Das Trocknen von feuchten Gütern mit Impuls-Infrarot auf Basis funktioneller Keramiken (IR.C) ist eine neue und hocheffektive Technologie, die von den Autoren entwickelt wurde. Im Unterschied zum klassischen marktüblichen Infrarot dringt IR.C dank seiner Eigenschaften mit Lichtgeschwindigkeit tief und schonend in das Gut ein und regt dort von innen heraus das Wasser zum Verdunsten an. Die Eindringtiefe kann sowohl mit unterschiedlichen Keramiken als auch mit unterschiedlicher Impulsstärke eingestellt werden. Es wird an einer großen Zahl verschiedener Trocknungsgüter, angefangen von sensiblen landwirtschaftlichen Erzeugnissen bis hin zu robusten technischen Produkten nachgewiesen, dass mit IR.C im Vergleich zur verbreiteten konvektiven Trocknung die Effizienz nach Zeit und Energie um das 4- bis 10-fache verbessert werden kann. Gegenüber dem klassischen Infrarot ist IR.C oft 2 bis 4 x effizienter. IR.C kann mit verschiedenen primären Energiearten, auch mit thermosolarer Energie, angeregt und in unterschiedliche Trocknerarten integriert werden.

In dieser Arbeit werden verschiedene MOF Materialien die sich für die Wasseradsorption eignen hinsichtlich Ihrer Wasseradsorptionseigenschaften untersucht. Das vielversprechendste Material wird ausgewählt und an einem Prüfstand für Lufttrocknerkartuschen untersucht. Für diese Messungen ist eine geeignete Formgebung des Pulvers von Nöten, welche eine wichtige Rolle in dieser Arbeit spielt. Das Material Cu3(BTC)2 wurde hier zu monolithischen Formkörpern verarbeitet. Eine weitere Art der Formgebung war das Pressen von Papieren sowie das direkte Kristallwachstum auf Zellulose Fasern. Desweiteren wurden die Materialien hinsichtlich der Trocknung von n-Heptan untersucht, was hier als Referenz für Dieselkraftstoffe herangezogen wurde. Die Analytik wurde mittels Karl-Fischer Titration duchgeführt. MOF Materialien wurden in beiden Fällen mit kommerziell verwendeten Zeolithen und Silikagel verglichen. / Metal-organic frameworks (MOFs) were investigated for their possible use in drying of compressed air in air braking systems for commercial vehicles. Another possible application was the drying of diesel fuel. In this context, n-heptane was chosen as a reference for diesel fuel. Selected metal-organic frameworks were characterized regarding the water adsorption properties by recording water adsorption isotherms. The most promising material was further investigated on a air-drying cartridge test rig. In order to perform these tests, the powder had to be processed to monolithic structures, beads or paper sheets,i.e. a shape that is suitable for the given application. The MOF Cu3(BTC)2 was sucessfully extruded to monolithic structures, which were used in the test rig experiments. Another possibility for immobilization of Cu3(BTC)2 was the crystal growth on pulp fibers. N-heptane drying isotherms were measured on selected samples making use of Karl-Fischer coulometric titration. In both applications, MOF materials were compared with silica based desiccants.

This specific-purpose mathematical model was developed for the drying process in a multi-cylinder drying section. The unsteady state of one-dimensional heat conduction equation has been applied to mathematical model of both, cylinder shell and paper web. The internal mass transfer of the paper web has not been included in this work. The calculations of the simulation program use an implicit numerical method. The drying path length along the machine direction has been divided into 4 drying phases for each drying cylinder. Each drying phase has been divided in small sub-elements. In each sub-element, the heat and mass transfer across boundary conditions have been solved simultaneously in the simulation program, which runs with MatLAB®.

Im Mittelpunkt der Arbeit steht die prozess- und steuerungstechnische Untersuchung der biologischen Trocknung von Restabfällen im dynamischen Reaktor. Die gezielte Kombination von biologischen und mechanischen Prozessen innerhalb eines Reaktors führt zu Eigenschaften des Outputmaterials, die die prinzipielle Überlegenheit des dynamischen Reaktors hinsichtlich Prozessbeeinflussbarkeit und Produktqualität deutlich belegen. Die vorgestellte Steuerungslösung besteht aus einem Modul zur Klassensteuerung, der in eine übergeordnete Ablaufsteuerung eingebettet wurde. Diesem Aufbau liegt die Feststellung zu Grunde, dass beim diskontinuierlich geführten Prozess die Eigenschaften des Reaktor-Abfall-Systems von Charge zu Charge sehr unterschiedlich ausfallen können. Mit fortschreitender Prozesszeit können bestimmte Eigenschaften, im konkreten Fall Wassergehalt und Aktivität des Materials aus dem Prozessverlauf selbst bestimmt werden. Voraussetzung dazu ist die Schaffung von vergleichbaren Prozessbedingungen durch eine vorgegebene Reihenfolge von Handlungen zu Beginn des Prozesses. Ab einem bestimmten Informationsstand kann die bis dahin schematische in eine automatische Prozessführung überführt werden. In dieser werden an die aktuelle Prozesssituation angepasste Handlungen ausgeführt.

Die Vakuum-Mikrowellentrocknung in Multimodekammern stellt eine Möglichkeit zur schnellen und fehlerfreien Trocknung von porösen Körpern dar. In der vorliegenden Arbeit wurden der Einfluss von spezifischer absorbierter Leistung, Kammerdruck, Probenlänge, Probendicke und Anfangsfeuchte auf die Trocknung von Schnittholz untersucht. In Abhängigkeit von Holzart und Anordnung konnten Trocknungsgeschwindigkeiten von bis zu 7 %/min erzielt werden. Die daraus resultierenden Trocknungszeiten ermöglichen die Nutzung einer kontinuierlichen Prozessführung, die die Beobachtung von einzelnen Brettern erlaubt. Die Ergebnisse der Arbeit erlauben eine Bewertung der Entwicklung von Feuchte- und Temperaturverteilung im Material bei Variation der genannten Parameter. Es werden Ansätze zur Steuerung eines kontinuierlichen Mikrowellentrocknungsprozesses und zur Gestaltung geeigneter Applikatoren vorgestellt. / One possibility to dry porous materials at high rates and without structural damage is vacuum microwave drying, a combination of low pressure and microwave application. The influence of specific absorbed power, pressure level, length and thickness of the sample and initial moisture content on drying was investigated by the example of wood. Drying rates of up to 7 %/min were reached depending on the wood species and the configuration. The resulting drying times are suitable to design a continuous process, which allows single board processing. The results of this work give the possibility to evaluate the development of moisture and temperature fields within the material during variation of the mentioned parameters. Basic approaches are discussed for the control of a continuous microwave drying process and for the qualified design of applicators.

Im Zentrum dieser Dissertation stehen die Systeme von Platin und Palladium beladenen Indiumoxid-Aerogelen hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit als Katalysatoren für die Methanol-Dampfreformierung. Diese Reaktion ermöglicht aus der Umsetzung von Wasser und Methanol die Produktion von Wasserstoff für Brennstoffzellen und kann so einen Beitrag für eine nachhaltigere Energiewirtschaft leisten. Methanol reiht sich in eine Kandidatenliste der aussichtsreichsten Speichermoleküle für elektrische Energie in chemischen Bindungen ein. Im ersten Schritt wird dazu zunächst Wasserstoff aus Stromüberschüssen von erneuerbaren Energien gewonnen. Eine effiziente Einspeicherung und Freisetzung von Wasserstoff in Methanol im Kreislauf wird jedoch nur in Kombination mit Hochleistungskatalysatoren vorstellbar. Diese unterdrücken Nebenprodukte, beeinflussen das Reaktionsgleichgewicht und können so die gewünschten Reaktionen effizienter machen. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit die Konzepte des Einsatzes von Aerogelkatalysatoren beleuchtet und diskutiert. Zunächst werden Aerogele untersucht, welche über eine Epoxid-assistierte Gelierung synthethisiert wurden. Dem gegenüber gestellt werden Aerogele, welche über eine neu entwickelte wässrige Syntheseroute hergestellt werden konnten. Über die Epoxidmethode und die wässrige Synthese konnten Aerogele mit Stegbreiten um 5 nm und Oberflächen bis zu 200 m2 g-1 hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass über die wässrige Synthese reine Indiumoxid Aerogele mit vergleichbaren Eigenschaften erzeugt werden können. Am Beispiel der wässrigen Synthese werden anschließend die Ergebnisse zum Experiment Design über Bayesianische Optimierung erläutert. Mittels dieser Maschinen gestützten Methodik konnte das Verständnis von Einflussparameter wie Salzen, Temperatur, Nichtlösungsmitteln und Stabilistoren weiter gefördert werden. Ebenso konnten Einblicke in diese noch jüngere Methodik der Experimentplanung gewonnen werden. Die Einführung von Trägermaterialien wurde in dieser Arbeit am Beispiel von meso- und makroporösem Silica gezeigt. Zur Beladung wurden auch hier neue Wege in der Methode über Aggregate aus Zinkoxid und Palladium Nanopartikeln eingeschlagen. Weiterhin haben Trägermaterialien ebenfalls das Potenzial den finalen Katalysatorpreis zu senken und die Temperaturstabilität bei gleichzeitigem Erhalten von spezifischen Oberflächen von bis zu 450 m2 g-1 weiter zu erhöhen. Obwohl Aerogele nun schon länger als Wundermaterialien gelten, wurde der breite Einsatz in größerem Maßstabe durch die aufwendige Trocknungstechnik eingeschränkt. Dieser Sachverhalt wird untersucht, indem unterschiedliche Trocknungstechniken gegenübergestellt werden, um deren Praktikabilität und Einfluss auf Platin beladene Indiumoxid-Aerogele zu diskutieren. Über die Versuche von verschiedenen Trocknungsmethoden konnte gezeigt werden, dass die Trocknung über Verdampfung bei Umgebungsbedingungen mit der klassischen superkritischen Trocknung konkurrieren kann. Für eine Katalysatorentwicklung bedeutet dies eine verbesserte Wirtschaftlichkeit, sowie eine größere Skalierbarkeit im Trocknungsschritt, welcher ansonsten durch Autoklaventechnik begrenzt ist. Da die Möglichkeiten der Trocknung jedoch im Zusammenhang mit dem Material des Gels und der Stabilität dessen befinden, kann daraus kein universeller Schluss für andere Gelsysteme gezogen werden. Zum Einsatz als Katalysator bedarf es schließlich noch einiger Vorbehandlungsschritte, welche bezüglich reiner Indiumoxid-Aerogele und im Kontext der mit Platin und Palladium beladenen Indiumoxid-Aerogele detaillierter beleuchtet werden. Dabei wird hauptsächlich der Einfluss der Temperatur in Kombination mit oxidativer oder reduktiver Atmosphäre auf die Struktur und Oberfläche der Proben untersucht. Final wird der Einsatz der Aerogelkatalysatoren im Reaktor der Methanol-Dampfreformierung beleuchtet, welcher von Kooperationspartnern des Instituts „Materialien für innovative Energiekonzepte“ unter der Leitung von Prof. Marc Armbrüster der TU Chemnitz durchgeführt wurde. In der Temperaturbehandlung und Aktivierung und Katalyse der Aerogele durchlaufen diese Veränderungen der Netzwerkstruktur in Form von Stegbreitenvergrößerung begleitet von einer Reduktion der spezifischen Oberfläche. Die Nanoskaligkeit der betrachteten Aerogele bleibt dabei jedoch erhalten und es konnte gezeigt werden, dass die fragilen Aerogele Reaktorbedingungen standhalten können und nicht zum massiven Festkörper kollabieren. Das System InPt/In2O3 demonstriert die bisher jemals höchste gemessene Selektivität bei gleichzeitig hoher Aktivität des Katalysators in der Methanol-Dampfreformierung zum Stand dieser Arbeit. Ermöglicht wird dies durch die Verknüpfung der intrinsischen Material- mit den Aerogeleigenschaften. Das Zusammenspiel einer großen Oberfläche und der Nanoskaligkeit ermöglicht eine große Querschnittsfläche der intermetallischen Phase mit dem Oxid.:Inhaltsverzeichnis I Abkürzungen V Einleitung 1 1 Stand in der Literatur 3 1.1 Methanol-Dampfreformierung und Energiespeicherung 3 1.2 Metalle auf Trägeroxiden 4 1.3 Trocknung von nassen Gelen 7 1.4 Maschinelles Lernen und Experimentplanung 9 2 Experimentalteil 15 2.1 Epoxidmethode 15 2.1.1 Standardsynthese Indiumoxid-Aerogel 15 2.1.2 Synthese von reinen Indiumoxid-Aerogel Monolithen 15 2.1.3 Synthese von 10 m% Pt beladenen Indiumoxidgelen 15 2.1.4 Synthese von 10 m% Pd beladenen Indiumoxidgelen 16 2.2 Wässrige Synthese 16 2.2.1 Wässriges Indiumhydroxid Sol 16 2.3 Maschinelles Lernen 17 2.3.1 Optimierung nach Gelvolumen 17 2.4 Temperaturbehandlung 17 2.5 Trägermaterialien 18 2.5.1 Silica mit Makroporen durch Emulsionstemplat 18 2.5.2 Synthese von Polystyrolmikrosphären 18 2.5.3 Silica mit Makroporen durch Polystyroltemplat JK 019 18 2.5.4 Zinkoxid Sol 19 2.5.5 Pd/ZnO Aggregate 19 2.6 Trocknungsmethoden 19 2.6.1 Überkritische Trocknung aus reinem CO2 19 2.6.2 Überkritische Trocknung aus CO2- Ethanolgemisch 20 2.6.3 Gefriertrocknung 20 2.6.4 Trocknung unter Atmosphärendruck 20 2.6.5 Trocknung unter Atmosphärendruck mit NOVEC 7000 21 2.7 Aktivierung der Aerogelkatalysatoren und MSR Katalyse 21 3 Ergebnisse und Diskussion 22 3.1 Rückblick auf die eigene Masterarbeit 22 3.1.1 Synthesen über Epoxidmethode 22 3.1.2 Ansätze in der wässrigen Synthese 24 3.2 Fortsetzung der wässrigen Synthese 26 3.3 Wässrige Synthese und Experimentplanung über Maschinelles Lernen 29 3.3.1 Erste Erfahrung mit Experimentdesign durch Bayesianische Optimierung 29 3.3.2 Beobachtungen und Schlussfolgerungen aus der ersten Anwendung von EDBO 30 3.3.3 Optimierung nach Gelvolumen der Solvogele 31 3.4 Inerte Trägermaterialien 42 3.4.1 Silica Träger 42 3.4.2 Beladung der Trägermaterialien 48 3.5 Trocknungsmethoden 54 3.6 Temperaturverhalten der Oberfläche und Morphologie 65 3.6.1 Stegbreitenvergrößerung über die Temperatur 65 3.6.2 ATR-FT-IR Untersuchungen 70 3.6.3 Kristallinität der getemperten Proben 72 3.7 Ergebnisse in der Katalyse der Methanol-Dampfreformierung 74 3.7.1 Pd/In2O3 74 3.7.2 Pt/In2O3 79 3.7.3 Beladungsreihe Pt/In2O3 83 Zusammenfassung und Ausblick 86 4 Quellen 89 5 Geräte und Parameter 98 5.1 Rasterelektronenmikroskopie 98 5.2 Transmissionselektronenmikroskopie 98 5.3 Dynamische Lichtstreuung 98 5.4 Physisorption 98 5.5 Pulver-Röntgendiffraktometrie 99 5.6 Thermogravimetrie/Differenzthermoanalyse 99 5.7 ICP-OES 99 5.8 Quecksilber Porosimetrie 100 5.9 Aktivierung der Aerogelkatalysatoren und Katalyse 100 6 Chemikalien 102 Danksagungen 105 7 Anhang 107 7.1 IR Referenzspektren 107 7.1.1 Ammoniumnitrat 107 7.1.2 Indium (III) chlorid Monohydrat 110 7.1.3 Indiumnitrat hydrat 112 7.1.4 Urotropin 114 7.1.5 Natriumborhydrid 116 7.2 Code für Experimentplanung über Maschinelles Lernen 118 7.2.1 Erstellen der Umgebung und Import von benötigten Python Paketen 118 7.2.2 Erstellen des Parameterraums 118 7.2.3 Eintragen der Ergebnisse nach jedem Batch 121 7.2.4 SHAPLEY Werte 125 7.2.5 Basen und Stabilisator Interaktionen 125 7.2.6 Basen und Salz Interaktionen 127 7.2.7 Einfluss von Stabilisatorgewicht und Stabilisatorart 127 7.2.8 Ohne Stabilisator, mit anderen Parameter Einflüssen 128 7.2.9 Zitronensäure und andere Parameterinteraktionen 129 7.2.10 Trinatriumcitrat und andere Parameterinteraktionen 131 7.3 EDBO Experiment Batches 133 Versicherung 143

Es wird der Eigenschaftsbereich von thermisch modififizierter Kartoffelstärke erweitert und durch viele Proben sowie eine große Probenmenge verififiziert. Ziel ist es neue Möglichkeiten zur Optimierung der Stärke-Prozesskette zu erschließen und somit das industrielle Anwendungsspektrum für den Ausgangsstoff Stärke zu vergrößern. Native und konditionierte Kartoffelstärke werden auf neuartige Weise durch eine (Vakuum-)Mikrowellenbehandlung und durch eine konvektive Ofenbehandlung im Labormaßstab thermisch modififiziert. Um Einflussparameter auf die resultierende Eigenschaftsänderung zu identififizieren, werden das Quellungs- und Lösungsverhalten der Stärkeproben in wässriger Umgebung charakterisiert sowie das Stärkegel mikroskopisch untersucht. Eine Steigerung der variierten Behandlungsparameter (Behandlungsdauer und -temperatur bzw. -leistung) bewirkt unabhängig vom Behandlungsverfahren eine Zunahme der Quellung und der Löslichkeit. Die schlüssige grafifische Darstellung der Ergebnisse offenbart die Unterschiede zwischen den thermischen Verfahren. Bei der Mikrowellenbehandlung verursacht der ungehinderte Eintrag der Feldenergie in die Stärke eine erheblich schnellere Modififikation gegenüber der Ofenbehandlung. Bei der Vakuum-Mikrowellenbehandlung bewirkt der große Dampfdruck-Gradient eine intensivere Behandlung gegenüber der Mikrowellenbehandlung bei Atmosphärendruck. Mit den Verfahren können vorbestimmte Eigenschaften der Kartoffelstärke bewirkt werden, bspw. verursacht die Mikrowellenbehandlung eine geringere Löslichkeit als die Ofenbehandlung. Bei der Ofenbehandlung verringert eine Befeuchtung die Quellung und die Löslichkeit, was ähnlich dem Heat-Moisture-Effekt auf eine Modififikation der Stärkestruktur bei erhöhter Feuchte zusammen mit hoher Temperatur hindeutet. Die mikroskopische Geluntersuchung zeigt Unterschiede des Stärkegels für die verschiedenen Verfahren. Nach der Vakuum-Mikrowellenbehandlung brechen bei der Quellung einzelne Körner im Glasübergangsstadium auf und die Kornfragmente sind als Schlieren sichtbar.

Es wird der Eigenschaftsbereich von thermisch modififizierter Kartoffelstärke erweitert und durch viele Proben sowie eine große Probenmenge verififiziert. Ziel ist es neue Möglichkeiten zur Optimierung der Stärke-Prozesskette zu erschließen und somit das industrielle Anwendungsspektrum für den Ausgangsstoff Stärke zu vergrößern. Native und konditionierte Kartoffelstärke werden auf neuartige Weise durch eine (Vakuum-)Mikrowellenbehandlung und durch eine konvektive Ofenbehandlung im Labormaßstab thermisch modififiziert. Um Einflussparameter auf die resultierende Eigenschaftsänderung zu identififizieren, werden das Quellungs- und Lösungsverhalten der Stärkeproben in wässriger Umgebung charakterisiert sowie das Stärkegel mikroskopisch untersucht. Eine Steigerung der variierten Behandlungsparameter (Behandlungsdauer und -temperatur bzw. -leistung) bewirkt unabhängig vom Behandlungsverfahren eine Zunahme der Quellung und der Löslichkeit. Die schlüssige grafifische Darstellung der Ergebnisse offenbart die Unterschiede zwischen den thermischen Verfahren. Bei der Mikrowellenbehandlung verursacht der ungehinderte Eintrag der Feldenergie in die Stärke eine erheblich schnellere Modififikation gegenüber der Ofenbehandlung. Bei der Vakuum-Mikrowellenbehandlung bewirkt der große Dampfdruck-Gradient eine intensivere Behandlung gegenüber der Mikrowellenbehandlung bei Atmosphärendruck. Mit den Verfahren können vorbestimmte Eigenschaften der Kartoffelstärke bewirkt werden, bspw. verursacht die Mikrowellenbehandlung eine geringere Löslichkeit als die Ofenbehandlung. Bei der Ofenbehandlung verringert eine Befeuchtung die Quellung und die Löslichkeit, was ähnlich dem Heat-Moisture-Effekt auf eine Modififikation der Stärkestruktur bei erhöhter Feuchte zusammen mit hoher Temperatur hindeutet. Die mikroskopische Geluntersuchung zeigt Unterschiede des Stärkegels für die verschiedenen Verfahren. Nach der Vakuum-Mikrowellenbehandlung brechen bei der Quellung einzelne Körner im Glasübergangsstadium auf und die Kornfragmente sind als Schlieren sichtbar.:1 Einleitung 1.1 Hintergrund - Marktrelevanz von Stärke 1.2 Motivation - Verfahrensrelevanz von Stärke 1.3 Zielsetzung und Lösungsansatz 2 Stand des Wissens über Stärke 2.1 Thermodynamische Modellvorstellung für hygroskopische, kapillarporöse Materialien 2.2 Aufbau 2.3 Eigenschaften in wässriger Umgebung 2.4 Thermische Behandlungsverfahren und Charakterisierungsmethoden 3 Material und Methoden 3.1 Ausgangsmaterial Kartoffelstärke 3.2 Bestimmung der Feuchte im Stärkepulver 3.3 Konditionierung zur Variation der Anfangsfeuchte im Stärkepulver 3.4 Thermische Behandlung der Stärke im Ofen 3.5 Thermische Behandlung der Stärke in der Mikrowelle 3.6 Labortechnische Charakterisierung der Quellung und der Löslichkeit 3.7 Mikroskopische Untersuchung des Stärkegels 4 Durchführung 4.1 Experimenteller Ablauf 4.2 Versuchsplanung 4.3 Ergebnisdarstellung 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 Einfluss der Wasserbadtemperatur auf Charakterisierungsparameter 5.2 Charakterisierung nativer Stärke mit variierter Anfangsfeuchte 5.3 Charakterisierung der im Ofen behandelten Stärke 5.4 Charakterisierung der Vakuum-Mikrowellen behandelten Stärke 5.5 Charakterisierung der Mikrowellen behandelten Stärke 5.6 Gegenüberstellung der untersuchten Behandlungsverfahren 6 Zusammenfassung und Ausblick

Einleitung: Die Leptospirose ist eine der weltweit bedeutendsten Zoonosen. Durch den häufig asymptomatischen oder unspezifischen Krankheitsverlauf, wird von einer hohen Dunkelziffer ausgegangen. Menschen können sich über direkten Tierkontakt oder indirekten Kontakt mit dem Urin infizierter Tiere, zum Beispiel über kontaminierte Gewässer oder Erde, anstecken. Die Infektion erfolgt dabei über den Eintritt des Erregers in Schleimhäute oder Hautwunden. Ziel der Untersuchungen: Obwohl die Überlebenszeit von Leptospiren in der Umwelt einen entscheidenden Einfluss auf das Infektionsrisiko des Menschen hat, wurden bisher nur sehr wenige Untersuchungen dazu durchgeführt. Diese konzentrierten sich dabei vor allem auf das Überleben der Erreger in Erde oder Wasser. Daher war es Ziel dieser Arbeit die Umweltstabilität eines häufig in Deutschland gefundenen Leptospirenserovars unter verschiedenen Umweltbedingungen zu untersuchen. Zusätzlich zu diesen Untersuchungen war es Ziel dieser Arbeit, durch die Veröffentlichung eines Übersichtsartikels über die Leptospirose Ärzte in Deutschland für diese häufig unerkannt bleibende Erkrankung zu sensibilisieren. Material und Methoden: Ein jahrelang an Kulturmedium adaptierter Labor- und ein erst vor 3 Jahren isolierter Feldstamm von Leptospira kirschneri Serovar Grippotyphosa wurden auf ihr Überleben in der Umwelt untersucht. Es wurde ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen Umwelteinflüssen, wie z.B. Tierurin als umgebendes Medium bei verschiedenen Temperaturen oder auch der Einfluss einer Trocknung, untersucht. Nachdem die Leptospiren den Umwelteinflüssen für unterschiedliche Zeitspannen ausgesetzt waren, wurde versucht sie in EMJH-Medium wieder zu kultivieren. Während einer Inkubationszeit von mindestens 28 Tagen bei 29 °C wurden diese Kulturen wöchentlich unter dem Dunkelfeldmikroskop auf das Vorhandensein motiler Leptospiren untersucht. Zusätzlich wurde durch Kultivierungsversuche in EMJH-Medium das Überleben der Leptospiren in einem Wasserstrom mit einer definierten Fließgeschwindigkeit und ihre Verbreitung in diesem Strom mittels real-time PCR untersucht. Alle Versuche wurden im Dreifachansatz durchgeführt. Statistische Untersuchungen wurden mittels eines zweiseitigen Mann-Whitney-U Tests (Fehler 1. Art α = 0,05) durchgeführt. Ergebnisse: Die beiden untersuchten Stämme von L. grippotyphosa überlebten nicht in unverdünntem Tierurin. In verdünntem Tierurin überlebten die Stämme, je nach Temperatur und Verdünnungsmedium, zwischen 1 - 72 Stunden (Laborstamm) und 4 - 24 Stunden (Feldstamm). Beide Stämme überlebten signifikant länger bei 15 °C als bei 37 °C (p < 0,001, bzw. p = 0,041). Der Laborstamm überlebte signifikant länger in verdünntem Rindereurin (max. 72 h bei 15 °C) als in verdünntem Hundeurin (max. 4 h; p = 0,027). Im Gegensatz dazu, überlebte der Feldstamm signifikant länger in Hundeurin (max. 24 h bei 15 °C) als in Rinderurin (max. 4 h; p = 0,028). Das vollständige Trocknen auf einer festen Oberfläche war bei Temperaturen zwischen 15 °C und 37 °C für beide Stämme letal. Jedoch war, unabhängig von der untersuchten Temperatur, eine halbe Stunde vor der vollständigen Trocknung eine Kultivierung der Leptospira spp. noch möglich. In einem Wasserstrom konnten sich die Leptospiren aufgrund ihrer Eigenbewegung schneller und langsamer als die Durchschnittsgeschwindigkeit (0,01 m / s) des Wassers bewegen, überlebten jedoch die mechanischen Schäden während des Schlauchdurchflusses nicht. Schlussfolgerungen: Das Überleben von Leptospira spp. ist offensichtlich von vielen Faktoren abhängig. Eine schnelle Verdünnung nach der Ausscheidung mit dem Urin scheint dabei essentiell zu sein. Niedrigere Temperaturen sowie eine feuchte Umgebung verbessern ihre Widerstandsfähigkeit gegen schädliche Einflüsse, während Trockenheit oder mechanische Schädigung ihr Überleben nicht ermöglichen. Wegen der großen Bedeutung der leptospiralen Überlebenszeit in der Umwelt für das Infektionsrisiko von Mensch und Tier sind weitere Untersuchungen auf diesem Forschungsgebiet in der Zukunft nötig.:1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Die Geschichte der Leptospirose 2.2 Morphologie und Übertragungswege der Erreger 2.3 Taxonomie 2.4 Haupt- und Nebenwirte 2.5 Die Erkrankung beim Menschen 2.5.1 Vorkommen 2.5.2 Klinik und Therapie 2.6 Die Erkrankung beim Tier 2.6.1 Bei Nutztieren 2.6.2 Bei Haustieren 2.6.3 Bei Wildtieren 2.7 Diagnostik 2.8 Die Umweltstabilität der Erreger 2.8.1 In Erde 2.8.2 In Wasser 2.8.3 In Urin 3. Publikationen 3.1 Publikation Nr. 1 3.2 Publikation Nr. 2 4. Diskussion und Schlussfolgerung 5. Zusammenfassung 6. Summary 7. Literaturverzeichnis 8. Danksagung / Introduction: Leptospirosis is one of the most important zoonosis worldwide. Due to the often asymptomatic or non-specific course of the disease, a high number of unreported cases is assumed. Humans can get infected through direct contact with animals or indirect contact with the urine of infected animals, for example through contaminated water or soil. The infection occurs via entry of the pathogen through mucous membranes or skin wounds. Aims of the study: Although the survival time of Leptospira spp. in the environment has a crucial influence on the human infection risk, very few studies have been carried out so far. These studies focused primarily on the survival of the pathogens in soil or water. It was therefore the aim of this study to investigate the environmental stability of a leptospiral serovar that is frequently found in Germany under different environmental conditions. In addition to these investigations, the aim of this work was to raise the awareness of physicians in Germany for this often undetected and neglected disease by publishing a review article on leptospirosis. Material and Methods: The survival in the environment of both a laboratory strain, which has been adapted to culture medium for years and a field strain, which was isolated only 3 years ago, of Leptospira kirschneri Serovar Grippotyphosa was studied. Their resistance to various environmental influences, such as animal urine as surrounding medium at different temperatures or the influence of drying, were examined. After the leptospires were exposed to these influences for various time periods, an attempt was made to cultivate them in EMJH medium. During an incubation period of at least 28 days at 29 °C, the cultures were examined weekly for the presence of motile leptospires under the darkfield microscope. In addition, the survival of the leptospires in a water stream with a defined velocity and their distribution in this stream were examined by real-time PCR and cultivation experiments in EMJH medium. All experiments were carried out in triplicate. The statistical analysis was done using a two-tailed Mann-Whitney U test (type-1-error α = 0.05). Results: Both examined strains of L. grippotyphosa did not survive in undiluted animal urine. In diluted animal urine, the strains survived between 1-72 hours (laboratory strain) and 4-24 hours (field strain), depending on the temperature and dilution medium. Both strains survived significantly longer at 15 °C than at 37 °C (p < 0.001 or p = 0.041). The laboratory strain survived significantly longer in diluted cattle urine (max. 72 h at 15 °C) than in diluted dog urine (max. 4 h) (p = 0.027) while the field strain survived significantly longer in dog urine (max. 24 h at 15 °C) than in cattle urine (max. 4 h) (p = 0.028). Complete drying on a solid surface at temperatures between 15 °C and 37 °C was lethal for both strains. However, regardless of the temperature examined, Leptospira spp. were still cultivatable half an hour before the time point of complete drying. In a water stream, leptospires were able to move faster or slower than the average velocity of the water (0.01 m / s) due to their intrinsic mobility but were not able to survive the mechanical damage caused by running water in the hose system. Conclusions: Overall, it can be concluded that the survival of Leptospira spp. depends on many factors. Rapid dilution after urine excretion appears to be essential. Lower temperatures and a humid environment improve their survival time, while drought or mechanical damage is lethal to them. Because of the great importance of leptospiral survival in the environment for the infection risk of humans and animals, further studies in this research area will be necessary in the future.:1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Die Geschichte der Leptospirose 2.2 Morphologie und Übertragungswege der Erreger 2.3 Taxonomie 2.4 Haupt- und Nebenwirte 2.5 Die Erkrankung beim Menschen 2.5.1 Vorkommen 2.5.2 Klinik und Therapie 2.6 Die Erkrankung beim Tier 2.6.1 Bei Nutztieren 2.6.2 Bei Haustieren 2.6.3 Bei Wildtieren 2.7 Diagnostik 2.8 Die Umweltstabilität der Erreger 2.8.1 In Erde 2.8.2 In Wasser 2.8.3 In Urin 3. Publikationen 3.1 Publikation Nr. 1 3.2 Publikation Nr. 2 4. Diskussion und Schlussfolgerung 5. Zusammenfassung 6. Summary 7. Literaturverzeichnis 8. Danksagung

Mit der Arbeit werden braunkohlegefeuerte IGCC-CCS-Kraftwerke gesamtheitlich beschrieben, deren Potenziale erarbeitet und mit ASPEN Plus™ sowie EBSILON® Professional simulativ abgebildet. Es kann gezeigt werden, dass ausgehend von Basiskonzepten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke mit verschiedenen Potenzialen zum gegenwärtigen Stand der Technik sowie dem im Jahr 2025 Wirkungsgradsteigerungen sowie prozesstechnische Vereinfachungen möglich sind. Als Potenziale werden dabei verringerte Braunkohletrocknung, konservativere Annahmen der technologischen Auslegung als auch Modifizierungen der CO-Konvertierung, sowie für das Jahr 2025 konservative Annahmen und innovative Potenziale untersucht. Ausgangspunkt bildet eine Analyse von bestehenden und zukünftig erwarteten Prozesskomponenten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Vergasungsverfahren (nach Siemens, nach Shell und dem HTW-Verfahren).