University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna
Publikationsserver der Universitätsbibliothek Bodenkultur WienNot a member yet
5377 research outputs found
Sort by
Drought impact on plant-microbe interactions in different agricultural management systems
No full textDie Auswirkungen des Klimawandels, wie z. B. Dürre, beeinflussen die Landwirtschaft und gefährden die weltweite Ernährungssicherheit. Pflanzen können sich an Trockenstress anpassen, indem sie ihren Stoffwechsel verändern und über Wurzelausscheidungen mit Mikroorganismen im Boden interagieren. Mikrobiome sind unterschiedlich in verschiedenen landwirtschaftlichen Systemen, von denen einige möglicherweise vorteilhafter für das Pflanzenwachstum und die Widerstandsfähigkeit gegenüber abiotischen Stressfaktoren sind. In dieser Studie sollen die Unterschiede von pflanzlichen Reaktionen und Pflanzen-Mikroben Interaktionen in Trockenheit bei Winterweizen in drei verschiedenen Anbausystemen unter Feldbedingungen untersucht werden. Ziel war es, herauszufinden, ob bestimmte Anbausysteme eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Trockenheit aufweisen. In einem Langzeit- Feldversuch wurden in drei Anbausystemen Regendächer installiert. Blatt-, Wurzel- und Rhizosphären-Bodenproben wurden während dem Schossen, der Blütephase und der Reifephase des Weizens genommen. Die Stoffwechselprofile der Pflanzen wurden mittels einer ungezielten GC-MS-Analyse und die mikrobiellen Bodenprofile mittels Amplikon- Sequenzierung untersucht. Wir fanden Unterschiede im pflanzlichen Stoffwechselprofil bei Trockenstress, sowie zwischen den Anbausystemen. Die Wurzelmetaboliten wiesen unter Trockenheit und zwischen den Anbausystemen deutlichere Unterschiede auf als die Blattmetaboliten. Wurzel-Mikroben-Interaktionsnetzwerke zeigten verschiedene Muster zwischen Trocken- und den Kontrollparzellen sowie in den drei verschiedenen Anbausystemen. Die Netzwerke in der Endosphäre ähnelten den entsprechenden Netzwerken in der Rhizosphäre. Stoffwechselverbindungen, die an der Interaktion zwischen Pflanzen und Mikroorganismen beteiligt sein könnten, wurden als Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren und organische Säuren klassifiziert. Mehrere mikrobielle Gattungen korrelierten stark mit Pflanzenmetaboliten.Climate change impacts, such as drought, affect agriculture and put global food security at a risk. Plants can adapt to drought through changes in their metabolism and interaction with soil microorganisms via root exudates. Contrasting farming systems are known to harbor distinct microbiomes, some might be more beneficial for plant growth and resilience to abiotic stresses. This study aimed to assess differences in plant responses and plant-microbial interactions to drought in winter wheat across three different farming systems in field conditions. The objective is to elucidate if certain farming systems exhibit higher resilience to drought. Rainout-shelters were installed in three farming systems in a long-term field trial. Leaf, root, and rhizosphere soil samples were collected during stem elongation, flowering and ripening of wheat. Plant metabolic profiles were assessed via an untargeted GC-MS analysis and soil microbial profiles were studied using amplicon sequencing. We found differences in the plant metabolic profile in drought stress and differences in metabolites between the farming systems. Root metabolites showed more pronounced differences amongst metabolites under drought and between farming systems compared to leaf metabolites. Root-microbial interaction networks displayed distinct patterns between drought and control plots as well as in the three different farming systems. Endosphere networks resembled the corresponding rhizosphere networks. Metabolic compounds that might be especially involved in plant-microbial interaction were classified as sugars, fatty acids, amino acids, and organic acids. Several microbial genera were strongly correlated with plant metabolites.submitted by Juliana JäggleMasterarbeit Universität für Bodenkultur Wien 2023Mit deutscher Zusammenfassun
Treating nutshell waste with deep eutectic solvents : a promising approach for renewable materials?
No full textAngesichts des wachsenden Problems durch petrochemische Abfälle, ermöglicht uns die Umstellung auf pflanzliche Rohstoffe einen geschlossenen Kreislauf und schädliche Abfälle aus dem Alltag zu eliminieren. Cellulose ist das häufigste Biopolymer der Erde, Lignin das zweithäufigste und beide Biopolymere zeigen ein großes Potenzial für die Entwicklung nachhaltiger Materialien. Die vorliegende Studie fokussiert sich auf die Herstellung funktioneller und nachhaltige Materialien basierend auf zwei Cellulose haltigen Abfällen: Walnussschalen und Kombucha Biofilme. Die Walnussschalen, die derzeit hauptsächlich verbrannt werden, sind auf Kompression optimiert durch die dreidimensionale Verzahnung der gelappten Sklerenchymzellen. Die Biofilme werden aus der Fermentation von Kombucha-Tee gewonnen und basieren auf bakteriellen Zellulosefibrillen, die für ihre hohe Zugfestigkeit bekannt sind. Wir stellen die Hypothese auf, dass durch die Kombination dieser beiden Celluloseabfälle gute Eigenschaften in das neu geformte Material eingebracht werden können. Mit stark eutektischen Lösungsmitteln, die für ihre umweltfreundliche und effiziente Lignin-Extraktion bekannt sind, konnte die enthaltene Lignocellulose in den Nussschalen aufgelöst werden. Die Sklerenchymzellen sind somit in Lignin gelöst und durch die anschließende Zugabe von Cellulosefasern können Filme mit hohem Flexibilitäts- und Kohäsionsvermögen geformt werden. Um die Struktur und die Eigenschaften der hergestellten Filme zu untersuchen, wurden verschiedene Methoden angewandt: mechanische Zugtests, Kontaktwinkelmessungen, Analysen des Feuchtigkeitsgehalts, Infrarotspektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie. Sowohl im feuchten als auch im trockenen Zustand sind die erzeugten Filme äußerst wasserstabil und flexibel. Die Behandlung der Filme mit hoher Temperatur und Druck führte zu einem doppelt so hohen Kontaktwinkel. Die Wasserbeständigkeit ist vielversprechend für Anwendungen im Bereich der Materialentwicklung.Given the growing issue of petrochemical waste, a turn towards lignocellulosic feedstock offers a closed loop cycle and the potential to eliminate harmful waste in everyday life. Cellulose is the most abundant biopolymer on earth, lignin the second most abundant and both have shown high potential to develop sustainable materials. In this study, we aim to manufacture functional and sustainable materials based on two cellulosic wastes: walnut shells and kombucha pellicles. The latter ones derive from the kombucha tea fermentation and are based on bacterial cellulose fibrils, known for exceptional high tensile strength. The walnut nutshells, currently mainly incinerated, withstand high compression through the three dimensional interlocked polylobate sclerenchyma cells. We hypothesize that by combining these two cellulosic wastes, we may introduce new attribute combinations in the resulting material. With deep eutectic solvents, known for their environmentally friendly lignin extraction properties, we break down the complex lignocellulosic nutshells into single puzzle cells dissolved in lignin. After adding cellulose fibers to the dissolved nutshells, we formed flexible and cohesive films by regenerating the lignin. To reveal the structure and performance of the films various methods were applied: mechanical tensile tests, contact angle measurements, moisture content analysis, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The lignocellulosic films were water stable and flexible in wet and dry state. By treating the films with heat and pressure the contact angle was doubled and thus the hydrophobicity improved to make them suitable for applications in various industries, such as packaging, textiles, construction, and more. By repurposing waste materials we created renewable alternatives and showed a promising path for sustainable material development. This approach aligns with the global drive toward circular economy principles and eco-friendly practices.submitted by Paraskevi CharalambousMasterarbeit Universität für Bodenkultur Wien 2023Mit deutscher Zusammenfassun
Numerische Modellierung von Verbund auf Basis experimenteller Untersuchungen an topologieoptimierter Betonträgern
No full textStrukturoptimierte Betonbauteile bieten die Möglichkeit mit deutlich reduziertem Materialaufwand gleiche Lasten wie entsprechende Träger mit Vollquerschnitt abzutragen. Dadurch kann eine Verringerung des Treibhausgasausstoßes erreicht werden. Die vorliegende Arbeit behandelt die numerische Simulation strukturoptimierter Betonträger.Im Vordergrund der Untersuchungen steht dabei der Verbund zwischen Beton und Bewehrung. Auf Basis einer Literaturrecherche wird der Stand der Technik erörtert, welcher als Grundlage für das weitere Verständnis dient. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der numerischen Abbildung von experimentellen Untersuchungen. Dabei werden die Versagensmechanismen einzelner Träger nachgebildet und durch den Vergleich der Last-Verformungskurven eine Anpassung vorgenommen.Die Modellierung des Verbundes erfolgt zunächst auf Basis von in der Software implementierten Kenngrößen, anschließend wird eine grobe Anpassung durch recherchierte Daten durchgeführt.Die Feinjustierung wird durch Variation einzelner Parameter der dem Verbund zugrundeliegenden Verbundspannungs-Schlupfkurven erreicht.Aus den gewonnenen Erkenntnissen wird eine Modellierungsstrategie zur numerischen Modellierung von Verbund an topologieoptimierten Betonstrukturen erarbeitet. Vor dem Hintergrund, ein umfassendes Verständnis für die Thematik zu erlangen, wird das theoretisch erworbene Wissen durch Herstellung und Prüfung einer zweiten Versuchsreihe praktisch untermauert. Im finalen Schritt wird die entwickelte Modellierungsstrategie auf einige Träger dieser zweiten Versuchsreihe angewandt und eine Verifizierung durchgeführt.Structurally optimised concrete components offer the possibility of carrying the same loads as corresponding beams with a full cross-section at a significantly reduced material cost. Thus, a reduction of greenhouse gas emissions can be achieved. The present work deals with the numerical simulation of structurally optimised concrete beams. As main topic of the investigations the bond behaviour between concrete and reinforcement is defined. Based on a literature research, the state of the art is discussed, which serves as a basis for further understanding. The focus of the work is on the numerical modelling of an experimental test series. In doing so,the failure mechanisms of individual beams are simulated and an adjustment is made by comparing the load-deformation curves.The composite is first modelled on the basis of parameters implemented in the software, then a rough adjustment is carried out using researched data. Fine-tuning is achieved by varying individual parameters of the bondstress-slip curves underlying the bond. From the knowledge gained,a modelling strategy for numerical modelling of bond on topology-optimised concrete structures is developed. Against the background of gaining a comprehensive understanding of the topic, the theoretically acquired knowledge is practically substantiated by producing and testing a second series of tests. In the final step, the developed modelling strategy is applied to some beams of this second test series and a verification is carried out.verfasst von Elias PlatzerMasterarbeit Universität für Bodenkultur Wien 2023Mit englischer Zusammenfassun
Frischbetoneigenschaften
No full textBeton ist heutzutage einer der meistverwendetsten Baustoffe im Hoch- und Tiefbau. Aufgrund der großen Mengen trägt Beton damit entscheidend zum globalen Ressourcen- und Energieverbrauch bei. Was den hohen Verbrauch an Primärressourcen und den Emissionsausstoß im Zuge der Herstellung betrifft, besteht hinsichtlich der Nachhaltigkeit noch Aufholbedarf. Eine Möglichkeit Beton ressourcenschonender zu machen, besteht darin, aufbereiteten Altbeton als Substitution natürlicher Gesteinskörnung zu verwenden um Primärressourcen (Sand, Kies) zu schonen. Zusätzlich verursacht die Zementherstellung etwa 7 % des globalen CO2-Ausstoßes, weshalb durch die Verwendung von emissionsarmen Zementarten (z.B. CEM II/C) ein wesentlicher Beitrag zur Klimaverträglichkeit von Beton geleistet werden kann. Auf dieser Grundlage widmet sich diese Arbeit der Erforschung umweltfreundlicher Betonsorten. Dies geschieht am Beispiel von Fertigteil-Betonplatten, welche am Ende ihrer Lebensdauer aufbereitet (Brechen, Sieben) und als Recycling-Gesteinskörnung (RC-GK) zur Herstellung neuer Betone unter Verwendung emissionsarmer Zementsorten wiederverwertet werden. Im Zuge einer Literaturrecherche wird die aktuelle Problematik sowie der derzeitige Forschungsstand zum Thema Recyclingbeton aufgezeigt. Anschließend werden mittels Laborversuchen die Eigenschaften der RC-GK, die Frisch- und Festbetoneigenschaften (Druck- und Spaltzugfestigkeiten bei unterschiedlichem Betonalter, E-Modul, Bruchenergie sowie die Anfälligkeit auf Alkali-Kieselsäure-Reaktion) von insgesamt 14 unterschiedlichen Betonsorten untersucht. Diese ergeben sich durch Verwendung unterschiedlicher RC-GK, welche in verschiedenen Anteilen beigegeben und u.a. mit einem klimaoptimierten Zement kombiniert werden. Die zu erzielenden Frischbetoneigenschaften hängen dabei wesentlich vom Ausgangsmaterial (RC-GK) ab. Werden zufriedenstellende Frischbetoneigenschaften erreicht, so können Betone mit sehr guten Festigkeitseigenschaften hergestellt werden.Concrete is one of the most widely used building materials today. The expansion of the construction sector significantly contributes to environmental pollution. Due to emissions and the consumption of primary resources, there is still great potential for sustainability in this sector. This master thesis is focusing on the question, how concrete can become more environmentally friendly. This was exemplified by reinforced concrete slabs, which were processed and reused as recycled aggregate (RCA) for the manufacture of new concretes using low-emission cements. One way to make concrete more sustainable is to use crushed rubble in the form of RCA as a substitute for natural aggregates in concrete production. Through the use of this recycled concrete, it contributes to reducing the use of primary resources and promotes overall resource conservation. On the other hand, cement production accounts for about 7% of the global CO2 emissions, which is why the use of lower-emission types of cement (CEM II/C) can make a significant difference towards sustainable concrete. As a result of a literature research, the current problems and the current state of research on the properties of recycled concrete are shown. In experimental tests, the properties of RCA and fresh concrete and the characteristics of hardened concrete, specifically the development of concrete compressive strength and tensile splitting strength, modulus of elasticity and fracture energy, as well as the alkali-silica-reaction are examined for a total of 14 types of concrete. These result from different RCA, which are used in different amounts and in combination with either conventional or lower-emission cement. The workability of fresh concrete was found to be highly dependent on the starting material. However, if this is put through an appropriate remanufacturing process and pre-treated correctly, high-quality concrete with very good strength properties can be produced as recycled concrete.Schlagworteverfasst von Hannah Pohl und Pascal TrollMasterarbeit Universität für Bodenkultur Wien 2023 Gemeinsame Masterarbeit von H. Pohl und P. TrollMit englischer Zusammenfassun
Resolving dynamic domain movements, interactions and interdomain electron transfer of cellobiose dehydrogenase
No full textDas extrazelluläre Enzym Cellobiose Dehydrogenase (CDH) spielt eine entscheidende Rolle beim Abbau von Biomasse, als Hilfsenzym der lytischen Polysaccharid-Monooxygenase, in der Biokatalyse, in Biobrennstoffzellen und in Biosensoren. Dieses Zwei-Domänen-Enzym überträgt Elektronen von einer Domäne auf die andere und weiter auf externe Elektronenakzeptoren oder Elektroden. Damit der Elektronentransfer stattfindet, muss die CDH von einer kompakten Form, die den Elektronentransfer zwischen den Domänen begünstigt, in eine offenere Konformation wechseln, welche die externe Übertragung erleichtert. In dieser Arbeit wurde die CDH aus Myriococcum thermophilum (syn. Crassicarpon hotsonii, syn. Thermothelomyces myriococcoides) verwendet, um die Mobilität der Domänen bei unterschiedlichen pH-Werten und in Gegenwart von zweiwertigen Kationen zu analysieren sowie den Elektronentransfer zwischen den Domänen. Strukturelle Veränderungen wurden durch Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) analysiert und die Elektronentransferkinetik mittels Stopped-Flow und molekulardynamische Simulationen. Eine Veränderung der Domänenmobilität in Abhängigkeit von pH-Wert und zweiwertigen Kationen konnte durch experimentelle SAXS-Daten und SAXS-basierte Multi-Zustands-Modellierung nachgewiesen werden. Die Cytochrom-Domäne ist beweglich und zeigt unter basischen Bedingungen eine deutliche Trennung von der Dehydrogenase-Domäne, während unter sauren Bedingungen und in Gegenwart von Calciumionen eine kompaktere Form vorlag. Weiters wurde durch strukturbasierte Klonierung festgestellt, dass zwei Aminosäuren, M309 und R698, für den Elektronentransfer zwischen den Domänen wichtig sind. M309 ist ein integraler Bestandteil der Übertragung, während R698 wichtig ist, um die CYT Domäne nahe an die DH Domäne heranzuziehen und die Propionat Gruppe des Häms durch Wasserstoffbrückenbindungen auf das FAD auszurichten. Diese neuen Ergebnisse können Auswirkungen auf die weitere Nutzung von CDH in der Industrie haben.The extracellular enzyme cellobiose dehydrogenase (CDH), plays an essential role in biomass degradation, as an auxiliary enzyme of lytic polysaccharide monooxygenase, biocatalysis, biofuel cells, and biosensors. This two-domain enzyme transfers electron from one domain to the other and further to external electron acceptors or electrodes. The electron transfer necessitates the CDH switching form a more compact form that favours the interdomain electron transfer to an open conformation that facilitates the external interaction. In this thesis CDH from Myriococcum thermophilum (syn. Crassicarpon hotsonii, syn. Thermothelomyces myriococcoides) was utilised to analyse domain mobility at different pH levels and in the presence of bivalent cations, as well as to study the interdomain electron transfer in greater depth. Structural effects were analysed by small-angle X-ray scattering (SAXS) and electron transfer kinetics by stopped-flow spectrophotometry and molecular dynamic simulations. A change in domain mobility depending on pH and bivalent cations could be demonstrated by experimental SAXS data and SAXS-based multi-state modelling. The cytochrome domain is mobile and adopts states with significant separation from the dehydrogenase domain at basic conditions, whereas a more compact form was present under acid conditions and in the presence of calcium ions. Additionally, structure-based engineering in the domain interface revealed that two amino acid residues, M309 and R698, are important for interdomain electron transfer. M309 is an integral part of the electron transfer pathway while R698 is essential to pull the cytochrome domain close to the dehydrogenase domain and orient the heme propionate group towards the FAD by forming hydrogen bonds. These new insights may have implications for the further use of CDH in industry.submitted by Bettina MotyckaKumulative Dissertation mit zwei ArtikelnDissertation Universität für Bodenkultur Wien 2023Zusammenfassung in deutscher und englischer Sprach
Accelerated exploration of slow relaxing processes: developing free-energy methodology via reference state methods
No full textMolekulardynamiksimulationen (MD) ermöglichen die In-Silico-Untersuchung molekularer Systeme mit einer räumlichen und zeitlichen Auflösung, die mit experimentellen Techniken nicht möglich ist. Eine vielversprechende Anwendung dieser Simulationen ist die Berechnung der freien Energien von Prozessen. Mit validen freien Energien ist es möglich, Gleichgewichtseigenschaften zu ermitteln und interessante biologische und chemische Phänomene zu beschreiben, beispielsweise die Bindungsaffinität von Arzneimitteln an ihre Zielproteine. Der Mangel an ausreichendem Sampling aufgrund langsamer Relaxationsprozesse oder mangelnder Rechenleistung beeinträchtigt die Berechnung freier Energien. In dieser Arbeit wird eine Freie-Energie-Methode namens Accelerated Enveloping Distribution Sampling (AEDS) weiterentwickelt. Erkenntnisse über den Einsatz auf Systeme mit langsamen Relaxationsprozessen werden anhand des T4-Lysozyms Testsystems veranschaulicht. Es werden verbesserte Einrichtungs- und Analysemethoden für die Technik beschrieben, sowie die Möglichkeit der Anwendung von AEDS als Screening-Tool. Die Screening-Fähigkeiten von AEDS werden dann genutzt, um die Präsenz von Wassermolekülen zu untersuchen. Auch wird der potenzielle Einsatz von AEDS in Kombination mit anderen Techniken der freien Energie wird vorgestellt. Um die Lücke bei den Sampling-Beschränkungen weiter zu schließen, wird eine kürzlich verbesserte Sampling-Technik, genannt Gaussian accelerated MD (GaMD), erweitert und auf andere Systeme angewandt. Abschließend zeigt die Arbeit das Potenzial auf, die beschriebene GaMD-Methode mit den Screening-Fähigkeiten von AEDS zu kombinieren, um noch anspruchsvollere Systeme zu untersuchen, wie etwa die Phenylethanolamin-N-Methyltransferase (PNMT), ein System, welches sich mit AEDS sich als schwierig erwiesen hat.Molecular dynamics simulations (MD) allow for the in silico study of molecular systems at a space and time resolution unachievable with experimental techniques. One appealing use of molecular dynamics is the computation of free energies of processes. With correctly estimated free energies, it is possible to obtain equilibrium properties and to describe biological and chemical phenomena of interest such as the binding affinity of drugs to their targets. However, lack of sufficient sampling arising from the presence of slow relaxing processes or due to computational power limitations, hamper the applicability of free-energy techniques. In this work, a recent free-energy method named Accelerated Enveloping Distribution Sampling (AEDS), is further developed. Insights on its use on systems with slow relaxing processes is illustrated using the T4 lysozyme as test system. Improved set up and analysis methods for the technique and the potential to use AEDS as a screening technique are described. The screening capabilities of AEDS are then used to quickly probe the presence of water molecules and the potential use of the method in combination with other free-energy techniques is showcased. To further bridge the sampling limitations gap, a recent enhanced sampling technique, Gaussian accelerated MD (GaMD), is expanded upon and its use on additional systems is studied. Finally, the thesis concludes showcasing the potential of combining the described GaMD improvement with the screening capabilities of AEDS to tackle even more challenging systems, such as the Phenylethanolamin-N-Methyltransferase (PNMT), a system that has been proven challenging to study with AEDS before.submitted by Oriol Gracia I CarmonaDissertation Universität für Bodenkultur Wien 2023Mit deutscher und katalanischer Zusammenfassun
Effekte und Auswirkungen auf das Stadtklima durch Entsiegelung von Parkplatzflächen am Beispiel Linz "Innere Stadt"
No full textDerzeit sind in Österreich 18% des Dauersiedlungsraumes versiegelt. Ende 2021 wurde davon eine Fläche von über 44km² rein für Parkplätze genutzt, das entspricht einer Parkplatzfläche von 4,9m² pro Einwohner*in. Die fortschreitende Bodenversiegelung induziert zusätzlich zur Klimaerwärmung extremere Hitzebelastungen in zunehmendem Maß, sowie höheres Risiko für Überschwemmungen.Daher befasst sich diese Masterarbeit mit dem Potenzial zur Reduktion des abflusswirksamen Niederschlages durch Entsiegelung von Parkplatzflächen in der Inneren Stadt Linz. Zu Beginn wurde eine computergestützte Datengenerierung der bestehenden Parkplätze (Fläche und Oberflächenbeschaffenheit) durchgeführt. Anschließend wurde das Niederschlagsabflussvolumen des Status Quo sowie Szenarien einer 50%-igen Teilentsiegelung der derzeit versiegelten Flächen durch Rasengittersteine und einer 100%-igen Vollentsiegelung mittels Rasenflächen mithilfe eines vereinfachten Abflussbeiwert-Verfahrens errechnet. Ergänzend wurden zwei halbstrukturierte Experteninterviews über die klimatologischen Auswirkungen der Entsiegelung von Parkplatzflächen in der Inneren Stadt Linz durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine theoretische Reduktion des Niederschlagsabflussvolumens um 37% durch eine 50%-ige Teilentsiegelung der derzeit versiegelten Parkplatzflächen mittels Rasengittersteine möglich ist. Bei einer 100%-igen Vollentsiegelung durch Rasenflächen kann laut den Berechnungen die Reduktion auf 93% gesteigert werden. Eine zusätzliche Steigerung der positiven Effekte ist durch eine Reduktion der oberflächlichen Stellplätze sowie durch zusätzliche Baumpflanzungen zu erwarten.Die Masterarbeit zeigt, dass eine erhebliche Reduktion der Abflussmenge durch die Entsiegelung der Parkplatzflächen im Bezirk Innere Stadt möglich ist. Zudem ist es eine effiziente Maßnahme um den Auswirkungen von klimawandelbedingten Extremereignissen auf lokaler Ebene entgegenzutreten, sowie das Stadtklima positiv zu beeinflussen.Currently, 18% of the permanent settlement area in Austria is sealed. According to Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen, at the end of 2021 an area of more than 44km² was used purely as parking spaces, which corresponds to a parking space of 4.9m² per inhabitant.In addition to global warming, the increasing soil sealing - especially in urban areas - induces more extreme heat loads and a higher risk of flooding. The ÖWAV reports that about half of the property damage caused by floods is due to increased surface runoff, backwater from the sewage system or groundwater rise.Therefore, this master thesis deals with the potential for reducing runoff-effective precipitation by unsealing parking areas in the Inner City of Linz. At the beginning, a computer-aided data generation of the existing car parks (area and surface condition) was carried out. Subsequently, the precipitation runoff volume of the status quo as well as scenarios of a 50% partial unsealing of the currently sealed surfaces by assuming grass pavers and a 100% unsealing by assuming lawn were calculated with the help of a simplified runoff coefficient procedure. In addition, two semi-structuredexpert interviews were conducted on the climatological effects of unsealing parking areas in the Inner City of Linz.The results show that a theoretical reduction of the rainfall runoff volume by 37% is enabled through a 50% partial unsealing of the currently sealed car park areas using grass pavers. According to the calculations, the reduction can be increased to 93% with 100% unsealing by lawns. This could allow for local climatic improvements. An additional increase in the positive effects can be expected through a reduction in surface parking lots as well as through additional tree planting.The generated results show that a considerable reduction of the runoff volume can be achieved by unsealing the parking areas in the district Innere Stadt. Moreover, it is an efficient measure to counteract the effects of climate change-related extreme events at the local level, as well as to positively influence the urban climate.verfasst von Hanna MayrhoferMasterarbeit Universität für Bodenkultur Wien 2023Mit englischer Zusammenfassun
Produktion und Charakterisierung eines Plattenwerkstoffs mitels einfachem Heißpressprozess auf Basis von bio-basierten Thermoplasten und Laubholz-Sägenebenprodukten
No full textVorhersagen gehen davon aus, dass der Anteil an Nadelhölzern abnehmen, während der Anteil, der heute weitaus weniger genutzten Laubhölzer zunehmen wird. In klassischen Holzwerkstoffen werden außerdem in der Regel erdölbasierte potenziell gesundheitlich bedenkliche Klebstoffe eingesetzt. Aus diesen Gründen lag der Fokus dieser Arbeit auf einem zukunftsorientierten nachhaltigen Plattenwerkstoff. Zum Einsatz kamen dafür zwei verschiedene Arten von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) als Bindemittel. Bei PHAs handelt es sich um bio-basierte und biologisch abbaubare Polyester, die von Bakterien als Reservestoff bei Kohlenstoffmangel angelegt werden. Die erste Variante war ein industrielles Produkt aus reinem PHA, die zweite Variante war hingegen ungereinigt und zeichnete sich durch niedrigere Produktionskosten und einen geringeren PHA-Gehalt aus. Diese als Bindemittel genutzten, bio-basierten Thermoplaste wurden über einen einfachen Heißpressprozess mit Sägenebenprodukten aus Laubholzzuschnitt kombiniert. Hierfür kamen Buchen- und Eichenspäne zum Einsatz. Neben mikroskopischer und Dynamisch Mechanischer Analyse (DMA) der PHA wurde auf Basis dieser Idee ein Versuchsplan („Design of Experiment“, DoE) mittels Versuchsdesignsoftware (Design Expert) erstellt. Der Einsatz der industriellen PHA-Variante führte zu Platten, die den Platteneigenschaften aus unbereinigtem PHA in allen ermittelten Punkten überlegen waren. Als Nachteil dieser Werkstoffe wurde die fehlende Kaltklebrigkeit identifiziert. Eine besondere Interaktion zwischen einer der hydrophilen Holzarten und dem hydrophoben PHA konnte nicht beobachtet werden. Abschließend wurde ein Vergleich der produzierten Holz-PHA Verbundwerkstoffe mit den Anforderungen an Span- und Faserplatten nach EN 312 und EN 622-5 durchgeführt. Es zeigte sich, dass sich durch den gewählten Heißpressprozess Platten herstellen lassen, die den Anforderungen dieser Normen entsprechen.Softwood species like spruce will be much sparser while the amount of hardwood species will increase. Another weakness of today’s wood-based products regarding sustainability are petroleum based, potentially health threatening adhesives. These are the reasons why for the present work the focus was on a future oriented, sustainable panel material. For this, two different kinds of Polyhydroxyalkanoate (PHA) were used as a binder. One industrially produced, pure variant with and an unpurified variant resulting in lower production costs and PHA content. These bio-based thermoplastics were combined with hardwood sawmill by-products by means of a simple hot press process. For this, beech and oak chips were used. Besides microscopic and dynamic mechanical analyses (DMA) a design of experiment (DoE) was created with an experimental design program (Design Expert). This was done to analyze the influencing factors on the properties of a wood panel produced by the means listed. To achieve this, different levels of target density, binder content, used particle fraction, and core temperature were defined and their effect on density, pressing time, mechanical properties (bending strength, internal bonding) as well as water and humidity absorption of the resulting panel were measured. Results showed, that most of the influences and responses were the same as described for conventional particle boards. Also, the industrially produced variant when used resulted in superior properties of the panel compared to the unpurified PHA. An identified drawback of these wood-PHA panels was the missing cold-tack, a special interaction between the hydrophobic PHA and one of the hydrophilic wood species was not observed. Concluding, the produced panels were compared with the requirement for particle and fiber boards according to EN EN 312 and EN 622-5. It could be shown, that panels can be produced which fulfil the norm standards by means of the chosen hot press process.verfasst von Roman MeixnerMasterarbeit Universität für Bodenkultur Wien Mai 2023Mit englischer Zusammenfassun
Symbiose zwischen Photovoltaik und Landwirtschaft: technisches Potential für APV in Österreich
No full textBis 2030 soll der gesamte Stromverbrauch Österreichs bilanziell aus erneuerbaren Energien gedeckt werden, dafür ist u.a. der Ausbau vonPhotovoltaik um mindestens 11 TWh/a bis 2030 geplant. Nur durch die Belegung von Dachflächen wird dies nicht möglich sein. Eine Alternative zu Dachflächen stellt Agrivoltaik, APV, dar. APV ermöglicht die gleichzeitige Nutzung von landwirtschaftlichen Flächen zur Lebensmittelproduktion und zur Stromerzeugung. Dies stellt einen großen Vorteil im Vergleich zu Freiflächenanlagen dar. Die Anlagen werden dabei so dimensioniert, dass die Bewirtschaftung des Ackers unterhalb der Photovoltaikmodule nach wie vor möglich ist und genug Sonnenlicht auf die Flächen auftrifft. Dadurch ergeben sich u.a. größere Abstände zwischen den Modulen bzw. Modulreihen. Auf einem Hektar kann somit eine PV-Leistungvon rund 800 kWp installiert werden. Bei normalen Freiflächenanlagen sind es rund rund 1 MWp. Nicht alle in Österreich angebauten Kulturen sind für den Einsatz von APV geeignet. In erster Linie sind Pflanzen einzusetzen, die entweder von gewisser Beschattung profitieren oder die von Beschattung nicht stark beeinflusst werden. Das sind z.B. Kartoffeln, Klee, Leguminosen, Gemüse, Gerste, Roggen, Buchweizen und Hafer. Nicht geeignet sind hingegen Dinkel, Hirse, Hafer, Buchweizen, Weizen und C4-Pflanzen.Vor diesem Hintergrund wurde im Zuge dieser Arbeit eine Flächenanalyse Österreichs durchgeführt um Flächen, die für die Umsetzung von APV in Frage kommen, zu identifizieren und somit das Gesamtpotential von APV abzuschätzen. Dabei wurden insgesamt Flächen im Ausmaß von 4.840 km² identifiziert, die sich auf Grund der angebauten Kultur, Flächengröße und dem spezifischen Ertrag [kWh/kWp] für APV eignen. Auf diesen Flächen kann in Summe eine PV-Leistung von 387 GWp installiert werden, mit einem Gesamtertrag von 408 TWh/a. Somit könnte allein durch APV das geplante Ausbauziel von Photovoltaik um ein Vielfaches übertroffen werden.By 2030, Austria's entire electricity consumption is to be covered by renewable energies. Among other things the expansion of photovoltaics by at least 11 TWh/a is planned. This will not be possible by installing photovoltaic on roof surfaces only. Therefore, alternative solutions must also be considered. An alternative to roof mounted photovoltaic is agrivoltaics, APV. APV enables the simultaneous use of agricultural land for food production and electricity generation. This is a great advantage compared to ground-mounted systems without dual use. The plants are dimensioned in a way that allows the cultivation of the area between the photovoltaic panels as it allows sufficient sunlight to reach the areas below the panels. This results in elevation heights between 3 and 8 m and larger distances between the panels or panel rows than with ground-mounted systems. Thus, a PV capacity of about 800 kWp can be installed on one hectare of agricultural land. In comparison, a capacity of around 1 MW can be installed when implementing standard ground mounted systems. Not all crops cultivated in Austria are suitable for the use of APV. Primarily, crops that either benefit from some shading or crops that are not strongly affected by shading should be used. These are e.g. potatoes, clover grass, legumes, vegetables, barley, rye, buckwheat and oats. Spelt, millet, oats, buckwheat, wheat and C4 plants, on the other hand, are not suitable. In this context, an area analysis of Austria was carried out in order to identify areas that are suitable for the implementation of APV, and thus to estimate the overall potential of APV. A total of 4,840 km² of land was identified in Austria as suitable for APV according to the crops cultivated, area and specific electricity yield [kWh/kWp]. In these areas, a total PV capacity of 387 GWp can be installed, with a total yield of 408 TWh/a. Thus, the planned expansion target for photovoltaics could be easily reached by APV alone.verfasst von Elisabeth LuftensteinerMasterarbeit Universität für Bodenkultur Wien 2023Mit englischer Zusammenfassun
Development of carbohydrate-based binders for the production of wood composites
No full textDie industrielle Produktion von Holzverbundwerkstoffen wie Spanplatten basiert derzeit auf der Verwendung von aus Erdgas produzierten Harnstoff-Formaldehydharzen. Um diese fossilen Klebstoffsysteme durch nachhaltige, biobasierte Systeme zu ersetzen, die ohne die Verwendung toxischer Substanzen wie Formaldehyd auskommen, braucht es neue Ansätze in der Entwicklung von Klebstoffen auf natürlicher Basis. Kohlenhydrate sind eine in großen Mengen verfügbare Rohstoffquelle und werden bereits seit langem in Klebstoffen verwendet. Allerdings fehlt den bisher bekannten kohlehydratbasierten Systemen die nötige Reaktivität für die Produktion moderner Holzwerkstoffe. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die saure Dehydratisierung von Kohlenwasserstoffen wie Fruktose zur Herstellung von reaktiven Gemischen, die Hydroxymethylfurfural (HMF) als Hauptreaktionsprodukt und reaktive Komponente enthalten, verwendet. Die Herstellung dieser Klebstoff-Vorstufen in unterschiedlichen Reaktionssystemen wurde optimiert und skaliert, um die für die Herstellung von Labor-Spanplattenserien benötigten Klebstoffmengen produzieren zu können. Humine, die als Nebenprodukt der Reaktion entstehen, wurden mittels IR und NMR Spektroskopie untersucht, um nach Abgleich der erhaltenen Daten mit verfügbarer Literatur mögliche Strukturelemente vorzuschlagen. Die Vorlösungen wurden in Kombination mit Polyamin-Vernetzern in der Entwicklung eines zu 83% biobasierten Klebstoffs verwendet. Die Klebstoffsynthese wurde mittels der Variation wichtiger Syntheseparameter wie Temperatur und Reaktionsatmosphäre optimiert. Es wurde gezeigt, dass die Verwendung von HMF Stabilisatoren während der Dehydratisierung keinen negativen Einfluss auf die Zugscherfestigkeit des Klebstoffsystems hat. Das entwickelte System erfüllt nicht nur die Anforderungen europäischer Normen für die Produktion von P2 Spanplatten, sondern entspricht auch modernen Industriestandards in Bezug auf die Verwendbarkeit in Holzwerkstoff-Produktionsprozessen.Currently, the wood board industry utilizes fossil-based urea-formaldehyde adhesives in the production of wood composites like particleboards. To exchange these fossil-based adhesives with sustainable, bio-based alternatives and refrain from the use of toxic compounds like formaldehyde, new approaches for adhesive production from natural resources are needed. Carbohydrates are an abundant natural resource that has been used in adhesive systems for a long time. However, carbohydrate-based adhesives often lack the reactivity needed in modern wood board production. The work for this thesis demonstrated a way to utilize acidic carbohydrate dehydration to turn solutions of carbohydrates like fructose into reactive adhesive precursors containing the platform chemical hydroxymethylfurfural as the main reaction product and reactive compound. The production of these adhesive precursors in different reaction systems was optimized and scaled to produce the required amounts of adhesive for laboratory particleboard production trials. Side reactions of the dehydration, like the formation of humins, were studied with IR and NMR spectroscopy and possible structural elements of humins were proposed after comparison of the gathered data with literature. The produced precursors were used in adhesive synthesis in combination with polyamine crosslinkers to develop an adhesive system with 83% bio-based content. The adhesive synthesis was optimized by variation of important reaction parameters like reaction temperature and atmosphere. The utilization of hydroxymethylfurfural stabilization during precursor production was shown not to have adverse effects on the produced adhesives tensile shear strength development. The resulting adhesive system fulfills not only the requirements of European standards for production of P2 particleboards, but also lives up to modern industrial standards in terms of usability in wood composite production processes.submitted by Wilfried Sailer-KronlachnerDissertation Universität für Bodenkultur Wien 2023Mit deutscher Zusammenfassun