Diverse Reaktionen von stickstoffhaltigen Verbindungen mit Hydrosilanen durch BCF kalatysiert

Despite being a boron Lewis acid, tris(pentafluorophenyl)borane [B(C6F5)3] exhibits completely different catalytic behavior in hydrosilane reactions compared to conventional boron trihalides. Extensive evidence demonstrates its ability to directly activate hydrosilanes, forming an η1-coordinated borane-silane adduct [R3Si–H–B(C6F5)3]. Since PIERS first disclosed this unique activation mechanism and successfully applied it to the hydrosilylation of carbonyl compounds in 1996, B(C6F5)3 has gained considerable attention as a catalyst for the metal-free activation of hydrosilanes. The early application of this catalytic system was primarily focused on reductive transformations of oxygen-containing compounds. In recent years, the application has been extended to nitrogen-containing compounds, achieving notable success. In addition to reducing a variety of nitrogen-based functional groups, the B(C6F5)3/hydrosilane system has shown remarkable efficacy in silylation reactions and the activation of C–N bonds. Moreover, the versatility of B(C6F5)3 makes this system readily integrate with other B(C6F5)3-mediated processes, enabling tandem reactions that rapidly construct molecules with structural complexity and functional diversity. This dissertation not only summarizes the significant advancements in this field but also provides a detailed account of several novel transformations we have developed using the B(C6F5)3/hydrosilane catalytic system. These include the denitrogenation of aromatic nitriles, as well as ring-opening and ring-contraction reactions of cyclic amines, and the skeletal reorganization of acyclic amines. Each of these new transformations underwent systematic optimization, demonstrating that all of them can be efficiently accomplished with only catalytic amounts of B(C6F5)3 and commercially available hydrosilanes under operationally simple conditions. Comprehensive investigations into the substrate scope were conducted to define the specific limitations of these methodologies. Moreover, based on the results of mechanistic studies, the respective reaction pathways were proposed. Despite their differences, the first step in all transformations is the formation of the key η1-[R3Si–H–B(C6F5)3] adduct.Auch wenn Tris(pentafluorphenyl)boran [B(C6F5)3] eine Bor-Lewis-Säure ist, unterscheidet sich dessen katalytisches Verhalten in Reaktionen mit Hydrosilanen gänzlich von konventionellen Bortrihalogeniden. Umfangreiche Belege zeigen dessen Fähigkeit Hydrosilane durch Bildung eines η1-koordinierten Boran-Silan-Addukts [R3Si–H–B(C6F5)3] zu aktivieren. Im Jahr 1996 stellte PIERS diesen einzigartigen Aktivierungsmechanismus erstmals vor und wendete diesen erfolgreich für die Hydrosilylierung von Carbonylverbindungen an. Seitdem hat B(C6F5)3 als Katalysator für die metallfreie Aktivierung von Hydrosilanen große Aufmerksamkeit erlangt. Die frühen Anwendungen dieses katalytischen Systems konzentrierten sich hauptsächlich auf reduktive Umwandlungen von sauerstoffhaltigen Verbindungen. In den letzten Jahren wurden auch stickstoffhaltige Verbindungen erfolgreich eingesetzt. Neben der Reduktion einer Vielzahl von stickstoffhaltigen funktionellen Gruppen zeigte das B(C6F5)3-Hydrosilan-System eine bemerkenswerte Wirksamkeit bei der Silylierung und der Aktivierung von C–N-Bindungen. Darüber hinaus befähigt die Vielseitigkeit von B(C6F5)3 eine einfache Verknüpfung mit anderen B(C6F5)3-vermittelten Prozessen, wodurch Tandemreaktionen, in denen der schnelle Aufbau von Molekülen mit struktureller Komplexität und funktioneller Vielfalt, ermöglicht werden. Diese Dissertation fasst nicht nur die wichtigsten Fortschritte auf diesem Gebiet zusammen, sondern bietet auch eine detaillierte Darstellung neuer Transformationen, die wir mit dem B(C6F5)3-Hydrosilan-Katalysesystem entwickelten. Dazu gehören die Stickstoffabspaltung von aromatischen Nitrilen sowie die Ringöffnungs- und Ringverengungsreaktionen von cyclischen Aminen sowie die Skelettreorganisation von acyclischen Aminen. Jede dieser neuen Transformationen wurde systematisch optimiert und es wurde gezeigt, dass diese mit katalytischen Mengen von B(C6F5)3 und kommerziell erhältlichen Hydrosilanen unter experimentell einfachen Bedingungen effizient durchgeführt werden können. Umfassende Untersuchungen der Substratbreite wurden durchgeführt, um die spezifischen Einschränkungen dieser Methoden herauszuarbeiten. Darüber hinaus wurden basierend auf mechanistischen Untersuchungen die jeweiligen Reaktionsmechanismen vorgeschlagen. Trotz ihrer Unterschiede besteht der erste Schritt aller beschriebenen Transformationen in der Bildung des η1-koordinierten Boran-Silan-Addukts [R3Si–H–B(C6F5)3]

Material and processing properties of cross-linked polyamide recyclates

Der vermehrte Bedarf von Hochleistungskunststoffen in Elektronik und Automotive Anwendungen wird zunehmend durch strahlenvernetzbare Kunststoffe gedeckt. Dies bringt Entsorgungs- und Recyclingprobleme mit sich, da ein klassisches werkstoffliches Recycling durch erneutes Urformen (Aufschmelzen) bzw. Umformen infolge der Vernetzung nicht möglich ist. Die Entsorgung von strahlenvernetzten Kunststoffen erfolgt deshalb meist durch energetische Verwertung, der Verbrennung. Durch Gesetzesänderung und EU-Verordnungen wird die Industrie aufgefordert, Materialien wiederzuverwerten und in den Kreislauf zurückzuführen. Ziele der Dissertation sind eine Werkstoffentwicklung, Untersuchungen zur Recyclingfähigkeit und Prozesstechnik sowie Ermittlung von Eigenschaftsbeziehungen und die Erweiterung des Einsatzpotentials von strahlenvernetzbaren Polyamiden. Als Ergebnis soll eine Materialrezeptur und dazugehörige Prozesskette entwickelt, bewertet und optimiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst Spritzgussbauteile in Form von Zugproben aus vernetzbarem Polyamid 6 und Polyamid 66 spritzgegossen und in einem nachfolgenden Prozess mittels Elektronenbestrahlung vernetzt. Diese Zugproben wurden mittels analytischen und mechanischen Messmethoden charakterisiert. Danach erfolgte ein definierter Mahlprozess der Zugproben in mehreren Schritten, um verschiedene Partikelgrößen und deren Einfluss auf die Materialeigenschaften analysieren zu können. Das Mahlgut wurde in unterschiedlichen Größen und Menge in die Matrixmaterialien Polyamid 6 und Polyamid 66 mittels Doppelschneckenextruder eingearbeitet. Die modifizierten Recyclate wurden zu Zugproben spritzgegossen und hinsichtlich der Verarbeitungseinflüsse analysiert und bewertet. Nach der Herstellung der Probekörper wurden diese einer weiteren Strahlenvernetzung unterzogen und durch Zug-, Biege-, Kriechversuche, Schlagzähigkeit, und Dynamisch-Mechanisch-Thermischen-Analyse charakterisiert und bewertet. Die Einsatzobergrenzen von vernetztem Recyclat als Füllstoff beim Extrudieren und Spritzgießen für unverstärkte und glasfaserverstärkte Polyamide wurde bei diesem Verfahren auf maximal bis zu etwa 30 Gew.-% Recyclatanteil aus verfahrenstechnischen Gründen festgelegt. Zudem zeigte sich, dass mittels Partikeln kleiner 350 µm stabilere Verarbeitungsprozesse und Partikelverteilungen im Probekörper möglich sind. Bei den Untersuchungen zum Vernetzungsverhalten konnte kein eindeutiger Einfluss des Recyclatanteils gezeigt werden. Speziell bei der Bestimmung des löslichen Anteils mittels Gelgehaltsanalyse ist kein signifikanter Einfluss bei Variation des Recyclatanteils erkennbar. Infolge der Strahlenvernetzung konnte durch die Messung der Eindringtiefe bzw. Wärmeformbeständigkeit eine erhebliche Reduzierung der Eindringtiefe und eine Steigerung der Wärmeformbeständigkeit nachgewiesen werden. Ein ansteigender Recyclatanteil zeigte keinen eindeutigen Effekt auf die Wärmeformbeständigkeit. Kalorische Messungen mittels DSC ermöglichen einen qualitativen Nachweis des Recyclatanteils in unvernetzten Proben. Die Erhöhung des Recyclatanteils führt zu einem Anstieg der Schmelzeviskosität, wodurch mithilfe rheologischer Berechnungen verschiedene Modelle entwickelt wurden. Mittels Arrhenius Gleichungen konnte aus diesen Modelldaten eine Anpassung und Verschiebung der Viskositätskurven zu niedrigeren und höheren Temperaturen berechnet werden. Dies ermöglicht eine präzisere Vorhersage und Anpassung der Simulationsdaten an den Verarbeitungsprozess. Zusätzlich zeigten sich bei der Verarbeitung von Partikeln kleiner 350 µm effizientere Verarbeitungsprozesse mit stabileren Prozessparametern. Die mechanischen Eigenschaften wie Zugmodul und Streckspannung zeigen keine signifikante Abnahme in konditionierten Zustand, im Gegensatz zu klassischen Recyclaten (bis zu 20%). Im trockenen Zustand zeigen die Chargen mit Partikeln größer 350 µm eine starke Versprödung und geringe Bruchdehnungen, unter anderem auf Grund schlechter Korngrenzen/Anhaftungen. Die Oberflächenqualität der Bauteile mit Partikeln über 350 µm nimmt stark ab. Durch ein erneutes Bestrahlen der Proben wurde ein Anstieg der mechanischen Eigenschaften festgestellt. Eine durchgeführte wirtschaftliche Bewertung zeigt ein mögliches Einsparpotential von maximal 8,4% für den Einsatz von Partikeln kleiner 350 µm in PA6, sowie maximal 14,3% für PA66, ohne negativen Einfluss auf Verarbeitungs- und Produkteigenschaften. Lässt ein Anwendungsfall auch geringere mechanischen Eigenschaften zu, ist der Einsatz von Partikeln größer 350 µm möglich. Dadurch kann das Einsparpotential auf maximal 18,5% für PA6 bzw. 21,6% für PA66 gesteigert werden. Das entwickelte und untersuchte Partikelrecycling von strahlenvernetzten Kunststoffen stellt eine echte Alternative zum Einsatz von 100% Neuware dar und weist zudem wirtschaftliches Einsparpotential auf.The growing demand for high-performance plastics in electronics and automo-tive applications is increasingly being fulfilled by radiation-crosslinkable plas-tics. This brings disposal and recycling problems and as classic material recy-cling by remolding (melting) or reshaping is not possible due to the crosslink-ing. Radiation-crosslinked plastics are therefore usually disposed of through energy recovery, i.e. incineration. Changes in legislation and EU regulations re-quire the industry to recycle materials and return them to the cycle. The aims of the PhD thesis are to develop the material, investigate recyclability and process technology, determine property relationships and expand the ap-plication potential of radiation-crosslinkable polyamides. As a result, a material formulation and the associated process chain are to be developed, evaluated and optimized. In the present work, injection-moulded components were first injection-moulded in the form of tensile specimens made of crosslinkable polyamide 6 and polyamide 66 and crosslinked in a subsequent process using electron irra-diation. These tensile specimens were characterized using analytical and me-chanical measurement methods. A defined grinding process of the tensile sam-ples was then carried out in several steps in order to be able to analyze different particle sizes and their influence on the material properties. The regrind was mixed into the matrix materials polyamide 6 and polyamide 66 in different sizes and quantities using a twin-screw extruder. The modified recyclate were injec-tion molded into tensile specimens and analyzed and evaluated with regard to processing influences. After production of the test specimens, they were sub-jected to further radiation crosslinking and characterized and evaluated by means of tensile, bending and creep tests, impact strength and dynamic-me-chanical-thermal analysis. The upper limits for the use of cross-linked recyclate as a filler in the extrusion and injection molding of unreinforced and glass fiber-reinforced polyamides were set at a maximum of around 30% by weight of recyclate in this process for process engineering reasons. It was also shown that particles smaller than 350 μm lead to a more stable processing and particle distribution in the test speci-mens. No clear influence of the recyclate content could be shown in the tests on cross-linking behavior. Especially when determining the soluble content by means of gel content analysis, no significant influence can be recognized when varying the recyclate content. As a result of radiation crosslinking, a considerable re-duction in the penetration depth and an increase in the heat deflection temper-ature could be demonstrated by measuring the penetration depth and heat de-flection temperature. An increasing recyclate content showed no clear effect on the heat deflection temperature. Caloric measurements using DSC provide qualitative evidence of the recyclate content in non-crosslinked samples. Increasing the recyclate content leads to an increase in melt viscosity, which is why various models were developed using rheological calculations. Using Ar-rhenius equations, an adjustment and shift of the viscosity curves to lower and higher temperatures could be calculated from this model data. This enables a more precise prediction and adaptation of the simulation data to the processing process. In addition, more efficient manufacturing processes with more stable process parameters were found when processing particles smaller than 350 μm. The mechanical properties such as tensile modulus and yield stress show no significant decrease in the conditioned state, in contrast to classic recyclates (up to 20%). In the dry state, the batches with particles larger than 350 μm show strong embrittlement and low elongation at break, partly due to weak grain boundaries and adhesion. The surface quality of components with particles larger than 350 μm decreases significantly. By re-irradiating the samples, an increase in mechanical properties was observed. An economic evaluation carried out shows a possible savings potential of a maximum of 8.4% for the use of particles smaller than 350 μm in PA6, and a maximum of 14.3% for PA66, without any negative influence on processing and product properties. If an application also permits lower mechanical properties, the use of particles larger than 350 μm is possible. As a result, the savings po-tential can be increased to a maximum of 18.5% for PA6 and 21.6% for PA66. The developed and investigated particle recycling of radiation-crosslinked plastics represents an alternative to the use of 100% virgin material and also offers economic savings potential

On a Linear Gromov–Wasserstein Distance

Gromov–Wasserstein distances are generalization of Wasserstein distances, which are invariant under distance preserving transformations. Although a simplified version of optimal transport in Wasserstein spaces, called linear optimal transport (LOT), was successfully used in practice, there does not exist a notion of linear Gromov–Wasserstein distances so far. In this paper, we propose a definition of linear Gromov–Wasserstein distances. We motivate our approach by a generalized LOT model, which is based on barycentric projection maps of transport plans. Numerical examples illustrate that the linear Gromov–Wasserstein distances, similarly as LOT, can replace the expensive computation of pairwise Gromov–Wasserstein distances in applications like shape classification.DFG, 384950143, GRK 2433: Differentialgleichungs- und Daten-basierte Modelle in den Lebenswissenschaften und der Fluiddynamik (DAEDALUS)BMBF, 13N15754, Verbundprojekt: Kontaktloses Screening von virusbedingten Atemwegserkrankungen (VI-Screen) - Teilvorhaben: Mathematische Bildverarbeitung und ethisch-rechtliche und gesellschaftlich-partizipative Technikbewertun

Dynamic proportional rankings

Proportional ranking rules aggregate approval-style preferences of agents into a collective ranking such that groups of agents with similar preferences are adequately represented. Motivated by the application of live Q&A platforms, where submitted questions need to be ranked based on the interests of the audience, we study a dynamic extension of the proportional rankings setting. In our setting, the goal is to maintain the proportionality of a ranking when alternatives (i.e., questions)—not necessarily from the top of the ranking—get selected sequentially. We propose generalizations of well-known ranking rules to this setting and study their monotonicity and proportionality properties. We also evaluate the performance of these rules experimentally, using realistic probabilistic assumptions on the selection procedure.TU Berlin, Open-Access-Mittel – 202

Fortschritte bei der Vorhersage elektrischer Felder in Phytochromen: Ein Vibrational-Stark-Effekt-Ansatz zur Untersuchung der elektrischen Felddynamik von Agp2

Phytochromes are photoreceptors that regulate a wide variety of physiological processes. Starting from the dark-adapted state, a light-induced trigger causes a reaction cascade that ultimately leads to the formation of the physiological active state. Depending on the type of phytochrome, the physiological active state can be either the Pfr (far-red-absorbing) state or the Pr (red-absorbing) state. However, the reaction mechanism following the light trigger through the intermediate states and how this very local effect propagates through the protein to the tongue region to trigger a secondary structure transition is still not understood. The main focus of this study was to understand the electric field effects present during the photoconversion process by exploiting the \ac{VSE}. The \ac{VSS} is a convenient tool to understand local electrostatics in proteins based on frequency shifts. The limitation being that the origin of these shifts has to be only electrostatic in nature. A severe limitation considering that one of the most important protein interactions includes hydrogen bonds. An alternative Stark approach uses the transition dipole moments instead of the frequency as observable to circumvent the hydrogen bonding effect, but its application on big systems like Agp2 is not trivial because of the difficulty in determining the concentration of the protein. The first part of the thesis investigates the importance of electrostatics in the photoconversion of the a bathy phytochrome Agp2 from \textit{Agrobacterium fabrum} on the basis of QM/MM models and experimental measurements. The second part focused on applying the linear Stark relationship to various mutant systems that incorporate a nitrile reporter group to validate and calibrate those models. The main body of this thesis comprises developing a strategy on how to handle this kind of system using a combination of theoretical and experimental methods to link spectroscopic observables with calculated properties of the Stark probe obtained by QM/MM and MD simulations. By employing this strategy, it was possible to predict the electric field using an internal standard even for states where no crystallographic data was available, while bypassing the necessity of a time-consuming concentration determinations. Furthermore, the electric field effect could be disentangled into a hydrogen-bond contribution and contributions based only on electrostatics. The resulting electric fields revealed that the noncovalent effects appear to be very local, neither confirming nor contradicting the hypothesis of propagating electric field trigger. However, the electric field values derived from this analysis that uses a sound theoretical model and also incorporates experimental observables are remarkably consistent with the structural environment shown by simulation and crystallography, providing a way to characterize the environment of the Stark label through electric fields even for large protein systems.Phytochrome sind Photorezeptoren, die eine Vielzahl von physiologischen Prozessen regulieren. Ausgehend vom dunkeladaptierten Zustand löst ein lichtinduzierter Auslöser eine Reaktionskaskade aus, die schließlich zur Bildung des physiologisch aktiven Zustands führt. Je nach Art des Phytochroms kann der physiologisch aktive Zustand entweder der Pfr (dunkelrot absorbierende) Zustand oder der Pr (rot absorbierende) Zustand sein. Der Reaktionsmechanismus, der auf die Lichteinstrahlung folgt und vor allem wie sich dieser sehr lokale Effekt durch das Protein bis hin zur tongue ausbreitet, um einen Sekundärstrukturübergang auszulösen, ist jedoch noch nicht verstanden. Das Hauptaugenmerk dieser Studie liegt auf dem Verständnis der elektrischen Feldeffekte während des Photokonversionsprozesses unter Ausnutzung des VSE. Der VSS ist ein geeignetes Instrument, um die Elektrostatik in Proteinen anhand von Frequenzverschiebungen zu untersuchen. Die Einschränkung ist, dass der Ursprung dieser Verschiebungen ausschließlich elektrostatischer Natur sein muss. Eine signifikante Einschränkung, wenn man bedenkt, dass zu den wichtigsten Proteinwechselwirkungen Wasserstoffbrücken gehören. Ein alternativer Ansatz des Stark Effekts verwendet die Übergangsdipolmomente anstelle der Frequenz als Beobachtungsgröße, um den Wasserstoffbrückenbindungseffekt zu umgehen, aber seine Anwendung auf große Systeme wie Agp2 ist nicht trivial, da es schwierig ist, die dafür notwendige Konzentration des Proteins zu bestimmen. Der erste Teil der Arbeit untersucht die Bedeutung der Elektrostatik bei der Photokonversion des Phytochroms Agp2 aus Agrobacterium fabrum auf der Grundlage von QM/MM-Modellen und experimentellen Messungen. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Anwendung der linearen Stark Beziehung auf verschiedene mutierte Systeme, die eine Nitrilreportergruppe enthalten, mit dem Ziel diese Modelle zu validieren und zu kalibrieren. Der Hauptteil dieser Arbeit besteht aus der Entwicklung einer Strategie zur Behandlung dieser Art von Systemen unter Verwendung einer Kombination von theoretischen und experimentellen Methoden, um spektroskopische Beobachtungen mit berechneten Eigenschaften der Stark-Sonde zu verknüpfen, die durch QM/MM- und MD-Simulationen bestimmt wurden. Mit dieser Strategie war es möglich, das elektrische Feld unter Verwendung eines internen Standards auch für Zustände vorherzusagen, für die keine kristallographischen Daten verfügbar waren und dabei die Notwendigkeit einer zeitaufwändigen Konzentrationsbestimmung zu umgehen. Außerdem konnte der Effekt des elektrischen Feldes in einen Wasserstoffbrückenbindungsbeitrag und einen Beitrag, der nur auf der Elektrostatik beruht, aufgespalten werden. Die resultierenden elektrischen Felder zeigen, dass die nicht kovalenten Effekte sehr lokal zu sein scheinen, was die Hypothese der Ausbreitung des elektrischen Feldes weder bestätigt noch widerlegt. Die aus dieser Analyse abgeleiteten elektrischen Feldwerte, die ein solides theoretisches Modell verwendet und gleichzeitig experimentelle Beobachtungen einbeziehen, stimmen jedoch in bemerkenswerter Weise mit der strukturellen Umgebung überein, die durch Simulation und Kristallographie gezeigt worden ist und bieten eine Möglichkeit, selbst bei großen Proteinsystemen, die Umgebung der Stark-Sonde durch elektrische Felder zu charakterisieren.DFG, 221545957, SFB 1078: Protonation Dynamics in Protein FunctionDFG, 390540038, EXC 2008: UniSysCa

Innovations in primary healthcare in Slovenia 2011–2020: Exploring the stepwise process behind effective implementation

Countries worldwide seek to strengthen their primary healthcare systems often through introducing health promotion and disease prevention, multidisciplinary teams, group practices and community approaches to advance universal health coverage. These strategies are underpinned by scientific evidence and international standards. Slovenia's primary healthcare system reflects many of these features, with universally accessible, multidisciplinary, and integrated health services, emphasizing health promotion, disease prevention, and equity. Municipal primary healthcare centres serve as hubs within local communities. Slovenia's efforts to strengthen the delivery model are continuous and follow a controlled stepwise implementation process. This approach has strong policy support and organizational and implementation capacities. This paper describes Slovenia's primary healthcare model and three innovations between 2011 and 2020: (1) family medicine model practices, (2) health promotion centres, and (3) mental health centres. These innovations are used both to showcase the efforts of Slovenia to enhance primary healthcare and as a lens to explore Slovenia's established primary healthcare innovation implementation approach. The three innovations have had a positive impact on health outcomes in the short- to medium-term, but mixed health system and implementation outcomes. Slovenia's experience can inspire other countries looking to sustainably integrate primary healthcare fully or effectively introduce single innovations in their primary healthcare systems.TU Berlin, Open-Access-Mittel – 202

Open-Source Framework for Automated Milling Experiments: G-Code Adaptation and NC Data Acquisition with Siemens Industrial Edge

In modern manufacturing, precise monitoring and control of milling processes are critical for ensuring process stability and efficiency. This paper introduces an open-source framework leveraging Siemens Industrial Edge technology to automate complex milling experiments while simultaneously acquiring NC signal data. A Python-based application enables dynamic G-code adaptation, facilitating autonomous stability investigations and beyond. Stability lobe diagrams are generated as an exemplary case study, demonstrating the feasibility of automated experiments. The open-source availability of G-code and Python scripts empowers users to adapt the solution, laying the foundation for deploying AI models on machine controls and support scalable smart manufacturing solutions

Energiewende in der MENA-Region: nachhaltige Wege für Algerien und Marokko

The Middle East and North Africa (MENA) region is undergoing a significant energy transformation as countries strive for sustainable development. Given the fact that the region's economies have traditionally relied heavily on oil and gas exports, making the shift towards renewable energy a complex geopolitical and economic challenge, the transformation necessitates careful management to mitigate any potential socio-economic impacts on communities that depend on the fossil fuel industry. Additionally, capacity building and skills development in the renewable energy sector are crucial to ensure a smooth and successful energy transformation. This dissertation provides a comprehensive paper of energy transformation in the MENA region, with a particular focus on Algeria and Morocco. The research is divided into three parts, each contributing to the understanding of sustainable energy practices and their implementation. Part 1, Chapter 1, synthesizes the dissertation, introducing the research context, discussing preliminary observations, and summarizing frameworks, methods, and key findings. The following two parts contain the four publications which constitute this cumulative dissertation. Part 2 begins with Chapter 2, which delves into the drivers of Algeria's energy transformation, emphasizing the importance of sustainable practices and addressing the challenges encountered in the process. The chapter stresses the need for a systemic approach to address cross-cutting issues and recommends target indicators to assess the transformation across various dimensions. The paper utilizes interviews with key stakeholders, content analysis of policy documents, reports, and previous studies to establish a set of target indicators for assessing Algeria's energy transformation according to economic sustainability, sociopolitical factors, environmental impact, and market dynamics. The chapter also proposes a framework grounded in systemic reasoning to accelerate sustainable transformation. Chapter 3 analyzes the energy transformation in Morocco and propose a potential pathway towards a sustainable, low-carbon energy system. By utilizing the Triple Embeddedness Framework (TEF) developed by Frank W. Geels (2014), the paper examines the historical, current, and future dynamics of the energy sector, as well as its interactions with the economic and socio-political contexts. Key policies, institutions, and stakeholders are identified, highlighting successes and challenges in the energy sector. Policy recommendations include decentralizing energy governance, promoting job creation, fostering international collaboration, and addressing technical hurdles. Morocco's energy transformation presents a model for other countries facing similar challenges, demonstrating progress towards a sustainable, low-carbon energy system aligned with its development goals. Part 3 comprises Chapters 4 and 5. Chapter 4 explores the potential opportunities and barriers for implementing Decentralized Energy Systems in the agriculture sector of Algeria. The paper reviews relevant literature, current policies, and regulations for microgrids in the country, focusing on addressing the challenges faced by farmers in terms of energy supply, water usage, and food security within the Water-Energy-Food Nexus. It identifies the need for renewable energy systems to enhance energy efficiency, reduce costs, and improve sustainability in Algerian agriculture. The findings underscore the importance of policy support, financial incentives, and awareness campaigns to drive the adoption of renewable energy technologies in farming practices, facilitating energy transformation in the country. III Chapter 5 presents a comprehensive macro model aimed at integrating microgrids into the agricultural sector of Morocco. Utilizing the open-source modeling framework AnyMOD and the publicly available decision support tool CropWat (Version 8.0), the model maps different regions of the country and explores the potential benefits of microgrid integration in terms of electricity generation, water usage, food production, livestock, and overall sustainable development. The results of the paper are expected to highlight the significant potential of microgrid integration in Moroccan farms, including enhanced efficiency of electricity usage, reduced reliance on fossil fuels, increased use of renewable energy sources, and improved water usage for irrigation systems. This research will contribute to the existing literature on sustainable development and provide valuable insights for policymakers, energy planners, and agricultural stakeholders in Morocco, specifically regarding the integration of microgrids to achieve a sustainable water-energy-food nexus. Overall, this dissertation provides insights into the energy transformation in the MENA region, contributing to the existing literature on sustainable development and offering practical recommendations for policymakers, energy planners, and key stakeholders.Der Mittlere Osten und Nordafrika (MENA) Region erlebt derzeit eine bedeutende Energieumwandlung, da Länder nachhaltige Entwicklung anstreben. Angesichts der Tatsache, dass die Wirtschaften der Region traditionell stark von Öl- und Gasexporten abhängig waren, ist der Übergang zu erneuerbaren Energien eine komplexe geopolitische und wirtschaftliche Herausforderung. Diese Transformation erfordert ein sorgfältiges Management, um mögliche sozioökonomische Auswirkungen auf Gesellschaft, die von der fossilen Brennstoffindustrie abhängig sind, abzumildern. Darüber hinaus sind Kapazitätsaufbau und Kompetenzentwicklung im Bereich erneuerbarer Energien entscheidend, um einen reibungslosen und erfolgreichen Übergang zu gewährleisten. Diese Dissertation bietet eine umfassende Studie zur Energieumwandlung in der MENA Region, mit einem besonderen Schwerpunkt auf Algerien und Marokko. Die Forschung ist in drei Teile gegliedert, die jeweils zum Verständnis nachhaltiger Energiepraktiken und ihrer Umsetzung beitragen. Teil 1, Kapitel 1, fasst die Dissertation zusammen, indem der Forschungskontext eingeführt, vorläufige Beobachtungen diskutiert und Rahmenbedingungen, Methoden und Hauptergebnisse zusammengefasst werden. Die folgenden beiden Teile enthalten die fünf Veröffentlichungen, aus denen die kumulative Dissertation besteht. Teil 2 beginnt mit Kapitel 2, das sich mit den Treibern der Energieumwandlung in Algerien beschäftigt, wobei die Bedeutung nachhaltiger Praktiken betont und die Herausforderungen im Prozess angesprochen werden. Das Kapitel betont die Notwendigkeit eines systemischen Ansatzes, um übergreifende Fragen anzugehen, und empfiehlt Zielindikatoren zur Bewertung der Transformation in unterschiedlichen Dimensionen. Die Studie nutzt Interviews mit wichtigen Interessengruppen, Inhaltsanalysen von Politikdokumenten, Berichten und früheren Studien, um eine Reihe von Zielindikatoren zur Bewertung der Energieumwandlung in Algerien hinsichtlich ökonomischer Nachhaltigkeit, soziopolitischer Faktoren, Umweltauswirkungen und Marktdynamik zu etablieren. Das Kapitel schlägt außerdem einen auf systemischem Denken basierenden Rahmen vor, um die nachhaltige Transformation zu beschleunigen. Kapitel 3 analysiert die Energieumwandlung in Marokko und schlägt einen potenziellen Weg zu einem nachhaltigen, kohlenstoffarmen Energiesystem vor. Mithilfe des Triple Embeddedness Framework (TEF) von Frank W. Geels (2014) untersucht die Studie die historischen, aktuellen und zukünftigen Dynamiken des Energiesektors sowie dessen Wechselwirkungen mit den wirtschaftlichen und soziopolitischen Kontexten. Schlüsselpolitiken, Institutionen und Akteure werden identifiziert, wobei Erfolge und Herausforderungen im Energiesektor hervorgehoben werden. Politische Empfehlungen umfassen die Dezentralisierung der Energiepolitik, die Förderung der Arbeitsplatzschaffung, die Förderung internationaler Zusammenarbeit und die Bewältigung technischer Hindernisse. Die Energieumwandlung in Marokko stellt ein Modell für andere Länder dar, die ähnlichen Herausforderungen gegenüberstehen, und zeigt Fortschritte auf dem Weg zu einem nachhaltigen, kohlenstoffarmen Energiesystem im Einklang mit den Entwicklungszielen des Landes. Teil 3 umfasst Kapitel 4 und 5. Kapitel 4 untersucht die potenziellen Chancen und Barrieren für die Umsetzung dezentralisierter Energiesysteme im Agrarsektor Algeriens. Die Studie überprüft relevante Literatur, aktuelle Politiken und Vorschriften für Mikronetze im Land und konzentriert sich dabei auf die Herausforderungen, denen Landwirte in Bezug auf Energieversorgung, Wasserverbrauch und Ernährungssicherheit im Wasser-Energie-Nahrungsmittel-Nexus gegenüberstehen. Sie identifiziert den Bedarf an erneuerbaren Energiesystemen, um die Energieeffizienz zu steigern, Kosten zu senken und die Nachhaltigkeit in der algerischen Landwirtschaft zu verbessern. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von politischer Unterstützung, finanziellen Anreizen und Sensibilisierungskampagnen, um die Einführung erneuerbarer Energietechnologien in landwirtschaftliche Praktiken voranzutreiben und die Energieumwandlung im Land zu erleichtern. Kapitel 5 präsentiert ein umfassendes Makromodell, das darauf abzielt, Mikronetze in den landwirtschaftlichen Sektor Marokkos zu integriren. Mithilfe des Open-Source-Modellierungsframeworks AnyMOD und des öffentlich verfügbaren Entscheidungsunterstützungstools CropWat (Version 8.0) werden verschiedene Regionen des Landes kartiert und die potenziellen Vorteile der Mikronetzintegration in Bezug auf Stromerzeugung, Wasserverbrauch, Lebensmittelproduktion, Viehzucht und allgemeine nachhaltige Entwicklung untersucht. Die Ergebnisse der Studie sollen das bedeutende Potenzial der Mikronetzintegration in marokkanischen Farmen verdeutlichen, darunter eine verbesserte Effizienz des Stromverbrauchs, eine reduzierte Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, eine erhöhte Nutzung erneuerbarer Energiequellen und eine verbesserte Wassernutzung für Bewässerungssysteme. Diese Forschung wird zur bestehenden Literatur über nachhaltige Entwicklung beitragen und wertvolle Einblicke für Entscheidungsträger, Energieplaner und landwirtschaftliche Interessengruppen in Marokko liefern, insbesondere in Bezug auf die Integration von Mikronetzen zur Erreichung eines nachhaltigen Wasser-Energie-Nahrungsmittel-Nexus. Insgesamt bietet diese Dissertation wertvolle Einblicke in die Energieumwandlung in der MENA-Region, trägt zur bestehenden Literatur über nachhaltige Entwicklung bei und bietet praktische Empfehlungen für Entscheidungsträger, Energieplaner und wichtige Interessengruppen

Kernels on the Riemannian manifold of symmetric positive definite matrices

This thesis presents a formalization of kernel methods for Riemannian manifolds, with a focus on the manifold of symmetric positive definite (SPD) matrices. The work introduces the concept of Riemannian linear features, a novel approach to linearizing the manifold that incorporates the linear structure of the tangent space given by the Riemannian metric. Two general classes of kernels are described and compared for commonly used Riemannian metrics on SPD matrices: canonical kernels and metric space kernels. The thesis provides a comprehensive theoretical framework, including a detailed exploration of differential and Riemannian geometry, metric spaces, and distance geometry. It then applies this framework to develop new formalizations of the Riemannian manifold of positive definite matrices, describing standard metrics and showing how the new concepts are incorporated into each metric. The performance of the proposed kernel methods is evaluated through two comparisons: classification and dimensionality reduction. These are validated using a two-class motor imagery task with electroencephalography (EEG) recordings, employing a cross-session within-subject leave-one-session-out paradigm. This work contributes to the field by offering a unified formalization of kernel methods for Riemannian manifolds and SPD matrices in particular. It provides insights into the construction and application of kernels in this framework, opening up new avenues for research in areas such as Brain-Computer Interfaces and other domains where SPD matrices can be extracted as features for machine learning methods.Diese Dissertation präsentiert eine Formalisierung von Kernel-Methoden für Riemannsche Mannigfaltigkeiten, mit besonderem Fokus auf die Mannigfaltigkeit symmetrisch positiv definiter (SPD) Matrizen. Die Arbeit führt das Konzept der Riemannschen linearen Features ein, einen neuartigen Ansatz zur Linearisierung der Mannigfaltigkeit, der die lineare Struktur des Tangentialraums, gegeben durch die Riemannsche Metrik, einbezieht. Zwei allgemeine Klassen von Kernels werden für häufig verwendete Riemannsche Metriken auf SPD-Matrizen beschrieben und verglichen: kanonische Kernels und Kernels in metrischen Räumen. Die Dissertation bietet einen umfassenden theoretischen Rahmen, einschließlich einer detaillierten Untersuchung der Riemannschen Geometrie, metrischer Räume und Distanzgeometrie. Anschließend werden diese theoretischen Konzepte angewendet, um neue Formalisierungen der Riemannschen Mannigfaltigkeit positiv definiter Matrizen zu entwickeln. Es werden die Standardmetriken auf SPD Matrizen beschrieben und gezeigt, wie die neuen Formalisierungen in jede Metrik integriert werden. Die Leistung der vorgeschlagenen Kernel-Methoden wird durch zwei Vergleiche evaluiert: Klassifikation und Dimensionsreduktion. Diese werden anhand einer zwei-Klassen Motor-Imagery-Aufgabe mit Elektroenzephalographie (EEG)-Aufzeichnungen validiert. Diese Arbeit trägt zum Forschungsfeld bei, indem sie eine einheitliche Formalisierung von Kernel-Methoden für Riemannsche Mannigfaltigkeiten und insbesondere SPD-Matrizen bietet. Sie liefert Einblicke in die Konstruktion und Anwendung von Kernels in diesem Rahmen und eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten für Brain-Computer-Interfaces und andere Bereiche, in denen SPD-Matrizen als Features für maschinelle Lernmethoden genutzt werden können.DFG, 384950143G, RK 2433: Differentialgleichungs- und Daten-basierte Modelle in den Lebenswissenschaften und der Fluiddynamik (DAEDALUS

Background and aims of the PriSMa-P project: development, maintenance and consequences of shame and pride in maths among primary school teacher trainees during the practical semester

Studierende erleben im Verlauf ihres Studiums eine Vielzahl verschiedener Emotionen, z. B. speziell in Prüfungssituationen, im Rahmen von Präsentationen oder Gruppenarbeiten. Insbesondere Praxisphasen stellen eine wesentliche Quelle des emotionalen Erlebens von Studierenden dar. Studien deuten darauf hin, dass Intensität und Frequenz der Emotionen von dem Studienfach, z. B. Mathematik, und der konkreten Population von Studierenden, z. B. Grundschullehramtsstudierenden, abhängen kann. Die bisherige Forschung zu Emotionen im universitären Kontext im Fach Mathematik bei Primarlehramtsstudierenden hat sich stark auf Angst und Freude fokussiert. Es liegen jedoch mehrere Hinweise vor, dass auch sogenannte selbstbewusste Emotionen (z. B. Scham, Stolz, Neid), die insbesondere in sozialen Situationen erlebt werden, für die Kompetenz- und Identitätsentwicklung von besonderer Bedeutung sein können. Der vorliegende Beitrag stellt den Hintergrund und die Ziele eines von der DFG geförderten Forschungsprojekts vor, in dem die Entstehung, Aufrechterhaltung und Folgen von Scham und Stolz bei Primarlehramtsstudierenden im Fach Mathematik fokussiert werden. Dabei werden die Teilnehmenden längsschnittlich über das Praxissemester untersucht, um herauszufinden, inwieweit sich Lehramtsstudierende von Lernenden zu prospektiv Lehrenden aus emotionstheoretischer Sicht entwickeln. Die drei untersuchten Emotionen werden vor diesem Hintergrund zum einen als Leistungsemotionen und zum anderen als Emotionen beim Unterrichten fokussiert.Students experience a variety of emotions throughout their studies, for example, specifically in exam situations, during presentations, or group work. Practical phases, in particular, represent a significant source of emotional experiences for students. Studies suggest that the intensity and frequency of emotions can depend on the field of study, such as mathematics, and the specific population of students, such as primary education students. Previous research on emotions in the university context in the subject of mathematics for primary education students has focused heavily on anxiety and joy. However, there is substantial evidence that so-called self-conscious emotions (e.g., shame, pride, envy), which are particularly experienced in social situations, can be of special importance for competence and identity development. This paper presents the background and objectives of a research project funded by the DFG, which focuses on the emergence, maintenance, and consequences of shame and pride among primary education students in the subject of mathematics. The participants will be studied longitudinally over the practical semester to determine the extent to which education students develop from learners to prospective teachers from an emotion-theoretical perspective. In this context, the three emotions studied will be focused on both as performance emotions and as emotions during teaching