Panic Disorder (PD) has been associated with abnormalities in the respiratory system for a long time, and treatment programs aimed at reversing these abnormalities have been developed. Panicogenic effects of biological challenges have been shown to be altered after successful treatment. Furthermore, there is evidence that anxious non-PD patients show similar responses to these challenges and hence may benefit from some kind of breathing training (BT). To test these assumptions, we recruited 45 PD patients, 39 Episodic Anxiety (EA) patients who suffered from subclinical panic attacks, and 20 non-anxious controls (NAC). Patients were randomized to one of two versions of a 4-week therapy with BT, either lower or raise end-tidal pCO2, or a waiting list (WL). Before and after treatment, participants underwent in randomized order a Voluntary Hypoventilation (VHO) test and a Voluntary Hyperventilation (VHT) test in which they were asked to either lower or raise their pCO2 while psychophysiological measures were recorded. Each test consisted of 3 segments: 1 min baseline, 3 min paced breathing, and 8 min recovery. Before treatment, PD and EA patients were more anxious, distressed, tense, and worried than NAC, and felt more dizziness, chest pain, and nausea during the laboratory assessment. However, increases in psychological symptoms or physiological sensations from baseline to the paced breathing segments were not different between groups. The two tests produced similar changes except that anxiety and dizziness increased more during the VHT than VHO. We replicated baseline breathing abnormalities previously reported for PD patients, namely greater respiration rate, tidal volume instability, and number of sighs. However, analyses did not find that patients recovered slower to either challenge. After treatment, both therapies improved on the main outcome measure. Furthermore, BT affected baseline pCO2, resulting in lower levels in the hypocapnic groups and higher levels in the hypercapnic groups without affecting any other measures. We conclude that baseline respiratory abnormalities are specific to PD. However, data suggest that the manipulations might have been too weak to elicit other previously reported group differences. Breathing training was equally effective for the lower and raise BT. Hence, factors unrelated to modifying one’s pCO2 must have accounted for the symptomatic improvement. Breathing training should not be restricted to PD but be applied to all patients suffering from anxiety attacks.

Im Rahmen dieser Dissertation wurden Hydrotalcit-basierte Nickelkatalysatoren zur CO2-Methanisierung synthetisiert, charakterisiert und katalytisch untersucht. Dabei konnten durch mehrere Ansätze deutliche Verbesserungen der katalytischen Aktivität erzielt werden. Einen wesentlichen Effekt zeigte dabei die Kombination der üblicherweise separat durchgeführten Präparationsschritte der Calcination und der Reduktion. Dadurch ließ sich die notwendige Reduktionstemperatur senken, was zum Erhalt einer größeren Katalysatoroberfläche führte. Zusätzlich wurde eine Vielzahl von Promotoren in Hydrotalcit-basierten Nickelkatalysatoren systematisch und vergleichend untersucht. Eine solche Untersuchung lässt sich in der Literatur bisher nicht finden. Dabei kristallisierte sich insbesondere Mangan als vielversprechender Promotor heraus. Spektroskopische Untersuchungen zum Einfluss des Mangans zeigten, dass Mangan die Bindungsstärke des Kohlenstoffdioxids am Katalysator erhöht. Durch Variation des Mangangehaltes ließ sich entsprechend die Bindungsstärke einstellen und somit die Katalysatoraktivität optimieren.

Durch die Insertion von CO2 in die Si-N-Bindung von Diaminosilanen sind Di(carbamoyloxy)silane zugänglich. Mittels thermischer Zersetzung dieser Insertionsprodukte können Siloxane und entsprechende Harnstoffderivate erhalten werden. In dieser Arbeit wurden die chemischen Reste in diesen Systemen variiert um Siloxane mit verschiedenen Substitutionsmustern zu erhalten. Außerdem wurde das Substituentenaustauschverhalten des System Aminosilan/Carbamoyloxysilan näher untersucht. Dabei konnte die Substanzklasse der Amino(carbamoyloxy)silane nachgewiesen werden. Auch die Adaption der Versuche auf Triaminosilane und Aminodisilane wurde erfolgreich durchgeführt. Dadurch wurden vernetzte Siloxane als Thermolyseprodukte erhalten. Einige Carbamoyloxydisilane bilden zudem fünffach koordiniertes Silicium aus.:Vorwort 1. Einleitung und Motivation 2. Literaturteil (Siloxane/Silikone und Harnstoffe) 3. Diaminosilane 4. CO2-Insertion in Diaminosilane - Synthese von Di(carbamoyloxy)silanen 5. Thermolyse 6. Triaminosilane und Tri(carbamoyloxy)silane 7. Aminodisilane und Carbamoyloxydisilane 8. Zusammenfassung und Ausblick 9. Experimenteller Teil 10. Anhang

Geophysical methods are essential for exploration and monitoring of subsurface formations, e.g. in carbon dioxide sequestration or enhanced geothermal energy. One of the keys to their successful application is the knowledge of how the measured physical quantities are related to the desired reservoir parameters. The work presented in this thesis shows that the presence of carbon dioxide (CO2) in pore space gives rise to multiple processes all of which contribute to the electrical rock conductivity variation. Basically, three mechanisms take place: (1) CO2 partially replaces the pore water, which is equivalent to a decrease in water saturation. (2) CO2 chemically interacts with the pore water by dissolution and dissociation. These processes change both the chemical composition and the pH of the pore filling fluid. (3) The low-pH environment can give rise to mineral dissolution and/or precipitation processes and changes the properties of the grain-water interface. Investigations on the pore water phase show that the reactive nature of CO2 in all physical states significantly acts on the electrical conductivity of saline pore waters. The physico-chemical interaction appears in different manifestations depending mainly on the pore water composition (salinity, ion types) but also on both temperature and pressure. The complex behaviour includes a low- and a high-salinity regime originating from the conductivity increasing effect of CO2 dissociation, which is opposed by the conductivity decreasing effect of reduced ion activity caused by the enhanced mutual impediment of all solutes. These results are fundamental since the properties of the water phase significantly act on all conduction mechanisms in porous media. In order to predict the variation of pore water conductivity, both a semi-analytical formulation and an empirical relationship for correcting the pore water conductivity, which depends on salinity, pressure and temperature, are derived. The central part of the laboratory experiments covers the spectral complex conductivity of water-bearing sand during exposure to and flow-through by CO2 at pressures up to 30MPa and temperatures up to 80°C. It is shown that the impact of CO2 on the real part of conductivity of a clean quartz sand is dominated by the low- and high-salinity regime of the pore water. The obtained data further show that chemical interaction causes a reduction of interface conductivity, which could be related to the low pH in the acidic environment. This effect is described by a correction term, which is a constant value as a first approximation. When the impact of CO2 is taken into account, a correct reconstruction of fluid saturation from electrical measurements is possible. In addition, changes of the inner surface area, which are related to mineral dissolution or precipitation processes, can be quantified. Both the knowledge gained from the laboratory experiments and a new workflow for the description and incorporation of geological geometry models enable realistic finite element simulations. Those were conducted for three different electromagnetic methods applied in the geological scenario of a fictitious carbon dioxide sequestration site. The results show that electromagnetic methods can play an important role in monitoring CO2 sequestration. Compared to other geophysical methods, electromagnetic techniques are generally very sensitive to pore fluids. The proper configuration of sources and receivers for a suitable electromagnetic method that generates the appropriate current systems is essential. Its reactive nature causes CO2 to interact with a water-bearing porous rock in a much more complex manner than non-reactive gases. Without knowledge of the specific interactions between CO2 and rock, a determination of saturation and, consequently, a successful monitoring are possible only to a limited extend. The presented work provides fundamental laboratory investigations for the understanding of the electrical properties of rocks when the reactive gas CO2 enters the rock-water system. All laboratory results are put in the context of potential monitoring applications. The transfer from petrophysical investigations to the planning of an operational monitoring design by means of close-to-reality 3D FE simulations is accomplished.

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Geophysical methods are essential for exploration and monitoring of subsurface formations, e.g. in carbon dioxide sequestration or enhanced geothermal energy. One of the keys to their successful application is the knowledge of how the measured physical quantities are related to the desired reservoir parameters. The work presented in this thesis shows that the presence of carbon dioxide (CO2) in pore space gives rise to multiple processes all of which contribute to the electrical rock conductivity variation. Basically, three mechanisms take place: (1) CO2 partially replaces the pore water, which is equivalent to a decrease in water saturation. (2) CO2 chemically interacts with the pore water by dissolution and dissociation. These processes change both the chemical composition and the pH of the pore filling fluid. (3) The low-pH environment can give rise to mineral dissolution and/or precipitation processes and changes the properties of the grain-water interface. Investigations on the pore water phase show that the reactive nature of CO2 in all physical states significantly acts on the electrical conductivity of saline pore waters. The physico-chemical interaction appears in different manifestations depending mainly on the pore water composition (salinity, ion types) but also on both temperature and pressure. The complex behaviour includes a low- and a high-salinity regime originating from the conductivity increasing effect of CO2 dissociation, which is opposed by the conductivity decreasing effect of reduced ion activity caused by the enhanced mutual impediment of all solutes. These results are fundamental since the properties of the water phase significantly act on all conduction mechanisms in porous media. In order to predict the variation of pore water conductivity, both a semi-analytical formulation and an empirical relationship for correcting the pore water conductivity, which depends on salinity, pressure and temperature, are derived. The central part of the laboratory experiments covers the spectral complex conductivity of water-bearing sand during exposure to and flow-through by CO2 at pressures up to 30MPa and temperatures up to 80°C. It is shown that the impact of CO2 on the real part of conductivity of a clean quartz sand is dominated by the low- and high-salinity regime of the pore water. The obtained data further show that chemical interaction causes a reduction of interface conductivity, which could be related to the low pH in the acidic environment. This effect is described by a correction term, which is a constant value as a first approximation. When the impact of CO2 is taken into account, a correct reconstruction of fluid saturation from electrical measurements is possible. In addition, changes of the inner surface area, which are related to mineral dissolution or precipitation processes, can be quantified. Both the knowledge gained from the laboratory experiments and a new workflow for the description and incorporation of geological geometry models enable realistic finite element simulations. Those were conducted for three different electromagnetic methods applied in the geological scenario of a fictitious carbon dioxide sequestration site. The results show that electromagnetic methods can play an important role in monitoring CO2 sequestration. Compared to other geophysical methods, electromagnetic techniques are generally very sensitive to pore fluids. The proper configuration of sources and receivers for a suitable electromagnetic method that generates the appropriate current systems is essential. Its reactive nature causes CO2 to interact with a water-bearing porous rock in a much more complex manner than non-reactive gases. Without knowledge of the specific interactions between CO2 and rock, a determination of saturation and, consequently, a successful monitoring are possible only to a limited extend. The presented work provides fundamental laboratory investigations for the understanding of the electrical properties of rocks when the reactive gas CO2 enters the rock-water system. All laboratory results are put in the context of potential monitoring applications. The transfer from petrophysical investigations to the planning of an operational monitoring design by means of close-to-reality 3D FE simulations is accomplished.

Automatische Melksysteme (AMS) gelten als jüngste Innovation auf dem Gebiet der Melktechnik und weisen im Vergleich mit konventionellen Melkständen eine Reihe von Besonderheiten auf. Um die Kühe zum freiwilligen und regelmäßigen Besuch des Melksystems anzuhalten, sind optimale mikroklimatische Bedingungen in der Melkbox notwendig. Die Analyse der mikroklimatischen Bedingungen in AMS erfolgte in einem Betrieb mit zwei parallel arbeitenden AMS und 110 melkenden Kühen. Dabei wurden die Parameter Luftqualität in der Melkbox und im Stall, Geräuschbelastung innerhalb der Melkbox während des Melkens sowie Verschmutzungsgrad und Keimgehalt an relevanten Punkten des AMS untersucht. Um die jahreszeitlichen Einflüsse auf das Stallklima zu kennzeichnen erfolgten die Untersuchungen im März 2002, Juni 2002 sowie Januar 2003. Eine besondere mikroklimatische Situation in der Melkbox konnte in den Analysen für die Stallluftparameter Kohlendioxid und Methan festgestellt werden. Dabei wurden erhöhte Konzentrationen immer dann beobachtet, wenn sich eine Kuh in der Melkbox befand. Die Bauweise des AMS im Kopfbereich der Melkbox konnte als entscheidender Grund für die hohen Konzentrationen der Gase ermittelt werden, da dadurch der Luftaustausch mit der Umgebung behindert wird. Die Geräuschkulisse für die Kühe innerhalb der Melkbox erwies sich während der Eutervorbereitung als besonders belastend, da der Schallpegel hier am höchsten war und gleichzeitig eine Frequenzverschiebung in den höherfrequenten Bereich festzustellen war. Ein erster Ansatz der Beschreibung der hygienischen Zustände in einem AMS erfolgte mit Hilfe von digitalen Bildern, welche an den Schnittstellen zwischen Tier, Endprodukt und Technik gemacht wurden. Der visuell wahrnehmbare Verschmutzungsgrad ließ sich in Beziehung zu gleichzeitig erfassten Tupferproben und darin isolierten Keimen setzen. Eine Verbesserung bzw. Anpassung der mikroklimatischen Situation innerhalb von AMS erscheint als notwendig, um eine ausreichende Motivation der Kühe zum Besuch der Melkbox zu erreichen. / Automatic milking systems (AMS) are considered as the most recent innovation in the area of milking technology. In comparison with conventional milking parlour they show a set of specific characteristics. Optimal microclimatic conditions in the milking box are necessary to motivate the cows to visit the milking system voluntarily and regularly. The analysis of the microclimatic conditions in AMS took place on a farm with two AMS working parallel and 110 lactating cows. The parameters examined were: the air quality in the milking box and in the barn, the noise load within the milking box during milking as well as the degree of pollution and the germ load at relevant points of the AMS. To mark the seasonal influences on the climate within the barn, the investigations took place in March 2002, June 2002 as well as January 2003. A special microclimatic situation in the milking box was noticed in the analyses for the barn air parameters carbon dioxide and methane. Whenever a cow was in the milking box, increased concentrations were observed. The construction method of the AMS in the head area of the milking box was determined as main reason for the high concentrations of gases, since this impedes the interchange of air with the environment. The sound load for the cows within the milking box was particularly heavy during the preparation of the udder. The sound level was highest during the cleaning of the udder and the frequencies shifted into the higher range. The description of the hygienic conditions in an AMS was first approached by means of digital pictures, which were made at the interfaces between animal, final product and technology. The visually perceptible degree of pollution could be set in relation to Dab RPR, which were taken at the same time like the digital pictures, and isolated germs therein. An improvement and/or an adjustment of the microclimatic situation within AMS appears necessary in order to achieve a sufficient motivation of the cows to go into the milking box.

Ausgangspunkt der Arbeit ist das Leitbild nachhaltiger Verkehrsentwicklung. Voraussetzung für die Umsetzung dieses qualitativen Leitbilds ist seine Operationalisierung, eine Aufgabe, die sich auf Grund des Prozesscharakters des Begriffs nachhaltiger Entwicklung als schwierig erweist. Eine Beschreibung dieses Begriffs durch konkrete, messbare Indikatoren ist aber notwendig, will man den Status quo sowie durchgeführte Maßnahmen anhand dieses Ziels bewerten. Die vorliegende Arbeit versucht, den Widerspruch zwischen dem Prozesscharakter nachhaltiger Entwicklung und der Notwendigkeit, diese durch konkrete Indikatoren zu beschreiben, für den Verkehrsbereich einer Lösung näher zu bringen. Folgende zentrale Fragen ergeben sich für die Arbeit: Wie kann das Leitbild nachhaltiger Verkehrsentwicklung konkretisiert und dabei gleichzeitig dem Prozesscharakter des Nachhaltigkeitsbegriffs Rechnung getragen werden? Welche Empfehlungen lassen sich für Maßnahmen zur Förderung nachhaltiger Verkehrsentwicklung ableiten? Zur Beantwortung der Fragen wird zunächst der Begriff nachhaltiger Entwicklung für die Arbeit abgegrenzt. Als Ergebnis dieses Arbeitsschritts wird der Begriff der Bedürfnisse in den Mittelpunkt der weiteren Arbeit gestellt: Nachhaltige Entwicklung wird als eine an den Bedürfnissen der Menschen orientierte Entwicklung betrachtet. Auf Basis einer bedürfnistheoretischen Diskussion werden anschließend die folgenden Aufgabenbereiche erarbeitet: Sozialer Aufgabenbereich: Auf Grund der Widersprüchlichkeit und Wandelbarkeit menschlicher Bedürfnisse ist die Befriedigung sämtlicher Bedürfnisse der Menschen als Ziel von Maßnahmen im Verkehrsbereich ungeeignet. Basis einer nachhaltigen Verkehrsentwicklung und Ziel des sozialen Aufgabenbereichs ist daher ein staatliches Angebot einer verkehrlichen Grundversorgung, durch welches die Befriedigung grundlegender Bedürfnisse gewährleistet wird. Dieses Angebot wird über Mindeststandards beschrieben und durch anwendungsspezifische Planungen ergänzt. Allokationsbereich: Der Markt ist ein geeignetes Instrument zur Realisierung aller über die im sozialen Aufgabenbereich festzulegende Grundversorgung hinausgehenden Mobilitätswünsche. Er ermittelt und befriedigt Bedürfnisse gut, allerdings mit Einschränkungen, welche durch den sozialen Aufgabenbereich sowie den Ressourcenbereich zu kompensieren sind. Das Ziel dieses Aufgabenbereichs besteht im Abbau von Marktunvollkommenheiten. Ressourcenbereich: Aus der mangelnden Berücksichtigung von Verteilungsfragen durch den Marktmechanismus ergeben sich verteilungspolitische Aufgabenbereiche nachhaltiger Verkehrsentwicklung: Soziale Fragen werden durch den sozialen Aufgabenbereich abgedeckt. Gegenstand des Ressourcenbereichs ist die Regelung der Verteilung natürlicher Ressourcen als Anfangsausstattung für den Prozess zur Erstellung der Verkehrsleistungen. Die erarbeiteten Aufgabenbereiche werden zu einem Entwicklungskorridor zusammengeführt: Die untere Begrenzung wird durch die im Rahmen des sozialen Aufgabenbereichs zu gewährleistende verkehrliche Grundversorgung gebildet. Diese sollte nicht unterschritten werden. Im Rahmen des Ressourcenbereichs zu formulierende Tragfähigkeitsgrenzen bilden die obere Begrenzung des Korridors und sollten nicht überschritten werden. Die Regeln für alle Aktivitäten innerhalb der Grenzen werden durch den Allokationsbereich vorgegeben, dessen Ziel die Gewährleistung funktionsfähiger Marktmechanismen ist. Im Anschluss an die Erarbeitung des Entwicklungskorridors werden Optionen zu dessen Konkretisierung aufgezeigt. Werden Teile der erarbeiteten Optionen mit Hilfe einer gesellschaftlichen Diskussion ausgewählt, so ist damit für einzelne konkrete Anwendungsfälle eine abschließende Beschreibung des Ziels nachhaltiger Verkehrsentwicklung möglich. Abschließend werden im Rahmen einer beispielhaften Analyse des Status quo für den Freistaat Sachsen verkehrliche CO2-Emissionen sowie externe Kosten von Verkehr quantifiziert.

The present work was written as a cumulative dissertation based on peer-reviewed papers and is completed by yet unpublished results. The overall objective was to get a deeper insight into the role of the advective fluxes of sensible heat and latent heat in relation to the energy balance and its imbalance at the earth’s surface (typically the sum of the turbulent fluxes sensible and latent heat does not match the available energy). Data from two advection experiments at four coniferous sites across Europe served as the basis for the analysis. One was the advection experiment MORE II which took place in Tharandt (Germany) and the other advection experiment ADVEX was conducted at three different sites (Ritten/Renon, Italy; Wetzstein, Germany; Norunda, Sweden). An inspection of the available energy (AE) that is redistributed to the atmosphere by the sensible heat flux (H) and latent heat flux (LE) showed that the uncertainty of the available energy itself cannot explain the lack of energy balance closure for these four sites. The mean absolute uncertainty of the available energy was largest during midday and ranged from 41 W m-2 to 52 W m-2 (approx. 12 % of AE). During nighttime, the mean absolute uncertainty was smaller (20 W m-2 – 30 W m-2) but the relative uncertainty was much larger as AE itself is small. Among the investigated storage terms the heat storage change of the biomass was most important. The energy balance closure was improved for all investigated sites when storage terms were included. In principle, storage terms should not be neglected in energy balance studies. An investigation of the budget of sensible heat, not only including the vertical advection and the horizontal advection but also the horizontal turbulent flux divergence, was undertaken for the coniferous site at Tharandt. Inclusion of these fluxes resulted in an enlarged mean daily amplitude and suggests an improvement of the energy balance closure, at least during nighttime. The commonly determined budget (vertical turbulent flux plus storage change) was reduced by about 30 % when advective fluxes were included. Results suggest that the horizontal turbulent flux divergence is of minor importance but further studies are needed for an overall evaluation. First results for the inclusion of the advective fluxes of both sensible heat and latent heat indicate that the lack of energy balance closure is partly reduced but the imbalance still exists. Advective fluxes of sensible heat were also compared to advective fluxes of CO2. It became apparent that the advective fluxes of sensible heat and CO2 are, on average, of opposite sign during nighttime and both share large scatter. Both budgets (sensible heat and CO2) were considerably changed (although differently for different sites) when advective fluxes were included. Results further suggest that advective fluxes of H can be taken as an indicator concerning the presence and sign of advection of CO2. This points towards a coincident non-turbulent transport of heat and CO2. However, all investigated advective fluxes are site-specific. They are characterised by a large uncertainty due to uncertainties in the mean vertical velocity (vertical advection) and in the horizontal differences in scalar magnitude (horizontal advection). Obviously, they are influenced by the limitations of the experimental set-up (spatial resolution) and the local characteristics of the individual measurements. An overall evaluation of advective fluxes with respect to their representativeness and magnitude requires further studies / Die vorliegende Arbeit wurde als kumulative Dissertation verfasst, die auf begutachteten Publikationen beruht. Sie wird um bisher nicht veröffentlichte Daten zur Advektion latenter Wärme ergänzt. Ziel war es, vor allem die Rolle der advektiven Flüsse von sensibler und latenter Wärme in Bezug auf die Energiebilanz und das Problem der Energiebilanzschließung an der Erdoberfläche näher zu untersuchen. Unter der Energiebilanzschließungslücke wird im Allgemeinen das Phänomen verstanden, dass die Summe der gemessenen turbulenten Flüsse von sensibler und latenter Wärme zumeist nicht der gemessenen verfügbaren Energie entspricht. Als Datengrundlage für die Arbeiten dienten hierzu die Datensätze von zwei Advektionsexperimenten, die an vier verschiedenen Nadelwaldstandorten in Europa stattfanden. Das erste dieser Advektionsexperimente MORE II fand an der Ankerstation Tharandt (Deutschland) statt und das zweite (ADVEX) wurde an drei verschiedenen Standorten durchgeführt (Ritten/Renon, Italien; Wetzstein, Deutschland; Norunda, Schweden). Eine Untersuchung der verfügbaren Energie (AE), die über den sensiblen Wärmestrom (H) und den latenten Wärmestrom (LE) wieder an die Atmosphäre abgegeben wird, zeigte, dass die in der Bestimmung der verfügbaren Energie liegende Unsicherheit das Problem der Energiebilanzschließungslücke nicht ausreichend erklärt. Die mittlere absolute Unsicherheit der verfügbaren Energie war dabei mittags am größten (41 W m-2 – 52 W m-2; ca. 12 % der verfügbaren Energie). Nachts war diese kleiner (20 W m-2 – 30 W m-2). Jedoch waren dann die relativen Unsicherheiten deutlich größer, da die verfügbare Energie nachts klein ist. Von den betrachteten Speichertermen der Energiebilanz erwies sich die Speicheränderung von Wärme in der Biomasse als am wichtigsten. Für die vier untersuchten Standorte verbesserte sich die Energiebilanzschließung, wenn die Speicherterme mit einbezogen wurden. Grundsätzlich sollten alle Speicherterme bei der Bestimmung der Energiebilanz mit beachtet werden. Für den Nadelwaldstandort Tharandt wurde die Bilanz der sensiblen Wärme unter Beachtung der advektiven Flüsse und der horizontalen turbulenten Flussdivergenz erstellt. Die Einbeziehung der advektiven Flüsse und der horizontalen turbulenten Flussdivergenz führte zu einer Vergrößerung der Amplitude im mittleren Tagesgang und deutet auf eine Verbesserung der Energiebilanzschließung zumindest nachts hin. Im herkömmlichen Sinne wird die Bilanz für Energie oder Massenflüsse als Summe aus vertikalem turbulenten Fluss und Speicheränderung bestimmt. Die Gesamtsumme dieser Bilanz wurde um 30 % reduziert, wenn die advektiven Flüsse mit einbezogen wurden. Hinsichtlich der horizontalen turbulenten Flussdivergenz kann man noch keine abschließende Einschätzung geben. Die vorliegenden Ergebnisse deuten einen vernachlässigbaren Anteil an der Gesamtbilanz für diesen Term an. Erste Ergebnisse für die Bestimmung der Energiebilanz von Nadelwäldern unter Beachtung der advektiven Flüsse von sensibler und latenter Wärme zeigen eine teilweise Reduzierung der Energiebilanzschließungslücke, jedoch keine vollständige Schließung der Energiebilanz. Weiterhin wurden die advektiven Flüsse sensibler Wärme mit denen von CO2 verglichen. Die Bilanzen für den CO2-Fluss als auch für den Fluss sensibler Wärme änderten sich deutlich unter Einbeziehung der advektiven Flüsse, wenn auch unterschiedlich für verschiedene Standorte. Besonders nachts sind die advektiven Flüsse von sensibler Wärme und CO2 im Mittel durch gegensätzliche Vorzeichen gekennzeichnet. Diese Beziehung eröffnet die Möglichkeit, advektive Flüsse von CO2 auf der Basis von advektiven Flüssen sensibler Wärme hinsichtlich ihres Vorhandenseins und ihrer Richtung abzuschätzen. Dies deutet auf einen gleichzeitigen nicht-turbulenten Transport von Wärme und CO2 hin. Generell ist festzustellen, dass alle untersuchten advektiven Flüsse spezifisch für den jeweiligen Standort und durch eine große Unsicherheit gekennzeichnet sind. Diese ergibt sich zum einen aus der mittleren vertikalen Geschwindigkeit (vertikale Advektion) und zum anderen aus den horizontalen Differenzen (horizontale Advektion) der jeweiligen skalaren Größen. Die betrachteten advektiven Flüsse werden offensichtlich durch Einschränkungen, die sich aus dem experimentellen Aufbau ergeben (z.B. begrenzte räumliche Auflösung), in ähnlicher Weise beeinflusst. Eine abschließende Beurteilung der advektiven Flüsse hinsichtlich ihres Anteils an der Gesamtbilanz und ihrer Repräsentativität erfordert weitere Studien.

This research has been performed in the framework of the Virtuhcon project, which intends to virtualize high temperature conversion processes. Coal gasification is one of these processes, which is nowadays considered as a promising technology for the chemical industry. This study is devoted to the coal char physical structure, which is one of the most important parameters influencing coal gasification reaction. First, this study presents the extensive literature review of the char physical structure role during its conversion. Collection of the char structural properties as well as their changes during char conversion are shown and discussed. Literature review is followed by the experimental investigations. Chars prepared from two brown coals (Lusatian and Rhenish) were gasified in a laboratory scale fluidized bed reactor in CO2 at temperatures of 800, 850, 900, and 950 °C and atmospheric pressure. Char samples were gasified completely as well as partially in order to evaluate the reaction kinetics and char structural changes during the reaction, respectively. Complete gasification curves were evaluated by different methods, including application of three gasification models (the Random Pore Model, the Volume Reaction Model, and the Shrinking Reaction Model), instantaneous reaction rate approach as well as the self-developed surface-related reaction rate approach. The results of different approaches were compared. This study also presents a comprehensive methodology to analyze coal char physical structure. The variety of measurement techniques (gas physical adsorption, mercury porosimetry, helium pycnometry, SEM, etc.) were applied to assess structural properties of the char, such as specific surface area, particle density, porosity, pore size and shape, structure morphology, etc. Problems associated with the choice of a proper measurement technique and the comparability of the data delivered by different techniques were discussed. The main objective of the study was to link char structural changes to the char gasification kinetics. The specific task of this thesis was to investigate pore size in relation to their availability for the reaction. As such, specific surface areas of pores of different sizes (from sub-micro to mesopores) were correlated to the instantaneous reaction rates. Both chars exhibit similar trends in their structural changes during gasification, although the absolute values differ, especially with respect to the pores of microscale. Furthermore, structural changes were caused not only by the reaction but also by the influence of the heat treatment, especially at the earlier stages of the reaction. The most reasonable correlation has been achieved between the instantaneous reaction rate and the specific surface area of mesopores. Sub-micro- and micropores did not govern the gasification reaction under given conditions. Finally, kinetic parameters derived from different evaluation methods were reapplied in order to test their ability to predict the experimental data. Each of the method has its advantages and disadvantages as used for the kinetic evaluation. The results of this study represent a substantive base of the experimentally derived data concerning physical structure and morphology of coal char. The findings can be used in numerical and simulation studies for development, validation, and improvement of the models which consider coal particle as a reactive porous solid.