Repository for natural sciences and technology

This repository provides free access to scientific publications from the fields of natural sciences and technology (open access). All authors may use RENATE free of charge to publish their research findings from natural sciences and technology, regardless their institutional affiliation. The publications deposited in this repository are permanently freely accessible and citable. The repository is operated by Technische Informationsbibliothek (TIB).
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    exaFOAM - Nutzung von numerischer Strömungsmechanik auf Exascale Rechnern für die Industrie
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-09-17) Iwainsky, Christian; Bischof, Christian
    Das Projekt „exaFOAM“ zielt darauf ab, die Leistungsengpässe von OpenFOAM in der Nutzung von ExaScale HPC-Systemen zu bewerten, Verbesserungen der gesamten Softwarebasis zur Steigerung der HPC-Skalierbarkeit umzusetzen, und diese anhand geeigneter Demonstratoren zu belegen. Neben den Verbesserungen an OpenFAOM soll ein vollständiger Werkzeugsatz für Leistungs- und Skalierbarkeits-messungen mit entsprechender Dokumentation bereitgestellt werden, um einen Co-Design Ansatz für performante Codes langfristig zu unterstützen. Datei-Upload durch TIB
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    Verbundvorhaben: Antivirale Substanzen und Pigmente; Teilvorhaben 1: Kultivierung; Teilvorhaben 2: Downstream
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-09-17) Lindenberger, Christoph; Rauh, Cornelia
    Das Gesamtvorhaben konzentrierte sich auf die Entwicklung nachhaltiger und effizienter Prozesse zur Kultivierung von Arthrospira platensis sowie auf die Gewinnung von Phycocyanin (PC) und extrazellulären Polysacchariden (EPS). Dabei wurden zylindrische Glasreaktoren mit Wärmetauschern als optimale Kultivierungssysteme identifiziert. Unter Bedingungen von 180 μmol∙m⁻²∙s⁻¹ Lichtintensität und 35 °C wurden hohe Produktivitäten erzielt, unterstützt durch die Entwicklung eines Medium-Recycling-Systems, das eine dreifache Wiederverwendung ohne Produktivitätsverluste ermöglichte. Die Restbiomasse erwies sich als effizientes Substrat für die Biogasproduktion, wobei PC-reduzierte Biomasse bis zu 300 L Biogas/kg lieferte. Ein selbst konstruierter vertikaler Röhrenreaktor mit Airlift-Prinzip bestätigte im Technikumsmaßstab seine Eignung für stabile Langzeitkultivierungen und erreichte maximale PC- und EPS-Produktivitäten von 1,28 g∙L⁻¹∙d⁻¹ bzw. 0,25 g∙L⁻¹∙d⁻¹. Parallel dazu wurden innovative Verfahren zur Gewinnung der Wertstoffe entwickelt. Ein adaptives Prozessmodell, basierend auf Wetterdaten, optimierte die Erntesteuerung und erhöhte die Produktivität. Die PEF-Technologie (gepulste elektrische Felder) erwies sich als besonders energieeffizient und ermöglichte eine vollständige Freisetzung von PC bei hoher Produktqualität. Dafür war eine Feldstärke von 20 kV/cm und ein spezifischer Energieeintrag von 100 kJ/kg vorteilhaft. Die Behandlungstemperatur sollte nach Möglichkeit so hoch wie möglich, jedoch nicht über 45 °C gewählt werden. Dies verbesserte zum einen den Behandlungserfolg und verhinderte die Schädigung des temperatursensitiven Phycocyanins. Mithilfe von Daten, die mittels CFD-Simulationen gewonnen wurden, konnte gezeigt werden, dass sich wichtige Prozessparameter wie die mittlere elektrische Feldstärke oder die Inhomogenität des elektrischen Feldes gut mit einfachen Modellgleichungen beschreiben lassen. Die Anpassung der Kultivierungsmedien reduzierte den Ressourceneinsatz und erleichterte die PEF-Behandlung direkt im Medium. PEF-Extrakte zeigten eine hohe antioxidative Kapazität und unveränderte Proteinstruktur, wodurch sie besonders für funktionelle Lebensmittel geeignet sind. Die Ergebnisse der beiden Teilvorhaben unterstreichen die technische und wirtschaftliche Machbarkeit der nachhaltigen Produktion von A. platensis-basierten Wertstoffen. Die Kombination aus optimierten Kultivierungs- und Extraktionsverfahren maximiert sowohl die Ressourceneffizienz als auch die Produktqualität und legt eine solide Grundlage für industrielle Anwendungen.
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    "EdgeLimit" - Grenzbetrachtungen der Leistungselektronik in modernen Edge-Cloud Systemen; Teilvorhaben Nokia: Betrachtungen zur Energieeffizienz zukünftiger 5G Millimeterwellensysteme
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-07-23) Wiegner, Dirk; Staton, Ross; Wesemann, Stefan; Krönert, Sylvia; Wörner, Stefan; Klose, Peter; Merk, Stefan; Wurz, Rainer; Kienzler, Martin; Hotopan, George-Roberto; Schaepperle, Joerg; Dietrich, Karl; Luz, Richard; Riahi, Ellie
    Zentrale Zielsetzung: Zentral strebte das Projekt EdgeLimit, als GreenICT Projekt der Hardware, eine grundsätzliche Verbesserung der Leistungseffizienz der Edge-Cloud an. Ansatzpunkte gibt es dafür durch spezifische Innovationen im Bereich der Mikroelektronik in der Entwicklung neuartiger Leistungsverstärker, im Bereich der kompakten Transceiverkonzepte, im Speziellen für flexible Multiantennensysteme, sowie im Bereich der Kanalmessungen und Modellierung, um durch Wahl geeigneter Strahlrichtungen zukünftige Beamforming-Multiantennensysteme im Bereich 28 GHz energieeffizienter betreiben zu können. Ablauf: Im Teilvorhaben der Firma Nokia wurden folgende beiden Themenschwerpunkte bearbeitet, die sich jeweils an den aufgeführten globalen Abläufen orientierten: Analoge HF Transceiver für 28 GHz Multi-Antennenanwendungen: Studie -> Konzept & Spezifikation -> Schaltungsdesign & Layout -> Hardwarerealisierung -> Inbetriebnahme, Charakterisierung & Verifikation -> Redesign -> Inbetriebnahme, Charakterisierung & Verifikation Channel Sounding bei 26 GHz für energieeffizienteren Frontendbetrieb: Studie -> Messplatzkonzept & Spezifikation -> Aufbau Messplatz -> Inbetriebnahme & Test -> Verbesserung des Messplatzes -> Durchführung Kanalmessungen -> Auswertung und Einbettung der Ergebnisse in Systemkontext Wesentliche Ergebnisse: Analoge HF-Transceiver für 28 GHz Multi-Antennenanwendungen: - Identifikation eines vielversprechenden analogen HF-Transceiverkonzeptes. - Schaltungsdesign für das als vielversprechend identifizierte CTRX-Konzept. - Erfolgreiche Realisierung der CTRX-Schaltung, inklusive Inbetriebnahme, Charakterisierung und Validierung (CTRX v2) gegenüber ursprünglichem Schaltungsdesign. - Erfolgreiches Design, Realisierung und Charakterisierung von Single-Band-Antennen (28 GHz) und Multiband-Antennen (28 GHz und 39 GHz). - Einbringen des CTRX-Designs/der CTRX-Daten in das Energiebilanztool des Projekt-partners FhG-IIS zur Berücksichtigung im Gesamtsystemkontext. Channel Sounding bei 26 GHz für energieeffizienteren Frontendbetrieb: - Konzept eines frequenz- und zeitsynchronisierten Channel Sounding Messplatzes mit hoher Flexibilität bzgl. Zugriff auf Nutzsignal und Antennengewichte. - Realisierung eines stabilen flexiblen frequenz- und zeitsynchronisierten Channel Sounding Messplatzes. - Durchführung von Channel Sounding Messungen in definierten LoS und NLoS Szenarien zur Identifikation bevorzugter (u.a. Energieeffizienz) Strahlrichtungen. - Erfolgreicher Nachweis der Einschränkbarkeit der Strahlrichtungen auf eine Sub-Menge mit vorteilhaften (Energieeffizienz) Systemeigenschaften. - Modellierung der Messumgebung sowie der Testszenarien.
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    REMAP - Entwicklung Luftdrohnen-gestützter Echtzeit Datendienste aus optischen Sensoren für sicherheitsrelevante maritime Anwendungen
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-06-30) Heege, Thomas; Bauer, Rainer; Wenzel, Julian
    Weltweit unterliegen die Küstengewässer fast ohne Ausnahmen einem hohen anthropogenen Nutzungs- und Gefährdungsdruck. In ihnen verlaufen wichtige Schifffahrtsrouten, Pipelines und Kommunikationskabel und sie haben hohe Wichtigkeit für die Exploration mariner Ressourcen und erneuerbaren Energien. Gleichzeitig sind die Küstengebiete durch Strömung und Sturmereignisse einem ständigen Wandel unterworfen. Dieser Dynamik zu begegnen und geeignete Vermessungs- und Überwachungslösungen zu etablieren, ist weltweit erklärtes Ziel nicht nur der Küstenstaaten. Kosten, Verfügbarkeit und begrenzte Ressourcen stehen diesem Ziel jedoch häufig im Wege, eine flächendeckende Überwachung und dadurch die Sicherheit für den Umwelt und Menschen zu gewährleisten. So bestehen u.a. signifikante Lücken an Daten zur Bathymetrie und deren Dynamik, mit entsprechenden Folgen für die Verkehrssicherheit und Wirtschaftsentwicklung: Weltweit sind nach IHO/GEBCO 20191 erst 50% der Küstenzonen ausreichend vermessen, wobei vielerorts die navigationskritischen ersten 20m besonders sicherheitsrelevante Datenlücken aufweisen. Die Entwicklung autonomer Plattformen steht daher weltweit „hoch im Kurs“. Vielfach ließen sich theoretisch Aufwände und Kosten für z.B. Wassertiefenmessungen im Flachwasserbereich bereits heute durch den Einsatz geeigneter luftgestützter Trägerdrohnen in erheblichem Maße reduzieren. Jedoch existieren diese aufgrund der Komplexität operationeller Systeme aus geeigneter Sensorik und Analytik noch nicht. Ziel dieses Vorhabens ist daher die Entwicklung eines flexiblen drohnen-gestützten Systems zur Erfassung mobilitäts- und sicherheitsrelevanter maritimer Messgrößen in Echtzeit / Nahe-Echtzeit. Konkret soll den unten genannten Märkten eine schnelle und kosteneffiziente Aufnahme der Unterwassertopographie mit Seegrundeigenschaften, und Anomalien im navigationskritischen Flachwasserbereich zu lokalisieren angeboten werden. Als Nebenprodukt des zu entwickelnden Verfahrens fallen Daten zur Schwebstoffkonzentration an, die für Rückschlüsse auf die Wasserqualität genutzt werden können. An entsprechenden Daten besteht weltweit ein deutlich höherer Bedarf, als mit gegenwärtiger Sensorik aufgrund der hohen Vermessungskosten wirtschaftlich abgedeckt werden kann. Datei-Upload durch TIB
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    HYDRA - Wasserstoff in Silizium für Solarzellen - Fluch und Segen; Teilvorhaben TP 2: "Einfluss von Wasserstoff auf Volumen- und Schichteigenschaften bei der Solarzellenprozessierung"
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024) Schubert, Martin; Schindler, Florian
    Dieses Projekt setzte sich zum Ziel, die bislang unbekannten Wirkmechanismen und die Kinetik von H in Si qualitativ und quantitativ zu verstehen, um darauf aufbauend Optimierungsstrategien und geeignete, industriell einsetzbare Schichtsysteme zum Umgang mit H für unterschiedlichste Fragestellungen im Bereich der kristallinen Si-Photovoltaik zu entwickeln. Der Fokus lag auf der Erarbeitung und Bereitstellung von notwendigem Wissen zum Einfluss von H auf auftretende Degradationsphänomene für weitere Projekte mit dem Ziel, unter Arbeitsbedingungen langzeitstabile Hocheffizienz-Solarzellen und -module zu erhalten. Hierfür waren Anpassungen hinsichtlich einer optimalen Prozessführung notwendig, wobei darauf geachtet werden musste, dass bei der Optimierung des H-Haushalts nicht parallel andere gewünschte Eigenschaften der dielektrischen Schichtsysteme negativ beeinflusst werden. Datei-Upload durch TIB
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    EIKABIN - Entwurfs- und Integrationsaspekte eines multifunktionalen Kabinenwandaufbaus für Flugzeugkabinen
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-07-29) Usai, Daniele; Wischmann, Christian; Gleine, Wolfgang
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    Verbundvorhaben LivingH2: Technologische, ökonomische, ökologische und soziale Evaluation
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-09-30) Sterner, Michael; Haug, Sonja; Hofrichter, Andreas; Meisinger, Alexander; Altenbuchner, Amelie; Scharf, Anna; Theuring, Steffen
    Datei-Upload durch TIB
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    RENBuild - Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-09-17) Klinker, Felix; Weinläder, Helmut; Klüpfel, Michael; Greß, Johannes; Sonnenrein, Gerrit; Brust, Thorsten; Gartenmeister, Christian; Hölscher, Jochen; Grabo, Matti; Köhl, Dominik; Kokoska, Julian; Kruck, Julian; Renz, Jochen
    Ziel des Projektes war es, ein innovatives Gesamtkonzept zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft zu entwickeln und im realen Einsatz zu evaluieren. Im Fokus stand dabei eine möglichst umfassende und effiziente Nutzung zur Verfügung stehender regenerativer Umweltenergie und die Verknüpfung mit LowEx-Systemen zur Gebäudekühlung, Heizung und Lüftung. Um dieses Vorhaben umzusetzen, wurden thermische Energiespeicher benötigt. Diese ermöglichen es dem Gesamtsystem gleichzeitig netzdienlich zu arbeiten: zum einen durch die optimale Nutzung der vor Ort erzeugten regenerativen Energie, zum anderen auch bei Bedarf durch die Nutzung von Überschussstrom in den öffentlichen Stromnetzen durch power-to-heat bzw. power-to-cold. Zentrale Bestandteile des Gesamtkonzeptes sind: - PVT-Hybridkollektor: Erzeugung von Strom, Kälte und Wärme in einer Komponente (dachintegriert, fassadenintegriert). - PCM-Kältespeicher: zentraler Kältespeicher zur Speicherung der regenerativ erzeugten Kälte, leistungsoptimiert durch integrierte PCM-Makrokapseln. - PCM-Wärmespeicher: zentraler Wärmespeicher für Niedertemperaturheizung und Brauchwarmwasser, leistungsoptimiert durch integrierte PCM-Makrokapseln. - Wärmepumpe: Eine systemangepasste bivalente Wärmepumpe zur energieeffizienten Konversion von Strom in Wärme und Kälte. - Lüftungsanlage: Lüftungsanlage inklusive Wärmerückgewinnung zur Versorgung des Gebäudes mit Frischluft. Die Frischluft kann über die Wärme- und Kältespeicher sowie die Wärmepumpe zusätzlich temperiert werden. - Zentrale Steuereinheit: Eine zentrale Steuereinheit für das energieeffiziente und netzdienliche Zusammenspiel der Komponenten. Entwicklungsziel war dabei ein aufeinander abgestimmtes Gesamtsystem in dem die bisher getrennten Gewerke Wärme, Kälte, Strom und Lüftung sinnvoll und energetisch effizient vereint sind.
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    LiKE - Leichtbautechnologien in lebensphasenübergreifenden Kreislaufprodukten der Energiewende
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-09-20) Weidermann, Christian; Linde, Mirjam; Wilke, Markus; Liebmann, Stella; Gerlich, Matthias; Rehme, Olaf; Strohhöfer, Christof; Funk, Michelle; Hedemann, Jan; Dos Santos, Maria; Buckreus, Jonas; Birnbaum, Manuel; Fröse, Patrick; Schäfer, André; Hoffeins, Paul; Folprecht, Fabian; Barth, Julian; Krampitz, Thomas; Valenas, Adrian; Turshatov, Andrey
    Für eine nachhaltige und klimaneutrale Gesellschaft im Jahr 2050 (Green Deal der EU) sind erneuerbare Energien die Energieträger der Zukunft. Eine besondere Bedeutung haben dabei Systeme zur Übertragung und Wandlung elektrischer Energie. Zu dieser Produktgruppe gehören beispielsweise elektrische Leistungsschalter und elektrische Maschinen wie Motoren und Generatoren. Sie gehören zu den sogenannten Schlüsseltechnologien der Energiewende. Deshalb ist es für den Erfolg der Transformation wichtig die Effizienz dieser Systeme zu steigern. Doch dafür werden teure und seltene Rohstoffe benötigt, die bislang nur unzureichend recycelt werden. Im Verbundvorhaben soll durch die Kombination der Konstruktions-Philosophie des Leichtbaus mit dem Thema der Nachhaltigkeit eine Reduktion des ökologischen Fußabdrucks und gleichzeitig eine Steigerung der Effizienz erreicht werden. Dafür werden die bestehenden Design- und Konstruktionsprozesse angepasst und um ökologische Kriterien erweitert. Die Entwicklung neuer Entwicklungs- und Fertigungstechnologien (z.B.: Additive Manufacturing) kombiniert mit lebensphasenübergreifender Konstruktionsmethodik eröffnen neue Lösungsräume für die Produktentwicklung. Das Vorhaben demonstriert, wie durch lebensphasenübergreifende Produktentwicklung und den Einsatz ressourcenschonender Leichtbautechnologien ausgewählte Komponenten elektrischer Energiewandlungssysteme in nachhaltige Produkte mit gesteigerter Leistung überführt werden. Dabei wird bereits während der Entwurfsphase mit den späteren Produktaufbereitern zusammengearbeitet, um mittels neuartiger Marker-Technologien und gezielter Anpassung der Sortier- und Aufbereitungstechnologien die Bauteile und Materialien im Sinne einer Kreislaufwirtschaft wiederzuverwerten. Für beide Produkte wird der vollständige Produktlebenskreislauf modellhaft virtuell-reell demonstriert. Datei-Upload durch TIB