Seit dem 1. Januar 2015 ist die Bemessungsgrundlage für die Erfüllung der Biokraftstoffquote nach BImSchG (§ 37) vom Energiegehalt der Kraftstoffe auf eine Verpflichtung zur Treibhausgas (THG)-Minderung umgestellt worden. Diese Maßnahme soll einen wirksamen und quantifizierbaren Beitrag zur Verringerung der Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors leisten. Konsequenterweise haben die Biokraftstoffe die besten Marktchancen, die als Ergebnis der Nachhaltigkeitszertifizierung gemäß der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV) die beste THG-Bilanz ausweisen. Die Treibhausgasminderungseffizienz wird damit – in einem globalisierten Biomasserohstoff- und Biokraftstoffmarkt – neben dem Preis für die gesamte Warenkette zum wesentlichen Wettbewerbsfaktor. Ab 2015 ist daher zu erwarten, dass die Verwendung der Standardwerte aus dem Anhang der Biokraft-NachV stark abnimmt und vorwiegend individuell berechnete THGBilanzen im Rahmen der Zertifizierung erstellt werden.

Die Dissertation verfolgt das Ziel, das Sedimentationsverhalten kolloidaler Suspensionen in Abhängigkeit von der Partikelkonzentration und den Partikelwechselwirkungen zu untersuchen und die Grenzen einer Sedimentationsanalyse im Zentrifugalkraftfeld auszuarbeiten. Um Effekte der Partikelagglomeration von den anderen Einflussfaktoren unterscheiden zu können, wurde besonderes Augenmerk auf die Gewährleistung der Suspensionsstabilität und deren messtechnischen Nachweis gerichtet. Im Submikrometerbereich gewinnen die zwischen den einzelnen Partikeln wirkenden nicht-hydrodynamischen Kräfte gegenüber Trägheits- oder Feldkräften an Bedeutung und können diese sogar dominieren. Infolgedessen ist der Zustand einer kolloidalen Suspension nicht mehr allein über die Partikelgrößenverteilung und die Partikelkonzentration definiert, sondern gleichfalls abhängig von den bestehenden Grenzflächeneigenschaften, die wiederum von solchen Eigenschaften der kontinuierlichen Phase wie pH-Wert oder Elektrolytgehalt abhängen. Im Zentrum der experimentellen Arbeiten stand die Untersuchung des Einflusses der Partikelkonzentration auf das Sedimentationsverhalten feinster Partikelsysteme. In der Literatur existiert keine einheitliche Beschreibung des Konzentrationseinflusses. In der Dissertation wurde die Suspensionsstabilität von Siliziumdioxid-Suspensionen gezielt beeinflusst, um deren Einfluss auf das Sedimentationsverhalten zu bewerten. Es wurde gezeigt, dass nur für instabile Suspensionen die erwartete Sinkgeschwindigkeitsüberhöhung existiert. Es wurde aber auch gezeigt, dass die bei unterschiedlichen Drehzahlen erhaltenen Sinkgeschwindigkeiten nicht über das Beschleunigungsvielfache skaliert werden können. Weiterhin wurde demonstriert, dass in solchen Systemen eine komplexe Abhängigkeit vom Feststoffgehalt existiert, weil die Koagulationsgeschwindigkeit auch von der Partikelkonzentration abhängt. Als geeignetes Kriterium zur Bewertung des Agglomerationszustandes monodisperser Partikelsysteme konnte die Breite der Sinkgeschwindigkeitsverteilung nachgewiesen werden. In Ergänzung zu den im Zusammenhang mit der Partikelkoagulation instabiler Suspensionen führen insbesondere bei elektrostatisch stabilisierten Partikelsystemen die mit der elektrochemischen Doppelschicht verbundenen Wechselwirkungen zu einer Beeinflussung der Suspensionsstruktur und folglich zu einer Beeinflussung hydrodynamischer Phänomene. Das wird in den bekannten Modellen nicht berücksichtigt und in der vorgelegten Arbeit am Sedimentationsverhalten monodisperser Partikelsysteme bei verschiedenen Elektrolytgehalten der kontinuierlichen Phase untersucht. Zu diesem Zweck wurden aus einer konzentrierten Suspension von 200 nm Partikeln und dem ihr zugehörigen Zentrifugat Suspensionsproben unterschiedlichen Feststoffgehaltes zubereitet. Mit einem Potenzansatz, wie er bereits von Richardson und Zaki für die Sedimentation von Mikrometerpartikeln verwendet wurde, konnte der experimentell bestimmte Zusammenhang zwischen der Sinkgeschwindigkeit und der Suspensionsporosität beschrieben werden. Dabei ist die Sedimentationsbehinderung umso ausgeprägter, je kleiner der Elektrolytgehalt, d.h. je ausgedehnter die Doppelschichtdicke ist. Die stark mit dem Elektrolytgehalt korrelierenden Werte für den Exponenten dieses Ansatzes liegen zwischen 5 und 10 im Gegensatz zu Richardson und Zaki von 4,65. Untersuchungen zum Konzentrationseinfluss mit gröberen Partikeln in elektrolytarmen Lösungsmitteln bestätigten die gegenüber dem Mikrometerbereich stärkere Sedimentationsbehinderung elektrostatisch stabilisierter kolloidaler Suspensionen. Zusätzlich zu den wissenschaftlichen Untersuchungen erfolgte die Konstruktion einer einfachen und robusten Sedimentationszelle mit optischer Messwerterfassung. Es wurde die Funktionstüchtigkeit eines zuverlässigen, partikelgrößenselektiven Messgerät z.B. für Industrielabore zur Optimierung von Sedimentationsprozessen demonstriert. / The sedimentation of stabilized suspensions strongly depends on the particle concentration. Even for dilute systems the decrease of the settling velocity compared to that of isolated particles is quite significant. This is primarily due to hydrodynamic interactions (HI), which are long-range interaction, since disturbances in the flow field decline reciprocally with the distance from the surface. The sedimentation of colloidal particles is additionally affected by the electric double layer surrounding them. The double layer leads to electro-viscous effects as well as to electrostatic repulsion between neighboring particles. Both phenomena can amplify the hydrodynamic hindrance to considerable extent. In this dissertation thesis an experimental study on the influence of double layer thickness on the sedimentation of charged colloidal particles is presented. Investigations were carried out using an optical centrifuge, in which the sedimentation velocity of monosized sub-micrometer silica particles were studied at different particle concentration and varying ionic strength. The results are discussed with regard to the applicability of theoretical models and (semi-)empirical approximations. Richardson and Zaki had determined a power law exponent of 4.65 for hard sphere systems in the 100 micrometer range. In the experimental work for sub-micrometer particles the exponent was determined between 5 (low double layer thickness at high electrolyte concentration) and 10 (high double layer thickness at low electrolyte concentration). Additionally a simple and robust device for gravitational sedimentation analysis by optical signal sensing was designed. It enables industrial application for the optimization of sedimentation processes.

The article at hand presents a novel approach to accelerating the early strength development of mineralimpregnated carbon-fibre composites (MCF) by electrical Joule heating. MCF were produced with a metakaolin-based geopolymer suspension and subsequently cured using Ohmic heating under systemically varied voltages and durations. The MCF produced were characterised in respect of their mechanical and morphological properties. Threepoint-bending and uniaxial tension tests yielded significant enhancement of MCF mechanical properties due to curing within only a few hours. Thermogravimetric analysis (TGA), mercury intrusion porosimetry (MIP), environmental scanning electron microscope (ESEM) as well as micro-computed tomography (μCT) confirmed advanced geopolymerisation by the electrical heating process and a strong sensitivity to parameter selection. After only two hours of resistance heating MCF could demonstrate tensile strength of up to 2800 MPa, showing the great potential for applying the Joule effect as a possibility to enhance the strength development of geopolymer-based MCF. Moreover, the applied method offers a huge potential to manufacture automated fast out-of-oven cured MCF with a variety of shapes and dimensions.

Bacillus sp VLSH08 screened from sea wetland in Nam Dinh province produces an extracellular endo-1,4-beta-glucanase. According to the results of the classified Kit API 50/CHB as well as sequence of 1500 bp fragment coding for 16S rRNA gene of the Bacillus sp VLSH 08 strain showed that the taxonomical characteristics between the strain VLSH 08 and Bacillus amyloliquefaciene JN999857 are similar of 98%. Culture supernatant of this strain showed optimal cellulase activity at pH 5.8 and 60 Celsius degree and that was enhanced 2.03 times in the presence of 5 mM Co2+. Moreover, the gene encoding endo-1,4-beta-glucanase from this strain was cloned in Escherichia coli using pCR2.1 vector. The entire gene for the enzyme contained a 1500-bp single open reading frame encoding 500 amino acids, including a 29-amino acid signal peptide. The amino acid sequence of this enzyme is very close to that of an EG of Bacillus subtilis (EU022560.1) and an EG of Bacillus amyloliquefaciene (EU022559.1) which all belong to the cellulase family E2. A cocktail of enzyme containing this endo-1,4-beta-glucanase used for biomass hydrolysis indicated that the cellulose conversion attained to 72.76% cellulose after 48 hours. / Chủng vi khuẩn Bacillus sp VLSH08 được tuyển chọn từ tập hợp chủng vi khuẩn phân lập ở vùng ngập mặn tỉnh Nam Định có khả năng sinh tổng hợp enzyme endo-1,4-beta-glucanase ngoại bào. Kết quả phân loại chủng vi khuẩn Bacillus sp VLSH08 bằng Kit hóa sinh API 50/CHB cũng như trình tự gen mã hóa 16S rRNA cho thấy độ tương đồng của chủng Bacillus sp VLSH08 và chủng Bacillus amyloliquefaciene JN999857 đạt 98%. Dịch lên men của chủng được sử dụng làm nguồn enzyme thô để nghiên cứu hoạt độ tối ưu của enzyme ở pH 5,8 và nhiệt đô 60oC. Hoạt tính enzyme tăng 2,03 lần khi có mặt 5 mM ion Co2+. Đồng thời, gen mã hóa cho enzyme endo-1,4-betaglucanase cũng được tách dòng trong tế bào Escherichia coli sử dụng vector pCR 2.1. Gen mã hóa cho enzyme này có chiều dài 1500 bp, mã hóa cho 500 axit amin, bao gồm 29 axit amin của chuỗi peptid tín hiệu. So sánh cho thấy trình tự gen endo-1,4-beta-glucanase của chủng Bacillus sp VLSH08 có độ tương đồng cao với enzyme này của chủng Bacillus subtilis (EU022560.1) và của chủng Bacillus amyloliquefaciene (EU022559.1). Tất cả các enzyme nhóm này đều thuộc họ cellulase E2. Enzyme của chủng này cũng đã được phối trộn với các enzyme khác tạo thành cocktail để thủy phân sinh khối cho kết quả cellulose bị thủy phân 72,76% sau 48 giờ.

Im Rahmen des Oberlausitzer Energiesymposiums der Hochschule Zittau/Görlitz zum Thema 'Wasserstoff - ein Netz der Zukunft' stellten Prof. Dr.-Ing. habil. Tobias Zschunke und sein Team die Ergebnisse und den aktuellen Stand seiner Arbeiten auf dem Gebiet der Gasumwandlung, hier speziell der katalytischen Methanisierung, vor. In der aktuellen energiewirtschaftlichen Situation ist eine Vielzahl von Umwandlungsprozessen im Gange, so dass man leicht den Überblick verlieren kann. Prof. Dr.-Ing. habil. Tobias Zschunke, Dr. rer. nat. Fabian Rachow und Fred Haaser, M.Eng. haben im Rahmen des LaNDER³ - Impulsprojektes 4 'Katalytische Methanisierung' das Thema Power to Gas weiter vorangetrieben, um aus ungenutztem CO2 und Wasserstoff kostengünstig und energieeffizient synthetisches Erdgas herzustellen. Das Verfahren ist zwar seit 100 Jahren bekannt, aber immer noch sehr energieintensiv. Hier ist es dem Team gelungen, eine Anlage zu entwickeln, die die Anforderungen des Thermomanagements für eine effiziente Prozessführung umsetzt. Darüber hinaus gibt das Team einen allgemeinen Überblick über den Stand der Technik und die aktuellen wirtschaftlichen Aspekte.:1. Motivation 2. Einleitung 3. Sabatierreaktion 4. Eignung für die Integration grünen Stroms 5. Thermomanagement / Aufbau 6. Prozessbeschreibung 7. Ergebnisse und Ausblick 8. Quellen

Ultrafine particles are relevant to many practical applications, including froth flotation, emulsion and foam formation, printing, and drug delivery. Such particles have tremendous effect on the interfacial and hydrodynamic properties of the multiphase systems both in static and dynamic conditions. Combining experimental and theoretical approaches, this research scrutinizes a multidisciplinary subject focusing on hydrodynamic and physicochemical characteristics of the ultrafine particles at fluidic interfaces. In particular, the effect of ultrafine particles on the (i) surface activity of the surfactants of different charges, (ii) mobility of the interfaces, and (iii) kinetics of particles attachment are investigated. In the first part of this thesis the effect of negatively charged silica nanoparticles, as model particles for ultrafine particles, on the interfacial behavior of the cationic surfactant (CTAB) is investigated using Profile Analysis Tensiometry (PAT). The results indicate that neither surfactant concentration nor NPs alone can determine the surface tension of the system, and that the ratio of surfactants to nanoparticles is the decisive factor. Below a critical ratio, the surface tension values remain relatively constant as the free surfactant molecules are completely depleted from the solution due to the formation of nanoparticle-surfactant complexes. Above this critical ratio, the number of free surfactant molecules increases as the surfactant concentration increases, causing the surface tension to decrease. In this regime, free surfactant molecules and nanoparticle-surfactant complexes coexist and can co-adsorb at the interface. This is demonstrated by combining high amplitude compression and dynamic surface tension measurements. Furthermore, the effect of negatively charged nanoparticles on the surface activity of anionic surfactant (SDBS) in an aqueous phase is studied. Although recent studies indicate that nanoparticles increase the surface activity of surfactants through electrostatic repulsive forces, it is observed that the surface activity of surfactants is mainly affected by the change in ionic strength of the system due to the presence of nanoparticles. Several characteristic parameters including the equivalent concentration of the surfactant and the critical micelle concentration (CMC) are theoretically calculated and further employed to validate experimental observations. Based on the obtained results, a criterion to estimate the possible influence of the electrostatic repulsive forces for nanoparticles of different sizes and mass fractions is introduced. In the next step, the effect of ultrafine particles on the mobility of interfaces is investigated. The shear stress of the axisymmetric flow field triggers a nonuniform distribution of the surfactants at the surface of a rising bubble, known as stagnant cap, which gives rise to Marangoni stress that can reduce the mobility of the interface. The conditions in technological processes; however, usually deviate from the linear rise of a single bubble in a quiescent unbounded liquid. Asymmetric shear can act on the bubble surface due to the vorticity in the surrounding flow, or due to the bubble-bubble interactions, which can significantly change the surfactant distribution at the interface. To better understand this effect, Particle Image Velocimetry (PIV) is applied in an experimental setup that is specifically designed to study the hydrodynamics of bubbles and droplets and their interfacial mobility under asymmetric shear flow. Series of PIV experiments are performed with a buoyant bubble/pendant drop at the tip of a capillary placed in a defined shear flow in the presence of surfactants and nanoparticles. A direct experimental observation of the circulating flow at the interface under asymmetric shear, which prevents the formation of the typical stagnant cap is observed. The results show that the interface remains mobile under these conditions regardless of the surfactant concentration. The response of the interface to the surrounding asymmetric flow under successive reduction of the surface area revealed that in the presence of nanoparticles, a contiguous network of particles forms at the interface through densification of surface structures that can drastically change the interfacial mobility of the bubbles and drops. The immobilization is characterized by a dimensionless number, defined as the ratio of the interfacial elasticity to bulk shear forces, which provides an estimate of the interfacial forces required to impose interfacial immobility at a defined flow field. In the last part of this thesis, the kinetics of particles attachment to a buoyant bubble is investigated. The results showed that the technique can be used to investigate the floatability of different particles as a function of various parameters such as hydrophobicity, particle size, and number density. Furthermore, a specific setup was developed to collect the attached particles and measure their mass and size distribution after collection. For a monomodal particle system, the results indicated almost identical size distribution before and after collection with a slight shift to smaller sizes after collection. For a bimodal particle system, on the other hand, results showed that the majority of the collected particles belong to smaller fractions. Next, the effects of ultrafine particles on the kinetics of particle attachment and the distribution and mobility of particles on the bubble surface is studied. It is shown that the ultrafine particles can increase the attachment rate of fine particles and at the same time decrease their packing density. The presence of ultrafine particles at the interface strongly influenced the distribution of the fine particles on bubble surface. The effect is more pronounced for pre-compressed bubbles, where the dense layer of ultrafine particles on the bubble surface completely prevents the attachment of the fine particles. It is also observed that the mobility of the fine particles at the interface changes significantly when ultrafine particles are adsorbed on the bubble surface.

Im Rahmen des Projektes „Klimaeffekte einer Biomethanwirtschaft“ (KlimaCH4) wurden durch das Deutsche Biomasseforschungszentrum zwei Methoden für Messungen von direkten Treibhausgasemissionen hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und Vergleichbarkeit untersucht. Im Rahmen konkreter Messungen wurden die direkten Emissionen, v. a. von Methan, an drei Biogasanlagen mit Methanaufbereitung zur Einspeisung ins Erdgasnetz quantifiziert. Diese Untersuchungen erfolgten einerseits direkt vor Ort mittels Leckagesuche, Einhausungen und „Open Chamber“-Messungen, andererseits indirekt mittels optischer Fernmessungen mit Tunable Diode Laser Absorption Spectrometry (TDLAS) und Quelltermrückrechnung mittels inverser Ausbreitungsmodellierung.

Der vorliegende Report setzt sich zusammen aus den Zwischenberichten des Projektes „Wissenschaftliche Vorbereitung und Begleitung der EEG-Monitoringberichte und des EEGErfahrungsberichts für die Stromerzeugung aus Biomasse“ im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (SCHEFTELOWITZ u. a., 2014b, 2014a) sowie aus dem Hintergrundpapier „Auswirkungen der gegenwärtig diskutierten Novellierungsvorschläge für das EEG-2014” in der Version vom 31.03.2014 (THRÄN u. a., 2014).

Der vorliegende Endbericht beschreibt die Ergebnisse der technisch-ökonomischen Begleitforschung zum Wettbewerb Bioenergie-Regionen. Der Wettbewerb wurde als dreijähriges Fördervorhaben des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) realisiert, bei dem das DBFZ die Bioenergieentwicklung in den Projektregionen sowie Effekte für die Regionalentwicklung analysiert hat. Ziel der technisch-ökonomischen Begleitforschung war es, die Projektregionen hinsichtlich der Bioenergienutzung zu evaluieren. Hierzu standen die Bioenergieanlagen und Wertschöpfungsketten der Bioenergie sowie die eingesetzten Rohstoffe im Zentrum der Untersuchungen. Hierdurch sollten Vergleiche zwischen den Regionen und eine Einordnung im bundesdeutschen Durchschnitt ermöglicht werden. Auch galt es, Aussagen zum Klimaschutzbeitrag des Fördervorhabens treffen zu können. Nicht zuletzt unterstützte das DBFZ die Geschäftsstelle des Wettbewerbs sowie die Regionen bei der Beantwortung technisch-ökonomischer Fragestellungen. Der Bericht gliedert sich in einen theoretischen Teil A und den Ergebnisteil B. Nach einer Ergebniszusammenfassung (Kapitel 1) und einer kurzen Übersicht über wichtige und übergeordnete Kennziffern (Kapitel 2) werden im Teil A zunächst Hintergründe und Ziele des Wettbewerbs vorgestellt (Kapitel 3). Daran schließt sich mit Kapitel 4 die Erläuterung der methodischen Vorgehensweise an. Der Teil B enthält die Ergebnisse des Begleitforschungsvorhabens. Die einzelnen Kapitel orientieren sich jeweils an den konkreten Fragestellungen bzw. Themenblöcken der technisch-ökonomischen Begleitforschung (Kapitel 5-8). Im letzten Kapitel 9 erfolgt ein kurzer Ausblick auf die zweite Förderphase ab 2012 bis 2015.

Im Projekt wurden für eine neuartige Feuerungsstätte eine Steigerung des Wirkungsgrades und eine Verringerung der Emissionen von gesundheitsrelevanten Schadstoffen aus Verbrennungsprozessen untersucht. Dies geschah auf Basis des xeoos der Firma Specht. Die Zielstellung der Vorphase beinhaltete die Synthese geeigneter Spinelle, die anschließend einem Katalysator-Screening sowie einem Formgebungs-Prozess unterzogen wurden. Zur Zielstellung gehörte außerdem die Erzeugung einer porösen Fe3O4-Schicht auf der Oberfläche des Ofenrostes durch Brünieren, wobei die Fe3O4-Schicht durch Imprägnierung mit Salzlösungen zweiwertiger Metalle (Me(II)) und anschließender Kalzinierung in einen katalytisch aktiven Ferrit vom Typ Me(II)Fe2O4, umgewandelt wird. Die Auswahl der für die Modifizierung des Ofenrostes in Frage kommenden Ferrite erfolgte auf Basis des Katalysator-Screenings. Eine α-Al2O3-Schwammkeramik wurde mittels in-situ-Festkörperreaktion zu einem katalytisch aktiven Schwammkeramik-Wandkatalysator umgewandelt. Ebenso wurde ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung einer MnOx/Al2O3-Schwammkeramik und dessen Testung auf katalytische Aktivität zur Totaloxidation von Propan erarbeitet. Eine abschließende Testung des vielversprechendsten Systems auf katalytische Aktivität zur Minderung der Schadstoffe CO, VOC und Ruß sowie ein Langzeittest am handelsüblichen xeoos der Firma Specht bildeten den Abschluss der Vorphase.