hydrothermal pretreated wheat straw was successfully used as a feedstock for BDL-production as well. Yeast extract, salts and vitamins enhanced product formation by 67 %. A BDL-process was developed obtaining up to 111 g L-1 BDL. P. polymyxa's exopolysaccharide formation was influenced by temperature.

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., Metathesis of oleic acid and its derivatives is an interesting pathway for the synthesis of bifunctional compounds based on renewable resources. Second generation Ru-catalysts were utilized, since they have a good tolerance towards functional groups and impurities. Although technical grade educts were used, conversions with high yields and low catalyst loadings (0.001 – 0.01 mol-%) were achieved. Cross metathesis offers a greater variability concerning chain length and functional groups of the monomer, but work-up is difficult. Homometathesis is providing C18-bifunctional compounds, which can be easily separated via distillation or crystallization. In addition to catalytic conversion, research on the product isolation was done. For assorted products, higher scale separation methods have been conducted.

2,3-Butandiol (BDL) hat hohes industrielles Potential. Zur BDL-Herstellung eignet sich P. polymyxa besonders, weil dieser Stamm nicht pathogen ist und sowohl C6- als auch C5-Zucker verwerten kann. Auch hydrothermal aufgeschlossenes Weizenstroh eignete sich zur BDL-Herstellung. Hefeextrakt, Salze u. Vitamine steigerten die Produktbildung bis zu 67 %. Mit dem entwickelten Fermentationsprozess wurden 111 g L-1 BDL gebildet. Dabei wurde eine temp.-abhängige Exopolysaccharidbildung festgestellt., 2,3-butanediol (BDL) is considered to be a versatile bulk chemical. P. polymyxa is a BDL-producer of special interest as it is a non-pathogenic microorganism, which can use both C6 and C5 sugars. Hydrothermal pretreated wheat straw was successfully used as a feedstock for BDL-production as well. Yeast extract, salts and vitamins enhanced product formation by 67 %. A BDL-process was developed obtaining up to 111 g L-1 BDL. P. polymyxa's exopolysaccharide formation was influenced by temperature.

Rapsölkraftstoff kann in Motoren zu Ablagerungen führen. Um die Einflüsse von Kraftstoff, Temperatur und Betriebsprofil auf die Ablagerungsbildung zu untersuchen, wurden Prüfläufe mit zwei baugleichen Blockheizkraftwerken durchgeführt und die gebildeten Ablagerungen bewertet sowie neue Verfahren zur On- und Offline-Bestimmung des Verlaufs der Ablagerungsbildung eingesetzt. Als Ergebnis konnte ein direkter Zusammenhang zwischen Kraftstoffeigenschaften sowie der Oberflächentemperatur und der Ablagerungsbildung in Brennraum und Partikelfilter nachgewiesen werden., Rapeseed oil fuel may lead to deposits in internal combustion engines. To investigate the effects of fuel, temperature and operating profile on deposit formation, testruns with two identical combined heat and power plants have been carried out with the deposits being rated. Also, new methods for on- and offline determination of the developing of deposit formation have been used. As a result, a direct influence of fuel composition and surface temperature on deposit formation in combustion chamber and particulate filter could be detected.

Rapsölkraftstoff kann in Motoren zu Ablagerungen führen. Um die Einflüsse von Kraftstoff, Temperatur und Betriebsprofil auf die Ablagerungsbildung zu untersuchen, wurden Prüfläufe mit zwei baugleichen Blockheizkraftwerken durchgeführt und die gebildeten Ablagerungen bewertet sowie neue Verfahren zur On- und Offline-Bestimmung des Verlaufs der Ablagerungsbildung eingesetzt. Als Ergebnis konnte ein direkter Zusammenhang zwischen Kraftstoffeigenschaften sowie der Oberflächentemperatur und der Ablagerungsbildung in Brennraum und Partikelfilter nachgewiesen werden., Rapeseed oil fuel may lead to deposits in internal combustion engines. To investigate the effects of fuel, temperature and operating profile on deposit formation, testruns with two identical combined heat and power plants have been carried out with the deposits being rated. Also, new methods for on- and offline determination of the developing of deposit formation have been used. As a result, a direct influence of fuel composition and surface temperature on deposit formation in combustion chamber and particulate filter could be detected.

Bei der Flusskalzination von Kieselgur als Hochtemperaturbehandlung entstehen im konventionellen Drehrohrofen aus den amorphen Formen des Siliziumdioxids, unter Zugabe bestimmter Flussmittel, bei hohen Temperaturen und langen Brenndauern die kristallinen SiO2-Phasen Cristobalit, Tridymit und Quarz. Cristobalit und Quarz haben nachweislich eine kanzerogene Wirkung auf den menschlichen Organismus, während bei amorphen und parakristallinen Formen, wie Opal-A, Opal-CT und Opal-C, eine krebserregende Wirkung auf den Menschen, trotz eingehender Untersuchungen, nicht bekannt ist. In dieser Arbeit wurden das Kristallisationsverhalten und die Änderungen der technologischen Eigenschaften der Kieselgur im Rahmen des Flusskalzinationsprozesses untersucht. Im ersten Schritt wurde die Flusskalzination der Kieselgur unter Verwendung verschiedener Flussmittel in einem statischen Erhitzungsprozess untersucht. Neben der Flussmittelkonzentration, der Temperatur und der Dauer der thermischen Behandlung war die Bildung von kristallinen SiO2-Phasen insbesondere vom Flussmitteltyp abhängig. Die Kristallisationsvorgänge in der Kieselgur erfordern eine Stabilisierung der kristallinen Strukturen durch die Kationen des Flussmittels. Die Fähigkeit des Kations, kristalline Strukturen des Siliziumdioxids zu stabilisieren, ist wiederum von deren Ionengröße und dem Zellvolumen der kristallinen Strukturen abhängig. Na+-Ionen können mit einem Ionenradius von 0,99 Å das Zellvolumen von 171 Å3 des Cristobalits stabilisieren, während größere K+-Ionen mit einem Radius von 1,37 Å sich nicht mehr in das Zellvolumen von Cristobalit einfügen können. Theoretisch ist auch beim Einsatz von calcium- und magnesiumhaltigen Flussmitteln, aufgrund der Ionenradien von Ca2+ und Mg2+, die Bildung von Cristobalit zu erwarten. Die Schmelztemperaturen dieser Kieselgur-Flussmittelmischungen liegen allerdings meist derart hoch, dass ein Schmelzvorgang nicht stattfinden konnte. Es zeigte sich, dass bei Verwendung von natriu, Fluxcalcination of kieselguhr, as high temperature treatment, causes conversion of amorphous to crystalline silicon dioxide, like cristobalite, tridymite and quartz, in conventional rotary kilns, using high temperatures, long burning duration and certain fluxing agents. Cristobalite and quartz are verifiable carcinogenic to human, whereas amorphous and paracrystalline modifications, like opal-A, opal-CT and opal-C, lack, despite of detailed analyses, a carcinogenic effect on human. This work deals with the crystallisation behaviour and the changes of technological characteristics of kieselguhr during the fluxcalcination process. At first, the fluxcalcination was examined in a static heating system, using different fluxing agents. The formation of crystalline SiO2-modifications was, besides concentration of the fluxing agent, temperature and duration of the heat treatment, especially dependent on the type of fluxing agent. The crystallisation process of kieselguhr requires a stabilisation of the formed crystalline phases by the fluxing agent’s cations. The cation’s ability to stabilise crystalline structures of silicon dioxide, is dependent on its ion size and on the cell volume of the crystalline modifications. Na+-ions, having an ion radius of 0,99 Å, are able to stabilise cristobalite’s cell volume of 171 Å3, whereas bigger K+-ions, having an ion radius of 1,37 Å, cannot enter the cell volume of cristobalite any more. The formation of cristobalite, using fluxing agents containing calcium and magnesium, is at least theoretical possible, due to the ion radii of Ca2+ and Mg2+. However, these kieselguhr-fluxing-agent-mixtures have mostly such high melting points that the melting process did not occur. It appeared that the use of fluxing agents containing sodium led to the formation of opal-C, as paracrystalline structure, whereas the use of fluxing agents containing potassium led to formation of opal-CT, if the kieselguhr was treated at high temperatures and great flu

Die anaerobe Fermentation organischer Substrate zur Bereitstellung des erneuerbaren Energieträgers Biomethan ist eine in der Agrarindustrie weit verbreitete Technologie. Auch in der Lebensmittelindustrie wird dieses Verfahren zur Aufreinigung von Abwässern erfolgreich eingesetzt und ist damit Stand der Technik. Speziell für Brauereien bietet diese Technologie die Möglichkeit sämtliche organische Reststoffe, die sich in ihrer Konsistenz und Zusammensetzung erheblich unterscheiden, energetisch zu verwerten und damit Energiekosten zu senken. Problematisch stellt sich jedoch der Abbau der in der Biomasse (z.B. Treber) enthaltenen Lignozellulose dar. Aufgrund deren schlechten mikrobiologischen Abbaubarkeit, sind lange Substratverweilzeiten die Folge. Um die Investitionskosten zu senken und die Anlagengrößen zu minimieren wurden verschiedene Methoden untersucht, um Lignozellulose in einem geeigneten Verfahren aufzuschließen und dadurch die Bioverfügbarkeit zu erhöhen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst der Einsatz eines biotechnologisch hergestellten Enzymsubstrates zur Intensivierung der Hydrolyse polymerer Substratbestandteile untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Zusatz von Enzymen den Abbaugrad an organischer Trockensubstanz steigert. Erstmals wurde in dieser Arbeit die Vergärbarkeit von unterschiedlichen Treberfraktionen von Trubstoffen erfolgreich nachgewiesen. Dabei wurde festgestellt, dass die Treberart keinen Einfluß auf die Versäuerungsleistung hat. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde eine kontinuierliche zweistufige Vergärungsanlage zur kombinierten Verwertung von flüssigen, festen und pastösen Brauereireststoffen in Betrieb genommen., Anaerobic fermentation of organic substrates for biomethane production is state of the art in agro-industry. In food industry anaerobic digestion is utilized for wastewater treatment. Especially for breweries this technolgy offers the possibility for treatment of all organic production residues. Thereby the degradation of ligno-cellulosic material like spent grains is causing problems. To reduce investment costs and plant sizes different pre-treatment methods were investigated. The main aim of these methods is to enhance microbial availability. Within this work enzymes were used to intensify the hydrolysis of polymeric spent grain components. It could be proofen that enzymes used as fermentation additive are enhancing the degradation degree of organic dry matter. For the first time the digestability of different spent grain fractions was investigated within this work. Additionally based on this experiments a continuous two-step fermentation plant was put into operation to examine the combined digestion of liquid, solid and pasty brewery residues.

Die vorliegende Arbeit beschreibt für den Sektor Haushalte ein bottom-up Modell zur Simulation der regionalen Heizwärmebedarfsentwicklung von Wohngebäuden. Dabei wird die technische Lebensdauer für die stochastische Beschreibung des Ausfallverhaltens der Bauteile in der wärmeübetragenden Gebäudehülle verwendet. Diese Abbildung der Lebenszyklen ermöglicht neben der zeitlichen Einordnung auch die qualitative Einschätzung von Sanierungsmaßnahmen, so dass eine Berechnung der Sanierungsquoten und des landkreisspezifischen Heizwärmebedarfs bis zum Jahr 2030 erfolgen kann. Für den Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistung wird auf der Basis der Gewerbeanmeldungen und der Anzahl der sozialversicherungspflichtig Beschäftigten in drei bayerischen Landkreisen eine Methodik zur Abbildung der Erwerbstätigenzahlen in den unterschiedlichen Wirtschaftsbranchen erarbeitet, die eine Hochrechnung des Energieverbrauchs des Sektors ermöglicht., The work presented describes a bottom-up simulation model for the regional heat-demand in residential buildings. Thereby the technical durability is used as the base for the random failure performance of the components in the heat transmitting building shell. This sort of description enables in addition to the time classification also the estimation of the quality of the rehabilitation measure. As a result a quota for the rehabilitation measures and the specific heat demand of regional districts until the year 2030 can be calculated. Furthermore a method for description of the number of all employees is developed. It is based on the number of business registrations and the number of employees who are subjects of the social insurance contribution system of three Bavarian administrative districts for the sector commerce, trade and service. Hence a useful extrapolation of the sector’s energy demand is possible.

Bei der alkoholischen Gärung entsteht CO2, das andererseits in der Brauerei für viele Zwecke benötigt wird und ohne eigene Gewinnung gekauft werden muss. Aktuelle Verfahren der Gewinnung von CO2 aus Gärungsgasen können rund 60 % des CO2 abtrennen und aufreinigen. Hauptproblem der Aufreinigung ist die Abtrennung der Permanentgase O2 und N2. Das neue Verfahren der tiefkalten Verflüssigung mit einem CO2-Kältekreislauf kann über 80 % des Gärungs-CO2 gewinnen. Die thermodynamische Modellierung zeigt, dass allein durch Absenken der CO2-Verflüssigungstemperatur auf ca. -52 °C die Löslichkeiten der Permanentgase im flüssigen CO2 auf Werte knapp oberhalb der zulässigen Grenzwerte sinken. Basierend darauf wurde eine CO2-Gewinnungsanlage entwickelt, errichtet und optimiert, deren CO2-Gewinnungsanteil wesentlich größer ist als bei bisherigen Anlagen., During the alcoholic fermentation CO2 is released, which can be used in many production steps of the brewing process and has to be bought in case of no own recovery system. Current processes for CO2-recovery from fermentation gases are able to separate and purify up to 60 % of the released CO2. The main problem of the process is the separation of the permanent gases O2 and N2. The new developed system of the ultra cold liquefaction gains more than 80 % of the released CO2. Thermodynamic modelling showed that together with the lowering of the liquefaction temperature of the CO2 to 221 K the solubility of the included permanent gases also declines to values only short above the limit values in liquid CO2. Based on this a new recovery system was developed, implemented and optimised which is able to gain more CO2 out of the fermentation gases compared with an actual recovery system.

Die vorliegende Arbeit beschreibt für den Sektor Haushalte ein bottom-up Modell zur Simulation der regionalen Heizwärmebedarfsentwicklung von Wohngebäuden. Dabei wird die technische Lebensdauer für die stochastische Beschreibung des Ausfallverhaltens der Bauteile in der wärmeübetragenden Gebäudehülle verwendet. Diese Abbildung der Lebenszyklen ermöglicht neben der zeitlichen Einordnung auch die qualitative Einschätzung von Sanierungsmaßnahmen, so dass eine Berechnung der Sanierungsquoten und des landkreisspezifischen Heizwärmebedarfs bis zum Jahr 2030 erfolgen kann. Für den Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistung wird auf der Basis der Gewerbeanmeldungen und der Anzahl der sozialversicherungspflichtig Beschäftigten in drei bayerischen Landkreisen eine Methodik zur Abbildung der Erwerbstätigenzahlen in den unterschiedlichen Wirtschaftsbranchen erarbeitet, die eine Hochrechnung des Energieverbrauchs des Sektors ermöglicht., The work presented describes a bottom-up simulation model for the regional heat-demand in residential buildings. Thereby the technical durability is used as the base for the random failure performance of the components in the heat transmitting building shell. This sort of description enables in addition to the time classification also the estimation of the quality of the rehabilitation measure. As a result a quota for the rehabilitation measures and the specific heat demand of regional districts until the year 2030 can be calculated. Furthermore a method for description of the number of all employees is developed. It is based on the number of business registrations and the number of employees who are subjects of the social insurance contribution system of three Bavarian administrative districts for the sector commerce, trade and service. Hence a useful extrapolation of the sector’s energy demand is possible.

Bei der alkoholischen Gärung entsteht CO2, das andererseits in der Brauerei für viele Zwecke benötigt wird und ohne eigene Gewinnung gekauft werden muss. Aktuelle Verfahren der Gewinnung von CO2 aus Gärungsgasen können rund 60 % des CO2 abtrennen und aufreinigen. Hauptproblem der Aufreinigung ist die Abtrennung der Permanentgase O2 und N2. Das neue Verfahren der tiefkalten Verflüssigung mit einem CO2-Kältekreislauf kann über 80 % des Gärungs-CO2 gewinnen. Die thermodynamische Modellierung zeigt, dass allein durch Absenken der CO2-Verflüssigungstemperatur auf ca. -52 °C die Löslichkeiten der Permanentgase im flüssigen CO2 auf Werte knapp oberhalb der zulässigen Grenzwerte sinken. Basierend darauf wurde eine CO2-Gewinnungsanlage entwickelt, errichtet und optimiert, deren CO2-Gewinnungsanteil wesentlich größer ist als bei bisherigen Anlagen., During the alcoholic fermentation CO2 is released, which can be used in many production steps of the brewing process and has to be bought in case of no own recovery system. Current processes for CO2-recovery from fermentation gases are able to separate and purify up to 60 % of the released CO2. The main problem of the process is the separation of the permanent gases O2 and N2. The new developed system of the ultra cold liquefaction gains more than 80 % of the released CO2. Thermodynamic modelling showed that together with the lowering of the liquefaction temperature of the CO2 to 221 K the solubility of the included permanent gases also declines to values only short above the limit values in liquid CO2. Based on this a new recovery system was developed, implemented and optimised which is able to gain more CO2 out of the fermentation gases compared with an actual recovery system.

Die Nutzung von Molke zur Aceton-Butanol-Ethanol-(ABE-)Fermentation ist bisher an geringen Ausbeuten und langen Fermentationszeiten gescheitert. 12 Stämme der Gattung Clostridia wurden auf ihre Eignung als Prozessstamm untersucht. Fermentationsbedingungen, insbesondere Nährstoffzusatz und technologische Parameter, wurden optimiert. Ein sicherer und effizienter semikontinuierlicher Betriebsablauf wurde entwickelt. Erstmals wurde bei der ABE-Fermentation von Molke eine Bilanz nicht nur über die Lösungsmittel oder die Fermentationsgase H2 und CO2, sondern über alle relevanten Fermentationsprodukte erstellt. Verwertungsmöglichkeiten der Schlempe nach der Produktabtrennung wurden untersucht. Geeignet zeigte sich die Methanisierung. Damit wurde ein ganzheitlicher, energieautarker Prozess entwickelt. So erzeugter Biokraftstoff verfügt gegenüber Ottokraftstoff über ein Treibhausgas-Minderungspotential von über 90 %., The Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation of whey has not yet been industrially used due to low solvent yields and long fermentation times. 12 strains of Colstridia were screened to be suitable for the process. Fermentation conditions like nutrient supplement and technological parameters were optimized. A safe and efficient semi-continuous process was developed. For the first time all relevant fermentation products like the solvents and the fermentation gases H2 and CO2 were measured to get a complete mass balance. The utilization possibilties of stillage from such fermentations were determined for the first time. Biomethanisation is appropriate. An integrated and energy self-sufficient process was developed. Biofuel from this process saves more than 90 % of the greenhouse gases compared to gasoline.

Beim Betrieb von Blockheizkraftwerken (BHKW) mit Rapsöl bestehen Unsicherheiten hinsichtlich des Emissionsverhaltens. Deshalb wurden in wiederkehrenden Untersuchungen in Praxisanlagen die Abgaskomponenten CO, NOx, HC und Partikelmasse ermittelt und der Einfluss von Rapsölqualität, Betriebsweise und Partikelfilter analysiert. Technisch einwandfreie BHKW mit Oxidationskatalysatoren weisen bei Nennlast günstige Emissionswerte auf, die an verschiedenen Messtagen unterschiedlich stark variieren und so auf ein Optimierungspotenzial hindeuten. Die Störanfälligkeit von Filtern für die Minderung von Partikelemissionen ist durch gegenseitige Abstimmung von Rapsölkraftstoff, Filter und Motorsystem noch zu verringern., The operation of combined heat and power units (CHP) with rapeseed oil is associated with insecurities, regarding exhaust gas emission characteristics. Thus, the exhaust gas components CO, NOx, HC and particle mass were ascertained at practice units by recurrent measurements, and influences of rapeseed oil quality, operational mode and particulate filter systems were analysed. CHP of technical faultless and with oxidation catalysts feature favourable emission concentrations, varying irregularly on different days of determination, which indicates potential for optimisation. The susceptibility to malfunction of filters for the reduction of particulate matter emissions needs to be improved by mutual adjustment of rapeseed oil fuel, filter and engine system.

Die Nutzung von Molke zur Aceton-Butanol-Ethanol-(ABE-)Fermentation ist bisher an geringen Ausbeuten und langen Fermentationszeiten gescheitert. 12 Stämme der Gattung Clostridia wurden auf ihre Eignung als Prozessstamm untersucht. Fermentationsbedingungen, insbesondere Nährstoffzusatz und technologische Parameter, wurden optimiert. Ein sicherer und effizienter semikontinuierlicher Betriebsablauf wurde entwickelt. Erstmals wurde bei der ABE-Fermentation von Molke eine Bilanz nicht nur über die Lösungsmittel oder die Fermentationsgase H2 und CO2, sondern über alle relevanten Fermentationsprodukte erstellt. Verwertungsmöglichkeiten der Schlempe nach der Produktabtrennung wurden untersucht. Geeignet zeigte sich die Methanisierung. Damit wurde ein ganzheitlicher, energieautarker Prozess entwickelt. So erzeugter Biokraftstoff verfügt gegenüber Ottokraftstoff über ein Treibhausgas-Minderungspotential von über 90 %., The Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation of whey has not yet been industrially used due to low solvent yields and long fermentation times. 12 strains of Colstridia were screened to be suitable for the process. Fermentation conditions like nutrient supplement and technological parameters were optimized. A safe and efficient semi-continuous process was developed. For the first time all relevant fermentation products like the solvents and the fermentation gases H2 and CO2 were measured to get a complete mass balance. The utilization possibilties of stillage from such fermentations were determined for the first time. Biomethanisation is appropriate. An integrated and energy self-sufficient process was developed. Biofuel from this process saves more than 90 % of the greenhouse gases compared to gasoline.

Beim Betrieb von Blockheizkraftwerken (BHKW) mit Rapsöl bestehen Unsicherheiten hinsichtlich des Emissionsverhaltens. Deshalb wurden in wiederkehrenden Untersuchungen in Praxisanlagen die Abgaskomponenten CO, NOx, HC und Partikelmasse ermittelt und der Einfluss von Rapsölqualität, Betriebsweise und Partikelfilter analysiert. Technisch einwandfreie BHKW mit Oxidationskatalysatoren weisen bei Nennlast günstige Emissionswerte auf, die an verschiedenen Messtagen unterschiedlich stark variieren und so auf ein Optimierungspotenzial hindeuten. Die Störanfälligkeit von Filtern für die Minderung von Partikelemissionen ist durch gegenseitige Abstimmung von Rapsölkraftstoff, Filter und Motorsystem noch zu verringern., The operation of combined heat and power units (CHP) with rapeseed oil is associated with insecurities, regarding exhaust gas emission characteristics. Thus, the exhaust gas components CO, NOx, HC and particle mass were ascertained at practice units by recurrent measurements, and influences of rapeseed oil quality, operational mode and particulate filter systems were analysed. CHP of technical faultless and with oxidation catalysts feature favourable emission concentrations, varying irregularly on different days of determination, which indicates potential for optimisation. The susceptibility to malfunction of filters for the reduction of particulate matter emissions needs to be improved by mutual adjustment of rapeseed oil fuel, filter and engine system.

Die Wirksamkeit von Bitumenemulsionen bei der Wiederverwertung pechhaltiger Straßenausbaustoffe hängt von ihrer Fähigkeit zur Immobilisierung der im Pech enthaltenen PAK und Phenole sowie von ihrer bautechnischen Eignung bei der Verarbeitung eines konkreten Straßenausbaustoffes ab. Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und modellhaften Beschreibung des Brechverhaltens handelsüblicher Bitumenemulsionen sowie anhand von pechhaltigem Modellmischgut mit deren Fähigkeiten bei der Einkapselung von PAK. Anhand realer Straßenausbaustoffe werden die tatsächlich erreichbaren umweltrelevanten und bautechnischen Eigenschaften systematisch verifiziert., The effectiveness of bitumen emulsions in the recycling of bituminous road construction materials depends on their ability to encapsulate the PAH and Phenols contained in the pitch (tar) as well as on their technological suitability in the processing of a particular recycling material. The work comprehends the detailed investigation and modeling of the dissociation process of commercial bitumen emulsions as well as investigations concerning their abilities to encapsulate PAH using a bituminous model mixture. The actually achievable technologically and environmentally relevant properties are determined systematically with existing bituminous road construction materials.

Ziel dieser Arbeit ist die Erhöhung von Abbauleistung und Stabilität des biologischen Abbaus von Schwefelwasserstoff (H2S) in Biotropfkörpern zur Entschwefelung von Biogas. Für die Nutzung von Biogas ist häufig eine Reduktion des H2S-Gehalts erforderlich. Üblicherweise wird H2S von aeroben Mikroorganismen bei Zugabe von Luft zum Biogas entweder direkt im Biogasreaktor oder in nachgeschalteten Biotropfkörpern zu Schwefel und Schwefelsäure oxidiert. In der Praxis auftretende Schwankungen der H2S-Konzentration sowie sinkende pH-Werte durch vermehrte Bildung von Schwefelsäure können unzureichende Abbauleistungen verursachen. Die Erhöhung der Abbauleistung wird durch Zugabe von Eisensalzen signifikant verbessert. Eine hohe Selektivität zu Schwefel und ein daraus resultierender konstanter pH-Wert sowie erhöhte Stabilität des Abbauprozesses werden bei hohen Sulfatkonzentrationen erzielt., Biogas usually contains 2,000 to 5,000 ppm hydrogen sulphide (H2S). In CHP engines biogas is converted to electrical and thermal energy. For cogeneration the reduction of H2S is necessary. In most biogas plants H2S is reduced in a biological oxidation process in which a small amount of air is directly added to the gas zone of the biogas reactor. Microorganisms located on the wall and on the surface of the liquid convert H2S into elemental sulphur and sulphuric acid. This low cost process is often very instable, shows insufficient degradation rates and may cause corrosion in the biogas reactor. Therefore biotrickling filters are increasingly used in larger plants in order to reduce H2S. Biotrickling filters are also sensitive relating to fluctuating H2S concentrations, which are often observed in biogas plants. Rapid increasing concentrations of H2S cause decreasing degradation rates. The general target of the dissertation was to enhance the performance and stability of the biological H2S degradation in biotrickling filters. To obtain this target, investigations were carried out in lab and full-scale plants. In order to scale up the process, an exemplary description of the biological degradation of H2S in biotrickling filters was developed. This description is based on cell model and Michaelis-Menten kinetics. The biological degradation of H2S is significantly enhanced by adding iron salts. During periods of increasing concentrations H2S is absorbed by ferric ions, which are reduced to ferrous ions. Most thiobacilli are able to oxidize sulphur and ferrous ions. During phases of decreasing concentrations the thiobacilli re-oxidize the formed ferrous ions. Furthermore hydrogen sulphide is stored in the biofilm by formation of iron sulphide. Thus load peaks are compensated. Thiobacilli oxidize H2S to elemental sulphur and sulphuric acid. If a sufficient quantity of oxygen is supplied, most bacteria produce sulphuric acid. Thus the pH-value decreases. Most thiobacilli ar

Nativ basierte Kühlschmierstoffe besitzen zwar hinsichtlich ihrer anwendungsbezogenen Eigenschaften und ihrer Umweltverträglichkeit ein großes Potential, werden aber bis jetzt aus Kostengründen kaum eingesetzt. Der hohe Preis für diese Produkte ist vor allem im teuren Rohstoff (Pflanzenöl bzw. Rindertalg) und im hohen Syntheseaufwand bei der Weiterverarbeitung zu Schmierstoff-Grundölen begründet. Konkurrenzfähige native Kühlschmierstoffe lassen sich somit nur mit kostengünstigeren Rohstoffen (z.B. Fette aus der Tierkörperbeseitigung) und durch Einsparungen beim Syntheseprozess herstellen. Ziel meiner Doktorarbeit war die Entwicklung eines qualitativ hochwertigen, oxidationsstabilen Kühlschmierstoff-Grundöls auf Basis von Monoalkylestern aus Altspeisefetten und technischen Tierfetten, das konkurrenzfähig zu Mineralöl basierten Produkten ist. Dazu wurden in einem ersten Schritt Altspeise- und Tierfette analysiert, um ihre Eignung als Rohstoff zur Schmierstoff-Herstellung beurteilen zu können. Basierend auf diesen Analyseergebnissen wurden Verfahren zur Umesterung dieser Fette mit Methanol entwickelt und optimiert. Zur Verbesserung der Oxidationsstabilitäten wurden die gesättigten Anteile der Methylester durch Fraktionierung oder Härtung gesteigert. Um die Schmierstoffeigenschaften Viskosität, Pour Point und Flammpunkt zu optimieren, wurde eine Verfahrensentwicklung zur Umesterung der Methylester mit Alkoholen mit bis zu acht Kohlenstoffatomen durchgeführt. Anschließende Analysen zeigten, dass 2-Ethyl-1-Hexylester auf Basis von Altspeisefett am besten als Kühlschmierstoff-Grundöl geeignet sind. Diese Ester zeichneten sich durch die niedrigsten Pour Points, die höchsten Flammpunkte und die niedrigsten Säurezahlen sowie durch ideale kinematische Viskositäten aus., Concerning their application properties and environmental impact, native based cooling lubricants show immense potential. However, until recently these products are barely used, for economic reasons. The high costs are founded in expensive raw materials (vegetable oil respective tallow) and high synthesis efforts during further processing to basis oils for lubricants. Thus competitive native lubricants can only be produced with low-priced raw materials (e.g. fats from rendering plants, used cooking oil) and a reduction of costs during synthesis. The aim of this thesis was the development of high quality, oxidation stable cooling lubricant, based on monoalkylesters made from used cooking oils (UCO) and fats from rendering plants that can be competitive to mineral oil based products. For that purpose, fats from rendering plants and UCO have been analysed, testing their suitability as raw material for the production of lubricants. Based on this analyses, processes for the transesterification of theses fats with methanol have been developed respective optimised. To increase the oxidation stability by raising the saturated components of the methylesters, experiments with fractionation and hydrogenation have been accomplished. In order to optimise the properties of the lubricants, e.g. viscosity, pour point and flash point, methods for the transesterification of the methylesters with alcohols up to eight C-atoms have been developed. The suitability of the alkylesters produced by this means for the application as lubricants, was controlled in subsequent analyses.

Ziel dieser Arbeit ist die Erhöhung von Abbauleistung und Stabilität des biologischen Abbaus von Schwefelwasserstoff (H2S) in Biotropfkörpern zur Entschwefelung von Biogas. Für die Nutzung von Biogas ist häufig eine Reduktion des H2S-Gehalts erforderlich. Üblicherweise wird H2S von aeroben Mikroorganismen bei Zugabe von Luft zum Biogas entweder direkt im Biogasreaktor oder in nachgeschalteten Biotropfkörpern zu Schwefel und Schwefelsäure oxidiert. In der Praxis auftretende Schwankungen der H2S-Konzentration sowie sinkende pH-Werte durch vermehrte Bildung von Schwefelsäure können unzureichende Abbauleistungen verursachen. Die Erhöhung der Abbauleistung wird durch Zugabe von Eisensalzen signifikant verbessert. Eine hohe Selektivität zu Schwefel und ein daraus resultierender konstanter pH-Wert sowie erhöhte Stabilität des Abbauprozesses werden bei hohen Sulfatkonzentrationen erzielt., Biogas usually contains 2,000 to 5,000 ppm hydrogen sulphide (H2S). In CHP engines biogas is converted to electrical and thermal energy. For cogeneration the reduction of H2S is necessary. In most biogas plants H2S is reduced in a biological oxidation process in which a small amount of air is directly added to the gas zone of the biogas reactor. Microorganisms located on the wall and on the surface of the liquid convert H2S into elemental sulphur and sulphuric acid. This low cost process is often very instable, shows insufficient degradation rates and may cause corrosion in the biogas reactor. Therefore biotrickling filters are increasingly used in larger plants in order to reduce H2S. Biotrickling filters are also sensitive relating to fluctuating H2S concentrations, which are often observed in biogas plants. Rapid increasing concentrations of H2S cause decreasing degradation rates. The general target of the dissertation was to enhance the performance and stability of the biological H2S degradation in biotrickling filters. To obtain this target, investigations were carried out in lab and full-scale plants. In order to scale up the process, an exemplary description of the biological degradation of H2S in biotrickling filters was developed. This description is based on cell model and Michaelis-Menten kinetics. The biological degradation of H2S is significantly enhanced by adding iron salts. During periods of increasing concentrations H2S is absorbed by ferric ions, which are reduced to ferrous ions. Most thiobacilli are able to oxidize sulphur and ferrous ions. During phases of decreasing concentrations the thiobacilli re-oxidize the formed ferrous ions. Furthermore hydrogen sulphide is stored in the biofilm by formation of iron sulphide. Thus load peaks are compensated. Thiobacilli oxidize H2S to elemental sulphur and sulphuric acid. If a sufficient quantity of oxygen is supplied, most bacteria produce sulphuric acid. Thus the pH-value decreases. Most thiobacilli ar

Nativ basierte Kühlschmierstoffe besitzen zwar hinsichtlich ihrer anwendungsbezogenen Eigenschaften und ihrer Umweltverträglichkeit ein großes Potential, werden aber bis jetzt aus Kostengründen kaum eingesetzt. Der hohe Preis für diese Produkte ist vor allem im teuren Rohstoff (Pflanzenöl bzw. Rindertalg) und im hohen Syntheseaufwand bei der Weiterverarbeitung zu Schmierstoff-Grundölen begründet. Konkurrenzfähige native Kühlschmierstoffe lassen sich somit nur mit kostengünstigeren Rohstoffen (z.B. Fette aus der Tierkörperbeseitigung) und durch Einsparungen beim Syntheseprozess herstellen. Ziel meiner Doktorarbeit war die Entwicklung eines qualitativ hochwertigen, oxidationsstabilen Kühlschmierstoff-Grundöls auf Basis von Monoalkylestern aus Altspeisefetten und technischen Tierfetten, das konkurrenzfähig zu Mineralöl basierten Produkten ist. Dazu wurden in einem ersten Schritt Altspeise- und Tierfette analysiert, um ihre Eignung als Rohstoff zur Schmierstoff-Herstellung beurteilen zu können. Basierend auf diesen Analyseergebnissen wurden Verfahren zur Umesterung dieser Fette mit Methanol entwickelt und optimiert. Zur Verbesserung der Oxidationsstabilitäten wurden die gesättigten Anteile der Methylester durch Fraktionierung oder Härtung gesteigert. Um die Schmierstoffeigenschaften Viskosität, Pour Point und Flammpunkt zu optimieren, wurde eine Verfahrensentwicklung zur Umesterung der Methylester mit Alkoholen mit bis zu acht Kohlenstoffatomen durchgeführt. Anschließende Analysen zeigten, dass 2-Ethyl-1-Hexylester auf Basis von Altspeisefett am besten als Kühlschmierstoff-Grundöl geeignet sind. Diese Ester zeichneten sich durch die niedrigsten Pour Points, die höchsten Flammpunkte und die niedrigsten Säurezahlen sowie durch ideale kinematische Viskositäten aus., Concerning their application properties and environmental impact, native based cooling lubricants show immense potential. However, until recently these products are barely used, for economic reasons. The high costs are founded in expensive raw materials (vegetable oil respective tallow) and high synthesis efforts during further processing to basis oils for lubricants. Thus competitive native lubricants can only be produced with low-priced raw materials (e.g. fats from rendering plants, used cooking oil) and a reduction of costs during synthesis. The aim of this thesis was the development of high quality, oxidation stable cooling lubricant, based on monoalkylesters made from used cooking oils (UCO) and fats from rendering plants that can be competitive to mineral oil based products. For that purpose, fats from rendering plants and UCO have been analysed, testing their suitability as raw material for the production of lubricants. Based on this analyses, processes for the transesterification of theses fats with methanol have been developed respective optimised. To increase the oxidation stability by raising the saturated components of the methylesters, experiments with fractionation and hydrogenation have been accomplished. In order to optimise the properties of the lubricants, e.g. viscosity, pour point and flash point, methods for the transesterification of the methylesters with alcohols up to eight C-atoms have been developed. The suitability of the alkylesters produced by this means for the application as lubricants, was controlled in subsequent analyses.

Bei dieser Arbeit handelt es sich um einen allgemeinen Ansatz zur Vereinfachung der Kommunikationsbeziehungen zwischen Unternehmen und Behörden in der Abfallwirtschaft. Zentrale Bausteine sind die Konzeption eines Vorgehens- bzw. Referenzmodells für das ganzheitliche Daten- und Informationsmanagement, der dazu notwendigen Systemkomponenten sowie sich daraus ergebender möglicher Erweiterungen. Der Lösungsansatz schafft dabei einen definierten und kontrollierten „Datenpool der Abfallwirtschaft“, welcher mittels „Virtueller Fachsichten“ als Schnittstellen abgebildet wird. Als Modell zur Schaffung strukturierter Datenbestände bei verteilten heterogenen Systemstrukturen bildet DIRA die Voraussetzung für die Entwicklung moderner ganzheitlicher Informationssysteme. Es bietet Überblick, ermöglicht eine zeitnahe Auswertung relevanter Daten und kann als Konzept auch außerhalb der Abfallwirtschaft angewandt werden., The present thesis describes a general approach of how to simplify the communication between private companies and the administration within the waste economy. Central elements are the conception of a model and procedure for a comprehensive data- and information-management, all necessary system-components and resulting possible extensions. The approach develops a defined and controlled „datapool for the waste economy“ which can be depicted via „virtual subject views“ („Virtuelle Fachsichten“) as gateway interface. Blueprint for the creation of organised data-stocks for heterogenous system-structures the model (DIRA) becomes the basic requirement for the development of modern integral information systems. It allows a survey and currend analysis of relevant data and can be applied to other areas than the waste-economy.

Das Potenzial landwirtschaftlicher Biomasse als erneuerbarer Energieträger hängt stark von der Verfügbarkeit von Flächen und Reststoffen ab. Insbesondere Nahrungsmittelproduktion, Naturschutz und Bautätigkeit können mit der Energieerzeugung konkurrieren. Die vorliegende Arbeit entwickelt das Modell HEKTOR, das diese Landnutzungskonkurrenzen auf Länderebene für die ausgewählten EU-Mitglieder Deutschland, Polen Tschechien und Ungarn analysiert. Mittels verschiedener Szenarien werden mögliche Entwicklungspfade der Biomassenutzung bis 2030 verglichen und in den Gesamtkontext der Energieversorgung eingeordnet. Der Fokus liegt hierbei auf einer konsistenten nachhaltigen Entwicklung der gesamten Landnutzung., The potential of agricultural biomass as a renewable energy carrier depends strongly on the availability of land and residues. Particularly food production, nature conservation and building activity are competing with energy production. The presented thesis develops a model - HEKTOR - which analyses land use competition for the selected EU members, Germany, Poland, the Czech Republic and Hungary on national level. Feasible development pathways are compared via scenarios until 2030. The results are reviewed in regard to the total energy supply system. Focus of the work is a consistent sustainability approach for the land use system.

Kohlendioxid (CO2) ist ein wertvoller Hilfs- und Zusatzstoff in der Brau- und Getränkeindustrie. In der Brauindustrie ist es Stand der Technik für die Deckung des CO2-Bedarfes, das CO2 aus der alkoholischen Gärung rückzugewinnen und in den Produktionsprozess zurückzuführen. Mit Hilfe einer thermodynamischen Modellierung der CO2-Rückgewinnung mit dem Kältemittel CO2 wurde ein verbessertes Konzept entwickelt, um den CO2-Bedarf in Brauereien zu decken. Niedrigere Verflüssigungstemperaturen und -drücke als bisher üblich ermöglichen eine höhere CO2-Ausbeute und eine höhere CO2-Qualität., Carbon dioxide (CO2) is a valuable auxiliary material and additive in the brewery and beverage industry. It is state of the art in the brewery industry to recover fermentation CO2 and to return in the manufacturing process. By a thermodynamic modelling of CO2 recovery with the refrigerant CO2 an improved concept was developed to satisfy the CO2 demand of breweries. Lower liquefaction temperatures und pressures than usual enable an increased CO2 yield and an increased CO2 quality.

Aluminium als Baustoff – nachhaltig oder unverantwortlich? Um diese Frage zu beantworten wurden tragenden Aluminiumkonstruktionen erstmalig ganzheitlich, d. h. sowohl unter öko-logischen, wirtschaftlichen als auch bemessungstechnischen Gesichtspunkten analysiert. Zur Erfassung der Umweltwirkungen diente dabei die Ökobilanz, zur Kostenabschätzung die Lebenszykluskostenanalyse und zur Bewertung bemessungstechnischer Kriterien einschlägi-ge Richtlinien und Normen. Mit Hilfe dieser Werkzeuge wurden drei konkrete Aluminium- und Stahlkonstruktionen im Rahmen einer Variantenstudie untersucht und verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass Aluminium bei geeigneter Anwendung ökologisch und wirt-schaftlich bessere Bilanzen liefert als Stahl. Dies ist hauptsächlich auf das geringe Gewicht, die Formbarkeit, die Korrosionsresistenz, den geringen Unterhaltsaufwand und das Recyc-lingpotenzial von Aluminium zurückzuführen. Zudem sind eine sowohl korrekte als auch effiziente Bemessung und Konstruktion von maßgeblicher Bedeutung. Der Aluminiumeinsatz sollte daher bei normale Spannweiten, unter geringen Lasten, mit blanken Oberflächen, mit Recyclingraten größer als 80% und mit einer Masse kleiner als 50% einer vergleichbaren Stahlkonstruktion erfolgen. Zudem ist die Anwendung einer effek-tiven Bemessungsnorm (z. B. des Eurocodes 9) erforderlich. Insgesamt können für Aluminium deutliche Potenziale im Sinne der Nachhaltigkeit abgeleitet werden. Eine pauschale Ablehnung des Materials ist daher nicht gerechtfertigt., Aluminium as a building material – a sustainable solution or an irresponsible one? A com-prehensive investigation of load-bearing aluminium structures was undertaken to answer that question, including economical, ecological as well as design aspects. In that regard, environmental effects were evaluated by means of Life-Cycle-Analysis (LCA), costs were estimated using Life-Cycle-Cost-Analysis (LCCA) and design aspects, such as utilization and duration, were analysed by applying respective design guidelines. Us-ing these tools, three aluminium and steel applications were explored and the results com-pared. Indeed, the results show that if applied correctly, aluminium’s ecological and economical performance outdo that of steel. Factors that contribute to the better performance of alumin-ium include its high ratio of load-bearing capacity to weight, its smoother formability, its higher corrosion resistance, its considerably lower maintenance requirements and its recy-cling potential. Thereby efficient design and construction have proved to be basic require-ments for above results. The use of aluminium has been found to be optimal for applications with limited spans, low loadings, untreated surfaces, with minimum 80% recycling potential and maximum 50% weight of respective steel structures. Furthermore the use of efficient design guidelines, such as Eurocode 9, is necessary. All in all, an over-all rejection of aluminium as building material can not be justified.

Zugbeanspruchte Übergreifungsstöße in Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung (Recyclingbeton) und in Beton aus natürlicher Gesteinskörung (Ressourcenbeton) werden verglichen. Schlussfolgerungen für den Recyclingbeton bei der Konstruktion von Übergreifungsstößen und der Rissbreitenbegrenzung werden in ein Bemessungskonzept überführt. In einem Exkurs werden umweltökonomischer und wirtschaftlicher Nutzen des Recyclingbetons untersucht und können positiv bewertet werden., Laps with bars in tension in concrete with recycled aggregate (recycling concrete) and in concrete from natural aggregates (resource concrete) are compared. Conclusion for the design of laps in recycling concrete as well as for crack control in recycling concrete are conveyed into design rules. In an excursus the recycling concrete’s ecological and economical utility are analyzed. These utilities can be positively assessed.

Eigene Voruntersuchungen haben gezeigt, dass die Phänomene Schaum und Schwimmschlamm bei kommunalen Kläranlagen immer noch häufig auftreten. Hauptursache der Schaum- und Schwimmschlammbildung ist nach wie vor das Massenwachstum des hydrophoben Fadenbakteriums Microthrix parvicella. Eine erfolgreiche Kontrolle dieses Mikroorganismus kann ausschließlich durch Einsatz einer spezifischen Bekämpfungsstrategie erreicht werden. Seit einigen Jahren werden in der Praxis Fällungsmittel auf Aluminiumbasis gegen M. parvicella eingesetzt. Insbesondere haben sich saure Produkte wie Polyaluminium(hydroxid)chlorid (PAC) und Aluminiumchlorid (AlCl3) als wirkungsvoll erwiesen. Obwohl bisher mehrere Forschungsvorhaben durchgeführt wurden, konnte der komplexe Wirkmechanismus von Aluminium noch nicht vollständig aufgeklärt werden. Zur Untersuchung der Wirksamkeit von Fällungsmitteln auf AlCl3-Basis wurden im Rahmen dieser Arbeit Batch-Versuche sowie Pilotversuche im halbtechnischen Maßstab durchgeführt. Unter kontrollierten Laborbedingungen (Batch-Versuche) konnte die unmittelbare Wirkung von Aluminium auf M. parvicella sowie auf Eigenschaften und Aktivität von Belebtschlamm untersucht werden. Weiterhin wurde die Dosis-Wirkungs-Beziehung bei kontinuierlicher Zudosierung einer AlCl3-Lösung in eine zweistraßige Belebungsanlage unter praxisnahen Bedingungen (Pilotversuche) erforscht und dabei Langzeitbeobachtungen aufgezeichnet. Um die Versorgung von M. parvicella mit langkettigen Fettsäuren zu sichern, wurde der Belebtschlamm mit kommunalem Abwasser beschickt, das mit Pflanzenöl und/oder Tween80 aufgestockt war. Die Parallelversuche bewiesen eindeutig die Wirkung von Aluminium. Bei Zudosierung der AlCl3-Lösung stagnierte das Wachstum von M. parvicella und morphologische Veränderungen des Bakteriums traten auf. Darüber hinaus verbesserten sich die Absetzeigenschaften des Belebtschlamms, die Hydrophobizität sowie die Schaumfähigkeit nahmen ab. Während der Zudosierung verminderte sich auch d, Preliminary investigations showed that the occurrence of biogenous foam and floating sludge in municipal waste water treatment plants is a persistent phenomenon. The chief cause of foam and floating sludge formation is the large growth of the hydrophobic filamentous bacterium Microthrix parvicella. A successful reduction of this microorganism can exclusively be achieved through application of a specific control measure. For the past few years, precipitants containing aluminium were applied in practice against M. parvicella. Application of acid precipitants such as polyaluminum (hydroxide) chloride (PAC) and aluminium chloride (AlCl3) proved to be successful in the majority of cases. Though several research projects have been already carried out to clear up the complex effect mechanism of acid aluminium-based precipitants, a definitive explanation doesn’t exist so far. Within this work batch-experiments and pilot experiments were carried out to investigate the effect of AlCl3 based precipitants. The immediate effect of aluminium on M. parvicella as well as the properties and physiology of activated sludge was studied under controlled laboratory conditions (batch experiments). Moreover, the dose-effect relationship by dosing a pure AlCl3 solution into the activated sludge tank was investigated by a two line activated sludge pilot plant under practical conditions, and long-term observations were carried out. During the experiments the pilot plant was fed with municipal waste water added with vegetable oil and/or Tween80 to guarantee the supply of M. parvicella with long chain fatty acids. Following addition of the AlCl3 solution, M. parvicella growth stagnated, and morphological changes of the bacterium occurred. In addition, settle properties of activated sludge improved and hydrophobicity as well as foam capability decreased. During dosing, activated sludge activity also diminished. Long-term investigations showed that the effect of aluminium is not permanent. Under

Der Bausektor hat in Deutschland einen großen Anteil am gesamten Endenergieverbrauch, den Abfallströmen und Schadstoffemissionen. Daran ist zu einem Großteil der Bau und Betrieb von Gebäuden beteiligt. Aufgrund der daraus resultierenden Umweltprobleme ist es notwendig, das hier vorhandene Potential zur Reduktion dieser Belastungen zu erschließen. Dazu werden von der Politik seit längerem verschiedene Maßnahmen ergriffen, zuletzt durch Einführung der Energie-Einsparverordnung EnEV. Diese zielt auf eine verstärkte Reduktion des Primärenergieverbrauchs von Gebäuden während der Nutzungsphase und damit der CO2-Emissionen aus dem Verbrauch fossiler Energieträger. Dies bedeutet, dass Gebäude derzeit bezüglich eines einzigen Parameters während eines einzigen Lebensabschnittes hinsichtlich ihrer Umweltauswirkungen eingestuft werden. Durch das Verfahren der Ökobilanz wird eine ganzheitliche ökologische Bewertung eines Gebäudes über den gesamten Lebensweg ermöglicht. Die umfassende Betrachtungsweise verhindert dabei, dass nur Teilaspekte berücksichtigt werden und es damit zur Verlagerung von Umweltproblemen in andere Wirkungsbereiche oder Lebenszyklusabschnitte kommt. Der Aufwand zur ökologischen Bilanzierung von Gebäuden ist aufgrund ihrer Komplexität jedoch sehr hoch. Vor allem in der frühen Planungsphase, in der sich der Gebäudeentwurf häufig ändert aber trotzdem die wichtigsten Entscheidungen über das ökologische Verhalten des Gebäudes über den gesamten Lebenszyklus getroffen werden. Infolgedessen beschränkt sich die ökologische Bilanzierung von Gebäuden nach wie vor auf wenige Einzelfälle in der Praxis sowie die Forschung. In dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt, wie der Aufwand für eine ökologische Bilanzierung eines Gebäudeentwurfes in der frühen Planungsphase durch Integration in den normalen Planungsablauf reduziert werden kann. Die Umsetzung erfolgt dabei auf Grundlage einer CAD-Anwendung welche die Erstellung dreidimensionaler Produktmodelle unterstützt. Die gr, The building sector has a large portion of the entire final energy consumption, waste streams and pollutant emissions in Germany. Thereby construction and operation of buildings is involved to a majority. Due to the environmental problems which are resulting from this it is necessary to open the existing potential for the reduction of these loads. Because of this different measures have been seized by the policy, last by introduction of the energy saving regulation EnEV. The EnEV aims at an intensified reduction of the primary energy consumption of buildings during the utilization phase and thus of the CO2 emissions from the consumption of fossil sources of energy. This means that buildings are classified at present concerning only one parameter during only one period of their lifecycle regarding their impact on the environment. A Life Cycle Assessment Study (LCA) allows a comprehensive ecological evaluation of a building over the entire life cycle. Thereby the comprehensive viewpoint prevents that only partial aspects are considered which could lead to a displacement of environmental problems into other impact categories or life cycle periods. However, the expenditure for performing a LCA-Study on complex products like buildings is very high. Especially in the early planning phase where the model is often changed but the most important decisions are made concerning the environmental impact of a building over the entire life cycle. Consequently the LCA of buildings is still limited to the research and a few individual cases in practice. This work presents an approach to decrease the expenditure of LCA studies on buildings in the early planning phase by integration of LCA into the normal planning process. This is done on basis of computer aided design (CAD) software supporting the generation of three dimensional product models. The basic idea of this work is, that planners can import ecological data of building materials, complex construction elements and heating sys

Gebäude beanspruchen sowohl für ihre Erstellung als auch für ihren Betrieb während einer im Vergleich zu anderen Produkten i.a. sehr langen Lebensdauer erhebliche Rohstoff- und Energieressourcen. Bisher verfügbare Erkenntnisse über den Ressourcenverbrauch während eines gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes sind noch recht spärlich, weil sich hierfür vielfältige Gesichtspunkte gegenseitig beeinflussen bzw. überlagern. In der vorliegenden Arbeit wird ein Softwarekonzept vorgestellt, das einen integralen Ansatz einer ökologischen Bilanzierung von Gebäuden ermöglicht. Der Kernpunkt der Entwicklung besteht darin, ein IFC-basiertes Produktmodell eines Gebäudes über das Internet mit (zum Teil bereits verfügbaren) Datenbanken zum Material- und Primärenergiebedarf von Baustoffen zu verbinden und durch numerische Simulation den Ressourcenbedarf, die Abfallströme oder auch die Schadstoffemissionen abzuschätzen und zu minimieren. Dazu wurden im Rahmen dieser Arbeit Softwareprogramme für Architekten und Ingenieure entwickelt, die bereits in frühen Planungsphasen auf einer objektiven Basis die Bewertung der planerischen Entscheidungen ermöglichen und damit im Sinne einer nachhaltigen und ökologischen Gebäudeplanung einen erheblichen Beitrag zur Schonung von Energie und Rohstoffen leisten können., Buildings require both for construction and, due to their comparatively long life cycle for maintenance, significant raw material and energy resources. So far available knowledge about resource consumption during an entire life cycle of a building is still quite rare, because various criteria affect each other and/or overlay mutually. In this thesis work a software concept is presented using an integrated approach for ecological balances of buildings. The essential point of the development consists of connecting an IFC based product model of a building via the Internet with (partially already available) data bases for the resource and the primary energy requirement of building materials. Furthermore, numerical simulations allow to calculate and minimize the resource requirement, the waste streams or also the noxious emissions. In the context of this work software programs for architects and engineers were developed, which help them to evaluate their design decisions objectively in early planning steps. Thus a substantial contribution for saving energy and natural resources can be provided in the sense of sustainable and ecological building design.

Kohlendioxid (CO2) ist ein wertvoller Hilfs- und Zusatzstoff in der Brau- und Getränkeindustrie. In der Brauindustrie ist es Stand der Technik für die Deckung des CO2-Bedarfes, das CO2 aus der alkoholischen Gärung rückzugewinnen und in den Produktionsprozess zurückzuführen. Mit Hilfe einer thermodynamischen Modellierung der CO2-Rückgewinnung mit dem Kältemittel CO2 wurde ein verbessertes Konzept entwickelt, um den CO2-Bedarf in Brauereien zu decken. Niedrigere Verflüssigungstemperaturen und -drücke als bisher üblich ermöglichen eine höhere CO2-Ausbeute und eine höhere CO2-Qualität., Carbon dioxide (CO2) is a valuable auxiliary material and additive in the brewery and beverage industry. It is state of the art in the brewery industry to recover fermentation CO2 and to return in the manufacturing process. By a thermodynamic modelling of CO2 recovery with the refrigerant CO2 an improved concept was developed to satisfy the CO2 demand of breweries. Lower liquefaction temperatures und pressures than usual enable an increased CO2 yield and an increased CO2 quality.

Das Potenzial landwirtschaftlicher Biomasse als erneuerbarer Energieträger hängt stark von der Verfügbarkeit von Flächen und Reststoffen ab. Insbesondere Nahrungsmittelproduktion, Naturschutz und Bautätigkeit können mit der Energieerzeugung konkurrieren. Die vorliegende Arbeit entwickelt das Modell HEKTOR, das diese Landnutzungskonkurrenzen auf Länderebene für die ausgewählten EU-Mitglieder Deutschland, Polen Tschechien und Ungarn analysiert. Mittels verschiedener Szenarien werden mögliche Entwicklungspfade der Biomassenutzung bis 2030 verglichen und in den Gesamtkontext der Energieversorgung eingeordnet. Der Fokus liegt hierbei auf einer konsistenten nachhaltigen Entwicklung der gesamten Landnutzung., The potential of agricultural biomass as a renewable energy carrier depends strongly on the availability of land and residues. Particularly food production, nature conservation and building activity are competing with energy production. The presented thesis develops a model - HEKTOR - which analyses land use competition for the selected EU members, Germany, Poland, the Czech Republic and Hungary on national level. Feasible development pathways are compared via scenarios until 2030. The results are reviewed in regard to the total energy supply system. Focus of the work is a consistent sustainability approach for the land use system.

Eigene Voruntersuchungen haben gezeigt, dass die Phänomene Schaum und Schwimmschlamm bei kommunalen Kläranlagen immer noch häufig auftreten. Hauptursache der Schaum- und Schwimmschlammbildung ist nach wie vor das Massenwachstum des hydrophoben Fadenbakteriums Microthrix parvicella. Eine erfolgreiche Kontrolle dieses Mikroorganismus kann ausschließlich durch Einsatz einer spezifischen Bekämpfungsstrategie erreicht werden. Seit einigen Jahren werden in der Praxis Fällungsmittel auf Aluminiumbasis gegen M. parvicella eingesetzt. Insbesondere haben sich saure Produkte wie Polyaluminium(hydroxid)chlorid (PAC) und Aluminiumchlorid (AlCl3) als wirkungsvoll erwiesen. Obwohl bisher mehrere Forschungsvorhaben durchgeführt wurden, konnte der komplexe Wirkmechanismus von Aluminium noch nicht vollständig aufgeklärt werden. Zur Untersuchung der Wirksamkeit von Fällungsmitteln auf AlCl3-Basis wurden im Rahmen dieser Arbeit Batch-Versuche sowie Pilotversuche im halbtechnischen Maßstab durchgeführt. Unter kontrollierten Laborbedingungen (Batch-Versuche) konnte die unmittelbare Wirkung von Aluminium auf M. parvicella sowie auf Eigenschaften und Aktivität von Belebtschlamm untersucht werden. Weiterhin wurde die Dosis-Wirkungs-Beziehung bei kontinuierlicher Zudosierung einer AlCl3-Lösung in eine zweistraßige Belebungsanlage unter praxisnahen Bedingungen (Pilotversuche) erforscht und dabei Langzeitbeobachtungen aufgezeichnet. Um die Versorgung von M. parvicella mit langkettigen Fettsäuren zu sichern, wurde der Belebtschlamm mit kommunalem Abwasser beschickt, das mit Pflanzenöl und/oder Tween80 aufgestockt war. Die Parallelversuche bewiesen eindeutig die Wirkung von Aluminium. Bei Zudosierung der AlCl3-Lösung stagnierte das Wachstum von M. parvicella und morphologische Veränderungen des Bakteriums traten auf. Darüber hinaus verbesserten sich die Absetzeigenschaften des Belebtschlamms, die Hydrophobizität sowie die Schaumfähigkeit nahmen ab. Während der Zudosierung verminderte sich auch d, Preliminary investigations showed that the occurrence of biogenous foam and floating sludge in municipal waste water treatment plants is a persistent phenomenon. The chief cause of foam and floating sludge formation is the large growth of the hydrophobic filamentous bacterium Microthrix parvicella. A successful reduction of this microorganism can exclusively be achieved through application of a specific control measure. For the past few years, precipitants containing aluminium were applied in practice against M. parvicella. Application of acid precipitants such as polyaluminum (hydroxide) chloride (PAC) and aluminium chloride (AlCl3) proved to be successful in the majority of cases. Though several research projects have been already carried out to clear up the complex effect mechanism of acid aluminium-based precipitants, a definitive explanation doesn’t exist so far. Within this work batch-experiments and pilot experiments were carried out to investigate the effect of AlCl3 based precipitants. The immediate effect of aluminium on M. parvicella as well as the properties and physiology of activated sludge was studied under controlled laboratory conditions (batch experiments). Moreover, the dose-effect relationship by dosing a pure AlCl3 solution into the activated sludge tank was investigated by a two line activated sludge pilot plant under practical conditions, and long-term observations were carried out. During the experiments the pilot plant was fed with municipal waste water added with vegetable oil and/or Tween80 to guarantee the supply of M. parvicella with long chain fatty acids. Following addition of the AlCl3 solution, M. parvicella growth stagnated, and morphological changes of the bacterium occurred. In addition, settle properties of activated sludge improved and hydrophobicity as well as foam capability decreased. During dosing, activated sludge activity also diminished. Long-term investigations showed that the effect of aluminium is not permanent. Under

Zugbeanspruchte Übergreifungsstöße in Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung (Recyclingbeton) und in Beton aus natürlicher Gesteinskörung (Ressourcenbeton) werden verglichen. Schlussfolgerungen für den Recyclingbeton bei der Konstruktion von Übergreifungsstößen und der Rissbreitenbegrenzung werden in ein Bemessungskonzept überführt. In einem Exkurs werden umweltökonomischer und wirtschaftlicher Nutzen des Recyclingbetons untersucht und können positiv bewertet werden., Laps with bars in tension in concrete with recycled aggregate (recycling concrete) and in concrete from natural aggregates (resource concrete) are compared. Conclusion for the design of laps in recycling concrete as well as for crack control in recycling concrete are conveyed into design rules. In an excursus the recycling concrete’s ecological and economical utility are analyzed. These utilities can be positively assessed.