Experimental and numerical investigation of microbial growth in two-phase saturated porous media at the pore-scale

Efficient long-term storage of energy is of crucial importance for an economy which is completely based on renewable energies. Subsurface storage of green hydrogen could contribute substantially to reaching this goal. However, the injection of hydrogen into the subsurface could lead to an increased activity of microorganisms which results in gas conversion and an increase in biomass. In this work, the growth of methanogenic microorganisms was studied by a combined experimental and numerical modeling approach. For the experiments, artificial porous structures between two glass plates, referred to as glass–silicon–glass micromodels, were used. These transparent quasi-two-dimensional micromodels allow the direct observation of microbial processes by microscopic analysis. Experiments were performed under static and dynamic conditions to get a detailed insight into the temporal and spatial dynamics of the microorganisms. The experiments were accompanied by two-dimensional reactive transport modeling to further improve the understanding of microbial dynamics. The model takes into account gas and water as phases and the diffusive transport of the substrate inside both phases. A Monod model is used for describing the growth of microbes inside a partially saturated porous medium. The experimental and simulated data are in very good agreement. It has been shown that during the static experiments, nutrient-limited growth inside the liquid phase of the porous medium takes place. However, during dynamic experiments with a re-supply of nutrients, the microbial density quickly reaches a maximum near the gas/liquid interface. Growth is continuous but much slower further away from this interface. The study shows new substantial findings which can serve as a basis for developing improved models on the continuum scale and can be used to optimize the management of long-term storage systems in deep reservoirs

Data from: Asymmetric Ring Opening of Oxabicyclic Alkenes: Enhanced Rhodium Catalysis Using Camphor-Derived NHC Ligands Featuring Pyridine Coordination

The synthesis, characterization, and reactivity assessment of a chiral camphor-based Rh(I) catalyst functionalized with pyridine moiety is presented. The catalytic system was evaluated in the asymmetric ring-opening (ARO) of bicyclic alkenes substrates, ensuring high product yields and enantioselectivity. While the primary focus was on the use of indoles as nucleophiles in the ARO reaction, a broader scope of bicyclic substrates was also explored. The catalyst demonstrated tolerance toward various functional groups present in the indole derivatives, underscoring its broad synthetic utility in asymmetric synthesis. The dataset contains the two zip Files “FID_ for Publication1.zip” + “FID_ for Publication2.zip”and contains the primary NMR data files (FID files, acquisition data, processing parameters) for the article: “Asymmetric Ring Opening of Oxabicyclic Alkenes: Enhanced Rhodium Catalysis Using Camphor-Derived NHC Ligands Featuring Pyridine Coordination” published in Journal of Organic Chemistry https://doi.org/10.1021/acs.joc.5c02582. The article is published open access. In addition, a zip file "dft-orca-data.zip" is provided, which contains the DFT calculations raw data of compounds R-10, S-10, R-10-THF and S-10-THF. They were calculated with Orca 6.0

Herausforderungen zur Aufrechterhaltung des Arbeitsschutzes in Strukturanpassungs- und Veränderungsprozessen – Verifiziert am Beispiel eines Bergwerksbetriebes

Strukturanpassungs- und Veränderungsprozesse in Unternehmen, bedingt durch Schließung, Teilschließung oder Umstrukturierung, beeinflussen signifikant den Arbeitsund Gesundheitsschutz. Ein wesentliches Element des Arbeits- und Gesundheitsschutzes ist die Anlagen- und Maschinensicherheit. Diese ist essenziell für die Rechtssicherheit des Unternehmens wie auch die sichere Arbeit der Mitarbeitenden. Dabei sind sowohl organisatorische als auch menschliche Faktoren zu berücksichtigen. Bei der Umsetzung der Strukturanpassungs- und Veränderungsprozesse sind Störgrößen zu berücksichtigen, die negativ auf Kontinuität und Qualität des betrieblichen Prozessablaufs wirken. Exemplarische Beispiele für solche Störgrößen sind Reduzierung des Instandhaltungsumfangs, Verlängerung von Instandhaltungs- und Prüfintervallen und Nutzung von Anlagen oder Maschinen an der Kapazitätsgrenze. Die Störgrößen wirken auf die menschlichen Faktoren dahingehend, dass Mitarbeitende abwandern, Qualifikation sinkt und somit Wissen verloren geht. Um den oben genannten Störgrößen entgegenzuwirken und die Auswirkungen auf die Mitarbeitenden zu reduzieren, muss sichergestellt sein, dass die Sicherheit von Anlagen oder Maschinen niemals den rechtssicheren Bereich verlassen. Hierfür notwendige Investitionen – sowohl in Anlagen oder Maschinen als auch Qualifikation und Wissenserhalt – sind auch unter Kostendruck durchzuführen. Somit ist der Erhalt der Anlagen- und Maschinensicherheit nicht nur ein unabdingbarer Bestandteil des Arbeitsund Gesundheitsschutzes, sondern zwingend für die rechtssichere Umsetzung von Strukturanpassungs- und Veränderungsprozessen. Resultierend aus einem Forschungs- und Entwicklungsvorhaben ist das Ergebnis ein Programm für die Veränderungsphasen im Betriebssicherheitsmanagement (BSM). Dieses implementiert Modelle, sowie einen entwickelten Prozess samt Maßnahmen und wird um eine neue Kennzahl im BSM ergänzt. Die Kennzahl beschreibt die Leistungsfähigkeit einer Organisation zur Erreichung eines betriebssicheren Zustands. Das Modell vereinigt Methoden des Changemanagements nach Kotter, des Arbeits- und Gesundheitsschutzes nach Bradley und des Qualitätsmanagements nach Demming, und deckt damit die relevanten Fachdisziplinen ab. Die neue BSM-Kennzahl wurde auf Basis von Felddaten entwickelt. Um die Allgemeingültigkeit – und damit auch Branchenunabhängigkeit – des Programmes und der BSM-Kennzahl sicherzustellen, wurden Hilfsmittel und Methoden verallgemeinert. Für die vorbeugende Instandhaltung wird die Ermittlung der Leistungsfähigkeit zur Erreichung eines betriebssicheren Zustands ermittelt. Daraus resultierend kann die Umsetzung von Maßnahmen gewichtet werden. Zugehörige Einflussgrößen sind Dauer, Ressourcen und verfügbarer Umsetzungszeitraum. Nach Verifizierung und Implementierung der Hilfsmittel und Methoden, mit Beginn des Jahres 2019, sinkt der LTIF-Wert und stabilisiert sich auf einem niedrigen Niveau in den Folgejahren. Dieses wird durch die Verifizierung und Optimierung der Hilfsmittel im Rahmen des PDCA-Zyklus erreicht, um den Einfluss von Änderungen an Rahmenbedingungen und Störgrößen zu berücksichtigen. Durch die Reduzierung und Stabilisierung des LTIF-Werts auf niedrigem Niveau ist die Wirkung der Hilfsmittel und Methoden nachgewiesen.Structural adjustment and change processes in companies, caused by closure, partial closure or restructuring, have a significant impact on occupational health and safety. An essential element of occupational health and safety is plant and machine safety. This is essential for the legal certainty of the company as well as the safe work of the employees. Both organizational and human factors must be taken into account. In the implementation of the structural adjustment and change processes, disturbances must be taken into account that have a negative effect on the continuity and quality of the operational process flow. Exemplary examples of such disturbances are reduction of the scope of maintenance, extension of maintenance and inspection intervals and use of plants or machines at the limit of capacity. The confounding variables have an effect on human factors in such a way that employees migrate, qualifications decrease and thus knowledge is lost. In order to counteract the above-mentioned disturbances and reduce the impact on employees, it must be ensured that the safety of systems or machines never leaves the legally compliant area. Investments necessary for this – both in plants or machines as well as qualification and knowledge retention – must also be carried out under cost pressure. Thus, maintaining plant and machine safety is not only an indispensable component of occupational health and safety, but also imperative for the legally compliant implementation of structural adjustment and change processes. As a result of a research and development project, the result is a program for the change phases in industrial safety management (BSM). This implements models, as well as a developed process including measures and is supplemented by a new key figure in the BSM. The key figure describes the performance of an organization to achieve an operationally safe state. The model combines methods of change management according to Kotter, occupational health and safety according to Bradley and quality management according to Demming, and thus covers the relevant disciplines. The new BSM key figure was developed on the basis of field data. In order to ensure the general validity – and thus also industry independence – of the program and the BSM KPI, tools and methods have been generalized. For preventive maintenance, the determination of the performance to achieve an operationally safe condition is determined. As a result, the implementation of measures can be weighted. Associated influencing variables are duration, resources and available implementation period. After verification and implementation of the tools and methods, at the beginning of 2019, the LTIF value decreases and stabilizes at a low level in the following years. This is achieved by verifying and optimising the tools within the PDCA cycle in order to take into account the influence of changes in framework conditions and confounding variables. By reducing and stabilizing the LTIF value at a low level, the effect of the tools and methods has been proven

Dynamische Geschäftsmodellbewertung: ein zweistufiger Design Science Research-Ansatz zur Evaluation und Validierungmittels Simulation Gaming

Durch die sich stetig verändernde Umwelt und gleichzeitig steigende Dynamik der unternehmerischen Welt sind die Geschäftsmodelle von Unternehmen unter Druck. Der Bedarf, sich an die Veränderungen der Unternehmensumwelt, neuer Technologien oder interner Veränderungen anzupassen, steigt stetig an. Vor diesem Hintergrund ist die Geschäftsmodellbewertung zentral für den unternehmerischen Erfolg. Damit der Prozess der Bewertungsmethode in Zeiten zunehmender Dynamik dieser gerecht werden kann, bedarf es einer Übertragung von einer statischen zu einer dynamischen Geschäftsmodellbewertung. Entsprechend widmet sich diese Dissertation der Exploration der dynamischen Geschäftsmodellbewertung. Hierfür wird auf einen zweistufigen Design Science Research- Ansatz zurückgegriffen, um einen methodischen Rahmen für das Forschungsvorhaben zu gestalten. Im Rahmen der ersten Iteration dieses Ansatzes wird eine Simulationsumgebung in Form eines Unternehmensplanspiels entwickelt und mittels Strukturgleichungsmodellen evaluiert. Die Evaluation erfolgt hierbei mittels eines neuartigen Modells, welches sowohl pädagogische als auch Anforderungen an die Technologieakzeptanz inkludiert. Durch die Evaluation wird der Einsatz als Simulationsumgebung legitimiert, um in der zweiten Iteration des Forschungsvorhabens den Ansatz des Simulation Gamings zu verfolgen. In diesem Schritt werden mittels des erstellten Unternehmensplanspiels Simulationsdaten in Form von Geschäftsmodellen in einem kompetitiven Umfeld erzeugt und bewertet. Die Bewertung erfolgt in quantitativer Form und aus multiplen Bewertungsdimensionen. Anschließend erfolgt die dreistufige Exploration der erhobenen Daten mittels Regressionsanalysen zur Messung der Effektivität der Geschäftsmodellbewertung. Im Rahmen dieser Analyse wird ebenso ein Vorgehensmodell der dynamischen Geschäftsmodellbewertung abgeleitet und für die erhobenen Daten angewandt. Die vorliegende Dissertation trägt dazu bei, einen neuen Ansatz zur Geschäftsmodellbewertung zu entwickeln, indem die dynamische Perspektive und quantitative Ansätze der Simulationsverfahren integriert werden.Due to the constantly changing environment and simultaneously increasing dynamics of the business world, companies' business models are under pressure. The need to adapt to changes in the business environment, new technologies, or internal changes is steadily growing. Against this backdrop, business model evaluation is central to entrepreneurial success. For the evaluation process to keep pace with increasing dynamics, a transition from static to dynamic business model evaluation is required. Accordingly, this dissertation is dedicated to the exploration of dynamic business model evaluation. A two-stage Design Science Research approach is employed to establish a methodological framework for the research project. In the first iteration of this approach, a simulation environment in the form of a business simulation game is developed and evaluated using structural equation models. The evaluation is conducted using a novel model that incorporates both pedagogical requirements and technology acceptance criteria. Through this evaluation, its use as a simulation environment is legitimized, in order to pursue the Simulation Gaming approach in the second iteration of the research project. In this step, the developed business simulation game is used to generate simulation data in the form of business models within a competitive environment, which are then evaluated. The evaluation is conducted in quantitative form and across multiple evaluation dimensions. Subsequently, a three-stage exploration of the collected data is carried out using regression analyses to measure the effectiveness of the business model evaluation. As part of this analysis, a process model for dynamic business model evaluation is also derived and applied to the collected data. This dissertation contributes to the development of a new approach to business model evaluation by integrating the dynamic perspective and quantitative methods of simulation procedures

Modellbasierte Analyse einer geschlossenen Zweiphasen-Thermosiphon-Sonde für mitteltiefe Geothermie

Geschlossene Zweiphasen-Thermosiphon-Sonden sind eine Möglichkeit zur effizienten Nutzung geothermischer Energie aus mitteltiefen Bohrungen, die ohne Hilfsaggregate wie Pumpen auskommt. Aufgrund der Komplexität der Mehrphasenströmung, der Phasenwechsel und konjugierten Wärmeübergänge im Innern der Sonde sind direkte Messungen des internen Betriebszustands schwer möglich. In dieser Arbeit wird deshalb ein Modell entwickelt, das makro- und mesoskopische Analysen kombiniert, um den Wärme- und Stofftransport in der Sonde im stationären Zustand zu berechnen. Dabei werden Schlüsselfaktoren ermittelt, welche die Arbeitsleistung der Sonde beeinflussen. Zudem werden ingenieurtechnische Empfehlungen zur Optimierung der Betriebsparameter, der Konstruktionsgestaltung, der Systemstabilität sowie der Wärmeübertragungseffizienz gegeben