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Abschlussbericht zum Teilvorhaben "Nutzung verteilter, dynamische, modulare Systemarchitektur für Multi-Modell-basierte Anonymisierung und Privacy-Enhancement Ansätze im Bereich Gesundheitsdaten" im Verbundprojekt "Anonymisierung persönlicher Gesundheitsdaten durch Erzeugung digitaler Avatare in Medizin und Pflege - AVATAR"
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Sachbericht zum Verwendungsnachweis
Full text linkAls einer der ersten Unterzeichner der San Francisco Declaration on Research Assessment (DORA) ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ein aktiver Unterstützer der Reform der Forschungsbewertung. Ein Teil der Forschungsbewertung basiert traditionell auf bibliografischen Metadaten und bibliometrischen Indikatoren. Die Erhebung dieser Kennzahlen liegt meist im Tätigkeitsbereich der wissenschaftlichen Bibliotheken. Die KIT-Bibliothek bietet ebenfalls Beratung und Services im Bereich Bibliometrie und Reporting an. Ferner ist sie an Prozessen der Reform der Forschungsbewertung beteiligt und ein aktiver Fürsprecher für die DORA-Empfehlungen.
Das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderte Projekt "Entwicklung eines Referenzmodells zum Reporting in wissenschaftlichen Einrichtungen anhand von DORA – ERRED" strebt die Entwicklung eines alternativen, übertragbaren Modells zur Forschungsbewertung an. Insbesondere umfasst dies die Entwicklung eines alternativen Sets an Indikatoren, das die Diversität im Forschungsalltag und im Output sowie verschiedene Karrierestufen berücksichtigt.
Im vorliegenden Sachbericht werden die Ergebnisse und die erfolgreich abgeschlossenen Arbeitspakete beschrieben. Darüber hinaus werden die Erfolgsfaktoren und Limitationen des Projekts dargestellt sowie mögliche Nachfolgeprojekte und Maßnahmen aufgezeigt
IBZT-01: MiRAGE - Mikrogel-Gegenstrom-Fluss-Reaktor für die automatisierte Glykansynthese mit immobilisierten Enzymen; (Partner 2 - DWI, Pich)
Full text linkGlykane sind aus Monosacchariden aufgebaute Ketten und gehören zu den häufigsten Biopolymeren. Sie erfüllen zentrale biologische Funktionen, etwa in der Zellkommunikation sowie bei der Faltung und Stabilisierung von Proteinen. Glykane finden aufgrund ihrer Bedeutung vielfältige industrielle Anwendungen, etwa in Medizin, Ernährung und Kosmetik. Die chemische Synthese komplexer Glykane ist höchst anspruchsvoll, da zahlreiche Schutzschritte und aufwendige Reinigungen erforderlich sind. Enzymatische Verfahren zur Herstellung von Glykanen mittels Leloir-Glykosyltransferasen (GTs) ermöglichen eine gezielte Synthese ohne, dass zahlreiche Schutzritte und Reinigungen durchgeführt werden müssen. Aktuell wird die Nutzung der enzymatischen Verfahren durch anspruchsvolle Expressionsbedingungen, hohe Kosten und fehlende Wiederverwendungsmöglichkeiten der Enzyme begrenzt.
Einen Lösungsansatz bietet der Einsatz immobilisierter GTs, was die Wiederverwendbarkeit und vereinfachte Reinigung der GTs ermöglicht. Bisher wurden jedoch nur wenige GTs erfolgreich (aktiv) immobilisiert, weshalb die Entwicklung robuster Immobilisierungskonzepte vorangetrieben werden muss. Mikrogele sind ein vielversprechendes Trägermaterial, da sie flexible Optionen zur Enzymanbindung bieten. So können die Enzyme während der Gelbildung eingebettet oder nachträglich abgebunden werden. Das Projekt MiRAGE entwickelte Enzym-Mikrogelsysteme, welche kleine definierte Reaktionsräume für mehrstufige Synthesen schaffen. Diese Enzym-Mikrogelsysteme werden in einem automatisierten Gegenstrom-Durchflussreaktor eingesetzte, um eine präzise Prozessführung durch den kompartimentierten Gegenstrombetrieb zu ermöglichen
Sachbericht zum Verwendungsnachweis
No full textIn diesem Projekt wurde ein interaktiver Demonstrator für Deep Learning (DL) und Neuronale Netze entwickelt, der an Schulen und für Öffentlichkeitsarbeit genutzt werden kann. Mit diesem Ansatz trägt das Projekt DL Demonstrator zum Transferansatz Industriemathematik in der Öffentlichkeit (#MA-THINSIDE) bei. Hierzu wurden Hardware- und Software-Lösungen konzipiert und umgesetzt, um die ausgewählten Anwendungen und konkreten Fragestellungen der Industriemathematik zu veranschaulichen.
Dieser Demonstrator wurde primär für den Einsatz in Schulen umgesetzt. Zusätzlich wurde aufbauend auf der interaktiven Lernumgebung ein weiterer Demonstrator konzipiert, um hier konkrete Beispiel aus dem industriellen Umfeld unseres Kooperationspartners zu visualisieren
Abschlussbericht für das Teilvorhaben: Laserunkrautbehandlung in der Pflanzreihe im Rahmen des Verbundprojekts: Unkrautbekämpfung im Zuckerrübenanbau - Laserbasiertes Unkrautmanagement (LUM)
Full text linkDie Bekämpfung von Unkraut ist Voraussetzung für die Pflanzenproduktion in der Landwirtschaft. Der Einsatz von Herbiziden ist gegenwärtig elementarer Bestandteil der Unkrautkontrolle im konventionellen Landbau. Im Zuckerrübenanbau wird durch die zunehmenden Einschränkungen bei der Verfügbarkeit von Herbiziden und durch das damit zusammenhängende Auftreten von Resistenzen die Bekämpfung der Unkräuter immer schwieriger. Es zeichnet sich ab, dass dies im
Laufe der nächsten Jahre zu einem existenziellen Problem in der Landwirtschaft führen wird.
Von größter Bedeutung für ein effektives Unkrautmanagement sind Unkräuter im Nahbereich zurKulturpflanze (ca. 3% der Anbaufläche). Diese stellen die größte Konkurrenz dar und haben die größtmögliche wuchsschädigende Wirkung auf junge Kulturpflanzen. Der Nahbereich kann bisher nur chemisch oder manuell bearbeitet werden. Verfügbare nicht-chemische maschinelle Verfahren zur Unkrautbekämpfung können nur zwischen den Reihen eingesetzt werden (ca. 90% der Anbaufläche). Die Entwicklung von alternativen maschinellen Verfahren zur Unkrautkontrolle im Nahbereich der Nutzpflanze ist also dringend geboten. Eine Alternative könnte die photonische Unkrautbehandlung darstellen.
Ziel des Teilvorhabens war es daher, die laserbasierte Unkrautbekämpfung im Nahbereich im Zusammenspiel mit maschineller Hacktechnik zu untersuchen und mit diesem Hybridansatz eine vollflächige nicht-chemische Unkrautkontrolle im Zuckerrübenanbau zu demonstrieren
Abschlussbericht
Full text linkViele Forschungsarbeiten an Brennstoffzellensystemen fokussieren sich auf Zellchemie und Stackaufbau zur Steigerung von Leistung und Effizienz. Ziel des Projektes OptiKath ist die Demonstration leistungsdichter, kompakter Brennstoffzellensysteme für unterschiedliche Anwendungen. Im Fokus steht die Optimierung des Kathodenpfads eines Hochleistungs-Brennstoffzellensystems zur Erhöhung der volumetrischen Leistungsdichte und Effizienz gegenüber kommerziellen Systemen. Dies soll durch eine gezielte Optimierung des Kathodenluftsystems hinsichtlich Druck und Feuchte erreicht werden.
Es sollen systematisch verschiedene Befeuchtungskonzepte bewertet werden, auf deren Basis ein ganzheitliches Wassermanagementsystem aufgebaut und getestet wird. Eine begleitende 1D-Simulation unterstützt die Systemauslegung und liefert realitätsnahe Lastzyklen. Ein
Gesamtsystemdemonstrator wird aufgebaut und erprobt. Zur Bewertung der Leistungsdichtesteigerung wird das System mittels CAD in ein Fahrzeug integriert.
Ziel des Projektes OptiKath ist die Erschließung neuer Anwendungsfelder für Brennstoffzellentechnologien mit hohen Anforderungen an Leistungsdichte und Bauraum mit folgendem Focus:
- Steigerung der Leistungsdichte von mobilen Proton-Exchange-Membrane (PEM) Brennstoffzellensystemen
- Vereinfachte Integration in Fahrzeugbauräume durch Entkoppelung der notwendigen Komponenten im Kathodenpfad vom Brennstoffzellen-Stack
- Erweiterung des Baukastens für Kathodenpfad-Topologien durch detaillierte Untersuchung alternativer Konzepte für Befeuchtung und Ladeluft-Kühlung
- Optimierung der Methodik zur Feuchtemessung im Bereich der Sättigung bei über 80 °C Umgebungstemperatur
- Erweiterung des Prüfangebotes im Bereich Kathodenpfad und Wassermanagement
- Kompetenzaufbau bei CFD- und 1D-Simulationen von Mehrphasenströmungen
- Aufbau der Kompetenz und der Prüfstandsumgebung für Brennstoffzellen-Entwicklungsprüfstände von Heavy-Duty und High-Performance-AnwendungenMuch research into fuel cell systems focuses on cell chemistry and stack design to increase performance and efficiency. The aim of the OptiKath project is to demonstrate high power density, compact hydrogen fuel cell systems for various applications. The focus is on optimizing the cathode path of a high-performance fuel cell system to increase volumetric power density and efficiency compared to commercial systems. This is to be achieved by specifically optimizing the cathode air system in terms of pressure and humidity.
Various humidification concepts are to be systematically evaluated, on the basis of which a holistic water management system will be developed and tested. An accompanying 1D simulation supports the system design and provides realistic load cycles. An overall system demonstrator will be set up and tested. To evaluate the increase in power density, the system will be integrated into a vehicle using CAD.
The goal of the OptiKath project is to open up new fields of application for fuel cell technologies with high requirements in terms of power density and installation space, with the following focus:
- Increasing the power density of mobile proton exchange membrane (PEM) fuel cell systems
- Simplified integration into vehicle installation spaces by decoupling the necessary components in the cathode path from the fuel cell stack
- Expanding the modular system for cathode path topologies by conducting a detailed investigation of alternative concepts for humidification and charge air cooling
- Optimizing the methodology for measuring humidity in the saturation range at ambient temperatures above 80 °C
- Expanding the range of tests offered in the area of cathode path and water management
- Building expertise in CFD and 1D simulations of multiphase flows
- Building expertise and test bench environment for fuel cell development test benches for heavy-duty and high-performance application
Sachbericht
Full text linkDie techno-ökonomische Bewertung (TEA) dient als Analyse zur Zielsetzung für eine Zielkostenanalyse für eine potenzielle kommerzielle Umsetzung der im Verbundprojekt durch die Projektpartner entwickleten Prozesse, speziell der enzymatischen Umsetzung von CO2 zu DHA und der Co-Polymerisierung von DHA. Sie soll nicht als Rentabilitätsnachweis anhand von Anlagendaten verstanden werden, alle bisher verfügbaren experimentellen Daten stammen aus Laborversuchen (TRL 3–4) der DHA-Kaskade an der RWTH Aachen und der DHA-basierten Polymerarbeit am Fraunhofer IAP. Um ein Modell für eine potenzielle Kommerzialisierung zu entwickeln wurden bereits kommerziell verfügbare vergleichbare Prozesse genutzt und mit den vorhandenen Daten verglichen. Dabei wurden CO₂-zu-Ethanol- und PLA-Wertschöpfungsketten verwendet, um glaubwürdige Leistungs- und Kostenziele zu definieren. Die dargestellten Zahlen sind Szenarioziele, die auf diesen Analogien basieren, nicht auf Messungen. Die technoökonomische Analyse vergleicht die enzymatische CO₂-zu-DHA-Kaskade und ihre nachgelagerte Polymerisation zu DHA-basierten Polymeren mit den Leistungs- und Kostenstrukturen der CO₂-zu-Ethanol-Fermentation und der Lactatpolymerisation zu PLA.
Das Ziel besteht nicht darin, die Rentabilität nachzuweisen, sondern quantitative Ziele für die Skalierung der Technologie von TRL 3-4 auf TRL 6-7 festzulegen und realistische Wege zur techno-ökonomischen Parität mit ausgereiften Verfahren zur Kohlenstoffverwertung und zur Herstellung von Biopolymeren zu definieren