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In den letzten Jahren hat sich die Art und Weise, wie Datenzentren betrieben werden, stark verändert. Eine der wichtigsten Entwicklungen in diesem Bereich ist die zunehmende Verwendung von Virtualisierungstechnologien, die es ermöglichen, den Betrieb des Gesamtsystems und der angebotenen Dienste zu optimieren und zu vereinfachen. Ein weiteres wichtiges Thema im Zusammenhang mit Datenzentren ist die Automatisierung von Prozessen, insbesondere im Bereich des Deployments und des Monitorings. Ein interessantes Anwendungsgebiet für diese Technologien ist der Einsatz von Raspberry Pi in Datenzentren. Der Raspberry Pi ist ein kostengünstiger und leistungsfähiger Computer, der in vielen Anwendungen eingesetzt werden kann, einschließlich des Aufbaus von Datenzentren. Die Einsatzmöglichkeiten von Raspberry Pi erstrecken sich von der Verwendung als einfache Web-Server bis hin zu komplexen Anwendungen wie dem Aufbau von Cloud-Computing-Umgebungen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, Werkzeuge zur Verfügung zu haben, die das Monitoring und Deployment von neuen Diensten und Anwendungen in einem Raspberry Pi Datenzentrum automatisieren können. Automatisierte Deployment-Prozesse ermöglichen es, neue Dienste und Anwendungen schnell und einfach in einem Datenzentrum bereitzustellen, ohne dass manuelle Schritte erforderlich sind. Auf diese Weise kann die Zeit, die für die Bereitstellung von neuen Diensten und Anwendungen benötigt wird, erheblich reduziert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein automatisiertes Deployment-System für Raspberry Pi Datenzentren zu entwickeln, das es ermöglicht, neue Dienste und Anwendungen schnell und einfach bereitzustellen. Dabei sollen sowohl die Automatisierung der Deployment-Prozesse als auch die Möglichkeiten des Monitorings berücksichtigt werden. Durch die Verwendung von Raspberry Pi und automatisierten Deployment-Prozessen soll es möglich sein, ein kosteneffizientes und leistungsfähiges Datenzentrum aufzubauen.
Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) sind organische Verbindungen aus Kohlenstoffketten, bei denen die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind. Die starken chemischen Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Fluor-Atomen in PFAS führen zu sehr stabilen Substanzen mit besonders nützlichen Eigenschaften wie chemischer Inertheit, Wasserabweisung, Schmierwirkung, Antihaftwirkung, Feuerbeständigkeit und Hitzebeständigkeit. Sie sind jedoch nur schwer biologisch abbaubar sind und lassen sich daher in der Umwelt nur schwer zersetzen (Ye et al. 2015).
PFAS werden in vielen Anwendungsfeldern in der Industrie und in Endprodukten eingesetzt, wie z. B. in der industriellen Produktion, in Dichtungen, Schmierstoffen, Verpackungen, Metallbeschichtung, in Medizintechnik-Produkten, elektronischen Geräten, Solarzellen, Brennstoffzellen, Batterien, im Baubereich und auch in Consumer-Produkten in Textilien, Kochgeschirr und Kosmetik (Glüge et al. 2020, ECHA 2023). Aufgrund ihrer Wirkungen auf Umwelt und Menschen und ihrer Persistenz in der Umwelt werden PFAS aktuell stark diskutiert und auf EU-Ebene wurde eine Initiative hin zu möglichen Stoffverboten angestoßen (ECHA 2023). Unternehmen aus Baden-Württemberg und ganz Europa suchen inzwischen Substitute für die Anwendung von PFAS, um bei einem möglichen Stoffverbot Alternativen zur Verfügung zu haben.
In dieser Metastudie wird daher eine Übersicht über mögliche Stoffe und Stoffgruppen gegeben, die das Potenzial besitzen, die technischen Funktionen von PFAS zu ersetzen. Dies wird an ausgewählten Beispielen vertieft untersucht.
Unter Nutzung von Softwaretools auf Basis von Künstlicher Intelligenz (KI) wurden mögliche Substitute identifiziert und strukturiert ausgewertet. Nach der Analyse von 35.246 wissenschaftlichen Dokumenten weltweit wurden 420 Materialien und deren Zusammenfassung in 32 Klassen für fünf beteiligte namhaften Unternehmen aus Baden-Württemberg identifiziert. Nach genauerer Analyse der Anforderungen der beteiligten Unternehmen konnte nur eine sehr begrenzte Anzahl potenzieller Ersatzstoffe ermittelt werden, die PFAS nach heutigem Stand partiell substituieren könnten.
Diese Forschungsarbeit verfolgt das Ziel, einen systematischen Ansatz zur Nachhaltigkeitsberatung von Gründer:innen an Hochschulen zu entwickeln. Startups leisten einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der Ziele für eine Nachhaltigen Entwicklung. Bislang gibt es jedoch keine systematische Integration von Nachhaltigkeit in die Gründungsunterstützung von Hochschulen. Dadurch kann das Nachhaltigkeitspotential der Gründungsvorhaben ungenutzt bleiben. Für die Entwicklung eines systematischen Ansatzes wurde die folgende Forschungsfrage gestellt: Was sind die Anforderungen an eine Nachhaltigkeitsberatung an Hochschulen aus der Perspektive der Gründer:innen? Diese wurde mit Hilfe einer Befragung von Gründer:innen, die in Baden-Württemberg von Hochschul-Gründungsberatungen betreut werden, bearbeitet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Gründer:innen eine individuelle Beratung fordern, die diverse Angebote ermöglicht und transparent die möglichen Schritte aufzeigt. Die Gründer:innen möchten ein Verständnis für Nachhaltigkeit erlangen und den Mehrwert der Integration von Nachhaltigkeit kennenlernen. Die Beratung sollte die Vermittlung von Expert:innen ermöglichen und Best Practice Beispiele zeigen. Auf Grundlage der Ergebnisse ist es empfehlenswert, mit Hilfe vielfältiger Angebote, eine individuelle und zielgruppenspezifische Nachhaltigkeitsberatung für Gründer:innen zu ermöglichen. Potentielle Lösungsansätze sind bspw. die Organisation von Crowd-Funding, die Etablierung eines Peer-Learning-Ansatzes und die Ökobilanzierung in Studierendenprojekten. Damit die Gründungsberatung langfristig den Anforderungen der Gründer:innen gerecht werden kann, könnte die Integration von Nachhaltigkeit in die strategische Zielsetzung aller Bereiche der Gründungsberatung sinnvoll sein. Mit Hilfe des entwickelten systematischen Ansatzes zur Integration von Nachhaltigkeit in die Gründungsunterstützung kann das Nachhaltigkeitspotential der Gründungsvorhaben gesteigert werden.
Um Energiesysteme hinsichtlich minimaler Umweltwirkungen zu planen und zu optimieren, werden unter anderem technologiespezifische Daten von Anlagen zur Erzeugung elektrischer Energie benötigt. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, eine solche Datengrundlage für Kleinwindenergieanlagen zu schaffen, um diese in ein ökobilanzbasiertes Energiesystemmodell zu integrieren. Teil dieser Datengrundlage sind Sachbilanzdaten einer Kleinwindenergieanlage, die mithilfe einer ökobilanziellen Untersuchung erzeugt werden. Mit einem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Skalierungsmodell lassen sich diese Sachbilanzdaten auf Kleinwindenergieanlagen unterschiedlicher Größe skalieren. Um auch Kosten als Kriterium im Energiesystemmodell zu berücksichtigen, werden die Investitions- und Betriebskosten der Anlage abgeschätzt.
Mithilfe einer Ertragsprognose für einen gewählten Standort in Süddeutschland und der Wirkungsabschätzung werden über den Lebenszyklus einer Kleinwindenergieanlage entstehende Umweltwirkungen je erzeugter Energieeinheit analysiert und ausgewertet. Insbesondere in Bezug auf das Treibhauspotential und die Verknappung fossiler Energieträger zeigt die Energieerzeugung durch die Kleinwindenergieanlage Vorteile verglichen mit dem deutschen Strommix. Das Verknappungspotential von Mineralien und Metallen ist dagegen bei der Kleinwindenergieanlage um ein Vielfaches größer. Die Berechnung von Amortisationszeiten und Stromgestehungskosten erfolgt auf Basis der Investitions- und Betriebskosten und ermöglicht eine Einordnung der Wirtschaftlichkeit. Hierbei zeigt sich, dass die Stromgestehungskosten der betrachteten Kleinwindenergieanlage deutlich höher liegen als bei anderen etablierten erneuerbaren Energieerzeugern.
Es wird das Coaching-Konzept im Detail beschrieben. Voraussetzung für seine Anwendung ist eine Innovationsidee, die aus den Nachhaltigkeitsperspektiven betrachtet werden soll. Das Coaching-Konzept basiert auf einem iterativen Prozess aus konzeptioneller Arbeit sowie Anwendungstests zur Validierung und Optimierung. Es wurde im Rahmen der Entrepreneurship Education an der Hochschule Pforzheim entwickelt und seit 2018 im Rahmen der Veranstaltung „Startup Summer Camp – Sustainable Innovation“ mit dem Schwerpunkt „Nachhaltige Innovation“ angeboten.
Es werden Impulse zu den Zielen der nachhaltigen Entwicklung gegeben. Ein Schwerpunkt ist die Integration von Ökobilanzierung, Bewertung von sozialen Aspekten, Einschätzung des Beitrags zu den SDGs, Life Cycle Thinking und Ökodesign. Dies gibt den Teilnehmenden die Möglichkeit, sich auszuprobieren und eine eigene „nachhaltige Geschäftsidee“ zu entwickeln. Hierzu wird das Bewertungsinstrument „Green Check Your Idea“ (GCYI) (Lang-Koetz et al. 2020) vorgestellt und in Teilen auf die Ideen der Teilnehmenden angewendet. Mit Hilfe der Anwendung des Tools während des Coachings kann ein Verständnis für die Komplexität der Entstehung von Umweltauswirkungen unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus vermittelt werden. Das Coaching wird durch Impulsvorträge und kurze Übungen zu verschiedenen Nachhaltigkeitsaspekten begleitet.
Mit der Magnetpartikelspektroskopie (MPS) steht ein empfindliches Messverfahren für den spezifischen Nachweis von magnetischen Nanopartikeln (MNP) zur Verfügung. Das Verfahren beruht auf der Detektion der nicht-linearen magnetischen dynamischen Suszeptibilität der MNP und eignet sich neben dem direkten Nachweis der MNP auch zur Untersuchung der biologischen Umgebung der MNP in biomedizinischen Anwendungen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird das MPS für den Nachweis von Biomolekülen über die Quervernetzung mit MNP untersucht. Als Modellsystem für eine Quervernetzung werden MNP unterschiedlicher Größe eingesetzt, deren organische Hülle mit Streptavidin funktionalisiert ist. Streptavidin ist ein Protein, das spezifisch an Biotin bindet. Des Weiteren wird biotinyliertes BSA (B-BSA) verwendet, das aufgrund mehrerer Biotin-Bindungsstellen die Quervernetzung der MNP ermöglicht. Die spezifische Bindung der Streptavidinmoleküle auf der Oberfläche der MNP an Biotin auf der Oberfläche des BSA führt zu einer Quervernetzung der MNP. Durch die Zunahme des hydrodynamischen Durchmessers der MNP-Agglomerate resultiert ein verändertes dynamisches Magnetisierungsverhalten, das mit Hilfe der MPS gemessen werden kann. Damit hat der Bindungszustand bzw. der Grad der Quervernetzung der MNP einen Einfluss auf das MPS-Signal.
Zur Etablierung der MPS zum Nachweis des Biomoleküls BSA werden Versuchsreihen mit unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen zwischen MNP und B-BSA durchgeführt. Hierbei wird die Abhängigkeit, der durch die Quervernetzung induzierten MPS-Signaländerung, von der Anregungsfeldstärke untersucht. Des Weiteren wird der Einfluss der Inkubationszeit der Proben und der Einfluss eines äußeren Feldes während der Inkubation auf den Grad der Quervernetzung untersucht. Aus den Analysen wird die Nachweisgrenze der Methodik, die Menge an gebundenem BSA und die Sensitivität des Nachweises ermittelt. Die Spezifität der Methodik wird anhand eines Kontrollexperiments mit freiem Biotin bestimmt. Zum Vergleich des Nachweises mit bereits etablierten MNP-basierten Verfahren wird die Kernspin-Relaxometrie (NMR-Relaxometrie) herangezogen.
Tracer Based Sorting ist ein innovativer Ansatz für Erkennungs- und Sortierschritte in Abfallwirtschaft, der die Sortierung von Materialien oder Produkten unabhängig von deren physikalischen Eigenschaften ermöglicht. Die Technologie nutzt dabei anorganische Markersub-stanzen in ppm-Konzentrationen. Diese Substanzen werden im Recy-clingprozess detektiert und ermöglichen so die Rückgewinnung hochwertiger Sortierfraktionen und positive Klimawirkungen. Fünf deutsche Unternehmen sowie zwei Hochschulen und ein assoziierter Netzwerkpartner untersuchten im Rahmen eines durch das BMBF geförderten Forschungsvorhabens die Umsetzbarkeit dieses Ansatzes für Leichtverpackungen.