Schlussbericht zum Vorhaben

Projektbeschreibung: Die Trockenstresstoleranz der Rotbuche (Fagus sylvatica L.) wird seit einigen Jahren zunehmend kritisch hinterfragt. Um die Vitalität, Anpassungsfähigkeit, Resilienz und Produktivität von Buchenbeständen auch in Zukunft sicherzustellen, wurden in früheren Studien z.B. Durchforstungen, Erhöhung der genetischen Diversität und die Identifikation von trockenstresstoleranten Genotypen als geeignete Instrumente empfohlen. Es besteht aber weiter Notwendigkeit hinsichtlich Studien, welche ihren Fokus neben dem Wachstum auch auf die Baumarchitektur und das Wasserleitungssystem sowie deren Zusammenhang legen. Das Ziel dieser Studie war es, den relativen Anteil umweltbedingter und genetischer Einflüsse auf eine Vielzahl phänotypischer Merkmale von naturverjüngten ca. 100-jährigen Reinbeständen der Buche zu quantifizieren. Die untersuchten Bestände befinden sich auf einer kühl-feuchten Nordost- (NO) und einer warm-trockenen Südwest- (SW) Exposition auf gegenüberliegenden Seiten eines Tals in der Schwäbischen Alb. Drei waldbauliche Behandlungen (Kontrolle, starke und sehr starke Durchforstung) wurden 1999 auf beiden Expositionen durchgeführt. Verwandtschaftsanalysen auf der Grundlage von Mikrosatellitenmarkern identifizierten 126 Halbgeschwisterfamilien mit insgesamt 722 Bäumen. Terrestrisches Laserscanning wurde zur Phänotypisierung von Merkmalen der Baumarchitektur (BHD, Baumhöhe und Kronenvariablen) und zur Ableitung von Konkurrenzindizes eingesetzt. Quantitative Holzanatomie wurde angewandt, um die Struktur und Verteilung der wasserleitenden Gefäße auf der Grundlage von Zuwachsbohrkernen aus Brusthöhe basierend auf einer Teilstichprobe von 367 Bäumen zu erfassen. Die Zusammenhänge zwischen der saisonalen Variation der Wasserverfügbarkeit und der Anatomie wurden mit dendroökologischen Zeitreihenanalysen geprüft. Die Effekte von endogenen und exogenen Faktoren auf die verschiedenen Phänotypen wurden mit gemischten Modellen sowie Varianzkomponentenanalysen quantifiziert. Projektergebnisse: Auf beiden Expositionen zeigte der Gefäßdurchmesser signifikant positive bzw. die Gefäßdichte signifikant negative Korrelationen mit der Wasserverfügbarkeit während des Sommers. Mit zunehmender Baumhöhe und Kronenvolumen sowie bei geringerer Konkurrenz nahm der Gefäßdurchmesser auf beiden Expositionen signifikant zu. Die Effekte der Durchforstung führten damit zwar zu einer Steigerung der hydraulischen Konduktivität, jedoch nicht notwendigerweise auch zu einer Verbesserung der hydraulischen Sicherheit. Die weitlumigen Gefäße und die geringe Gefäßdichte auf der SW-Exposition im Vergleich zur NO-Exposition bei gleicher Baumdimension deuten auf eine riskantere Strategie hin, um die hydraulische Leitfähigkeit auf Kosten der hydraulischen Sicherheit zu maximieren. Die Effekte der Familie auf die Baumarchitektur waren signifikant, aber im Vergleich zum Einfluss der Konkurrenz und Exposition eher gering. Deutlich stärker ausgeprägt waren die Effekte der Familie auf das Wasserleitungssystem, wobei auch dieses vor allem durch die Konkurrenzsituation modifiziert wurde. Die hier vorgestellten Ergebnisse bieten neue Einblicke in die genetische und umweltbedingte Steuerung phänotypischer Merkmale auf unterschiedlichen Skalenebenen und tragen zum besseren Verständnis der Anpassungsfähigkeit der Rotbuche in natürlichen Populationen bei

KMU-innovativ - Verbundprojekt Klimaschutz, Abschlussbericht FuE-Vorhaben

Die kontinuierliche Optimierung der Energie- und Ressourceneffizienz in Gießereien mit sehr hohem Energieeinsatz während der Produktion ist sowohl eine notwendige, grundlegende Voraussetzung für den Unternehmenserfolg, als auch eine Pflichtaufgabe zur nachhaltigen Ressourcen- und Umweltschonung. Nur auf Basis stabiler, gleichbleibender und abgesicherter Prozesse kann man sicher in hoher Qualität produzieren und die Energieeffizienz der gesamten Wertschöpfungskette der Produkte maximieren. Mit den heutigen Möglichkeiten in der Messtechnik, Datenerfassung und -auswertung, Automatisierung und Integration (Stichworte: Digitalisierung und Industrie 4.0) wird in diesem Projekt ein allererster Ansatz einer Optimierungsplattform bis auf Anlagenebene in Gießereibetrieben mit integrierten KI-basierten Optimierungsmethoden entwickelt, die den Schleudergussprozess im Edelstahl für Einzelteile und Kleinserien über ein sehr breites Spektrum unterschiedlicher Abgussgewichte und Abmessungen in Bezug auf die selbstständige Optimierung der Temperaturerhaltung auf ein neues Energieeffizienz-Niveau hebt. Innerhalb dieser Plattform wird es ermöglicht vorhandene Material- und Prozesssimulationen mit realen Prozessdaten zu verknüpfen und damit prozessnah zu optimieren. Diese Plattform wird modular erweiterbar sein, um in Folge die gesamte prozessstufenübergreifende Produktionskette abzubilden. Hierfür wird im Rahmen des Projektes „OptiGuss“ eine Art digitaler Zwilling entwickelt, der aus automatisierter Übergabe optimierter Prozessparameter für exemplarische Prozessaggregate, KI-basierter Datenanalyse und Simulation besteht, um gemeinsam mit der zentralen Optimierungs-Toolbox die Steuerung der Produktion in Bezug auf Energie- und Ressourceneffizienz zu verbessern. Hierdurch werden allein am hier ausgewählten Beispiel der Tem-peraturhaltung im Schleudergussprozess durch innovative Entwicklungen erhebliche Einsparpotentiale gehoben

Schlussbericht

Dieser Abschlussbericht fasst Ergebnisse des Projekts CONSYSVAR zusammen, welcher Teil des übergeordneten Projekts MBPLE4Mobility war. Ziel von MBPLE4Mobility war die Optimierung von Entwicklungsmethoden und -werkzeugen für die modellbasierte Entwicklung und Produktlinienentwicklung im Bahn- und Automobilsektor. Dadurch sollten Projektkosten, Risiken und Entwicklungszeiten reduziert werden. Das Projekt ermöglicht so die Bereitstellung einer breiten Palette zuverlässiger Mobilitätslösungen und trägt zu den Dekarbonisierungsbemühungen in Deutschland bei. Der Schwerpunkt des Teilprojekts CONSYSVAR lag auf der Entwicklung eines Konzepts zur Integration modellbasierten Systems Engineerings (MBSE) mit dem Ansatz der Produktlinienentwicklung (PLE).This final report summarizes results of the CONSYSVAR project, which was part of the overarching MBPLE4Mobility project. The aim of the MBPLE4Mobility project was to optimize development methods and tools for model-based development and product line engineering in the rail and automotive sectors. This aimed to reduce project costs, risks, and development times. In doing so, the project enables the provision of a wide range of reliable mobility solutions, thereby contributing to the decarbonization efforts in Germany. The focus of the CONSYSVAR subproject was on the development of a concept for integrating model-based systems engineering (MBSE) with the product line development (PLE) approach

Schlussbericht

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Schlussbericht

Das Projekt fand im Rahmen des Verbundprojekts "R&D DETEKTOREN (AXIONEN)" der Universitäten Aachen, Bonn und Mainz statt. Ziel des Verbundes war die Entwicklung neuartiger Detektoren zur Suche nach Axionen und Axion-artigen Teilchen. Die Arbeiten finden in enger Zusammenarbeit mit den internationalen Kollaborationen IAXO und MADMAX statt, an denen weitere deutsche und internationale Institutionen beteiligt sind. Die Vorhaben im Verbund haben während der Förderperiode sichtbar dazu beigetragen, dass beide Projekte wesentliche Fortschritte in Richtung Realisierung der Exprimente gemacht haben. Konkretes Ziel des Vorhabens an der Universität Bonn war die Weiterentwicklung von GridPix-Detektoren im Hinblick auf ihren Einsatz als Detektoren für weiche Röntgenphotonen bei geringstmöglichem Untergrund und hoher Nachweiseffizienz. Als Hauptergebnis wurde zum Projektende ein Detektorprototyp fertiggestellt, der ausschließlich aus Materialien besteht, die in einer strahlungsarmen Form beschafft werden können. Der Detektor wurde im Labor getestet und erfüllt die gestellten Anforderungen. Ein Teststand mit aktivem Myonveto wurde konstruiert und teilweise in Betrieb genommen. Des weiteren wurden strahlungsarme Materialien beschafft und charakterisiert, die Entwicklung ultra-dünner Eintrittsfenster vorangetrieben. Es wurden zahlreiche Beiträge zum Gesamtkonzept des Detektors geleistet im Bereich von machine-learning-basierten Rekonstruktionsalgorithmen, der Ende-zu-Ende-Simulation des Gesamtexperiments, der mechanischen Stabilität des Experiments sowie, in Zusammenarbeit mit der Industrie im Bereich des detaillierten Konzepts des supraleitenden Magneten

Sachbericht

Die Thorax-Bildgebung mit Hilfe der CT ist eine der häufigsten radiologischen Untersuchungen in Deutschland und weltweit. Insgesamt wurden 2009 ca. 800.000 Untersuchungen jährlich in Deutschland durchgeführt (Arztreport der BARMER 2011; jüngere Erhebungen sind nicht bekannt). Gemäß dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) nimmt die Anzahl der CT-Untersuchungen in Deutschland schnell zu. Im Zeitraum von 2007 bis 2016 betrug der Zuwachs 45%, das sind Raten von im Mittel 5% pro Jahr. Damit schätzen wir die Gesamtzahl der Thorax-CT-Aufnahmen, die 2020 in Deutschland angefertigt werden, auf ca. 1,3 Millionen ab. Die Thorax-CT ist vor allem bei der Diagnose und Therapieüberwachung von Bronchialkarzinomen und Tumor-Metastasen etabliert. Zudem hat die Coronavirus-Pandemie gezeigt, dass die Thorax-CT-Bildgebung auch bei COVID-19-Patienten eine zentrale Bedeutung für die Diagnose und Therapieüberwachung hat. Mit CT-Verlaufskontrollen können Progression von Lungenerkrankungen, die das Lungenparenchym verletzen oder verändern, mit Hilfe von objektivierbaren Parametern überwacht und auch bereits leichte Veränderungen früh erkannt werden. Letzten Endes bieten Verlaufskontrollen die Möglichkeit, auch kleinste Therapieeffekte und Nebenwirkungen zu objektivieren und damit eine frühe Optimierung der Therapie vorzunehmen. Im klinischen Alltag wird nur ein kleiner Teil des Potentials ausgeschöpft, da keine routinetauglichen Tools und Services zur genauen, umfassenden Erfassung und Dokumentation aller krankheitsrelevanten Parameter und quantitativen Marker existieren. Die Aufgabenstellung des F&E-Vorhabens, das von den Kooperationspartnern jung diagnostics GmbH (JDX), Fraunhofer MEVIS (FME) und Universitätsmedizin Mainz (UMM) durchgeführt wurde, bestand darin, die Entwicklung einer vollautomatisch arbeitenden Bildverarbeitungstechnologie zur Erkennung kleinster anatomischer und pathologischer Veränderungen des Lungenparenchyms auf Thorax-CT-Aufnahmen voranzutreiben, die den Anforderungen in der Patientenversorgung vollumfänglich entspricht. Es sollten vorhandene Verfahren zur Detektion und Quantifizierung von Pathologien zusammengeführt, automatisiert und weiterentwickelt werden. Die Aufgabenstellung des Teilvorhabens von JDX bestand in der automatisierten Erkennung von unspezifischen Abweichungen von der Norm (Anomalien) und der Entwicklung von Verfahren zur Quantifizierung von Pathologien des Lungenparenchyms. Weiterhin sollten Konzepte zur Befundunterstützung entwickelt werden, die aufbauend auf vollautomatisiert durchgeführten Bildanalysen, die Dauer der Befundung signifikant reduzieren helfen

Projektabschlussbericht GaN-HighPower: Kosten- und gewichtseffiziente PV- und Batterie-Wechselrichter großer Leistung für internationale Märkte der Zukunft durch Gallium-Nitrid (GaN) Halbleiter; Teilvorhaben des Fraunhofer IEE: Entwicklung eines Demonstrators für PV-Anwendungen auf GaN Basis

Ziel des Verbundforschungsvorhabens GaN-HighPower war es, die nächste Generation kostengünstiger, ressourcenschonender und effizienter Stromrichter für Photovoltaik-Anwendungen zu erforschen und zu erproben, wobei der Fokus auf Stringwechselrichtern mit größerer Leistung im Bereich von 150 kVA lag. Hierfür sollten Galliumnitrid (GaN) Halbleitermodule zusammen mit anwendungsorientiert stark verbesserten induktiven Bauelementen und Stromsensoren erforscht und erprobt werden. Die GaN-Technologie ermöglicht aufgrund ihrer großen Bandlücke (Wide Band Gap, WBG) eine Miniaturisierung des Halbleiterchips, was sich wiederum für höhere erreichbare Schaltfrequenzen nutzen lässt. Dadurch sinkt die Energie, die in den passiven Bauteilen (Induktivitäten, Kapazitäten) einer Schaltung kurzfristig gespeichert werden muss, wodurch diese ebenfalls deutlich kleiner und leichter ausfallen können, was wiederum Kosten und Ressourcenverbrauch senkt. Damit die GaN-Halbleiter diese Optionen eröffnen können, braucht es jedoch Treiberschaltungen, die diese Halbleiter auch bei hohen Leistungen zuverlässig und effizient ansteuern können, sowie eine dazu passende Systemregelung. Diese neuen Ansätze für Halbleiter und induktive Bauteile sollten mit einer neuen Stromsensorik kombiniert werden, die in der Lage ist, die hohen Schaltfrequenzen der Halbleiter messtechnisch zu erfassen.The goal of the collaborative research project GaN-HighPower was to investigate and test the next generation of cost-effective, resource-saving, and efficient power converters for photovoltaic applications, focusing on string inverters with a higher output power in the range of 150 kVA. For this purpose, gallium nitride (GaN) semiconductor modules were to be researched and tested alongside application-oriented, significantly improved inductive components and current sensors. The GaN technology enables miniaturization of the semiconductor chip due to its wide bandgap (Wide Band Gap, WBG), which can be utilized for achieving higher switching frequencies. As a result, the energy that must be temporarily stored in the passive components (inductors, capacitors) of a circuit decreases, allowing these components to be significantly smaller and lighter, thereby reducing costs and resource consumption. However, to enable GaN semiconductors to unlock these options, driver circuits are needed that can reliably and efficiently control these semiconductors at high power levels, along with an appropriate system control. These new approaches for semiconductors and inductive components should be combined with a new current sensing technology capable of accurately measuring the high switching frequencies of the semiconductors

Schlussbericht "Legioplas"

Das Gesamtvorhaben „Photonische Verfahren zur Erkennung und Bekämpfung mikrobieller Belastungen“ im Rahmen des Förderprogramms „Photonik Forschung Deutschland“ unterstützte kooperative, vorwettbewerbliche Verbundprojekte, die zu völlig neuen oder wesentlich verbesserten technischen Lösungen für Anwendungen zur Erkennung und Bekämpfung mikrobieller Belastungen und somit Reduktion von Infektionen führen und dabei auf innovativen Photonik-Komponenten beruhen. Für die Lösung der risikoreichen, komplexen Forschungsaufgabe wurde dabei ein inter- und multidisziplinäres Vorgehen durch eine enge Zusammenarbeit mit verschiedenen Projektpartnern (Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Hochschulen) gefordert. Im Teilvorhaben sollte dazu ein mobiles Messsystem für einen Schnellnachweis von Legionellen geschaffen werden, um sofort eine Aussage über die Legionellen treffen zu können. Hierzu sollten der Einweg-Biosensorchip und die Sensoreinheit in einem tragbaren Messsystemkoffer integriert werden, der automatisch alle fluidischen Prozesse und die Bedienvorgänge übernimmt, Daten erfasst und auf Basis einer aktuellen Kalibrierung die Legionellen-Konzentration anzeigt

Ermittlung von Grundlagen und Bewertungsmethoden einer Ökobilanz des Straßenwinterdienstes

Wesentliche Aufgabe des Winterdienstes ist die Gewährleistung von Sicherheit und Verkehrsfluss für Personen- und Güterverkehr in Perioden mit winterlichen Witterungsbedingungen. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde eine einfache Methode für die Ökobilanzierung des Straßenwinterdienstes entwickelt und in Form eines intuitiv bedienbaren Excel-Tools für interessierte Kreise anwendbar gemacht. Der im Projekt betrachtete Straßenwinterdienst umfasste dabei den Winterdienst auf Außerortsstraßen, insbesondere Autobahnen und Bundesstraßen. Im ersten Schritt des Projekts wurden Ökobilanzstudien zum Winterdienst ausgewertet und daraus die methodischen Grundlagen des ÖkoWin-Tools abgeleitet. Ergänzend zur Literaturauswertung wurden Interviews mit Praxisakteuren geführt. Eine Auswertung aktueller Literatur zu ökotoxischen Wirkungen aus der Ausbringung von Streumitteln vervollständigt das Bild der Umweltauswirkungen. Die Entwicklung des ÖkoWin-Tools erfolgte im zweiten Schritt. Zentrale Zielgruppe des Tools sind Akteure, die für den Winterdienst verantwortlich sind, wie z.B. Autobahnund Straßenmeistereien sowie Bauhöfen und Akteure, die Entscheidungen zur Beschaffung von Streumitteln und Winterdiensttechnik treffen. Sie können mit dem ÖkoWin-Tool die potenziellen Umweltauswirkungen ihrer Winterdienstaktivitäten bestimmen, sie können ermitteln, welche Prozesse die höchsten Beiträge zu den Umweltauswirkungen verursachen und welche Potenziale in Optimierungsmaßnahmen stecken. Das ÖkoWin-Tool ermöglicht die Erstellung individueller Ökobilanzen in sechs Schritten. Die Ökobilanzierung erfolgt in Bezug auf eine entsprechend der Fragestellung festzulegende funktionelle Einheit, das ist eine Bezugsgröße mit räumlicher und zeitlicher Komponente, beispielsweise die Winterdienstaktivitäten für die gesamte betreute Streufläche über eine bestimmte Winterperiode. Anwender*innen müssen die Primärdaten zu den Kernprozessen ihrer Winterdienstaktivitäten in das Tool eingeben (z.B. Verbrauch an Streumitteln und Kraftstoffen). Im ÖkoWin-Tool sind die Emissionsfaktoren zu den Vor- und Nachketten (z.B. die Herstellung von Streumitteln und Kraftstoffen, Emissionen der Ausbringung) für die Berechnung der potenziellen Umweltauswirkungen hinterlegt. Insgesamt eignet sich die Methode der Ökobilanz sehr gut, um Optimierungspotenziale für die Durchführung des Winterdienstes innerhalb einer Meisterei oder eines Bauhofes zu identifizieren Dagegen ist ein direkter Vergleich des Winterdienstes unterschiedlicher Meistereien bzw. generell von unterschiedlichen Organisationen, die den Winterdienst durchführen, auf Basis einer Ökobilanz nur sehr eingeschränkt oder gar nicht möglich. Ebenso gibt es verschiedene Auswirkungen des Winterdienstes, die mit der Methode der Ökobilanz aufgrund offener methodischer Fragen und fehlender Daten zumindest derzeit nicht abgebildet werden können. Darunter fallen potenzielle ökotoxische Wirkungen insbesondere aus der Ausbringung der Streumittel. Ebenso können potenzielle negative Wirkungen auf Bauwerke und Fahrzeuge, die Reparaturen und Ersatzmaßnahmen notwendig machen und darüber Umweltauswirkungen verursachen, nicht berücksichtigt werden. Auch die Effekte des Winterdienstes auf den Verkehrsfluss können mit der Methode Ökobilanz derzeit nicht abgebildet werden. Datei-Upload durch TIBThe main task of winter road maintenance is to ensure the safety and flow of passenger and goods traffic during periods of wintry weather conditions. In the present research project, a simple method for the life cycle assessment of winter road maintenance was developed and made applicable for interested parties in the form of an intuitively usable Excel tool. The winter road maintenance service considered in the project comprised winter road maintenance on roads outside built-up areas, in particular freeways and federal trunk roads. In the first step of the project, life cycle assessment studies on winter road maintenance were evaluated and the methodological basis of the ÖkoWin tool was derived from them. In addition to the literature review, interviews with practitioners were conducted. An evaluation of current literature on ecotoxic effects from the application of gritting materials completes the picture of environmental impacts. The development of the ÖkoWin tool took place in the second step. The central target group of the tool are actors responsible for winter road maintenance, such as highway and road maintenance depots as well as building yards and actors who make decisions on the procurement of gritting materials and winter road maintenance equipment. They can use the ÖkoWin tool to determine the potential environmental impacts of their winter maintenance activities, identify which processes cause the highest contributions to environmental impacts, and identify the potential for optimization measures. The ÖkoWin tool enables the creation of individual life cycle assessments in six steps. The life cycle assessment is carried out in relation to a functional unit to be defined according to the question, i.e. a reference value with spatial and temporal components, e.g. the winter road maintenance activities for the entire managed gritting area over a specific winter period. Users must enter primary data on the core processes of their winter maintenance activities into the tool (e.g. consumption of gritting materials and fuels). The ÖkoWin tool stores the emission factors for the upstream and downstream chains (e.g. the production of gritting materials and fuels, emissions from spreading) for calculating the potential environmental impact. Overall, the LCA method is very well suited to identify optimization potential for the implementation of winter maintenance within a master workshop or a building yard. In contrast, a direct comparison of the winter maintenance of different master workshops or, in general, of different organizations that carry out winter maintenance, on the basis of an LCA is only possible to a very limited extent or not at all. Similarly, there are various impacts of winter road maintenance that cannot be mapped using the LCA method due to open methodological questions and a lack of data, at least at present. These include potential ecotoxic effects, particularly from the application of gritting materials. Likewise, potential negative effects on structures and vehicles, which necessitate repairs and replacement measures and cause environmental impacts as a result, cannot be taken into account. The effects of winter road maintenance on traffic flow can also not be mapped with the LCA method at present