The Joule heating of carbon fiber-based textiles enables an energy- and cost-efficient processing of carbon fiber reinforced thermoplastic parts. This article introduces a new method to pass direct current into a dry, not pre-consolidated hybrid yarn textile based on recycled carbon fibers and polyamide 6 fibers. The aim is to melt polyamide fibers, subsequently impregnate carbon fibers, and finally consolidate the material to form a composite part in a single process step. To increase the reliability of this technology, the electrical properties and the behavior of the material during the heating process must be thoroughly investigated. It will be addressed how the material is characterized during the process and how the changing resistivity of the textile affects the current flow between the electrodes to generate intrinsic heat. Moreover, a method to determine the effective material resistivity by finite element simulation on the fiber scale based on a CT scan is presented. Thus, a validated material model with respect to the temperature development in the textile based on ρ = ρ (T) was established.

Due to their excellent strength, rigidity, and damping properties, as well as low weight, carbon fiber reinforced composites (CFRCs) are being widely used for load bearing structures. On the other hand, with an increased demand and usage of CFRCs, effective methods to re-use waste carbon fiber (CF) materials, which are recoverable either from process scraps or from end-of-life components, are attracting increased attention. In this paper, hybrid yarns consisting of waste staple CF (40 and 60 mm) and polyamide 6 staple fibers (60 mm) are manufactured on a DREF-3000 friction spinning machine with various process parameters, such as spinning drum speed, suction air pressure, and core–sheath ratio. The relationship between different textile physical properties of the hybrid yarns, such as tensile strength, elongation, and evenness with different spinning parameters, core–sheath ratio, and input CF length is revealed.

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Biokraftstoffe erweisen sich derzeit als eine der bedeutendsten erneuerbaren Alternativen im Mobilitätssektor und sollen künftig maßgeblich zu einer nachhaltigen Mobilität beitragen. Im Verkehrsbereich stellen die Bioethanolherstellung aus Getreide und Zuckerrüben sowie die Biodieselherstelllung aus Raps, Soja, Palmöl und anderen Pflanzenölen aus heutiger Sicht kommerziell verfügbare und langjährig erprobte Optionen dar, fossile Energieträger zu ersetzen. Die Herstellung und Verwendung von Biokraftstoffen ist in Europa seit 2011 an besondere Anforderungen bezüglich ihrer nachhaltigen Erzeugung gebunden. Im Zuge der Debatte um die Sicherstellung nachhaltiger Biokraftstoffproduktionssysteme müssen bestehende und neue Anlagen hohen Anforderungen gerecht werden. Durch die in der Biokraftstoff- Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV) geregelte Bemessung der Biokraftstoffquote anhand der Treibhausgas-Minderungspotenziale seit dem Jahr 2015 wird ein zusätzlicher Anreiz für die Optimierung der THG-Bilanz bestehender Biokraftstoffproduktionsanlagen gegeben. Diese Optimierungen sind mit zusätzlichen Investitionen verbunden und haben einen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Biokraftstoffanlagen. Vor diesem Hintergrund war das Ziel des Vorhabens, technische Optimierungspotenziale innerhalb der Produktionsanlagen zu untersuchen. Durch eine Bestandsaufnahme der Anlagen sowie eine Überprüfung der verfahrenstechnischen Möglichkeiten zur Senkung der THG-Emissionen und deren ökonomischen Auswirkungen sollten Verbesserungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Damit sollte in Bezug auf die Ökonomie, die Ökologie und den Klimaschutz eine nachhaltige Bereitstellung heimisch erzeugter Biokraftstoffe wirkungsvoll unterstützt werden. In diesem Sinne werden die Weichen für eine nachhaltige und gleichzeitig wettbewerbsfähige Ausrichtung der deutschen Biokraftstofferzeugung gestellt.

Im Rahmen des BMU/PTJ-Vorhaben „Wechselwirkung der Markteinführungsinstrumente auf die energetische Nutzung von Biomasse“ (03MAP182) im Arbeitspaketes 12 zur „Methodikentwicklung biogene Wärme“ ergab sich das Ziel, eine systematische Herangehensweise zur Aufnahme der durch Biomasse bereitgestellten Wärme zu entwickeln und Ansätze für deren Fortschreibung aufzuzeigen. Grundlage hierfür bildet die Analyse der Berichtspflichten und den daraus resultierenden Anforderung an den Detailierungsgrad der Ergebnisse sowie eine Betrachtung des (biogenen) Wärmemarktes. Zudem werden sämtliche, für dieses Vorhaben relevante Datenquellen hinsichtlich Methodik, Gliederung und Verfügbarkeit analysiert und für die Verwertbarkeit in diesem Vorhaben bewertet. Kern des vorliegenden Berichtes ist die nach Bioenergieträgern differenzierte Abbildung des methodischen Ansatzes zur Quantifizierung des Brennstoffeinsatzes und Wärmeerzeugung. Hierbei wird sowohl der Weg für den Status Quo (2008 bis 2011) aufgezeigt, als auch Ansätze für die Fortschreibung des Brennstoffeinsatzes beschrieben. Vorbereitend findet eine Gegenüberstellung und Bewertung des verfügbaren Zahlenmaterials statt. Aufbauend auf der Datenanalyse und der entwickelten Methodik werden Handlungsempfehlungen für die Schließung weiterhin bestehender Datenlücken einerseits und Vorschläge zur Verbesserung bestehender Datenquellen andererseits ausgewiesen. Ziel dieses Vorhabens ist die Erarbeitung einer methodischen Grundlage für die Erfüllung der nationalen und internationalen Berichtspflichten sowie Fachinformationen im Kontext Wärmenutzung aus Biomasse. Zu diesem Zweck werden nachstehend die Berichtspflichten sowie Fachinformationen analysiert und die darin enthaltenen Anforderungen an die Ergebnisdarstellung zusammengefasst. Ergänzend dazu werden der Wärmemarkt im Allgemeinen und der Einsatz von Biomasse zur Wärmeerzeugung im Speziellen dargestellt und auf die Bandbreite der Technologien eingegangen. Vorangestellt werden zunächst verschiedene Biomassen – nachstehend Bioenergieträger genannt – und Sektoren voneinander abgegrenzt

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.

Open framework materials (OFM) constitute a large and growing class of nanoporous crystalline structures that is attracting considerable attention for electronic device applications. This review summarizes the most recent reports concerning electronic devices enabled by either of the two primary categories of OFM, metal–organic frameworks (MOFs) and covalent–organic frameworks (COFs). Devices in which the OFM plays an active role (as opposed to acting only as a selective sorbent or filter) are the principal focus, with examples cited that include field-effect transistors, capacitors, memristors, and a wide variety of sensing architectures. As a brief tutorial, we also provide a concise summary of various methods of depositing or growing OFM on surfaces, as these are of crucial importance to the deployment of electronic OFM. Finally, we offer our perspective concerning future research directions, particularly regarding what in our view are the biggest challenges remaining to be addressed. On the basis of the literature discussed here, we conclude that OFM constitute a unique class of electronic materials with characteristics and advantages that are distinct from either conventional inorganic semiconductors or organic conductors. This suggests a bright future for these materials in applications such as edge computing, resistive switching, and mechanically flexible sensing and electronics.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung geformter Adsorbentien aus den Agrarreststoffen Reisstroh und Bagasse. Dazu wurde eine neue Prozessroute entwickelt, anhand welcher die Ausgangsstoffe zunächst pelletiert und anschließend pyrolysiert werden. Ziel ist es ein Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit (Ball Pan Hardness) > 80 % und spezifischer Oberfläche > 300 m2/g zu erzeugen. Dies ist durch die Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen, die Anpassungen der Pelletierparameter und des Pyrolyseregimes möglich. Zusätzliche Aktivierungsschritte führen zu einer weiteren Verbesserung der spezifischen Oberfläche. Auf Basis der experimentellen Untersuchungen wurden mittels statistischer Methoden Einfluss- und Zielgrößen in Hinblick auf die anschließende empirische mathematische Modellentwicklung ausgewählt. Damit kann die spezifische Oberfläche anhand von validierten, nicht-linearen Regressionsmodellen mithilfe von Prozessparametern abgebildet werden kann.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Zusammensetzung und struktureller Aufbau biogener Reststoffe 2.1.1 Aufkommen biogener Reststoffe 2.1.2 Stoffliche Zusammensetzung biogener Reststoffe 2.1.3 Struktureller Aufbau biogener Reststoffe 2.2 Pelletierung biogener Rohstoffe 2.2.1 Wirkungsweise der Pelletierung 2.2.2 Stand der Forschung zur Einflussnahme auf die spezifischen Eigenschaften von Pellets aus biogenen Rohstoffen 2.3 Charakterisierung und Herstellung technischer Adsorbentien 2.3.1 Begriffsklärung, Einteilung und typische Eigenschaften technischer Adsorbentien 2.3.2 Stand der Forschung zu Wandlungsvorgängen und ihren Effekten bei der Herstellung kohlenstoffhaltiger Adsorbentien aus biogenen Rohstoffen 2.4 Ableitung der Aufgabenstellung zur Herstellung von geformten Adsorbentien aus Agrarreststoffen 3 Material und Methoden 3.1 Untersuchte biogene Reststoffe 3.2 Herstellung der Produkte und Begriffsklärung 3.2.1 Herstellung der Biomassepellets 3.2.2 Pyrolyse der biogenen Reststoffe und Pellets 3.2.3 Aktivierung der Biomassen und Formkohlen 3.3 Charakterisierung der Ausgangsstoffe, Zwischenprodukte und Produkte 3.3.1 Stoffliche Zusammensetzung 3.3.2 Mechanisch-physikalische Eigenschaften 3.3.3 Adsorptionsspezifische Eigenschaften 3.4 Vorgehensweise zur empirischen Modellentwicklung 3.5 Fehlerbetrachtung 4 Diskussion der experimentellen Ergebnisse 4.1 Charakterisierung der eingesetzten Rohstoffe 4.2 Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen und Pelletierbedingungen zur Herstellung von Formkohlen 4.3 Einfluss der Pyrolysebedingungen auf die Eigenschaften der Formkohle 4.3.1 Einfluss des Pelletwassergehaltes auf die spezifische Oberfläche der Formkohlen 4.3.2 Einfluss des Pyrolyseregimes auf die spezifische Oberfläche der Formkohlen 4.4 Einfluss von Aktivierungsschritten auf die Eigenschaften der Formaktivkohlen 4.4.1 Einfluss der chemischen Aktivierung der Biomassen 4.4.2 Einfluss der Aktivierung der Formkohlen 5 Empirische mathematische Modellentwicklung 5.1 Auswahl relevanter Einflussgrößen und Zielgrößen für die empirische Modellentwicklung 5.2 Modellentwicklung zur Abbildung der spezifischen Oberfläche anhand ausgewählter Einflussgrößen 6 Zusammenfassung und Ausblick 7 Literatur 8 Anhang A. Recherche zur Zusammensetzung ausgewählter Agrarreststoff B. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Herstellung von Biomassepellets C. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Aktivierung von (pyrolysierten) Agrarreststoffen D. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Herstellung (geformter) Kohlenstoffadsorbentien aus Reisstroh und Bagasse E. Übersicht über die Ball Pan Hardness und spezifische Oberfläche kommerziell erhältlicher Form(aktiv)kohlen F. Übersicht über die genutzten Messgeräte und die zugehörigen Messfehler G. Zusammensetzung der Aschen aus Bagasse und Reisstroh H. Übersicht über ausgewählte Charakteristika der hergestellten Formkohlen und kommerziell erhältlicher Produkte

Ion-exchange membranes, conventionally utilized in separation processes of electrolyte solutions, are electroactive polymers that display a unique coupling between electrochemistry and mechanics. Previous experimental studies have demonstrated the possibility of actuating cation-exchange membranes in salt solution through the application of a remote external electric field. The use of anion-exchange membranes as contactless actuators, however, has never been documented and little is known about the physics of their actuation. Here, it is reported for the first time the possibility of contactless actuating anion-exchange membranes in salt solutions; such an actuation is mediated by the selection of anions in the external salt solution and the membrane. Actuation is attributed to the physical phenomenon of solvation, the interaction between ions and solvent in solution. Contrary to previous studies with cation-exchange membranes, the results show that anion-exchange membranes consistently bend toward the anode. The integration of anion-exchange and cation-exchange membranes in composites promises innovative programmable contactless actuators, with applications in underwater robotics and biomedical engineering.

The rare mineral cyanochroite, K2Cu(SO4)2·6H2O, features isolated Cu2+ ions in distorted octahedral coordination, linked via a hydrogen-bond network. We have grown single crystals of cyanochroite as large as ∼0.5 cm3 and investigated structural and magnetic aspects of this material. The positions of hydrogen atoms deviate significantly from those reported previously based on X-ray diffraction data, whereas the magnetic response is fully consistent with free Cu2+ spins. The structure is not changed by deuteration. Density functional theory calculations support our refined hydrogen positions.