Technische Universität Bergakademie Freiberg: Qucosa
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Analyse des Einflusses verschiedener Kräfte und thermophysikalischer Eigenschaften auf das Elektronenstrahlschweißen von TRIP-Stahl und TRIP-Matrix-Compositen mittels numerischer Thermofluiddynamik
Get PDFDas Elektronenstrahlschweißen im Vakuum hat sich als zuverlässiges Verfahren für die Herstellung schmaler und hochpräziser Schweißnähte beim Schweißen von TRIP-Stählen bewährt. Das Verständnis für die dabei auftretenden Mechanismen und wirkenden Kräfte stellt einen wichtigen Baustein für die Weiterentwicklung des Verfahrens dar. Um zur Erweiterung dieses Verständnisses beizutragen, wird auf Basis vorhandener Berechnungsmethoden in OpenFOAM ein numerisches Modell für das Elektronenstrahlschweißen entwickelt. Es ist in der Lage, die dafür relevanten Einflussfaktoren zu berücksichtigen. So werden die Wärmeübertragung im Feststoff und der Schmelze, alle Aggregatzustandsänderungen und die auf die Dynamik der Schmelze wirkenden Kräfte einbezogen. Das entwickelte Simulationsmodell ist in der Lage zu zeigen, dass außer der natürlichen Konvektion vor allem der beim Verdampfen der Schmelze entstehende Überdruck und die thermokapillare Konvektion an der Schmelzeoberfläche für hohe Strömungsgeschwindigkeiten verantwortlich sind. Darüber hinaus haben neben der Schmelzbaddynamik die thermophysikalischen Eigenschaften des Stahls einen starken Einfluss auf die Ausprägung der Schweißnaht. Vor allem die Wärmeleitfähigkeit verändert diese erheblich, was die Simulationen unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit verdeutlichen. Die in dieser Arbeit erreichten Erkenntnisse helfen, die beim Elektronenstrahlschweißen entstehenden Nahtgeometrien und die Gründe für hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Schmelzbad besser einordnen und verstehen zu können. Darüber hinaus dient das entwickelte numerische Modell mit der Berücksichtigung aller relevanten Mechanismen als Grundlage für Weiterentwicklungen hinsichtlich vielerlei Anwendungen, beispielsweise für das Schweißen anderer Werkstoffe, zusätzliche Effekte wie dem Spiking oder anderen Elektronenstrahltechnologien wie dem Elektronenstrahlschmelzen im Bereich der additiven Fertigung
Hexary System of Oceanic Salts – Polythermal Pitzer Dataset (numerical supplement)
Get PDFFor the polythermal Pitzer dataset of the hexary system of oceanic salts (Na+, K+, Mg+2, Ca+2, Cl-, SO4-2 - H2O) including acids and hydroxides the data selection is documented in detail in the report “THEREDA - Thermodynamische Referenzdatenbasis” (Altmaier et al. 2011, https://www.grs.de/de/aktuelles/publikationen/grs-265-thereda-thermodynamische-referenzdatenbasis-abschlussbericht).
The present short communication supplements this report by the numerical values of all temperature coefficients
Beitrag zur Bewertung und Beurteilung der gezielten Steigerung der mechanischen Festigkeit silikatkeramischer Werkstoffe
Get PDFDie vorliegende Abhandlung befasst sich mit der Thematik der gezielten Festigkeitssteigerung silikatkeramischer Werkstoffe. Dabei liegt das Interesse auf der Korrelation der Bruchspannung verschiedener Versuchswerkstoffe, mit den sich in Abhängigkeit der Rohstoffzusammensetzung bildenden Gefügemerkmalen. Die Grundlage der Versuche ist die Modifikation eines chemisch-technischen Feinsteinzeuges, bestehend aus bildsamen Rohstoffen, den Tonen und zweier unbildsamen Komponenten, den Schamotten. Durch die Substitution der unbildsamen Schamotten mit Feldspatrohstoffen und Aluminiumoxid gelingt die Veränderung der Gefüge bei gleichzeitiger Steigerung der Festigkeit gegenüber dem Referenzwerkstoff. Dabei korrelieren die Substitute eng miteinander.
Die Feldspatrohstoffe liefern die erforderliche Menge Alkaliionen zur Intensivierung der Flüssigphasensinterung. In dieser Konsequenz entsteht ein vermehrter Anteil röntgenamorpher Phase. Zudem wird die Mullitkristallisation begünstigt. Das kristalline Al2O3 führt zu einem Verbund mit der amorphen Matrix, der deutlich geringeren Spannungen unterliegt, als es der Fall für den durch die Rohstoffe eingebrachten und ungelösten Restquarz ist. Dieser zeichnet sich vorrangig durch ein vollständiges oder teilweises Ablösen von der Matrix und damit einer kritischen Gefügeschädigung aus. Die damit einhergehende Beeinträchtigung der Werkstoffe wird durch den Vergleich mit einem Werkstoff höheren Quarzanteils bekräftigt. Eingehende röntgenografische Analysen der heterogenen Werkstoffe ermöglichen es, Tendenzen hinsichtlich der Diskrepanz des thermischen Dehnungsverhaltens zwischen Glas- und Mineralphasen aufzuzeigen und somit einen Bezug zu inneren Spannungen herzustellen. Neben derartigen Spannungen im Gefüge zeigt sich die Relevanz des sich während der Werkstoffkonsolidierung bildenden Sekundärmullits. Mikro- und nanoskalige Mullitnadeln, eingebettet in der amorphen Matrix, münden in deren Bewehrung, wodurch ein Beitrag zur Festigkeitssteigerung des Werkstoffes geleistet wird. Die Ergebnisse liefern die grundsätzliche Erkenntnis, dass die unterschiedlichen Wirkmechanismen zur Steigerung der Festigkeit in silkatkeramischen Werkstoffen in kausalem Zusammenhang stehen und nicht ausschließlich individuell betrachtet werden sollten.:1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Grundlagen und Stand der Technik 4
2.1 Merkmale des Feinsteinzeugs und Porzellans . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Relevante Rohstoffe und deren Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.1 Tone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.2 Schamotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.3 Aluminiumoxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.4 Feldspat und Feldspatvertreter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Mechanische Eigenschaften keramischer Werkstoffe . . . . . . . . . . . 11
2.4 Bruchmechanisches Verhalten keramischer Werkstoffe . . . . . . . . . . 12
2.5 Festigkeitstheorien in Abhängigkeit bestimmter Gefügemerkmale . . . . 14
2.5.1 Mullit und die Mullithypothese . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.5.2 Gefügespannungstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5.3 Dispersionsverstärkung der Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5.4 Glasphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.5.5 Einfluss der Porosität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.5.6 Statistische Auswertung der Bruchspannungsswerte - DieWeibull-
Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6 Grundlagen zur Bestimmung des Mineralphasengehaltes . . . . . . . . . 23
3 Experimentelle Methodik 25
3.1 Grundlagen und Vorgehensweise zur Entwicklung der Masseversätze . . 25
3.1.1 Auswahl der Rohstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.2 Grundlagen der Versatzberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.3 Erläuterung der Versuchsbezeichnungen . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1.4 Zusammenstellung der Versuchsversätze . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.5 Aufbereitung der experimentellen Versätze . . . . . . . . . . . . 30
3.2 Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.1 Vorgehensweise zur Bestimmung und statistischen Auswertung
der Festigkeitswerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasmatrix 33
3.2.3 Bestimmung der Deformation während des Sinterprozesses . . . 35
3.2.4 Analyse des Erweichungsverhalten mit dem Erhitzungsmikroskop 36
3.2.5 Wasseraufnahme, Rohdichte und offene Porosität . . . . . . . . 36
3.2.6 Reindichtebestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Röntgenographische Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3.1 Röntgenbeugungsanalytik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3.2 Rasterelektronenmikroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3.3 Röntgenfluoreszenzanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4 Darstellung und Diskussion der Ergebnisse 42
4.1 Betrachtung der mechanischen Festigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2 Reproduzierbarkeit der Ergebnisse der Bruchspannungsmessungen . . . 48
4.3 Festigkeitsentwicklung in Abhängigkeit der Porosität . . . . . . . . . . 49
4.4 Ergebnisse der mineralogischen Zusammensetzung . . . . . . . . . . . . 55
4.4.1 Qualitative Darstellung der Mineralogie . . . . . . . . . . . . . . 55
4.4.2 Quantitative Darstellung der Mineralogie . . . . . . . . . . . . . 58
4.4.3 Verifizierung der Ergebnisse aus der Mineralphasenquantifizierung
nach der modifizierten RIR-Methode . . . . . . . . . . . . 66
4.5 Elektronenmikroskopische Aufnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.5.1 Vergleichende Betrachtung der Gefüge in Abhängigkeit der unterschiedlichen
Rohstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.5.2 Vergleich der Werkstoffgefüge mit Al2O3 und Feldspatrohstoff . 79
4.5.3 Betrachtung der Mullitkristallisation . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.6 Wärmdehnungsverhalten der Glasphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.7 Deformationsverhalten während des Sinterprozesses . . . . . . . . . . . 87
5 Zusammenfassung und Ausblick 90
Literatur- und Quellenverzeichnis 95
Appendix 108The theme of the present work is the strength of silicate ceramic materials. In this regard it is of interest to correlate the fracture stress of various experimentally investigated materials with microstructural characteristics dependent on different raw material compositions. The basis of these investigations is the modification of a porcelain stoneware consisting of different types of clay and non plastic chamottes. Substitution of the chamottes with different types of feldspar and alumina leads to significant changes of the microstructure and to an associated increase in mechanical strength relative to the reference material. The feldspar raw materials provide the required concentration of alkali ions to enhance the liquid-phase sintering. As a result, the amount of the amorphous phase inreases and the crystallisation of mullite is promoted. The crystalline alumina becomes embedded in the glassy matrix and thereby leads to significantly lower stresses than would be the case for undissolved residual quartz introduced by the raw materials. Quartz is characterised by a complete or partial detachment from the matrix and thus a critical material failure. This is confirmed by comparison with a material consisting of a high quartz concentration. X-ray analysis of the heterogenous materials reveals trends regarding thermal expansion mismatch between the amorphous and crystalline phases. Thus a relationship to internal stresses is established. In addition, the relevance of the secondary mullite formed during the consolidation process is shown. Micro- and nanoscaled mullite needles, embedded in the amorphous matrix, contribute to the strength of the materials by reinforcing the matrix. The results provide the fundamental insight that the different mechanisms of increasing the strength in silicate ceramic materials are causally related and should not be considered in isolation.:1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Grundlagen und Stand der Technik 4
2.1 Merkmale des Feinsteinzeugs und Porzellans . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Relevante Rohstoffe und deren Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.1 Tone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.2 Schamotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.3 Aluminiumoxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.4 Feldspat und Feldspatvertreter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Mechanische Eigenschaften keramischer Werkstoffe . . . . . . . . . . . 11
2.4 Bruchmechanisches Verhalten keramischer Werkstoffe . . . . . . . . . . 12
2.5 Festigkeitstheorien in Abhängigkeit bestimmter Gefügemerkmale . . . . 14
2.5.1 Mullit und die Mullithypothese . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.5.2 Gefügespannungstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5.3 Dispersionsverstärkung der Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5.4 Glasphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.5.5 Einfluss der Porosität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.5.6 Statistische Auswertung der Bruchspannungsswerte - DieWeibull-
Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6 Grundlagen zur Bestimmung des Mineralphasengehaltes . . . . . . . . . 23
3 Experimentelle Methodik 25
3.1 Grundlagen und Vorgehensweise zur Entwicklung der Masseversätze . . 25
3.1.1 Auswahl der Rohstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.2 Grundlagen der Versatzberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.3 Erläuterung der Versuchsbezeichnungen . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1.4 Zusammenstellung der Versuchsversätze . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.5 Aufbereitung der experimentellen Versätze . . . . . . . . . . . . 30
3.2 Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.1 Vorgehensweise zur Bestimmung und statistischen Auswertung
der Festigkeitswerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasmatrix 33
3.2.3 Bestimmung der Deformation während des Sinterprozesses . . . 35
3.2.4 Analyse des Erweichungsverhalten mit dem Erhitzungsmikroskop 36
3.2.5 Wasseraufnahme, Rohdichte und offene Porosität . . . . . . . . 36
3.2.6 Reindichtebestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Röntgenographische Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3.1 Röntgenbeugungsanalytik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3.2 Rasterelektronenmikroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3.3 Röntgenfluoreszenzanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4 Darstellung und Diskussion der Ergebnisse 42
4.1 Betrachtung der mechanischen Festigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2 Reproduzierbarkeit der Ergebnisse der Bruchspannungsmessungen . . . 48
4.3 Festigkeitsentwicklung in Abhängigkeit der Porosität . . . . . . . . . . 49
4.4 Ergebnisse der mineralogischen Zusammensetzung . . . . . . . . . . . . 55
4.4.1 Qualitative Darstellung der Mineralogie . . . . . . . . . . . . . . 55
4.4.2 Quantitative Darstellung der Mineralogie . . . . . . . . . . . . . 58
4.4.3 Verifizierung der Ergebnisse aus der Mineralphasenquantifizierung
nach der modifizierten RIR-Methode . . . . . . . . . . . . 66
4.5 Elektronenmikroskopische Aufnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.5.1 Vergleichende Betrachtung der Gefüge in Abhängigkeit der unterschiedlichen
Rohstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.5.2 Vergleich der Werkstoffgefüge mit Al2O3 und Feldspatrohstoff . 79
4.5.3 Betrachtung der Mullitkristallisation . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.6 Wärmdehnungsverhalten der Glasphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.7 Deformationsverhalten während des Sinterprozesses . . . . . . . . . . . 87
5 Zusammenfassung und Ausblick 90
Literatur- und Quellenverzeichnis 95
Appendix 10
Thermodynamisches Verhalten von Erdgas, Wasserstoff und Erdgas-Wasserstoff-Mischgasen in Salzkavernen während der unterirdischen Speicherung
Get PDFIn Deutschland wird das Thema der Energiewende mit voranschreitender Diskussion über Kohle- und Atomausstieg immer populärer und konkreter. Hierbei wird es immer wichtiger, die Erneuerbaren Energien in den Vordergrund zu rücken und diese effizienter zu nutzen. Ein zentrales Problem, welches gelöst werden muss, ist die Speicherung dieser Energie. Es muss zu jeder Zeit möglich sein den Energiebedarf zu decken, unabhängig davon, ob Wind- und Solaranlagen Strom liefern.
Ein möglicher Ansatz ist, aus überschüssiger Wind- und Sonnenenergie über eine Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen und diesen dann in unterirdischen Strukturen wie z.B. Salzkavernen, Aquiferstrukturen oder ausgeförderte Öl- oder Gaslagerstätten zu speichern. In dieser Arbeit sollen die thermodynamischen und fluiddynamischen Strömungsvorgänge in Salzkavernen während der Umwidmung von Erdgas auf Wasserstoff untersucht und simuliert werden. Für die Umstellung eines Kavernenspeichers von Erdgas auf Wasserstoff wurden zwei Möglichkeiten identifiziert.
Die erste Variante ist, das Kaverne befindliche Erdgas als Kissengas zu nutzen. Diese Variante bringt den Vorteil, dass das Kissengas als natürliche Hemmschwelle zwischen dem Kavernensumpf und Wasserstoff dient, was wiederum eine Schwefelwasserstoff – Bildung hemmt.
Als zweite Umstellungsvariante könnte die Kaverne mit vollgesättigter Sole gefüllt werden, um das Erdgas vollständig fördern zu können. Anschließend kann Wasserstoff in die mit Sole gefüllte Kaverne injiziert werden. Für diese Umstellungsvariante ist es nötig, den Soleentleerungsstrang in die Bohrung einzubauen, wofür eine Workoveranlage vonnöten ist. Diese Variante bringt den Vorteil, dass eine reine Wasserstoffkaverne zur Verfügung steht und geringere Anforderungen an die Gasaufbereitung gestellt werden müssen:Inhaltsverzeichnis
Abkürzungs- und Symbolverzeichnis I
1. Einleitung 1
1.1 Aufgabenstellung 3
1.2 Bedeutung von Salzkavernen für die Speicherung 4
1.3 Stand der Technik 6
1.4 Aufbau der Arbeit 7
2. Eigenschaften von Methan, Wasserstoff und Methan – Wasserstoff – Mischgasen 9
2.1 Dichte 11
2.1.1 Methan 12
2.1.2 Wasserstoff 13
2.1.3 Methan – Wasserstoff – Mischgase 15
2.2 Realgasfaktor 15
2.2.1 Methan 16
2.2.2 Wasserstoff 17
2.2.3 Methan – Wasserstoff – Mischgase 18
2.3 Dynamische Viskosität 20
2.3.1 Methan 20
2.3.2 Wasserstoff 22
2.3.3 Methan – Wasserstoff – Mischgase 25
2.4 Spezifische Wärmekapazität und Isotropenexponent 27
2.4.1 Methan 27
2.4.2 Wasserstoff 29
2.4.3 Methan – Wasserstoff – Mischgase 30
2.5 Wärmeleitfähigkeit 30
2.5.1 Methan 30
2.5.2 Wasserstoff 32
2.5.3 Methan – Wasserstoff – Mischgase 33
2.6 Joule – Thomson – Koeffizient 34
2.6.1 Methan 34
2.6.2 Wasserstoff 36
2.6.3 Methan – Wasserstoff – Mischgase 36
2.7 Löslichkeit in salzhaltigem Wasser 36
2.7.1 Methan 36
2.7.2 Wasserstoff 39
2.7.3 Methan – Wasserstoff – Mischgase 39
2.8 Gegenüberstellung der Eigenschaften zwischen Erdgas, Wasserstoff und Erdgas – Wasserstoff – Mischgasen 40
2.8.1 Dichte 40
2.8.2 Realgasfaktor 41
2.8.3 Dynamische Viskosität 42
2.8.4 Spezifische Wärmekapazität 43
2.8.5 Wärmeleitfähigkeit 44
2.8.6 Joule – Thomson – Koeffizient 45
2.9 Zusammenfassung der genauesten Stoffgleichung 46
3. Physikalische Grundlagen 48
3.1.1 Wärmetransport 49
3.1.2 Konvektion 50
3.1.3 Diffusion 50
3.1.4 Charakterisierung von Strömungen 53
4. Auswertung der Stadtgas – Erfahrungen und Entwicklung von Gas – Mischungsreferenzfällen 57
4.1 Stadtgasspeicherung 57
4.2 Gasqualität und Gasqualitätsveränderungen während der Medienumstellung von Stadtgas auf Erdgas 58
4.2.1 Theoretische Betrachtungen der Stadtgas – Erdgas – Umstellung 59
4.2.2 Monitoring Umstellung der Kaverne LT 22 61
4.2.3 Umstellung weiterer Kavernen und die Entwicklung der Gasqualität in den Jahren 1997 bis 1998 63
4.2.4 Anwendbarkeit der Ergebnisse auf die Medienumstellung mit Wasserstoff 64
5. Entwicklung eines Simulationsmodells 65
5.1 Modellentwicklung 66
5.1.1 Modellkonzeption 66
5.1.2 Geometrie 68
5.1.3 Randbedingungen 69
5.1.4 Feuchteentwicklung bei der Gasspeicherung in Salzkavernen 70
5.1.5 Vernetzung 72
5.1.6 Beschreibung und Auswahl der verfügbaren Turbulenzmodule 75
5.1.7 Mathematische Beschreibung des verwendeten Turbulenzmoduls 79
6. Simulation der Medienumstellung 83
6.1 Umstellungsstrategien 83
6.2 Simulation der Injektionsphase für unterschiedliche Randbedingungen 84
6.2.1 Untersuchung des Einflusses der Eintrittsgeschwindigkeit 84
6.2.2 Untersuchung des Einflusses des Anfangsdrucks 88
6.2.3 Untersuchung des Einflusses der Temperaturverhältnisse der Gase 91
6.3 Simulation der Ruhephase 93
6.4 Simulation der Ausspeicherphase 97
6.5 Prognose der zu erwartenden Gasqualitäten 99
7. Zusammenfassung und Ausblick 101
Literaturverzeichnis 105
Abbildungsverzeichnis 111
Tabellenverzeichnis 115
Anlagenverzeichnis 11
Strukturierte Automatisierung des SystemTests (SAST)
Get PDFZiel der Arbeit war es, die Systemtestautomatisierung zu vereinfachen. Gerade in Hinblick auf Stabilität und Wiederverwendbarkeit konnten die in der Praxis eingesetzten Möglichkeiten nicht vollständig überzeugen.
Der in der Abhandlung erarbeitet Zielzustand, die „strukturierte Automatisierung des SystemTests“ (SAST) integriert den Systemtest in „MOdel Compiler for generating Complete Applications“ (MOCCA), ein modelgetriebenes Anwendungsgenerierungsframework. MOCCA generiert aus Struktur- und Verhaltensmodellen voll-ständige Softwaresysteme. Er wurde an der TU Bergakademie Freiberg entwickelt. Zur leichtgewichtigen Modellierung des Anwendungsverhaltens wurde es durch die Dissertation von Dr. Liang (vgl. [Lian2013]) u. a. um eine Action Language eXtended Object Constraint Language (XOCL) erweitert. Diese Verhaltensbeschreibungsmöglichkeit wurde in SAST ebenso für die Verhaltensabbildung des Systemtests genutzt und bildet einen Pfeiler in dem erstellten Prototyp zur Systemtestgenerierung.
SAST bezieht sich auf GUI-basierte Softwaresysteme. Sie bildet, wie es für den Systemtest charakteristisch ist, Fachprozesse anhand der Oberfläche ab. Zur Lösung wurden, neben dem Testverhalten, Artefakte zur Teststrukturierung, Schlüsselwortbildung und eine Ausführungs-Engine erstellt und in den bestehenden Generierungspro-zess von MOCCA eingefügt. Mit den grundlegenden Charakteristika der Lösung – modellgetrieben, schlüssel-wort-orientiert und in Testfällen strukturiert – unterstützt die Arbeit die angestrebten Verbesserungen: Wiederverwendbarkeit, Wartungsarmut und frühzeitige Testfallentwicklung. Eine Ausgestaltung für konkrete Testfälle ermöglicht schnelle Testschwerpunkte und -reduzierungen im Rahmen des risikobasierten Tests.:1 Einleitung
2 Theoretisches Fundament
3 Analyse bekannter Methoden für den Systemtest
4 Strukturierte Automatisierung des SystemTests
5 Prototypische Systemtestmodellierung
6 Proof of Concept: Anwendung ,TranscriptGenerator'
7 Abschließende Bewertung und weitere Möglichkeite
New approaches for steel melt filtration in continuous casting of steel
Get PDFZiel der Arbeit war es die Modelle des Sonderforschungsbereiches (SFB) 920 zur Filtration von Stahlschmelzen erstmals im industriellen Maßstab zu überprüfen. Dafür wurden zwei Arten großformatiger Filter entwickelt: 1. Schaumfilter mit Zylindergeometrie mittels einer modifizierter Replikaroute und 2. “Spaghettifilter” mittels robotergestützten Gelcastings auf Alginatbasis. Die mechanischen und strukturellen Eigenschaften der Filtermaterialien wurden in Abhängigkeit verschiedener Herstellungsparameter untersucht und die Einsatzfähigkeit geeigneter Filterprototypen wurde im Stahlgusssimulator des SFB 920 evaluiert. Die finalen Filterbauteile wurden im Stranggießverteiler des Industriepartners thyssenkrupp Steel Europe AG für circa 45 Minuten bei >1550 °C in die Stahlschmelze eingetaucht. Schaumfilter mit der richtigen Einsatzkonfiguration überstanden die Prozessbedingungen trotz Thermoschock und Schlackekontakt. Post-mortem-Untersuchungen der Filteroberfläche zeigten klare Anzeichen für reaktive und aktive Filterwirkung wie sie aus Laborversuchen bekannt sind. Die Industrietests zeigten somit den ersten Machbarkeitsnachweis für das neuartige Filterkonzept
The Per Geijer iron ore deposits: Characterization based on mineralogical, geochemical and process mineralogical methods
Get PDFThe Per Geijer iron oxide-apatite deposits are important potential future resources for Luossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag (LKAB), which has been continuously mining magnetite/hematite ores in northern Sweden for almost 130 years. The Per Geijer deposits reveal a high phosphorus content and vary from magnetite-dominated to hematite-dominated ores, respectively. The high phosphorus concentration of these ores results from highly elevated content of apatite as gangue mineral. Reliable, robust, and qualitative characterization of the mineralization is required as these ores inherit complex mineralogical and textural features. The precise mineralogical information obtained by optical microscopy, SEM-MLA and Raman improves the characterization of ore types and will benefit future processing strategies for this complex mineralization. The different approaches demonstrate advantages and disadvantages in classification, imaging, discrimination of iron oxides, and time consumption of measurement and processing. A comprehensive mineral-chemical dataset of magnetite, hematite and apatite obtained by electron microprobe analysis (EPMA) and LA-ICP-MS from representative drill core samples is presented. Magnetite, four different types of hematite and five types of apatite constitute the massive orebodies: Primary and pristine magnetite with moderate to high concentrations of Ti (∼61–2180 ppm), Ni (∼11–480 ppm), Co (∼5–300 ppm) and V (∼553–1831 ppm) indicate a magmatic origin for magnetite. The presence of fluorapatite and associated monazite inclusions and disseminated pyrite enclosed by magnetite with high Co:Ni ratios (> 10) in massive magnetite ores are consistent with a high temperature (∼ 800°C) genesis for the deposit. The different and abundant types of hematite, especially hematite type I, state subsequent hydrothermal events.
Chromium, Ni, Co and V in both magnetite and hematite have low concentrations in terms of current product regulations and thus no effect on final products in the future. In terms of a possible future hematite product, titanium seems to be the most critical trace element due to very high concentrations in hematite types I and IV, of which type I is most abundant in zones dominated by hematite. Further interest on other products is generated due to the high variability of hematite and apatite in some of these ores.
Information obtained from comminution test works in the laboratory scale can be utilized to characterize ore types and to predict the behavior of ore during comminution circuit in the industrial scale. Comminution tests with a laboratory rod and ball mill of 13 pre-defined ore types from the Per Geijer iron-oxide apatite deposits were conducted in this study. The highest P80 values were obtained by grinding in the rod mill for 10 minutes only (step A). Grinding steps B (25 min ball mill) and C (35 min ball mill) reveal very narrow P80 values. Ore types dominated by hematite have significantly higher P80 values after the primary grinding step (A), which indicates different hardness of the ore types. P80 values are generally lowest after the secondary grinding step C ranging between 26 µm (ore type M1a) and 80 µm (ore type H2a). Generally, Fe content increases in the finer particle size classes while CaO and P contents decrease. The influence of silica or phosphorus seems to be dependent on the dominant iron oxide. Magnetite-dominated ore types are more likely to be affected in their comminution behavior by the presence of the silicates. Contrary, hematite-dominant ore types are rather influenced by the presence of apatite. The difference in the degree of liberation of magnetite and hematite between ore types depends rather on size fractions than the amount of gangue in the ore. Davis tube data indicates that magnetite can be separated from gangue quite efficiently in the magnetite-dominated ore types. Contrary to magnetite ore, hematite-dominated ore types cannot be processed by DT. It is favored to use strong magnetic separation in order to achieve a desirable hematite concentrate. The magnetic material recovered by DT is most efficiently separated at an intensity current of 0.2 A, whereas above 0.5 A the separation process is neglectable. Based on comminution and magnetic separation tests a consolidation to eight ore types is favored which supports possible future mining of the Per Geijer deposits.:Contents
ABSTRACT ……………………………………………………………………… I
CONTENTS ……………………………………………………………………… II
LIST OF FIGURES AND TABLES ……………………………………………… IV
LIST OF ABBREVIATIONS ……………………………………………… V
1 INTRODUCTION ……………………………………………………… 1
1.1 Background and motivation of study ……………………………… 2
1.2 Previous and current work on the Per Geijer deposits ……………… 3
1.3 The need for mineral processing and in-situ ore description ……………… 4
1.4 General and generic aspects on iron oxide apatite deposits ……………… 5
Chapter A
2 REGIONAL GEOLOGY ………………………………………………. 7
2.1 Local geology of the Kiruna area ……………………………………… 7
2.2 Geology of the Per Geijer deposits ……………………………………… 9
3 METHODOLOGY ……………………………………………………… 12
3.1 Core sampling and preparation ……………………………………… 12
3.2 SEM – MLA in-situ ore ……………………………………………… 14
3.3 Electron Probe Microanalyses (EPMA) ……………………………… 15
3.3.1 Iron oxide measurements ……………………………………… 15
3.3.2 Apatite measurements ……………………………………… 15
3.4 In-situ LA-ICP-MS ……………………………………………………… 16
3.5 Whole-rock geochemistry ……………………………………………… 18
3.5.1 Exploration drill core assays ……………………………… 18
3.5.2 Chemical assays of rock chips ……………………………… 18
4 RESULTS ……………………………………………………………… 19
4.1 Pre-definition of ore types ………………………………...……………. 19
4.2 Mineralogy of in situ ore ……………………………………………… 21
4.2.1 Ore Type M1a ……………………………………………… 21
4.2.2 Ore Type M1b ……………………………………………… 22
4.2.3 Ore Type M2a ……………………………………………… 23
4.2.4 Ore Type M2b ……………………………………………… 25
4.2.5 Ore Type HM1b ……………………………………………… 26
4.2.6 Ore Type HM2a ……………………………………………… 27
4.2.7 Ore Type HM2b ……………………………………………… 28
4.2.8 Ore Type H1a ……………………………………………… 29
4.2.9 Ore Type H1b ……………………………………………… 30
4.2.10 Ore Type H2a ……………………………………………… 31
4.2.11 Ore Type H2b ……………………………………………… 32
4.2.12 Comparison of ore types ……………………………………… 33
4.3 Geochemistry of in situ ore types ……………………………… 36
4.3.1 Whole-rock chemical assays of drill cores ……………………… 36
4.3.2 Whole-rock geochemistry of rock chips ……………………… 39
4.4 Mineral chemistry of iron oxides ……………………………………… 42
4.4.1 Iron oxides and associated minerals ……………………………… 42
4.4.2 Mineral chemistry of magnetite from Per Geijer ……………… 43
4.4.3 Mineral chemistry of hematite from Per Geijer ……………… 47
4.5 Mineral chemistry of apatite ……………………………………… 51
4.5.1 Apatite and associated minerals ……………………………… 51
4.5.2 Mineral chemistry of apatite from Per Geijer ……………… 53
Chapter B
5 COMMINUTION TESTS ……………………………………………… 58
5.1 Methodology of comminution tests ……………………………………… 59
5.1.1 Sampling for comminution tests ……………………………… 59
5.1.2 Comminution circuit ……………………………………………… 61
5.1.3 Energy consumption calculation ……………………………… 62
5.1.4 SEM – MLA ……………………………………………………… 64
6 MAGNETIC SEPARATION TESTS ……………………………… 65
6.1 Methodology of magnetic separation by Davis magnetic tube ……… 66
6.2 Davis magnetic tube tests for characterization of the Per Geijer ore types 66
6.3 Separation analysis based on the Henry-Reinhard charts .……………... 67
7 RESULTS OF COMMINUTION OF ORE TYPES ……………………… 69
7.1 General characteristics of magnetite-dominated ore types ……………… 69
7.2 General characteristics of hematite-dominated ore types ……………… 72
7.3 General characteristics of magnetite/hematite-mixed ore types ……… 75
7.4 General characteristics of low-grade ore types ……………………… 77
7.5 Mineral liberation characteristics of magnetite-dominated ore types 79
7.6 Mineral liberation characteristics of hematite-dominated ore types 83
7.7 Mineral liberation characteristics of magnetite/hematite-mixed ore types 87
7.8 Mineral liberation characteristics of low-grade ore types ……………… 90
7.9 Total energy consumption of ore types from the Per Geijer deposits 94
8 RESULTS OF MAGNETIC SEPARATION OF ORE TYPES ……… 95
8.1 Magnetic separation of magnetite-dominated ore types ……………… 95
8.2 Magnetic separation of hematite-dominated ore types ……………… 96
8.3 Magnetic separation of magnetite/hematite-mixed ore types ……………… 97
8.4 Magnetic separation of low-grade ore types ……………………………… 98
8.5 Henry-Reinhard charts ……………………………………………… 99
9 DISCUSSION ……………………………………………………… 101
9.1 Mineralogy of the in-situ ore types from the Per Geijer deposits ……… 101
9.2 Geochemistry of the in-situ ore types from the Per Geijer deposits ……… 103
9.3 Mineral chemistry of iron oxides from the Per Geijer deposits ……… 105
9.4 Mineral chemistry of apatite from the Per Geijer deposits ……………… 114
9.5 Comminution of ore types from Per Geijer ……………………… 119
9.6 Magnetic separation of ore types from Per Geijer ……………………… 120
9.7 Issues with process mineralogy of in-situ and grinded ore types ……… 121
10 CONCLUSIONS ……………………………………………………… 128
11 IMPLICATIONS FOR FUTURE WORK ……………………………… 131
12 REFERENCES ……………………………………………………………… 13
Untersuchung der Beeinflussung von Wasserstoffbeimischung und Sauerstoffreduktion in Erdgas-Flammen auf Kenngrößen und Schadstoffbildung in technischen Verbrennungsprozessen
Get PDFIn einer zukünftig nachhaltigen Gesellschaft wird Wasserstoff eine bedeutende Rolle als Energieträger spielen. Der Übergangspfad von reinem Erdgas zur Verwendung von Gemischen bis 50 % Wasserstoff muss eingehender untersucht werden. Die in dieser Arbeit durchgeführte Forschung konzentriert sich auf die Sicherheitsaspekte, Schadstoffentwicklung und Stabilitätsfelder von laminaren Flammen. Ein entscheidender Parameter für die Sicherheit von Brenneranlagen ist die laminare Brenngeschwindigkeit. In dieser Arbeit wurden Methan-Wasserstoff-Gemische experimentell vermessen und mit numerischen Daten unter Verwendung verschiedener Reaktionsmechanismen verglichen.
Zur hochgenauen Messung der laminaren Brenngeschwindigkeit wurde der Heat Flux Brenner verwendet. In der vorliegenden Untersuchung wurden die laminaren adiabaten Brenngeschwindigkeiten für Methan-Wasserstoff-Sauerstoff-Stickstoff-Gemische bei verschiedenen Äquivalenzverhältnissen und variierten Sauerstoffanteilen untersucht. Die experimentellen Daten bis 20 % Wasserstoff bei reduziertem Sauerstoffgehalt konnten durch zehn ausgewählte detaillierte Reaktionsmechanismen nur teilweise wiedergegeben werden. Weiterführende Messungen befassen sich mit Methan-Wasserstoff-Luft Gemischen bei verschiedenen Äquivalenzverhältnissen, Temperaturen und Wasserstoffgehalten bis zu 50 %. Für diese Parameter wurde anschließend in Abhängigkeit der Höhe über dem Brenner eine Abgasanalyse mit dem Ziel der lokalen Stickstoffoxidkonzentration durchgeführt. Dabei zeigte sich im laminaren adiabaten Zustand eine Verringerung der Stickstoffoxide, insbesondere im brennstoffreichen Bereich. Eine Überlagerung von erhöhter Brenngeschwindigkeit und einhergehender kürzerer Verweilzeit wurde in Wasserstoff-Methan-Flammen im Vergleich zu reinen Methan-Flammen als Ursache ermittelt und numerisch nachvollzogen. Die experimentellen Daten konnten durch ausgewählte Reaktionsmechanismen nur teilweise wiedergegeben werden. Final wurden für vergleichbare Bedingungen an einem Gegenstrombrenner auch nicht vorgemischte Flammen bis zu einem Wasserstoffanteil von 50 % detaillierter untersucht. Dabei lag das Hauptaugenmerk der Ermittlung der Verlöschungsstreckungsgrenzen. Es konnte gezeigt werden, dass sich diese im Fall der Wasserstoffbeimischung deutlich iivergrößern, was auch von den numerischen Modellen vorhergesagt wurde. Im Fall einer Sauerstoffreduktion kommt es hingegen zu einer deutlichen Verkleinerung des stabilen Flammenbereiches. Es konnte gezeigt werden, dass sich dieser Zusammenhang nichtlinear zwischen der Sauerstoff- und Brennstoffkonzentration verhält.
Abschließend konnte ein umfassender Datensatz zu laminaren Brenngeschwindigkeiten, Erlöschungsstreckungsraten und Schadstoffen für Methan-Wasserstoff-Flammen bis zu einem Anteil von 50 % Wasserstoff erstellt werden. Dieser dient der Verbesserung bestehender Reaktionsmechanismen und liefert grundlegende Erkenntnisse zur Auslegung von Brennern.:1 Einleitung, Motivation und Aufgabenstellung der Arbeit
2 Stand der Wissenschaft und Technik
3 Versuchsaufbau, verwendete Messmethoden und experimentelle Versuchsdurchführung
4 Numerische Methoden
5 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur laminaren Brenngeschwindigkeit
6 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur Erlöschungsstreckungsrate
7 Einfluss der Wasserstoffbeimischung in Methan-Flammen auf die Schadstoffbildung
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literatur
10 AnhangIn a future sustainable society, hydrogen is expected to play an important role as an energy carrier. The transition path from pure natural gas to the use of mixtures, up to 50 % hydrogen, has to be investigated in more detail. The research that has been conducted focuses on the safety, pollutant emission and the stability areas of laminar flames. A significant parameter for the safety of burner systems is the laminar burning velocity. In this work, methane-hydrogen mixtures were measured experimentally and compared with numerical approaches using different reaction mechanisms.
The Heat Flux Burner was used to measure the laminar burning velocity with high accuracy. In the present study, the laminar adiabatic burning velocities for methane-hydrogen-oxygen-nitrogen mixtures at different equivalence ratios and varied oxygen contents was investigated. The experimental data up to 20 % hydrogen at reduced oxygen content could only be partially reproduced by ten selected detailed reaction mechanisms. Further measurements are concerned with methane-hydrogen-air mixtures at different equivalence ratios, temperatures and hydrogen contents up to 50 %. For these parameters, an exhaust gas analysis was carried out as a function of the height above the burner with the aim of nitrogen oxide detections. A reduction in nitrogen oxides in the laminar adiabatic state was observed, especially in the fuel-rich range. A superposition of increased burning velocity and accompanying shorter residence time in the hydrogen-methane mixtures compared to pure methane flames was determined as the cause which could also be shown numerically. The experimental results could only be partially reproduced by selected reaction mechanisms. Furthermore, for comparable conditions, non-premixed flames up to a hydrogen content of 50 % were investigated in more detail. The main focus was the determination of the extinction strain rate limits. It could be shown that these increase significantly in the case of hydrogen admixture, which could also be predicted by the numerical models. In the case of oxygen reduction, on contrary, there is a significant reduction of the stable flame area. It could be demonstrated that this relationship is non-linear between the oxygen and fuel concentration.
Finally, a comprehensive data set on laminar burning rates, extinction stretching rates and pollutants for methane-hydrogen flames up to a proportion of 50 % hydrogen could be generated. This can contribute to the improvement of existing reaction mechanisms and provide fundamental knowledge for the design of burners.:1 Einleitung, Motivation und Aufgabenstellung der Arbeit
2 Stand der Wissenschaft und Technik
3 Versuchsaufbau, verwendete Messmethoden und experimentelle Versuchsdurchführung
4 Numerische Methoden
5 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur laminaren Brenngeschwindigkeit
6 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur Erlöschungsstreckungsrate
7 Einfluss der Wasserstoffbeimischung in Methan-Flammen auf die Schadstoffbildung
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literatur
10 Anhang在未来的可持续发展社会中，氢气将作为一种能源载体发挥重要作用。从纯天然气到使用高达50 %的氢气混合物的过渡需要进行更详细的科研调查。本论文的研究重点集中于安全角度，污染物的演变以及层流火焰的稳定性领域。作为燃烧系统安全的一个关键参数文章使用层状燃烧率。本文献通过实验测量了甲烷-氢气混合物，并对在不同反应机制的形成的数字数据进行了比较。
热流量燃烧器被用来高精度地测量层状燃烧速度。本研究针对不同当量比和不同氧含量的甲烷-氢-氧-氮混合物进行了层流绝热燃烧速度的分析。在氧气减少的情况下，至20 % 的氢气实验数据只能由10个选定的详细反应机制部分地重现。进一步的测量针对不同当量比、温度和氢含量至50 %的甲烷-氢-空气混合物。然后对这些参数依赖于燃烧器上方的高度，进行了废气分析，目的是确定局部的氮氧化物浓度。结果表明在层状绝热条件下，特别是在燃料丰富的区域，氮氧化物有所减少。与纯甲烷火焰相比，氢-甲烷火焰的高燃烧速度和短暂的停留时间两者叠加被确定为其原因，文章对此并进行了数值重建。实验数据只能被选定的反应机理部分重现。最后，文章在逆流燃烧器上的可比条件下，也对氢气含量至50 %的非预混火焰进行了更详细的研究。研究在此特别进行了熄灭应变率的测定。 结果表明，如同数值模型所预测，在氢气掺入的情况下，以上数值都明显增加。 而在氧气减少的情况下，稳定的火焰面积明显减少。由此可以证明氧气和燃料浓度之间的非线性关系。最后，文章结果可以用于建立一个关于甲烷-氢气 （其氢气比例最高至50 %）火焰的层流燃烧速度、熄灭应变率和污染物的综合数据集。这有助于优化现有的反应机制，并为燃烧器的设计提供基本知识。:1 Einleitung, Motivation und Aufgabenstellung der Arbeit
2 Stand der Wissenschaft und Technik
3 Versuchsaufbau, verwendete Messmethoden und experimentelle Versuchsdurchführung
4 Numerische Methoden
5 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur laminaren Brenngeschwindigkeit
6 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur Erlöschungsstreckungsrate
7 Einfluss der Wasserstoffbeimischung in Methan-Flammen auf die Schadstoffbildung
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literatur
10 Anhan
Risk assessment for integral safety in operational motion planning of automated driving
Get PDFNew automated vehicles have the chance of high improvements to road safety. Nevertheless, from today's perspective, accidents will always be a part of future mobility. Following the “Vision Zero”, this thesis proposes the quantification of the driving situation's criticality as the basis to intervene by newly integrated safety systems. In the example application of trajectory planning, a continuous, real-time, risk-based criticality measure is used to consider uncertainties by collision probabilities as well as technical accident severities. As result, a smooth transition between preventative driving, collision avoidance, and collision mitigation including impact point localization is enabled and shown in fleet data analyses, simulations, and real test drives. The feasibility in automated driving is shown with currently available test equipment on the testing ground. Systematic analyses show an improvement of 20-30 % technical accident severity with respect to the underlying scenarios. That means up to one-third less injury probability for the vehicle occupants. In conclusion, predicting the risk preventively has a high chance to increase the road safety and thus to take the “Vision Zero” one step further.:Abstract
Acknowledgements
Contents
Nomenclature
1.1 Background
1.2 Problem statement and research question
1.3 Contribution
2 Fundamentals and relatedWork
2.1 Integral safety
2.1.1 Integral applications
2.1.2 Accident Severity
2.1.2.1 Severity measures
2.1.2.2 Severity data bases
2.1.2.3 Severity estimation
2.1.3 Risk assessment in the driving process
2.1.3.1 Uncertainty consideration
2.1.3.2 Risk as a measure
2.1.3.3 Criticality measures in automated driving functions
2.2 Operational motion planning
2.2.1 Performance of a driving function
2.2.1.1 Terms related to scenarios
2.2.1.2 Evaluation and approval of an automated driving function
2.2.2 Driving function architecture
2.2.2.1 Architecture
2.2.2.2 Planner
2.2.2.3 Reference planner
2.2.3 Ethical issues
3 Risk assessment
3.1 Environment model
3.2 Risk as expected value
3.3 Collision probability and most probable collision configuration
4 Accident severity prediction
4.1 Mathematical preliminaries
4.1.1 Methodical approach
4.1.2 Output definition for pedestrian collisions
4.1.3 Output definition for vehicle collisions
4.2 Prediction models
4.2.1 Eccentric impact model
4.2.2 Centric impact model
4.2.3 Multi-body system
4.2.4 Feedforward neural network
4.2.5 Random forest regression
4.3 Parameterisation
4.3.1 Reference database
4.3.2 Training strategy
4.3.3 Model evaluation
5 Risk based motion planning
5.1 Ego vehicle dynamic
5.2 Reward function
5.3 Tuning of the driving function
5.3.1 Tuning strategy
5.3.2 Tuning scenarios
5.3.3 Tuning results
6 Evaluation of the risk based driving function
6.1 Evaluation strategy
6.2 Evaluation scenarios
6.3 Test setup and simulation environment
6.4 Subsequent risk assessment of fleet data
6.4.1 GIDAS accident database
6.4.2 Fleet data Hamburg
6.5 Uncertainty-adaptive driving
6.6 Mitigation application
6.6.1 Real test drives on proving ground
6.6.2 Driving performance in simulation
7 Conclusion and Prospects
References
List of Tables
List of Figures
A Extension to the tuning proces
Responsible Production of Materials in the light of Sustainable Development Goal 12: Development of a systemic assessment scheme for an environmentally responsible material production cycle – Case study aluminium
Get PDFZiel dieser Arbeit war es, systematisch Möglichkeiten zur gezielten und qualitativen Entkopplung von Umweltauswirkungen im Rahmen der Verantwortungsaussage des SDG 12 in Bezug auf einzelne Stoffströme zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurde ein Schema zur Bewertung der Verantwortung erstellt, das sich auf die Systemgrenzen der Umwelt und die systemischen Produktionsströme einzelner Materialien konzentriert. Einzelne generische Prozesseinheiten wurden identifiziert und Umweltindikatoren, die Planetary Boundaries, ausgewählt. Das entwickelte Schema wurde dann in einer Fallstudie mit dem Beispielmaterial Aluminium auf seine Funktionalität getestet, indem das Material mit den Umweltindikatoren in jeder Prozesseinheit seiner spezifischen Produktionsroute kalibriert wurde. Dabei zeigte sich, dass die entwickelte Bewertung in der Tat eine systematische Identifizierung des Entkopplungsraums innerhalb eines Materialflusses ermöglicht und somit als funktional und übertragbar auf andere Materialflüsse und andere Dimensionen wie die soziale oder wirtschaftliche sowie die Verbrauchsdimension angesehen werden kann.:1 Introduction
2 Context of the Thesis
3 Sustainable Development Theories - The Road to Sustainable Industrial Development
4 Objectives and Structure of the Thesis
5 Development of a Responsibility Assessment Scheme
7 Aluminium as Key Material in our Society
8 The Aluminium Production System
9 Assessment Instructions
10 Case study – Aluminium Life Cycle and Planetary Boundary Matrix Calibration
11 Evaluation, Discussion of Results and Conclusion
12 BibliographyThis thesis aimed to systematically identify opportunities for targeted and qualitative environmental impact decoupling within the responsibility proposition of SDG 12 in relation to single material flows. To do this a responsibility assessment scheme was created that focused on the system boundaries environment and systemic production flows of single materials. Individual generic unit processes were identified and environmental indicators, the Planetary Boundaries, were chosen. The scheme designed was then tested in a case study for its functionality with the example material Aluminium, through calibrating the material with the environmental indicators in each unit process of its specific production route. This showed that the assessment designed indeed allowed for systematic identification of decoupling space within a material flow and can thus be considered as functional and transferrable to other material flows and other dimensions like the social or economic, as well as the consumption dimension.:1 Introduction
2 Context of the Thesis
3 Sustainable Development Theories - The Road to Sustainable Industrial Development
4 Objectives and Structure of the Thesis
5 Development of a Responsibility Assessment Scheme
7 Aluminium as Key Material in our Society
8 The Aluminium Production System
9 Assessment Instructions
10 Case study – Aluminium Life Cycle and Planetary Boundary Matrix Calibration
11 Evaluation, Discussion of Results and Conclusion
12 Bibliograph