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In der vorliegenden Diplomarbeit wird ein Konzept zur hochverfügbaren Anbindung von Computernetzwerken an externe Private-Cloud-Rechenzentren erarbeitet und getestet. Dafür wurde im Vorfeld eine Anforderungsanalyse zur Ermittlung der Anforderungen an diese hochverfügbaren Anbindungen durchgeführt. Im Folgenden wurden Technologien zur Erfüllung der Anforderungen ermittelt, kombiniert und auf Nutzwerte verglichen. Die Kombination der Technologien mit dem höchsten Nutzwert wurde in einem Prototyp umgesetzt und in einer Testumgebung auf die Erfüllung der Anforderungen getestet. Ziel dieser Arbeit war es dabei ein herstellerneutrales, infrastrukturunabhängiges und in verschiedenen Anwendungsfällen nutzbares Konzept zu entwickeln. Diese Unabhängigkeit und Offenheit soll es ermöglichen, dieses Konzept in verschiedenen Szenarien, welche eine Anbindung von Computernetzwerken an externe Private-Cloud-Rechenzentren erfordern, einsetzen zu können. Dadurch soll die Zeit zur Konzeption einer Lösung in der Praxis erheblich gesenkt werden.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden die Möglichkeiten zur Reduzierung der Eiseneinträge und der damit verbundenen Verockerung des Elligastbaches betrachtet.
Ziel ist es, durch bauliche Maßnahmen die einströmenden Einträge so weit zu verringern, dass ein guter ökologischer und chemischer Zustand des Berichtsgewässers Elligastbach erreicht werden kann. Um die Rückkehr von Lebewesen und Pflanzen in ein Gewässer zu ermöglichen, ist ein guter Gewässerzustand von elementarer Wichtigkeit.
Alle erforderlichen Schritte, die zur Vorbereitung der Wiederherstellung des guten Zustandes notwendig sind, zu denen die baulichen Maßnahmen und Eingriffe in das Gewässer im Wesentlichen zählen, werden in der vorliegenden Arbeit erläutert. Neben der Historie des Standortes und den rechtlichen Grundlagen, werden die Schwerpunkte wie die Probenahme zur Erfassung der anfallenden Menge an Eiseneinträgen, sowie die möglichen Auswirkungen auf das Gewässer beschrieben und daraus resultierend eine Vorstellung verschiedener Varianten bzw. Ausführungen von Maßnahmen zur Ockerreduzierung dargestellt. Die nützliche Verwertung des anfallenden Ockerschlamms ist ein weiterer Punkt in der vorliegenden Arbeit.
In dieser Arbeit wird dargestellt, wie durch eine Beeinflussung der Separation von Druckdaten durch ICC-Profile der Verbrauch an Farbmittel (Tinte) im industriellen Inkjetdruck reduziert werden kann.
Mittels geeigneter Software wurden ICC-Profile mit unterschiedlichen Separationseigenschaften erstellt, deren Potenzial zur Farbmittelreduzierung durch dafür erstellte Testformen ermittelt und in Zusammenhang zur farbmetrischen Qualität gesetzt. Dabei konnte in der betrachteten Produktionsumgebung eine Reduzierung der benötigten Farbmenge im zweistelligen Prozentbereich gegenüber der Herstellereinstellung erreicht werden ohne dabei die definierten Qualitätskriterien zu verletzen.
Die Ergebnisse wurden durch Druckversuche mit realen Kundenaufträgen verifiziert und auf einem baugleichen Drucksystem erfolgreich reproduziert.
Auswirkungen auf die Umwelt wurden aufgezeigt, konnten im Rahmen dieser Arbeit aber nicht quantifiziert werden. Hierzu sind nach Ansicht des Autors weitere Untersuchungen notwendig.
Im Jahr 2022 hat die Warema Renkhoff SE entschieden den Energieträger Wasserstoff (H2) als eine Erdgasalternative für die Beheizung der Pulverlacköfen im Rahmen von zwei Abschluss- arbeiten untersuchen zu lassen. Eine andere Arbeit befasste sich mit den unterschiedlichen Möglichkeiten der Versorgung mit H2. In der hier vorliegenden Arbeit wurden die unterschied- lichen Aspekte für den Einsatz des neuen Energieträgers in der Fertigung betrachtet.
Recherchen zu einem möglichen H2-System zeigten, dass alle Komponenten bereits heute verfügbar sind. Manche, wie z.B. ein 100%-H2 Brenner, befinden sich aber noch im Proto- typenstadium. Zurzeit existieren noch keine Regelwerke für die Installation und Betrieb von H2-Sytemen, die den Stand der Technik abbilden. Die Erarbeitung solcher Regelwerke wurde in 2023 begonnen und wird einige Zeit in Anspruch nehmen.
Um unterschiedliche Konfigurationen von H2-Systemen untereinander und mit dem existie- renden Erdgassystem vergleichen zu können, wurde in dieser Arbeit ein Tool entwickelt. Dieses Bewertungs- und Entscheidungstool erlaubt es das System zu konfigurieren und nach Kosten, Risiken und CO2-Emissionen zu bewerten. Die Bewertung erfolgt nach dem Prinzip einer um- gekehrten Nutzwertanalyse. Im Tool wurde beispielhaft die Pulverbeschichtungsanlage 1 am Standort Marktheidenfeld abgebildet.
Wasserstoff gilt aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften als besonders schwierig in der Handhabung und gefährlicher als z.B. Erdgas. Die Risikobewertung bildet auch deshalb den Hauptteil des Tools. Die Risikobewertung wurde so gestaltet, dass sie wissenschaftlich fundiert und dennoch einfach anzuwenden ist.
Im fertigen Tool wurden einige Konfigurationen miteinader verglichen. Es zeigt sich, dass das derzeitige Erdgassystem sowohl bei den Kosten als auch bei den Risiken von keinem H2- System erreicht werden kann. Ohne zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen bzw. -maßnahmen beim H2-System ist das Risiko bei manchen Risikoszenarien zu hoch. Ein großes Risiko beim H2-System geht aber auch von der fehlenden Erfahrung und Komponenten, welche sich noch in Entwicklung befinden, aus.
Zum Abschluss wurde die Rentabilität eines H2-Systems betrachtet. Dazu wurden die im Tool ermittelten Investitionskosten für ein H2-System verwendet. Für unterschiedliche Erdgas- preise und Amortisationszeiträume wurde der H2 Preis berechnet, ab dem sich die Investition amortisiert. Zum Beispiel müsste der H2 Preis unter 5 €/kg liegen (heute ca. 10 €/kg), damit sich das System beim heutigen Erdgaspreis von 0,15 €/kWh nach 5 Jahren amortisieren kann.
Aus dieser Arbeit können direkte Handlungsempfehlungen für Warema abgeleitet werden. So scheint es aus mehreren Gründen sinnvoll mit der Installation eines H2-Systems noch 2–3 Jahre zu warten. In dieser Zeit werden z.B. die Normen für H2-Installationen fertiggestellt. Wenn ein H2-System installiert wird, sollte man zuerst nur einen Brenner auf H2 umstellen. So fallen die Anfangsinvestitionen deutlich niedriger aus und die Reduktion der CO2-Emissionen ist dennoch beträchtlich (bis zu 50%!). Gleichzeitig kann Erfahrung mit H2 im Unternehmen gesammelt werden.
Durch die stetig gestiegen Energiepreise wird heutzutage, bei der Abwasserreinigung, die Verwendung von Reinsauerstoff für die Belüftung in der zweiten Reinigungsstufe, wieder vermehrt betrachtet. Denn es lassen sich bis zu 40 % Energie im Gegensatz zur konventionellen Belüftung mit Druckluft einsparen. Wenn Reinsauerstoff heutzutage bereitgestellt wird, kommt diese entweder aus der zentralen Luftzerlegungsanlage oder wird dezentral mittels Druckwechseladsorption bereitgestellt. Eine weitere Methode der dezentralen Versorgung, in die viel Hoffnung gelegt wird, ist die Reinsauerstofferzeugung aus der Wasserstoffelektrolyse.
Alle drei Verfahren haben aus energetischer und ökonomischer Sicht, ihre Vor- und Nachteile, welche ausführlich beschrieben werden.
Es wird allerdings nicht ausreichend, bei der Energieeinsparung nur auf die Reinsauerstoffversorgung zu setzen. Nur mit einer ganzheitlichen Optimierung aller Bereiche, die Einflüsse auf Sauerstoffversorgung haben, wird sich die Umstellung auszahlen.
Um dies darzustellen, wurde für die Arbeit ein Entscheidungstool entwickelt, welche diese energetischen und ökonomischen Einflüsse darstellt.
In der Abfallwirtschaft entstehen durch die Aufarbeitung vielfältige Stoffströme, die ihrerseits verwertet oder beseitigt werden müssen.
In der vorliegenden Arbeit muss ein feuchter Feststoff aus der Abwasseraufbereitung so konditioniert werden, dass vorhandenes metallisches Aluminium entfernt werden kann. Diese Konditionierung ermöglicht die energetische Verwertung in einem Ersatzbrennstoffkraftwerk vor Ort.
Hierzu stehen die Wege der Aufbereitung des anfallenden Feststoffes, sowie eine Feststoff-Feststoff-Separation im Abwasserstrom offen. Die nachträgliche Konditionierung des Feststoffes ist auch mit hohem Aufwand nicht möglich, so dass Lösungen für die Separation im Abwasserstrom gesucht wurden.
Hier zeigte sich, dass die vorhandenen Fasern einer mechanischen Belastung durch Luftbeaufschlagung nicht aushielten und weiter zerfielen. Das so teilhomogenisierte Abwasser erlaubte die Trennung von Aluminium vom Wasser, ohne das Faserreste im großen Maßstab mit abgetrennt wurden.
Diese Laboruntersuchungen müssen für eine praktikable Anwendung in einem zweiten Schritt auf ein Technikumsmaßstab hochskaliert werden.
Reduzierung von Kunststofffolien, die im Vergärungsprozess der Anlage Kempten-Schlatt anfallen, zur Einhaltung gesetzlicher Grenzen. Analyse und Versuch einer Festlegung optimaler Siebgeschwindigkeiten zur maximalen Auslastung des Nahinfrarot Detektors und somit Reduzierung des Kunststoffanteils im zu vergärenden Produkt.
Durch die bodenbezogene Verwertung von Klärschlamm werden synthetische Polymere in die Umwelt ausgebracht. Die Umweltverträglichkeit synthetischer
Polymere ist noch nicht abschließend geklärt ist. Zum Schutz von Mensch und Umwelt wurde das Ausbringen von synthetischen Polymeren durch die
Novellierung des Düngerechts beschränkt. Allerdings gehört ihr Einsatz als Flockungs- und Konditionierungsmittel in der Abwasserbehandlung zum Stand
der Technik. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Auswirkung der Novellierung des Düngerechtes mit dem Ziel Erkenntnisse darüber zu erlangen, ob alternative
Flockungsmittel auf Basis nachwachender Rohstoffe eine Alternative in der Abwasserbehandlung in Deutschland darstellen. Um dies herauszufinden wurden die Ergebnisse verschiedener Untersuchungsprojekte herangezogen sowie die Möglichkeit der Modifizierung alternativer Flockungsmittel zur Effizienzsteigerung bei der Schlammentwässerung betrachtet.
In den Untersuchungsprojekten konnte nachgewiesen werden, dass alternative Polymere grundsätzlich synthetische Polymere ersetzen können. Der erhöhte
Flockungsmittelbedarf stellte sich allerdings als problematisch heraus und stellte die Anlagenbetreiber vor neue Herausforderungen. Dies zeigt, dass die Steigerung der Effizienz alternativer Flockungsmittel für den praktischen Einsatz von Bedeutung ist. Um eine Aussage treffen zu können, ob sich in Deutschland eine Investition in die Weiterentwicklung alternativer Flockungsmittel und in die Durchführung großtechnischer Untersuchungen lohnt, sollte geprüft werden, wie viele Kläranlagen in Zukunft ihren Klärschlamm noch bodenbezogen verwerten dürfen.
Das menschliche Genom kann trotz seiner Vielfalt und seiner über 20.000 Gene die Komplexität des Lebens und des Verhaltens nicht ausreichend abbilden. Die Epigene-tik als Teilgebiet der Genetik erlaubt eine fein regulierte Variabilität zwischen Genex-pression einerseits und der Umweltfaktoren andererseits. Die Evolution hat sich diese Option erschlossen, durch den modulierbaren epigenetischen Code die Genexpres-sion an das jeweilige Habitat anzupassen.
Dabei haben sich 2 Mechanismen herauskristallisiert. Zum einen werden die Basen der DNA mit funktionellen Gruppen (z. B. Methylierung, Azetylierung) versehen, zum anderen wird die Transkription über Histonproteine gesteuert, die ebenfalls durch funktionelle Gruppen (Methylierung, Azetylierung, Phosphorylierung etc.) in ihrer Aktivität reguliert werden können. Damit ergibt sich eine schier unendliche Vielfalt der individuellen flexiblen genetischen Expression und Phänotypen.
Durch die Epigenetik lassen sich zahlreiche biologische Phänomene erklären, wie z. B. die Entwicklung einer Bienenkönigin oder die Phänotypen des Wolfsbarschs oder des Leimkrauts. Aber auch zahlreiche Erkrankungen wie das Angelman/Prader-Willi-Syn-drom können über epigenetische Codierung erklärt werden. Ihre biologische Bedeu-tung belegt die Epigenetik vor allem durch die Anpassungsfähigkeit der Genexpres-sion an Umweltbedingungen. Psychischer Stress, Temperatur, Lärm, Hungerzustände und Xenobiotica können die epigenetischen Muster der Histone und DNA modifizie-ren und an nachfolgende Generationen weitergegeben werden.
Neben biochemischen Grundlagen der Epigenetik werden in der Arbeit physikoche-mische Einflussfaktoren wie Temperatur, Radikale oder Xenobiotika diskutiert. In einem Modell wird ausgehend vom Dipolcharakter der DNA ein Kondensatormodell entwickelt, um die Dynamik epigenetischer Variation molekularbiologisch zu be-schreiben.
Schadstoffe in der Umwelt werden zunächst in Bezug auf ihre Verfügbarkeit mittels einfacher toxokokinetischer Modelle besprochen. Eine Literaturübersicht fasst die bisherigen wichtigsten Ergebnisse der epigenetischen Umwelttoxikologie zusammen und diskutiert daraus resultierende Risiken und Fragestellungen.
Aus den Mechanismen lassen sich diverse Potenziale der Epigenetik für die Biologie, Umweltwissenschaften und Medizin ableiten. Die Übertragung funktioneller Gruppen kann gezielt durch Inhibitoren und Induktoren moduliert werden. So können Wachs-tum und Phänotypen oder biologische Eigenschaften von Pflanzen und Tieren gezielt verändert werden. Die Empfindlichkeit gegenüber toxischen Xenobiotica könnte vermindert werden, ebenso trägt die Epigenetik zum Verständnis der toxodynamischen Wirkung bei. Schließlich profitiert die Medizin davon, Erkrankungen zu verstehen und gewinnt die Perspektive, durch epigenetische Pharmaka Erkrankungen - auch Krebserkrankungen - zu behandeln. Nicht außer Acht gelassen werden darf, dass aus den Techniken auch ein Missbrauchspotenzial erwachsen kann, was gerade im Hinblick auf die Dopingprobleme aufmerksam zu verfolgen ist. Den ethischen Fragen dürfen wir nicht aus dem Weg gehen. Was machbar ist, ist nicht immer gut, aber wo wir Gutes machen können, sollten wir es tun.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Frage nach der sozio-ökologischen Bedeutung, Verantwortung und Zukunft von Städten und untersucht darüber hinaus mögliche theoretische und praktische Lösungsansätze zu dringenden umweltpolitischen Problemen im Zuge der Urbanisierung.
Die Erörterung beginnt in Kapitel 1 mit einer Bestandsaufnahme aktueller Umbruchprozesse der natürlichen Umwelt, die sich global als Symptome des Klimawandels ausdrücken, wobei in einem zweiten Schritt der Mensch als Initiator identifiziert wird und die ihm zuzuschreibenden, massiv zunehmenden, störenden Eingriffe als Hauptauslöser der Negativtrends hergeleitet werden. Weiterhin wird unter Zugrundelegung des Analysekriteriums Ressourcenmanagement die Leitthese formuliert, dass die globale Urbanisierung einer der wichtigsten und ernstzunehmendsten Treiber des weltweiten Ressourcenverbrauchs ist und unter Beibehaltung derzeitig angewandter Modelle für Stadtentwicklung die globalen Bereitstellungskapazitäten für neue Materialien sprengen wird.
Basierend auf den Feststellungen und Prognosen des ersten Teils, widmet sich Kapitel 2 anschließend möglichen Lösungsansätzen für nachhaltige Stadtentwicklung, die im Einzelnen jeweils auf unterschiedlich gelagerten Ebenen des Gesamtkonstruktes ‚Stadt‘ ansetzen. Auch hier werden zunächst wiederum erst das Ausmaß und die drohenden Konsequenzen der bevorstehenden Aufgaben beziffert, wie z.B. Zeiträume und Flächenbedarf zu erwartender Urbanisierungswellen oder auch Verlustmengen fruchtbarer Böden, Wälder und Naturhabitate. Die in der Folge vorgestellten Konzepte sind nach ihrer wissenschaftlichen Bedeutung ausgewählt und werden jeweils kritisch vor dem Hintergrund ihrer Umsetzbarkeit reflektiert, wodurch z.B. auf die Diskussion von strategischer Dichte einerseits ein Exkurs zum geschichtlichen Abriss städtebaulicher Ideale in der Vergangenheit und andererseits ein Abschnitt zu sozialer Integration und Rehabilitierung von Slums folgt. Denn beides liefert relevante Einsichten in die Realität städtischer Gebilde, die für ein holistisches Verständnis von Urbanisierungsfragen elementar sind. Schließlich werden Beitragspotenziale auf der Ebene individueller Akteure und Baueinheiten präsentiert, die z.B. durch grüne Technologien, architektonische Formgebung und Zukunftsvision oder auch Verhaltensänderungen der Bevölkerung erreicht werden können. Ein Zwischenfazit zum multiplikativen Effekt der Maßnahmenmodelle sowie ein Ausblick auf vielversprechende Umsetzungsinstrumente in politischer Hinsicht runden die in Kapitel 2 diskutierte Thematik theoretischer Lösungsansätze nachhaltiger Stadtentwicklung ab.
Kapitel 3 stellt eine Reihe ausgewählter Fallstudien vor, die als praktische Adaptionen der in Kapitel 2 präsentierten Ansätze bereits international Anwendung finden und lokal den materiellen Fußabdruck der betrachteten Städte verbessern. Die Selektion der Fallstudien ist nach ökologischen Sektoren gegliedert – betrachtet werden Beispiele aus den Bereichen Energie, Abfallmanagement, Wasser- und Luftreinhaltung.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Bedeutungsschwere von Städten für die zukünftige Entwicklung globalen Ressourcenmanagements festzustellen, auszuformulieren und nach aktuellen Quellen zu beziffern. Darauf basierend sollen die wichtigsten Ansatzpunkte zur Implementierung nachhaltiger Systeme und urbaner Umweltneutralität vorgestellt, kritisch reflektiert und hinsichtlich ihres Potenzials bewertet werden. Das Ziel der Fallstudienpräsentation im dritten Teil ist die Veranschaulichung der zuvor diskutierten Theorie an konkreten Beispielen, die als Pionierprojekte eventuell auch von anderen Städten in ähnlicher Weise umgesetzt werden könnten. Zukünftige Stadtplanung muss aus den Entwicklungen von Vergangenheit und Gegenwart alle Lehren ziehen, um die bevorstehende Urbanisierung im 21. Jahrhundert als Chance nutzen zu können. Welche Problemstellungen sich pro Betrachtungsebene ergeben, welche theoretischen Lösungsmodelle existieren und durch welche Störfaktoren diese Ansätze in der Realität beeinträchtigt werden, wird im Rahmen eines schichtweise erarbeiteten Fazits nocheinmal zusammenfassend dargelegt, wobei zusätzlich pragmatische Gegensteuerungselemente benannt werden und pro Bezugsdimension einige abschließende Sätze zum Status Quo ausformuliert werden.