Diese Arbeit beschreibt die Messung von Ereignissen mit einem oder mehreren Photonen und fehlender Energie im Endzustand wie sie in Elektron-Positron-Wechselwirkungen entstehen. Mit den Ergebnissen wurde der Wirkungsquerschnitt der Neutrinopaarproduktion gemessen und die Anzahl leichter Neutrinosorten bestimmt. Es wurde nach verschiedenen Prozessen "Neuer Physik" gesucht, bei denen Photonen und fehlende Energie im Endzustand auftreten. Diese Prozesse beinhalten die Erzeugung supersymmetrischer Teilchen, fermiophobischer Higgsbosonen und massiver Gravitonen. Die Analyse wurde mit einem Datensatz durchgefuehrt, der mit dem L3-Detektor am LEP-Beschleuniger bei Schwerpunktsenergien zwischen 130 GeV und 190 GeV aufgezeichnet wurde und der einer Luminositaet von 265 1/pb entspricht. Der Wirkungsquerschnitt der Reaktion Elektron Positron geht nach Neutrino Antineutrino Photon (Photon) mit einer Photonenenergie groesser als 5 GeV und einem Photonstreuwinkel relativ zur Strahlachse groesser als 14 Grad bei einer Schwerpunktsenergie von 189 GeV wurde zu (5.25 +- 0.22 +- 0.07) pb bestimmt. Hieraus wurde der totale Wirkungsquerschnitt fuer Neutrinopaarproduktion extrapoliert mit einem Ergebnis von (58.3 +- 2.7) pb. Die Energiespektren der Photonen wurden benutzt um die Anzahl leichter Neutrinogenerationen zu berechnen. Das Ergebnis lautet 3.05 +- 0.11 +- 0.04, welches sich in guter Uebereinstimmung mit der Hypothese von drei leichten Neutrinoarten befindet und das Standardmodell mit seinen drei Teilchenfamilien untermauert.Da kein Anzeichen neuer Physik festgestellt wurde, konnten obere Grenzen auf Produktionswirkungsquerschnitte neuer Teilchen abgeleitet und die erlaubten Massenbereiche solcher Teilchen unter der Annahme von drei Neutrinosorten eingeschraenkt werden. Falls das Gravitino das leichteste supersymmetrische Teilchen ist und sich die Massen aller anderen SUSY-Teilchen ueber der Produktionsschwelle befinden, koennte Gravitinopaarproduktion der einzige SUSY-Teilchen beinhaltende Prozess bei LEP sein. Aus einer Analyse der Reaktion Elektron Positron geht nach Gravitino Gravitino Photon konnte ein unteres Limit auf die Gravitinomasse von 8.9 mal 10 hoch -6 eV mit 95% Konfidenzniveau auf die Gravitinomasse bestimmt werden. Es wurden sowohl fuer die Produktion von Neutralino Gravitino und Neutralino Neutralino und nachfolgenden Zerfall Neutralino geht nach Gravitino Photon, als auch fuer die Produktion von leichtestem und zweitleichtestem Neutralino bzw. Paarproduktion von zweitleichtestem Neutralino und Zerfall desgleichen nach leichtestem Neutralino und Photon obere Grenzen auf den Wirkungsquerschnitt in Abhaengigkeit der Masse der beteiligten Teilchen gesetzt. Innerhalb von Modellen der durch Eichbosonen vermittelten Supersymmetriebrechung wurde unter der Annahme, dass das leichteste Neutralino das zweitleichteste supersymmetrische Teilchen ist, eine untere Grenze auf die Neutralinomasse von 88.2 GeV mit 95% Konfidenzniveau abgeleitet.Zur Suche nach fermiophobischen Higgsbosonen wurde der Prozess Elektron Positron geht nach Higgs Z geht nach Photon Photon Neutrino Antineutrino analysiert. Es wurden Grenzen auf den Wirkungsquerschnitt und auf das Verzweigungsverhaeltnis des Higgs nach Photonpaaren bestimmt. Eine untere Grenze auf die Higgsmasse von 89.9 GeV mit 95% Konfidenzniveau wurde fuer ein solches Higgsboson ermittelt. Die Suche nach der Erzeugung massiver Gravitonen in Quantengravitationsmodellen mit zusaetzlichen raeumlichen Dimensionen wurde anhand der Reaktion Elektron Positron geht nach Photon Graviton durchgefuehrt. Untere Grenzen auf die Energieskala zwischen 1018 GeV und 349 GeV fuer zwei bis zehn zusaetzliche Dimensionen wurden bestimmt. Deren Groesse wurde auf hoechstens 0.46 mm fuer zwei und auf maximal 8.3 mal 10 hoch -13 mm fuer zehn zusaetzliche Dimensionen begrenzt. / This thesis describes a measurement of single and multi-photon events with missing energy in electron-positron interactions. The results have been used to measure the neutrino pair-production cross section and to determine the number of light neutrino species. A search for various kinds of new physics processes involving photons and missing energy in the final state like the production of supersymmetric particles, a fermiophobic Higgs boson and massive gravitons has been carried out.The analysis has been performed using data collected with the L3 detector at LEP at centre-of-mass energies between 130 GeV and 190 GeV corresponding to a total luminosity of 265 1/pb. The cross section of the process electron positron to neutrino anti-neutrino photon (photon) for a photon energy larger than 5 GeV and a photon scattering angle with respect to the beam axis larger than 14 degrees at a centre-of-mass energy of 189 GeV has been measured to be (5.25+- 0.22 +- 0.07) pb and has been extrapolated to a total cross section for neutrino pair-production yielding (58.3 +- 2.7) pb. The measured photon energy spectra have been used to derive the number of light neutrino species. The combined value determined from all data analysed in this thesis is 3.05 +- 0.11 +- 0.04, which is in good agreement with the hypothesis of three light neutrino types and supports the Standard Model with its three generations of particles.Since no indication for the appearance of new physics processes has been found, upper limits on cross sections of new particle production have been set and lower limits on particle masses have been derived assuming three neutrino generations. If the gravitino is the lightest supersymmetric particle and all other SUSY particles are too heavy to be created at LEP energies, gravitino pair-production could be the only process involving SUSY particles accessible at LEP. From an analysis of the process electron positron to gravitino gravitino photon, a lower limit of 8.9 times 10 to the power -6 eV has been determined at the 95% confidence level. Cross section limits have been set depending on the masses of the particles involved in neutralino gravitino production and neutralino pair-production and neutralino decay to gravitino and photon, and for the production of the lightest and second lightest neutralino and pair-production of the second lightest neutralino and its decay to lightest neutralino and photon. Within the framework of gauge-mediated supersymmetry breaking a lower limit on the neutralino mass of 88.2 GeV at the 95% confidence level has been derived under the assumption that the lightest neutralino is the second lightest supersymmetric particle. Fermiophobic Higgs bosons have been searched for investigating the process electron positron to Higgs Z to photon photon neutrino anti-neutrino. Cross section bounds on this process have been determined depending on the Higgs mass and limits on the branching ratio of the Higgs decaying into photons have been derived. A lower mass limit for such a fermiophobic Higgs boson is set to 89.9 GeV at the 95% confidence level.A search for the production of massive gravitons in quantum gravity models with extra spatial dimensions has been performed investigating the process electron positron to graviton photon. Lower limits on the energy scale ranging from 1018 GeV to 349 GeV have been derived at the 95% confidence level for two to ten extra dimensions. Their size has been limited to at most 0.46 mm and to at most 8.3 times 10 to the power -13 mm for two and ten extra dimensions, respectively.

Szenarien mit Blended-Learning-Charakter sind Alltag an deutschen Hochschulen: Insbesondere durch die Verbreitung von Learning-Management- Systemen, in Sachsen namentlich „OPAL“, können Lehrveranstaltungen über die Präsenzveranstaltungen hinaus in nahezu allen Fachbereichen um computergestützte Lerneinheiten ergänzt werden. Nach der Etablierung von Web Based Trainings als typische digitale Ergänzungsmodule streben einige didaktische Konzepte die verstärkte Abstimmung von Präsenz- und Onlinephase an. In der jüngeren Zeit wurde vor allem die Idee des Flipped Classroom (auch Inverted Classroom genannt) diskutiert. Hierbei wird die traditionelle Aufteilung der Lehr-Lern-Aktivitäten, bei der die Wissensvermittlung in den Präsenzveranstaltungen und die Vertiefung des Gelernten in Übungen zu Hause stattfinden, vertauscht. Stattdessen erwerben die Studierenden das nötige Wissen online und im Vorfeld der Präsenzphase, in der dann mithilfe komplexer Beispiele und unter aktiver Einbeziehung der Studierenden das Verständnis gefestigt und durch den Lehrenden unterstützt angewendet werden kann. Auch die Großveranstaltung „Grundlagen der Wirtschaftsinformatik“ (GWI) an der TU Chemnitz soll im Übungsbetrieb durch ein Flipped-Classroom-Konzept verbessert werden. Hierfür werden bestehende Aufgaben mithilfe einer Fachlandkarte und der Bewertung der jeweiligen Lehrziele zu einem Online-Materialien-Pool aufgebaut. Die Präsenzphase soll zur stärkeren Einbeziehung der Studierenden in Form eines aktiven Plenums abgehalten werden.

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In den letzten 26 Jahren konnte ein starker Anstieg von HIV-1 auf globaler Ebene beobachtet werden. Die außergewöhnliche Vielfalt von HIV-1 wird begründet durch die hohe Mutationsrate, starke Replikation, häufige Rekombination und strategische Verteilung von N-linked glycosylation sites. In der vorliegenden Arbeit wurde die genetische Variation von HIV-1 mit besonderem Fokus auf der Rekombination und den N-linked glycosylation sites untersucht.

Psychological safety is a key factor for successful teamwork. Psychological safety signifies that individuals who work together share the belief that their team is safe for interpersonal risk taking. Since the 1970s, researchers have emphasized the importance of psychological safety for work teams in order to deal with changes and related feelings of uncertainty due to a competition-oriented and fast-paced labor market. Numerous studies demonstrated the relevance of psychological safety for learning from failures and for the improvement of performance levels in all kinds of work contexts. Most notably, psychological safety was found to be related to patient safety in clinical contexts. Thus, psychological safety is particularly relevant in team settings where customers or patients depend on the team’s performance, as is the case in hospital teams, care teams, flight crews, and other interdisciplinary team settings. Changes are inherent in the nature of psychological safety. Yet, researchers have just begun to investigate how psychological safety forms and develops over time. First findings on the development are inconsistent and previous research lacks an overall theoretical framework on the effects of time and other group-bounded factors that affect the development of psychological safety. This dissertation contributs to previous research by focusing on dynamics of psychological safety and embedding the hypotheses into a more holistic theoretical framework on team development over time. More precisely, this work builds on the model of group faultlines that considers group diversity, and more specifically subgroup emergence, as one important origin of psychological safety dynamic across teams. Accordingly, team faultlines, defined as hypothetical lines that split a team into subgroups based on multiple attributes, have a negative impact on the formation of psychological safety. Furthermore, this work refers to a theoretical approach, which emphasizes the inclusion of time in team research thereby encouraging researchers to take a more dynamic perspective on team processes by studying the changes and subsequent effects on team outcomes. As teams are sensitive to signals of psychological safety from the very beginning of teamwork, this work focused on the relation between trajectories of team psychological safety change and team performance. In Study 1, I referred to the Leader-Member-Exchange theory and examined differences in team members’ perceptions caused by subgroup dynamics. Accordingly, members who belong to the in-group of the leader benefit from more exchange of resources compared to members of an out-group. I tested the relation of subgroup belonging and psychological safety in the presence of high or low task conflict, as conflicts are critical events that impact psychological safety. I found that team members who were close to the leader in terms of demographic similarity were less affected by high task conflict compared to members who were demographically different from the leader. This study thus identified a boundary condition of psychological safety, namely subgroup belonging, as being similar to the leader buffered the negative effects of task conflict on perceptions of interpersonal risk-taking. Regarding the development of team perceptions of psychological safety, first studies indicated that psychological safety either remains relatively stable, or slightly decreases over time. In Study 2, I therefore focused on the development of psychological safety and antecedents of both the formation and changes over time. I tested for the effects of three well-studied deep level diversity attributes, namely values, team ability, and team personality, and for effects of group faultlines on psychological safety. The results showed that psychological safety decreased over time. Furthermore, teams who had a strong attitude toward teamwork and were characterized by a weak faultline started into the project with high initial levels of psychological safety (as compared to teams with low attitude toward teamwork and strong faultlines). Yet, in teams with high task-specific skills, psychological safety decreased (as compared to teams with low skills), whereas in teams with high team conscientiousness, psychological safety increased over time (as compared to teams with low team conscientiousness). This study demonstrated the relevance of considering temporal dynamics of psychological safety in team research. Further studies should investigate which factors, other than time, predict the negative development. Does it reflect a natural phenomenon in teams, or are there other mechanisms that explain this finding more accurately such as cross-subgroup communication? Furthermore, important conditions for the formation and development of psychological safety were identified that could provide starting points for the design of interventions regarding how and when the development of psychological safety should be supported from leaders or team coaches. As a consequence of the previous results, the focus of the third study was put on team trajectories of psychological safety, more precisely, whether changes of psychological safety affected team variables such as team performance. According to team development theories, the first half of a project is decisive as team members lay the foundation for important changes around midpoint. A constructive discussion and evaluation at midpoint again separated high- from low-performing teams. Thus, besides absolute levels, relative changes should affect team performance. The results support this proposition as changes of psychological safety predicted team effectiveness above and beyond absolute levels. Taken together, this work highlights the effects of subgroup dynamics and time for research on psychological safety. This dissertation is a pioneer work as all three studies provide crucial insights on dynamics of psychological safety opening up implications for practitioners and new avenues for future research. / Psychologische Sicherheit ist ein Schlüsselfaktor für erfolgreiche Teamarbeit. Psychologische Sicherheit bedeutet, dass Personen, die zusammenarbeiten, den Glauben teilen, dass das Team sicher ist, um interpersonelle Risiken einzugehen. Seit Mitte der 70er Jahre betonen Forscher die Bedeutung von psychologischer Sicherheit für Arbeitsteams und deren Umgang mit den Veränderungen und der damit verbundenen Unsicherheit verursacht durch einen wettbewerbsorientierten und schnelllebigen Arbeitsmarkt. Zahlreiche Studien zeigen die Relevanz von psychologischer Sicherheit für das Lernen aus Misserfolgen und die Verbesserung der Teamleistung in verschiedenen Arbeitskontexten auf. Ein Befund zeigt, dass psychologische Sicherheit mit der physiologischen Sicherheit von Patienten assoziiert ist. Folglich ist psychologische Sicherheit insbesondere dann von Bedeutung, wenn Patienten oder Klienten von der Leistung eines Teams abhängig sind, wie das bspw. in OP-Teams, Pflegeteams, Flugbesatzung, oder anderen interdisziplinären Settings der Fall ist. Obgleich psychologische Sicherheit auf Gruppenebene konzeptualisiert ist und Veränderungen in der Natur dieses Konstruktes liegen, haben Forscher erst vor Kurzem begonnen zu untersuchen, wie psychologische Sicherheit entsteht und sich im Verlauf der Zusammenarbeit verändert. Jedoch sind die Befunde inkonsistent und der Forschung fehlt ein konzeptuelles Rahmenmodell darüber, wie die Zeit und andere durch die Gruppe bedingte Faktoren die Entwicklung von psychologischer Sicherheit beeinflussen. Diese Dissertation trägt zur vorherigen Forschung bei, indem sie den Fokus auf die Dynamiken psychologischer Sicherheit legt und die Forschungsthesen in ein ganzheitliches theoretisches Rahmenmodell zur Entwicklung von Teams einbettet. Im Einzelnen stützt sich die Arbeit auf das Modell der Gruppenbruchlinien, das Gruppendiversität als eine wichtige Ursache für dynamische Prozesse in Teams aufgrund von Subgruppenbildung ansieht. Demnach haben Gruppenbruchlinien (Faultlines), sogenannte hypothetische Linien, die Teams in homogene Subgruppen anhand multipler Attribute teilen, negative Folgen auf die Entstehung von psychologischer Sicherheit. Weiterhin bezieht sich die Arbeit auf einen theoretischen Ansatz, der den Einbezug der Zeit in den Vordergrund rückt und Forscher ermutigen soll eine dynamischere Perspektive auf Teamprozesse einzunehmen und Veränderungen sowie deren Folgen für Teamarbeit zu studieren. Da Teams von Beginn an und in den frühen Phasen der Zusammenarbeit für Signale psychologischer Sicherheit empfänglich sind, lag der Fokus auf Veränderungen in der psychologischen Sicherheit und dem Zusammenhang zwischen Veränderungen und Teamleistung. In Studie 1 bezog ich mich auf die Leader-Member-Exchange Theorie und untersuchte Unterschiede in der Wahrnehmung von psychologischer Sicherheit von Teammitgliedern aufgrund von Subgruppendynamik. Demnach profitieren In-Group Mitglieder der Führungskraft von einem höheren Austausch von Ressourcen im Vergleich zu Mitgliedern der Out-Group. Ich testete die Beziehung von Subgruppenzugehörigkeit und psychologischer Sicherheit in der Präsenz von hohem vs. niedrigem Aufgabenkonflikt, da Konflikte kritische Ereignisse sind, die sich negativ auf die psychologische Sicherheit auswirken können. Ich fand heraus, dass Teammitglieder, die mit ihrer Führungskraft demographisch ähnlich waren, von den negativen Auswirkungen von Aufgabenkonflikt weniger betroffen waren als Teammitglieder, die sich von der Führungskraft diesbezüglich unterschieden. Diese Studie identifiziert eine Grenzbedingung für psychologische Sicherheit, nämlich die Subgruppenzugehörigkeit, da die demographische Nähe zur Führungskraft den negativen Effekt von Aufgabenkonflikt für die Wahrnehmung von psychologischer Sicherheit pufferte. Hinsichtlich der Entwicklung von psychologischer Sicherheit, legen erste Studien nahe, dass sie sich nicht verändert, bzw. Über die Zeit leicht abnimmt. In Studie 2 untersuchte ich daher die Entwicklung von psychologischer Sicherheit und Antezedenzien für die Entstehung und Veränderungen im Verlauf der Zeit. Ich testete für Effekte von drei gut erforschten tieferliegenden Diversitätsattributen, nämlich Werte, Teamfähigkeit und Teampersönlichkeit. Die Ergebnisse zeigen, dass psychologischer Sicherheit über die Zeit abnahm. Darüber hinaus starteten Teams, die eine positive Einstellung zu Teamarbeit hatten und deren Gruppe von schwachen Faultlines gekennzeichnet war, mit einem hohen Anfangsniveau an psychologischer Sicherheit in die Projektarbeit (im Vergleich zu Teams mit negativer Einstellung zur Teamarbeit und starker Faultline). Allerdings nahm die psychologische Sicherheit in Teams mit hohen aufgabenspezifischen Fähigkeiten (im Vergleich zu niedrigen aufgabenspezifischen Fähigkeiten) über die Zeit ab, wohingegen sie in Gruppen mit hoher Gewissenhaftigkeit (im Vergleich zu niedriger Gewissenhaftigkeit) zunahm. Die Studie zeigt die Relevanz der Berücksichtigung von zeitlichen Dynamiken der psychologischen Sicherheit in der Team Forschung. So kann weiterführend dazu geforscht werden, welche anderen Faktoren als Zeit die negative Entwicklung vorhersagen. Handelt es sich hierbei um eine natürliche Entwicklung in Teams, oder erklären andere Mechanismen wie bspw. Kommunikation über Subgruppen hinweg diesen Befund? Darüber hinaus wurden wichtige Konditionen für die Entstehung und Entwicklung von psychologischer Sicherheit identifiziert, die zur Planung von Inhalten und dem Timing von Teaminterventionen zur Förderung der psychologischen Sicherheit durch Führungskräfte oder Team Coaches genutzt werden können. Als Konsequenz der vorherigen Ergebnisse, lag der Fokus der dritten Studie auf den Teamverläufen von psychologischer Sicherheit, präziser noch, auf den Effekten von Veränderungen psychologischer Sicherheit und deren Auswirkungen auf andere Teamvariablen wie bspw. Teamleistung. Laut Team Entwicklungstheorien ist die erste Hälfte der Projektarbeit entscheidend da Teammitglieder die Fundamente für bedeutende Veränderungen zur Mitte legen. Eine konstruktive Diskussion und Bewertung zur Mitte des Projektes wiederum trennt Hochleistungsteams von Teams mit schwacher Leistung. Daher sollte neben der absoluten Einschätzung von psychologischer Sicherheit auch die relative Veränderung Auswirkungen auf die Teamleistung haben. Die Ergebnisse unterstützen diese Annahme. Wir fanden dass Veränderungen in der psychologischen Sicherheit die Teameffektivität über die Baseline hinaus vorhersagten. Insgesamt hebt diese Arbeit die Effekte von Subgruppendynamiken und Zeit für die Forschung von psychologischer Sicherheit hervor. Diese Dissertation leistete Pionierarbeit indem alle drei Studien entscheidende Einsichten in die Dynamiken von psychologischer Sicherheit bieten und Implikationen für Praktiker beinhalten sowie neue Bereiche für zukünftige Forschung eröffnen.

Pancreatic islet beta cell failure causes type 2 diabetes in humans. To identify transcriptomic changes in type 2 diabetic islets, the Innovative Medicines Initiative for Diabetes: Improving beta-cell function and identification of diagnostic biomarkers for treatment monitoring in Diabetes (IMIDIA) consortium (www.imidia.org) established a comprehensive, unique multicentre biobank of human islets and pancreas tissues from organ donors and metabolically phenotyped pancreatectomised patients (PPP).

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Die Oblast Tyumen in Südwest-Sibirien ist von globaler Bedeutung für den Klimaschutz und die Biodiversität. Moore, Wälder, Steppen und Dauerbrachen fungieren als Kohlenstoffsenke im globalen Kohlenstoffkreislauf. Faktoren wie Klima und natürliche Bodeneigenschaften wirken sich positiv auf die Kohlenstoffvorräte in Böden der Oblast Tyumen aus. Durch die aktuelle Praxis im Ackerbau werden die Humusgehalte jedoch reduziert und das Bodengefüge wird negativ beeinflusst. Somit gehen drei wichtige Funktionen des Bodens verloren: die Kohlenstoffsenken-Funktion, die Produktivität für den Ackerbau und die Erhaltung der Biodiversität. Durch das sich ändernde Klima und die schnelle sozio-ökonomische Entwicklung wird eine Ausweitung der landwirtschaftlichen Produktion in der Oblast Tyumen erwartet. Das interdisziplinäre Projekt „SASCHA – Nachhaltiges Landmanagement und Anpassungsstrategien an den Klimawandel für den Westsibirischen Getreidegürtel“ verfolgt das Ziel, negative Auswirkungen auf Ökosystemdienstleistungen wie Kohlenstoffsequestrierung, Wasserverfügbarkeit und Wasserqualität sowie Biodiversität durch landwirtschaftliche Nutzung zu verhindern. Ein Teilprojekt der Universität Osnabrück untersucht die Bodenqualität, das Düngungspotential sowie die Umweltwirkung von Wirtschaftsdünger in der Oblast Tyumen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden Daten erhoben, um die Bodenqualität, das Handling und das Düngepotential des Wirtschaftsdüngers sowie den Einfluss des Wirtschaftsdüngerhandlings auf das Klima und die Umwelt zu bestimmen. Folgende Methoden kamen dabei zum Einsatz: Bodenuntersuchungen, Sichtung russisch-, englisch- und deutschsprachiger Literatur, Betriebsbesichtigungen, Auswertungen der russischen Agrarstatistik und Anwendung verschiedener Bewertungs- und Berechnungsmethoden. In den Ergebnissen spiegelt sich der Einfluss der Betriebsgröße wider. Die Landwirtschaft in der Oblast Tyumen ist gekennzeichnet durch sehr unterschiedliche Produktionsformen. Die wichtigsten Betriebsformen in der Versorgung der Bevölkerung mit landwirtschaftlichen Erzeugnissen sind Großbetriebe und in ländlichen Räumen sogenannte Haushalte. Als umweltverträglich gelten neben den sehr kleinen Haushalten die kleinen Betriebe. Der anfallende Wirtschaftsdünger wird in diesen kleinen Betriebsformen und bei den Haushalten in geschlossenen Nährstoffkreisläufen wiederverwertet. Der Umgang mit dem Wirtschaftsdünger in den Großbetrieben ist in der Oblast Tyumen dagegen in vielerlei Hinsicht problematisch. Dort wird er zum Beispiel in überhöhten Mengen auf Schwarzbrachen ausgebracht. Das Düngepotential des Wirtschaftsdüngers bleibt bei solcher Vorgehensweise zum großen Teil ungenutzt. Zeitgleich degradieren die Böden der von Großbetrieben bewirtschafteten Äcker, die ca. 80 % der Ackerfläche in der Oblast Tyumen ausmachen. Aufgrund zu geringer mineralischer und organischer Düngung sowie wendender Bodenbearbeitung nimmt die Produktivität der Ackerböden ab. Durch die Verteilung von anfallendem Wirtschaftsdünger auf Ackerflächen kann der Bodendegradierung entgegengewirkt werden, und die nachteiligen Umwelteffekte durch das aktuelle Wirtschaftsdünger-Handling in Großbetrieben würden ebenfalls vermieden werden. Im Rahmen des Projektes SASCHA wurde der Wirtschaftsdünger-Rechner entwickelt, der die Transportkosten in Relation zum Geldwert der darin enthaltenen Nährstoffe setzt. Bei einer vollständigen Verteilung dieser organischen Reststoffe würden 23 % der Äcker mit Nährstoffen versorgt werden. Für den übrigen Anteil der Ackerflächen müssen andere Maßnahmen ergriffen werden, um die Bodenfunktionen zu erhalten und zu verbessern. Dazu zählen reduzierte Bodenbearbeitung, nachhaltige Fruchtfolgen sowie ein ausgewogenes Düngekonzept mit organischer und mineralischer Düngung. Durch Separation, Biogasnutzung und die Umstellung von Gülle auf Festmistverfahren könnten zukünftig im Rahmen des Einsatzes von Wirtschaftsdünger Treibhausgasemissionen eingespart werden. Die ungenutzten landwirtschaftlichen Flächen in der Oblast Tyumen erfüllen die Funktion als Kohlenstoffsenke und fördern die Erhaltung der Biodiversität. Eine Konversion zu Ackerland sollte deshalb vermieden. Durch eine nachhaltige Intensivierung von bereits genutzten Flächen und durch eine gesetzliche Einschränkung der Nutzung von Brachen kann dieses Ziel erreicht werden. Dies setzt jedoch ein verbessertes Bewusstsein für den Klimawandel bei allen Akteuren in der lokalen und nationalen Agrarpolitik voraus. In der Oblast Tyumen sowie auch im gesamten Westsibirienbesteht ein hoher Forschungsbedarf für alternative Bodenmanagementmaßnahmen und für Treibhausgas senkende Produktionsverfahren.

Die Verwendung von pharmazeutischen Wirkstoffen (API) hat die moderne medizinische Behandlung erneuert und die menschliche Gesundheit vor Infektionskrankheiten geschützt. Andererseits werden Wirkstoffe in der Regel über Krankenhausabwässer oder Industrieabwässer in verschiedene Gewässer eingeleitet. Ihr kontinuierlicher Eintrag in die Umwelt hat eine ausgeglichene Umwandlungs-/Eliminierungsrate zur Folge und macht API zu 'pseudo-persistenten' Schadstoffen. Antibiotika gehören zur Gruppe der Wirkstoffe und werden in großem Umfang in Rohwasserquellen für Trinkwasser nachgewiesen. Die Konzentration der im Abwasser nachgewiesenen pharmazeutischen Verunreinigungen reicht von ng/L bis µg/L. Ciprofloxacin (CIP) wurde in Abwasser in extrem hohen Konzentrationen (bis zu 31 mg/L) nachgewiesen, die tausendmal höher sind als die für einige Bakterien toxischen Konzentrationen und es zum häufigsten Arzneimittel in Abwasser machen. Die zunehmende Konzentration von Antibiotika ist der Hauptgrund für die Entwicklung antibiotikaresistenter Bakterien, die eine Vielzahl von antibiotikaresistenten bakteriellen Infektionen verursachen. Von vielen pharmazeutischen Instituten wurde erwartet, dass sie neue Antibiotika entwickeln, um die antibiotikaresistenten Bakterien zu bekämpfen. Viele Studien über neue Antibiotika werden jedoch aufgrund der hohen Kosten und des Mangels an Innovation aufgegeben. Somit sind Antibiotika und antibiotikaresistente Bakterien widerspenstige Schadstoffe, die Anlass zu großer Sorge geben. Verschiedene konventionelle und moderne Techniken wie Ozonierung, Nanofiltration und biologische Methoden wurden zur Beseitigung von Schadstoffen eingesetzt. Dennoch sind teure Infrastrukturen, komplexe Systeme und ein hoher Bedarf an Platz und Energie (Strom, Gas) für die Umsetzung dieser Techniken erforderlich, die zudem nicht in der Lage sind, die in Spuren vorhandenen Schadstoffe zu entfernen. Daher werden fortgeschrittene Oxidationsverfahren (AOP) als interessante Lösung angesehen. AOPs sind chemische Behandlungen, die stark oxidierende Spezies, wie z. B. Hydroxylradikale, erzeugen können, um Schadstoffe in Abwässern abzubauen. Viele Studien wurden über den Einsatz der Photokatalyse durchgeführt, die eine der wichtigsten Untergruppen der AOPs ist. Die populärsten Photokatalysatoren, wie z.B. Halbleiter, werden seit dem zwanzigsten Jahrhundert wegen ihrer hohen photokatalytischen Effizienz und ihrer geringen Kosten in der Abwasserbehandlung eingesetzt. Allerdings haben diese Photokatalysatoren auch ihre Grenzen. Titandioxid, der am häufigsten verwendete Photokatalysator und Halbleiter mit großer Bandlücke, hat eine Bandlücke von 3,0 eV in der Rutilphase und 3,2 eV in der Anatasphase. Daher kann er hauptsächlich unter UV-Bestrahlung - die nur 4-5 % des Sonnenlichts ausmacht - photoaktiviert werden und erfordert den Einsatz künstlicher UV-Lichtquellen, um einen effizienten Photoabbau zu erreichen. Der Bedarf an externen Lichtquellen ist immer mit einem hohen Energiebedarf verbunden. Die weltweite Verknappung von Erdöl und Erdgas hat zu einer weit verbreiteten Besorgnis über die Energieversorgung geführt, da ein kalter und dunkler Winter befürchtet wird, insbesondere in der kritischen Situation der zunehmenden globalen Energiekrise. Diese Sorgen haben die Entwicklung alternativer, nachhaltiger Energiequellen in den Mittelpunkt gerückt. Die Lösung für all diese Probleme ist die Nutzung der Sonnenenergie. Eine florierende Forschung hat sich mit der Entwicklung von photokatalytischen Systemen beschäftigt, die im sichtbaren Bereich arbeiten. Allerdings machen ultraviolettes (UV) und sichtbares Licht zusammen nur die Hälfte der Photonen des Sonnenspektrums aus. Die verbleibenden Photonen im nahen Infrarot (NIR) werden für die Energieumwandlung noch zu wenig genutzt. Die Entwicklung praktischer Strategien zur Nutzung des NIR-Lichtanteils der Sonne ist von entscheidender Bedeutung, um die photokatalytische Effizienz für künftige industrielle Anwendungen zu erhöhen. Die Rückgewinnung und Wiederverwendung der verwendeten partikelförmigen Materialien ist ein weiterer mühsamer Schritt. Wie in neueren Studien beschrieben, erfordern die Partikeltrennverfahren höhere Kosten und komplizierte Systeme. Die Immobilisierung der Partikel auf einer Oberfläche wurde untersucht, wobei sich die Nachteile einer begrenzten Adsorptionsfläche und eines unzureichenden Kontakts mit Verunreinigungen oder Sekundärverschmutzungen durch das Auslaugen der Partikel aus den Trägermaterialien gezeigt haben. Ziel dieser Arbeit ist es, einen neuen Ansatz zur Herstellung effizienter solarbetriebener Tm3+-Photokatalysatoren auf UCNP-Basis zu demonstrieren, die aus relativ kostengünstigen Ausgangsstoffen (Poly(vinylalkohol) (PVA), Poly(acrylsäure) (PAA), Poly(etheretherketon) (PEEK)) und Spurenmengen von Lanthanidionen bestehen. Die Nanokomposit-Matrix besteht aus PVA und hydroxyliertem sulfoniertem PEEK (SPOH), die mit PAA-dekorierten UCNPs durch eine einfache Erhitzung bei 170 °C vernetzt wurden, was zu einem nicht auslaugenden porösen UCNP-Material führte. Die in die PVA/SPOH-Matrix eingebetteten UCNPs waren in der Lage, NIR-Licht zu absorbieren und die nach oben konvertierende Anregungsenergie auf die Polymermatrix zu übertragen, was zur Produktion von H2O2 (7,0-10-8 mol-L-1*min-1) führte. Dieses Material erwies sich auch unter Sonneneinstrahlung als funktionsfähig. Der so hergestellte Photokatalysator zeigte eine ausgezeichnete Adsorption (89%) und einen photokatalytischen Abbau (50%) in 4 Stunden gegenüber CIP sowie eine vielversprechende photokatalytische bakterizide Wirkung (55% in 1 Stunde) gegenüber E. coli unter Sonneneinstrahlung. Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass dieses Nanokomposit den Weg für ein solarbetriebenes Abwasserreinigungsverfahren auf der Grundlage von hochkonvertierenden Nanopartikeln ebnen kann.

In dem von der DBU unter den Aktenzeichen AZ 31032 geförderten Projekt wurde die Umsetzung einer Nachrüstlösung für Kaminöfen untersucht. Die etwa 14 Millionen Einzelraumfeuerungen in Deutschland haben einen wesentlichen Anteil an der Freisetzung von unvollständig umgesetzten Verbrennungsgasen wie CO und VOC als auch Staub. Da ein Austausch aller betriebenen Feuerungen mit hohem Schadstoffausstoß kurzfristig schwer möglich ist, könnte die Integration von Nachrüstlösungen eine zeitnahe Verbesserung des Anlagenbetriebs in Bezug auf die Emissionen und den Wirkungsgrad ermöglichen. Die Nachrüstlösung im Projekt bestand aus drei wesentlichen Komponenten: einem Wärmeübertrager, einer Sicherheitseinrichtung für die störungsfreie Abgasabführung sowie einem Katalysator inklusive Beheizung. Ziel war die wesentliche Reduzierung der Emission von unvollständig umgesetzten Abgasbestandteilen CO, Org.-C und Staub sowie die Erhöhung des Wirkungsgrades. Als Zielwerte wurden Konzentrationen von CO < 400 mg/m³, VOC (Org.C) < 50 mg/m³, Staub < 30 mg/m³ und ein Wirkungsgrad > 75 % zu Projektbeginn angesetzt. Da ein nicht zu unterschätzender Einfluss durch den Ausgangszustand der Anlagen gegeben ist, wurde eine min. 50 %-ige Minderung der Schadstoffkonzentrationen als alternative Zielsetzung angegeben. Die Nachrüstlösung wurde mit drei verschiedenen Baumarktkaminöfen getestet, um den Anlageneinfluss sowie eine anlagenunspezifische Einsetzbarkeit zu demonstrieren. Es wurden zwei verschiedene Wärmeübertrager untersucht, ein Rippenrohr und ein durchströmtes Rohr, um die Effekte einer Oberflächenerhöhung und Anströmung der Oberfläche zu untersuchen. Die Abgasableitung wurde durch Einsatz eines Rauchsaugers und eines Bypasses sichergestellt. Als Katalysator wurden sowohl kommerziell erhältliche Produkte getestet als auch eine eigene Entwicklung auf Basis eines Metallschaumes als Trägermaterial vorgenommen. Der Einsatz von Metallschäumen ist aufgrund den damit erreichbaren Druckverlusten und auch der geförderten Gasvermischung vielversprechend. Die durchgeführten Arbeiten erfolgten in Kooperation mit der Fa. Alantum, welche als Fremdleistungsnehmer für die Herstellung der Metallschäume mit im Projekt eingebunden war. In den Untersuchungen wurde gezeigt, dass eine deutliche Verbesserung bezüglich der Schadstoffemissionen als auch der Wärmeausnutzung möglich ist. Durch Integration einer Wärmeübertragerstrecke im Anschluss an die Feuerungsanlage wurde der Wirkungsgrad je nach Versuchsaufbau um etwa 5 bis hin zu 19 % gesteigert und auch ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad > 75 % erreicht. Mit den Einsatz kommerzieller Katalysatoren konnten die CO-, Org.-C- und Staubkonzentration über 50 % reduziert werden. Für CO wurden Konzentrationen unter 20 mg/m³ erreicht, für Org.-C < 100 mg/m³ und für Staub eine Absenkung bis hin zu ca. 30 mg/m³. Durch die Katalysatorbeheizung mittels einer Glühkerze sowie eines Heizwendels konnte die Reduzierung von Org.-C zum Teil noch weiter gesteigert werden. Bei Integration in einer entsprechenden Temperaturzone kann so auch ein Rußabbrand induziert werden. Mit dem Metallschaumkatalysator, welcher im Rahmen des Projektes entwickelt wurde, konnten bisher nicht so hohe Umsatzraten erreicht werden, jedoch wurde schon eine Aktivität für die CO-Oxidation nachgewiesen. Der bisherige Entwicklungsstand erfordert aber noch eine Weiterentwicklung bis hin zur wirksamen Einsetzbarkeit im Abgas von Feuerungsanlagen. Sowohl für Org.-C als auch für Staub ist auch bei Nutzung der kommerziell erhältlichen Katalysatoren noch eine weitere Steigerung der Reduzierungsrate wünschenswert. Einfache Konstruktionen, die eine fliehkraftbasierte oder filternde Staubabscheidung ermöglichen, werden als vielversprechend angesehen. Zur praktischen Einsetzbarkeit von Nachrüstlösungen an häuslichen Anlagen ist eine Weiterentwicklung zum kommerziellen Produkt notwendig. Dazu sind Feldmessungen an realen Anlagen durchzuführen und die Bauartzulassung vorzunehmen.