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Sachbericht zum Verwendungsnachweis : Förderinitiative: "Technologietransfer-Programm Leichtbau (TTP LB)"
Full text linkAbschlussbericht
Full text linkIm Rahmen des Verbundprojekts MarTERA-MuWIN - Multi-use floating offshore topside structure for wind energy wurde im Teilvorhaben MODULEX eine modulare schwimmende Offshore-Unterstruktur für multifunktionale Energieplattformen entwickelt und experimentell untersucht. Ziel war es, ein skalierbares Plattformkonzept zu entwerfen, das sowohl für Offshore-Windenergieanwendungen als auch für zusätzliche Nutzungen wie die Umwandlung elektrischer Energie oder die Produktion von grünem Wasserstoff geeignet ist.
Ausgehend von einer umfassenden Metocean-Analyse europäischer Offshore-Standorte wurde eine standortübergreifende Entwurfsmatrix entwickelt, die zentrale Umwelt- und Betriebsparameter systematisch berücksichtigt. Darauf aufbauend wurde ein modular aufgebauttes Tension-Leg-Platform-(TLP)-Konzept mit zylindrischen Strukturelementen entworfen und hydrodynamisch bewertet. Die Leistungsfähigkeit des Systems wurde durch numerische Analysen sowie durch Modellversuche in Wellenbecken experimentell validiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass modulare TLP-Strukturen ein vielversprechender Ansatz für flexible, wirtschaftlich skalierbare Offshore-Energieplattformen sind und einen Beitrag zur Integration erneuerbarer Energien und Power-to-X-Technologien im Offshore-Bereich leisten können
Teilschlussbericht der HOLM GmbH zum BMDV-Verbundprojekt Campus FreeCity, Teilvorhaben: "Gesamtkoordination und Ethische und andere Implikationen (ELSI)", inkl. Veröffentlichungen: ELSI – Handlungsleitfaden zum Verbundvorhaben Campus FreeCity, S. 122 - 149, Whitepaper Smart Mobility – Konzept, Aktivitäten und Lessons Learned zum Bürgerdialog im Verbundprojekt Campus FreeCity für den Berichtszeitraum 11/2021 – 10/2024, S. 167 - 182.
Full text linkDer urbane Verkehr ist geprägt durch hohe Verkehrsdichte, Staus, lokale Emissionen und hohen Flächenverbrauch. Der Verkehr erfolgt weitgehend unkoordiniert, sein Potential wird bei Weitem nicht ausgeschöpft. Diese systemischen Probleme erfordern einen umfassenden Lösungsansatz. Mit „Campus FreeCity“ sollte erstmals ein gesamthafte Lösungsansatz im Labormaßstab beforscht und demonstriert werden. Im Fokus stand das Thema hochautomatisiertes Fahren modularer Roboterfahrzeugflotten (CityBots). Die Projektpartner untersuchten dazu Herausforderungen und Lösungsmöglichkeiten zentraler Elemente dieses Ansatzes im Reallabor: https://www.campusfreecity.de/projekt. Teilvorhaben: Übergeordnete Projektmanagement, inhaltliche und organisatorische Schnittstelle des Konsortiums, Vernetzung an der Schnittstelle Wissenschaft, Politik und Wirtschaft, Koordination von Bürgerdialogen sowie Gewährleistung des Wissenstransfers aus einer Gesamtverbundsperspektive (kurz: Gesamtkoordination, übergeordnetes Projektmanagement), ELSI-Begleitung. Der Berücksichtigung von ethischen, rechtlichen und gesellschaftlichen Auswirkungen (Ethical, Legal and Social Implications) sollte von Projektbeginn an Rechnung getragen werden. Die ELSI‐Arbeiten in diesem Projekt haben dazu beigetragen, bereits während des Entwicklungsprozesses, Handlungsempfehlungen mit Bezug auf Ethik, Nutzer‐Datensouveränität, Datensicherheit und gesellschaftliche Akzeptanz zu erarbeiten. Das Innovationsprojekt liefert wichtige Erkenntnisse für autonomes Fahren in der Stadt. Das Konsortium erzielt Fortschritte bei der Entwicklung autonom fahrender, multifunktionaler Fahrzeugkonzepte in Smart-Mobility-Umgebungen.
inkl. Veröffentlichungen: ELSI – Handlungsleitfaden zum Verbundvorhaben Campus FreeCity, S. 122 - 149, Whitepaper Smart Mobility – Konzept, Aktivitäten und Lessons Learned zum Bürgerdialog im Verbundprojekt Campus FreeCity für den Berichtszeitraum 11/2021 – 10/2024, S. 167 - 182
Bioökonomie International 2019: ScampiLys - Produktion von Lysin aus Shrimpabfällen für Futtermittelzusatzstoffe unter Nutzung eines metabolisch optimierten Vibrio natriegens Stammes
Full text linkDie Zusammenarbeit zwischen der Hanoi University of Science and Technology (HUST) und der Professur für Bioverfahrenstechnik an der TU Dresden hatte das Ziel, neue Verfahrensansätze für die Nutzung von Shrimpabfällen zu entwickeln, deren Entsorgung in Vietnam ein zunehmendes Umweltproblem darstellt. Dabei war die HUST für die Entwicklung von effizienten Hydrolysemethoden für die Shrimpabfälle zuständig und die TU Dresden für die Konstruktion eines Produktionsstamms zur Umwandlung der Chitinmonomere Glukosamin und N-Acetly-Glukosamin in die Aminosäure L-Lysin. Vibrio natriegens, der am schnellsten wachsende bisher bekannte nicht-pathogene Mikroorganismus, hat sich als vielversprechender Chassis-Stamm für Anwendungen in der synthetischen Biologie und Biotechnologie erwiesen. Der Organismus ist extrem salztolerant und kann Chitinmonomere sehr effektiv verwerten. Daher wurde dieses Bakterium als Basis für die Konstruktion eines Lysinproduzenten gewählt. Die Arbeiten an der TU Dresden fokussierten auf die Aufklärung der genetischen Basis und Regulation des Lysinstoffwechsels in V. natriegens, dem metabolic engineering von V. natriegens um eine Lysinproduktion zu ermöglichen sowie der Untersuchung des Stoffwechsels von V. natriegens, um weitere Produktivitätssteigerungen durch eine Manipulation des ATP-Stoffwechsels zu ermöglichen.
Zunächst wurde der Aufbau und die Regulierung des Biosynthesewegs für L-Lysin und verwandte Aminosäuren der L-Aspartat-Familie (AFAAs) in V. natriegens DSM759 analysiert, um eine umfassende Grundlage für künftige metabolische Engineering-Bemühungen zu schaffen, die darauf abzielen, diesen Stamm zu einem Aminosäure-Überproduzenten zu entwickeln. Die Zusammenstellung der automatisch annotierten Genomsequenzierungsdaten ergab das Vorhandensein von Genduplikaten, die für mutmaßliche Isoenzyme für mehrere enzymatische Reaktionen innerhalb dieser Stoffwechselwege kodieren. Die physiologische Rolle dieser Isoenzyme wurde durch Wachstumsphänotypisierung der entsprechenden Gendeletionsmutanten sowie durch enzymatische Assays analysiert. Wir haben das Vorhandensein eines bisher unbekannten monofunktionellen Aspartatkinase-Isozyms nachgewiesen, das hier als Vn.LysC2 bezeichnet wird und sich als unempfindlich gegenüber allosterischer Hemmung durch AFAA erweist. Darüber hinaus wurden funktionelle Duplikate der Enzyme L-Aspartat-Semialdehyd-Dehydrogenase und Dihydrodipicolinat-Synthase identifiziert. Mit Hilfe von RNA-Sequenzierungsexperimenten wurde die durch AFAAs vermittelte Transkriptionsregulierung sowohl auf die entsprechenden Biosynthesewege als auch auf den globalen Stoffwechsel untersucht. Die Anwesenheit von L-Lysin, L-Threonin, L-Isoleucin und L-Methionin führte zu einer transkriptionellen Repression der jeweiligen Biosynthesewege.
Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Lysin-produzierende V. natriegens Stämme konstruiert. Dabei erwies es sich als essentiell, eine DapA Mutante einzusetzen, die durch Mutation resistent gegenüber einer Feedback-Inhibierung durch Lysin gemacht wurde. Die Lysinproduktion wurde durch die parallele Überexpression der von Natur aus Lysin-resistenten Aspartatkinase Vn.LysC2 weiter erhöht. Untersuchungen zur Medienoptimierung zeigten, dass eine Schwefellimitation in definierten Mineralmedien zu den höchsten Lysinerträgen führt. In Schüttelkolbenversuchen wurden Lysinerträge von 0,13 mol/mol bezogen auf verbrauchte Glukose erzielt. Der gleiche Stamm war in der Lage, das Chitin-Monomer N-Acetylglucosamin mit einem Ertrag von 0,09 mol/mol zu Lysin umzuwandeln, während auf den Chitinmonomer Glucosamin keine Lysinproduktion beobachtet wurde.
Weiterhin wurde die Möglichkeit untersucht, die Glukoseaufnahmeraten und damit die spezifischen Produktivitäten von V. natriegens Stämmen durch eine Manipulation des ATP-Stoffwechsels weiter zu erhöhen. Dazu wurden ATP-verbrauchende Enzyme (ATPasen) in unterschiedlichen Stärken im Produktionsstamm exprimiert und die physiologische Antwort der Zellen unter verschiedenen Wachstumsbedingungen untersucht. Es wurde gezeigt, dass sich die Glukoseaufnahmeraten von V. natriegens unter aeroben Bedingungen nicht weiter steigern lassen, solange die Zellen exponentiell wachsen. Im Gegensatz dazu zeigen stationäre Zellen eine bis zu dreimal höhere Glukoseaufnahme wenn der ATP-Verbrauch künstlich gesteigert wurde.
Zusammengenommen stellen diese Ergebnisse wichtige Grundlagen für die Etablierung von V. natriegens als Produktionsorganismus für die Aminosäure Lysin und die weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit dieses Organismus für industrielle Herstellungsprozesse dar
Determining the electric field in a 10 ns pulsed plasma in fuel-air mixtures using EFISH
Full text linkTransient plasma ignition (TPI) utilizes non-equilibrium plasmas, produced by nanosecond high-voltage pulses, to improve lean-fuel combustion performance and reduce emission. It is known that the relatively high reduced electric field ( E / N ) in TPI plays an important role in generating energetic electrons and facilitating energy-efficient radical productions, resulting in reliable ignition for lean combustion. Determining the reduced electric field in the discharge is hence important for the understanding of the TPI process and ultimately allowing for the control of the plasma chemistry. This study reports spatiotemporally resolved measurements of the electric field ( E ) in a 10 ns pulsed plasma that is produced by a pin-to-pin electrode configuration in extremely lean CH 4 /air mixtures, with the equivalent ratio (ϕ ) ranging from 0.4 to 0.8, at 1 bar using the electric field induced second harmonic generation technique. At a relatively low voltage such as 8 kV, a streamer discharge is typically initiated between the electrodes. The peak electric field was found to be 45 kV cm −1 , corresponding to an E / N of 184 Td, for an 8 kV pulse in a lean (ϕ = 0.4) CH 4 /air mixture at 1 bar. Increasing the pulse voltage to be ⩾ 13 kV under a single pulse operation would cause the discharge to transition to a spark, which was found necessary to achieve reliable ignition for combustion. The peak E was measured to be 66 kV cm −1 or an E / N of 405 Td, for a 13 kV pulse. Interestingly, the E reaches its maximum during the rising phase of the voltage pulse and drops quickly as the current increasing. The radially symmetric electric field was found highest near the high voltage pin, followed by that near the ground pin, and lowest near the midplane. The effect of the pulse repetition frequency on E / N was studied by employing two-pulse sequences with various pulse-to-pulse delays ranging from 10 to 1000 µ s. Measurements of the electric field during the 2nd voltage pulse revealed that the transient spark occurred at a lower voltage with a lower peak E ( i.e. 40–48 kV cm −1 ), but corresponding to a greatly enhanced E / N due to the elevation in the gas temperature of the discharge. In addition, the impact of ϕ on E was found insignificant, implying that the measurements obtained at the extreme lean conditions can be applied to stoichiometric or richer fuel-air mixtures
Entwicklung und Implementierung einer Model-Based Test Factory für die automatische Erstellung einer Testspezifikation
Full text linkIm Rahmen des Forschungsprojektes MBPLE4Mobilty hat die HMG Systems Engineering GmbH die Methodologie „HMG-Model Based Test Factory“ entwickelt und implementiert. Die Methodologie und ihre Umsetzung in einer Werkzeugkette ermöglichen die automatische Erstellung einer Testspezifikation, die für verschiedene Projekte und Kunden anwendbar sein kann. Das Methodologiekonzept wurde unabhängig von jeglichen Modellierungswerkzeugen definiert. Damit kann die Test Factory TF flexibel mit auf dem Markt verfügbaren Werkzeugen für Modellierung und Testmanagement angewendet werden.
Die TF besteht aus 4 Modulen, die von den Systemanforderungen bis hin zur Testspezifikation für die manuelle oder automatische Testausführung miteinander verbunden sind. Durch die Core Model-Methodik ermöglicht die TF die Analyse von System-, Produkt- und Kundenanforderungen zusammen mit Interessen und Aufgaben für die Erstellung eines sauberen Anforderungsmodells. Anschließend ermöglicht die Test Factory die Erstellung von Testmodellen mit SysML-Artefakten, die Funktionen verwenden, die in Bibliotheken gruppiert und entsprechend dem SystemUnderTest klassifiziert sind. Das Testmodell wird auf globaler und lokaler Ebene parametrisiert, wodurch ein allgemeines 150%-Testmodell bestimmt wird. Durch die Zuweisung von Szenarien und projektspezifischen Parameterwerten wird automatisch anhand eines 100%-Testmodells eine Testspezifikation für das jeweilige Projekt generiert. Die TF ermöglicht die Generierung von Spezifikationen für die manuelle oder automatische Testdurchführung.
Die Modellierung, Parametrisierung, Variabilität und Rückverfolgbarkeit erhöhen die Wiederverwendbarkeit von Testspezifikationen. Die verbessern die Konsistenz von Projekten und sparen bis zu 50% Zeit und Ressourcen. Die Einsparungen führen einem geringeren ökologischen Fußabdruck. Das Projekt hat die BMWK-Ziele im Rahmen der Dekarbonisierung durch die Förderung modellbasierter Mobilitätsentwicklungsprojekte unterstützt.As part of the MBPLE4Mobilty research project, HMG Systems Engineering GmbH has developed and implemented the "HMG-Model Based Test Factory" method. The methodology and its implementation in a tool chain enable the automatic generation of a test specification that can be used for various projects and customers. The concept was defined independently of any modelling tools. This means that the Test Factory TF can be used flexibly with each modelling and test management tools available on the market.
The TF consists of linked 4 modules, going from the system requirements to the test specification for manual or automatic test execution. Through the Core Model methodology, the TF enables the analysis of system, product and customer requirements together with interests and tasks for the creation of a clean requirements model. Subsequently, the Test Factory enables the creation of test models using SysML artefacts by defining functions grouped in libraries and classified according to the SystemUnderTest. Then, the test model is parameterised at global and local level, determining a general 150% test model. By assigning scenarios and project-specific parameter values, a test specification is automatically generated for the respective project based on a 100% test model. The TF enables the generation of exportable test specifications for manual or automatic execution. Characteristics such as modelling, parameterisation, variability and traceability increase the reusability of test specifications. They improve the consistency of projects and save up to 50% of time and resources. savings lead to a smaller ecological footprint.
The project was aligned with the BMWK's decarbonisation goals by promoting model-based mobility development projects
Sachbericht zum Verwendungsnachweis
Full text linkIm Fokus des Verbundprojektes RENA stand die Entwicklung einer optimierten ex-situ Remediationsstrategie für mehrfach (hier radiochemisch und organisch) kontaminierte Böden. Die Motivation war, praktikable und belastbare Parametrisierungen für numerische Simulationen zur besseren Vorhersagbarkeit der Remediations-Effizienz und die Entwicklung eines diesbezüglichen Anwendungstools auf Basis der reaktiven Transportmodellierung zu generieren. Bei den im Rahmen des Projekts gewählten kontaminierten Substrate aus Rossendorf und Rheinsberg ergab sich nach detaillierter Charakterisierung, dass es sich um gering verwitterte eiszeitliche fluviatile Sande basischen pH-Werts mit geringer Kationenaustauschkapazität (KAK) und geringen natürlichen Organikanteilen handelt. Nur geringe Gehalte an Tonmineralen und geringe Bioverfügbarkeit der untersuchten Elemente konnte ebenfalls festgestellt werden, somit stehen nur wenig Nährstoffe im Ausgangsmaterial für das Wachstum von Mikroorganismen und Pilzen zur Verfügung. Eingehende Untersuchungen zeigten einen hohen Anteil der Kontamination in der Ton- und Siltfraktion, welche durch eine einfache Siebung/Schlämmung separiert werden und schon signifikant das zu sanierende Substratvolumen verringern könnte. Die direkte Behandlung mit einem Weißfäulepilz (Schizophyllum commune) zeigte bei Zugabe von optimiertem Nährmedium ein Wachstum auf den Substraten bis zur kompletten Verschließung der Porenräume, Veränderung des Porengefüges und Permeabilitätsreduktion des Substrats in Kleinstsäulenexperimenten. Ein Upscaling dieser Versuche sollte als ein nächster Schritt angedacht werden (µCT Ortsauflösung ist hier eine Herausforderung). Die Verwendung von aus Pilzkulturen separierten Hyphenexsudaten zeigte eine hohe Mobilisierung von Metallen und könnte als ein Vorbereitungsschritt der Erhöhung der Metall-Bioverfügbarkeit ohne Veränderung der Porenraumgeometrie gesehen werden
Abschlussbericht
Full text linkDas Projekt HyBEST untersuchte die technische und wirtschaftliche Machbarkeit einer wasserstoffbasierten Wärmeversorgung im Gewerbecluster Rheinhafen Karlsruhe. Ziel war die Entwicklung eines Transformationspfades für Bestandsquartiere unter realen Bedingungen mit einem Erdgas-Wasserstoff-Mischbetrieb in der Übergangsphase. Die Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie, die Neufassung der EU-Gasbinnenmarktrichtlinie, die Festlegung des Wasserstoff-Kernnetzes sowie die Veröffentlichung der Kommunalen Wärmeplanung in Karlsruhe während der Projektlaufzeit hatten erhebliche Auswirkungen auf die Zielsetzung des Projekts.
Ergebnisse und Kernaussagen:
- Langfristig stellt die leitungsgebundene Versorgung die einzige realistische Option für die Bereitstellung größerer Mengen Wasserstoff dar. Der Inselbetrieb und lokale Elektrolyse bleiben Lösungen für begrenzte Anwendungsfelder, die mit hohen Kosten und regulatorischen Hürden verbunden sind.
- Ein Mischbetrieb von Erdgas und Wasserstoff ist neben technischen Herausforderungen auch regulatorisch nicht umsetzbar. Wenn eine leitungsgebundene Versorgung von Gewerbegebieten mit Wasserstoff erfolgen soll, muss diese parallel zu bestehenden Erdgasinfrastruktur errichtet werden.
- Die Versorgung einzelner Gewerbebetriebe innerhalb eines Gewerbeclusters mit leitungsgebundenem Wasserstoff ist eine Option, wenn diese in unmittelbarer Nähe zu einem Ankerkunden gelegen sind.
- Die Modellierung des Energiesystems im Untersuchungsgebiet zeigt, dass Wärmepumpen in allen Szenarien als kosteneffiziente Lösung dominieren. Wasserstoff spielt im Wesentlichen bei der Spitzenlastdeckung eine Rolle.
- Die Errichtung eines Wasserstoff-BHKW zur Wärmeversorgung eines Gewerbebetriebs war trotz staatlicher Förderung nicht umsetzbar. Gründe sind die Unsicherheit über die zukünftige Verfügbarkeit von leitungsgebundenem Wasserstoff sowie hohe Betriebskosten für die dezentrale Versorgung.
- Die energetische Transformation von Gewerbeclustern erfordert klare regulatorische Vorgaben und eine sektorenübergreifende Wärmeplanung auf kommunaler Ebene. Gewerbecluster sollten frühzeitig Energiekonzepte entwickeln, die auf Effizienz, Elektrifizierung und Integration in Wärmenetze setzen. Wasserstoff bleibt eine Nischenlösung für industrielle Prozesse und Spitzenlast, nicht für die flächendeckende Wärmeversorgung
