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Clostridium ljungdahlii was metabolically engineered for the production of bulk chemical and next generation biofuel 1-butanol from synthesis gas by transformation with a plasmid harbouring the butanol synthesis genes from Clostridium acetobutylicum. Synthesis gas (a mixture of CO, CO2 and H2) can be easily produced by gasification of biomass or municipal waste. Thus, this process presents an alternative to conventional butanol fermentation (which uses corn or sugar as substrate and therefore competes with the food industry) and also chemical butanol production (which starts from propen obtained from non-renewable sources). To optimize the process, metagenomic libraries from environmental sources were screened for novel butanol dehydrogenases. Four respective enzymes could be identified and characterized in detail. Further studies on the metabolism of C. ljungdahlii revealed a new type of energy conservation in acetogenic bacteria. There are indications that Clostridium difficile might also belong to this group, as respective genes were found in the genome sequence and weak autotrophic growth occurred on a mixture of CO2 and H2.

Die Computersimulation bietet ein geeignetes Hilfsmittel zur Analyse komplexer Systeme. Für technische Problemstellungen jeder Art existieren heute unzählige, spezialisierte Simulationsprogramme, mit deren Hilfe einzelne physikalische Disziplinen modelliert und simuliert werden können. Die wichtigsten Argumente für den Einsatz der Simulationstechnik sind die Steigerung der Entscheidungsqualität und der –sicherheit. Aus wirtschaftlicher Sicht ist daher vor allem bei komplexen Systemen ein kontinuierlicher Simulationseinsatz in allen Entwicklungsphasen anzuraten. Von einem durchgängigen Simulationseinsatz zur Unterstützung des Entwicklungsprozess kann in der Flugzeugindustrie nicht die Rede sein. Aufgrund von Ressourcenknappheit wird in der frühen Produktentwicklung häufig auf den Einsatz von Simulationstechniken verzichtet. Gerade diese Phase ist für eine erfolgreiche Produktentwicklung von besonderer Bedeutung, da hier bereits bis zu 70% der Entwicklungskosten festgelegt werden. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Systeminteraktionen erst in den späten Entwicklungsphasen überprüft werden. Systeminkompatibilitäten in diesen Phasen führen zu zeit- und kostenintensiven Iterationsschleifen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass weder ein standardisiertes Vorgehen, noch ein Konzept oder eine Methodik zum durchgängigen Einsatz von Simulationstechniken für den Entwicklungsprozess von Flugzeugsystemen existieren. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Konzeptes, welches den Einsatz von Simulationstechniken im Entwicklungsprozess regelt und somit zur Steigerung der Qualität und Transparenz, Reduzierung der Entwicklungszeit und –kosten sowie zur Verbesserung des ganzheitlichen Denkens im Produktentstehungsprozess führt. Das Konzept für die durchgängige Simulationsunterstützung sieht eine virtuelle Systemanalyse in den frühen Entwicklungsphasen vor. Durch den Einsatz der Simulationstechnik ist es möglich, Konzeptalternativen auf einer mathematischen Basis zu vergleichen und somit die Suche nach der besten Lösung zu unterstützen. Die frühzeitige virtuelle Verifikation im linken Strang des V-Modells - hierbei handelt es sich um ein Vorgehensmodell in der Produktentwicklung - führt dazu, dass Entwicklungsfehler frühzeitig entdeckt werden und verhindert damit kostenintensive Iterationsschleifen. Das Simulationskonzept schreibt den kontinuierlichen Einsatz der Simulationstechnik von der Konzeptphase bis zum Ende der Testphase vor. Ein Modellierungskonzept mit verschiedenen Detaillierungsebenen erlaubt die Anpassung der Modelle an den jeweiligen Entwicklungsstand. Zudem ermöglicht die Kombination aus alleinstehenden und systemübergreifenden Simulationen zum einen eine Teilsystemoptimierung mit geringem Ressourceneinsatz und zum anderen werden in den systemübergreifenden Simulationen Systeminteraktionen analysiert, so dass Inkompatibilitäten frühzeitig erkannt werden. Der Einsatz der standardisierten Modellierungssprache SysML erhöht zusätzlich die Transparenz und führt zu einer Verbesserung der Kommunikation im Entwicklungsprozess. Gleichzeitig wird durch die standardisierte Modellierung das Verständnis für das Gesamtsystem aller an der Entwicklung Beteiligten erhöht. Für die Informationsbereitstellung wird eine zentrale Informationsbasis verwendet, die es ermöglicht bestehende Infrastrukturen weiter zu verwenden sowie weitere Informationsquellen zu integrieren, so dass immer die am besten geeignete IT-Lösung für die Informationsbereitstellung eingesetzt wird. Zudem wird der Aufwand für die Beschaffung von Informationen reduziert und somit die wertschöpfende Tätigkeit aller Beteiligten gesteigert. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Realisierung einer virtuellen Flugzeugentwicklung, deren Ziele eine frühzeitige Analyse des Verhaltens des Gesamtsystems Flugzeug und somit die Reduzierung der realen Hardwaretests sind. Eine frühzeitige virtuelle Flugzeugüberprüfung resultiert damit in einer Reduzierung der Entwicklungszeit und –kosten. Computer simulation provides an adequate tool for complex system analysis. For nearly all physical domains, specialised simulation software is available which allows to model and simulate all kinds of multidisciplinary systems. From an economical point of view it is recommended to use the simulation for complex system analysis throughout the whole development process. Simulation supports the decision process and increases the quality of the product. Furthermore it improves the overall system appreciation, reduces the development costs, and thus paves the way for the competitiveness of companies. In today’s aircraft development a continuous simulation support throughout the development process does not exist. In the early development phases decisions are based on empirical knowledge because of missing resources. But for the success of the development the early phases play a major role. In these phases nearly 70% of the overall development costs are defined. Another deficit of the current development process caused by different vocabulary of concepts is the interdisciplinary communication. This involves an independent development, isolated solution of single subsystems, and leads to misunderstandings and a loss of overall knowledge for all participating developers. In summary it can be said that a standardised approach, method or process for the use of simulation techniques throughout the development process is missing. The main goal of this work is to provide a generic concept for the continuous simulation support in the aircraft system development process. Therefore deficits in the current development process were identified and used to define requirements for a future concept. The simulation concept provides a virtual analysis in the early development phases. Due to this proceeding it is possible to evaluate different aircraft system concepts on a mathematical base. This enables the determination of the best system solution for the ongoing development process. In addition, it allows an early virtual verification, so that development faults can be identified in an early stage of the development. As a result, cost and time intensive iteration loops in the following phases are reduced. The concept regulates the use of simulation during the whole system development process from the early concept phases to the end of the test phases. Different model abstraction levels allow a model adaptation with regard to the respective development phase. The combination of stand alone and system wide simulations allows an optimisation of subsystems with only few resources and the virtual analysis of system interactions. This enables the early detection of system incompatibilities. For the system wide simulation the co-simulation and the simulation coupling are applicable. These simulation techniques always allow to use the most appropriate simulation software. Furthermore the use of the standardised modelling language SysML increases the transparency and improves the communication in the development process. The information allocation is realised by a central information basis which allows to integrate existing infrastructures e.g. data bases. Once the user has been authenticated he has access to all relevant development data. Moreover the central information basis reduces the effort of data allocation. This work makes a contribution to the virtual aircraft development. The scope of the virtual development is the early analysis of the overall behaviour of an aircraft and thus the reduction of development costs and time.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der fachdidaktischen Reduktion physikalischer Prozesse, die im Zusammenhang mit den natürlichen Quellen regenerativer Energien stehen. Sie verfolgt neben der Klarlegung dieser Prozesse für den Schulunterricht auch das Ziel, die theoretischen Potentiale der meisten regenerativen Energiequellen zu verdeutlichen und physikalisch-technische Varianten der Gewinnung regenerativer Energie aufzuzeigen. Die vorgeschlagenen Modelle, Berechnungen und Simulationen wurden in erster Linie für das vietnamesische Schulsystem entwickelt. Die Dissertationsschrift beinhaltet vereinfachte Herleitungen, die gleichzeitig durch parallele Entwicklung von neuen Versuchen und zahlreichen neuartigen digitalen Simulationen so zu einem Gesamtlehrkonzept verknüpft wurden, dass berechtigte Hoffnungen bestehen, dass durch dieses Vorgehen auch das Interesse der Lernenden angeregt werden kann. Von zentraler Bedeutung dabei ist, dass die Schüler und Schülerinnen in jeder Phase des Lernprozesses selbst aktiv in die Versuchsaufbauten und Simulationen eingreifen, ja diese sogar selbständig erweitern können. Darüber hinaus ermöglichen die aufbereiteten Lerninhalte fächerverbindende Sichtweisen auf die Disziplinen Physik, Astronomie, Mathematik, Geographie, Informatik und Technik. Insgesamt werden durch die Dissertation vor allem anwendungsorientierte und realitätsnahe Zugänge zum Komplex der regenerativen Energie geschaffen. ; The presented doctoral thesis deals with didactic reduction of physical processes related to natural resources of renewable energies. Besides defining these processes for school teaching the second aim is to show the theoretical potential of the majority of renewable energies and illustrate the physical-technical possibilities models to actually make use of these resources. The suggested models, calculations and simulations have been designed for the Vietnamese school system. The doctoral thesis contains simplified derivations. These could by the means of parallel development of new ...

Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) stellt der Klimawandel die größte gesundheitliche Bedrohung der Menschheit dar und ist somit aktuell und vor allem zukünftig eng mit vielen Aspekten des Gesundheitswesens verwoben. Um den daraus resultierenden Problematiken begegnen zu können, ist eine Kombination aus wissenschaftlicher Forschung und Aufklärung der Bevölkerung essentiell. Im Rahmen dieser Dissertation werden zwei Lehrveranstaltungen als Möglichkeiten der Wissensvermittlung vorgestellt und deren Effekte auf das Umweltwissen und -bewusstsein der Teilnehmenden untersucht. Neben dem Online-Workshop „Klima am Abend“, der 2021 für die breite Öffentlichkeit angeboten wurde, wurde an der Medizinischen Fakultät Ulm im Wintersemester 2020/2021 erstmals das Wahl-Pflichtfach „Klimawandel und Gesundheit“ für Studierende der Humanmedizin im vorklinischen Studienabschnitt implementiert und auf Basis der hier vorgestellten Daten optimiert. Daten zum Umweltwissen und -bewusstsein, zur Motivation zur Umsetzung nachhaltiger Verhaltensweisen und zur Zufriedenheit der Teilnehmenden wurden mit Hilfe eines Umweltfragebogens vor und nach beiden Lehrveranstaltungen erhoben. Daneben lieferten ein Evaluationsfragebogen und eine qualitative Erhebung, welche im Anschluss an das Wahl-Pflichtfach durchgeführt wurden, Erkenntnisse zum Erfolg der Lehrveranstaltung und zur Meinung der Studierenden bezüglich einer verpflichtenden Integration der Thematik in das Curriculum. Während das Umweltwissen der Teilnehmenden bei beiden Projekten signifikant gesteigert werden konnte, waren Veränderungen im Umweltbewusstsein nur vereinzelt zu beobachten. Trotzdem war erkennbar, dass die Teilnehmenden neue Erkenntnisse zum Klimawandel und zu ihrer eigenen Selbstwirksamkeit im Klimaschutz gewinnen konnten und die Lehrveranstaltungen die Erwartungen der Teilnehmenden erfüllten. Im Rahmen der Erhebungen zum Wahl-Pflichtfach konnte zudem gezeigt werden, dass eine Integration der Thematik in das humanmedizinische Curriculum gelingen kann und von den Studierenden befürwortet wird. Beide Lehrveranstaltungen eignen sich für den Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse und zur Aufklärung der Bevölkerung und können als Leitlinie bei der Etablierung ähnlicher Projekte dienen. Die Integration des Klimawandels in die medizinische Ausbildung wird in Form longitudinaler Curricula empfohlen, um eine interdisziplinäre Erarbeitung und die mehrmalige Beschäftigung mit der Thematik zu ermöglichen. Ein Hauptaugenmerk bei der Konzeption und Durchführung weiterer Bildungsangebote sollte auf der Frage liegen, wie das umweltbewusste Verhalten der Teilnehmenden stärker gefördert werden kann und wie man die Menschen erreicht, die sich nicht aktiv mit der Thematik auseinandersetzen. According to the World Health Organization (WHO), climate change is the greatest threat to human health and is therefore closely intertwined with many aspects of the healthcare system, both now and in the future. In order to address the resulting problems, a combination of scientific research and public education is essential. As part of this dissertation, two courses are presented as ways of imparting knowledge and their effects on participants' environmental knowledge and awareness are examined. In addition to the online workshop "Climate in the Evening", which was offered to the general public in 2021, the compulsory elective subject "Climate Change and Health" for students of human medicine in the preclinical study section was implemented for the first time at the Ulm Medical Faculty in the winter semester 2020/2021 and optimized on the basis of the data presented here. Data on environmental knowledge and awareness, motivation to implement sustainable behaviors and participant satisfaction were collected using an environmental questionnaire before and after both courses. In addition, an evaluation questionnaire and a qualitative survey, which were carried out after the compulsory elective course, provided insights into the success of the course and the students' opinions regarding the mandatory integration of the topic into the curriculum. While the participants' environmental knowledge increased significantly in both projects, changes in environmental awareness were only observed in isolated cases. Nevertheless, it was clear that the participants were able to gain new insights into climate change and their own self-efficacy in climate protection and that the courses met the participants' expectations. The surveys on the compulsory elective subject also showed that the topic can be successfully integrated into the human medicine curriculum and is supported by the students. Both courses are suitable for the transfer of scientific knowledge and for educating the population and can serve as a guideline for the establishment of similar projects. The integration of climate change into medical training is recommended in the form of longitudinal curricula in order to ensure an interdisciplinary development and repeated engagement with the topic. When designing and implementing further educational offers, the main focus should be on the question of how the environmentally conscious behavior of participants can be promoted more strongly and how to reach people who are not actively involved with the topic.

In der Arbeitswelt und in der Freizeit hat die Nutzung von mobilen elektronischen Geräten wie Handys oder PDAs in den letzten Jahren stark zugenommen. Die Funktionen dieser Geräte nehmen sowohl in der Anzahl als auch in der Komplexität weiter zu, wodurch die Kapazitätsgrenze der Akkus häufiger erreicht wird. Dies schränkt die Anwender ein und führt zu der Motivation, den Energieverbrauch zu reduzieren. Außerdem sind andere neue mobile Applikationen zukünftig nur realisierbar, nachdem der Energieverbrauch vorab weiter reduziert wurde. Neben der bekannten Optimierung der Hardware der Geräte auf Energieverbrauch liefert der steigende Anteil der Software ein neues Potenzial zur Energieeinsparung. Das Ziel dieser Arbeit ist die systematische Untersuchung dieses Energieeinsparungspotenzials bei der Ausführung der Applikationssoftware, welches durch modifizierte oder neue Compilertechniken erreicht werden kann.Zu Beginn der Arbeit werden die Grundlagen des Energieverbrauchs untersucht und daraus Ansatzpunkte für die Energiereduzierung durch Software entwickelt. Innerhalb des betrachteten Entwurfsablaufs eingebetteter Systeme liefert die Phase der SW-Synthese die Möglichkeit, Einfluss auf den generierten Maschinencode zu nehmen. Im Compiler liegen ausreichende Informationen zur Abschätzung des späteren Energiebedarfs vor, wenn ein entsprechendes Energiemodell integriert wird. Das in dieser Arbeit neu vorgestellte Energiemodell berücksichtigt die Unterschiede im Energieverbrauch in Abhängigkeit von den ausgeführten Instruktionen, ihren verwendeten Funktionseinheiten, den Zugriffen auf verschiedene Speicher sowie den Bitmustern der über Busse transportierten Daten. Diese Eigenschaften sind eine notwendige Voraussetzung zur umfassenden Untersuchung des Potenzials bei der Codegenerierung.Die verschiedenen Bestandteile und Phasen eines Compilers werden auf der Basis dieses Energiemodells systematisch betrachtet und auf ihr Einsparungspotenzial und die mögliche Integration des Optimierungsziels des Energieverbrauchs hin untersucht. Die Phasen im Front-End des Compilers bieten wenig Ansatzpunkte, da noch kein Bezug zu den Maschineninstruktionen und dem jeweiligen Energieverbrauch hergestellt werden kann. Den Schwerpunkt bilden somit die Phasen im Back-End mit der Instruktionsauswahl, der Instruktionsanordnung, der Registerallokation und den maschinenabhängigen Optimierungen.Im Detail werden die Phasen und Optimierungen betrachtet, in denen der Energieverbrauch einen Einfluss auf die Verarbeitung hat und die energiesparenden Optimierungen ausführlich beschrieben, die den größten Effekt aufzeigen. Insbesondere die Zugriffe auf den Speicher weisen einen hohen Anteil am Gesamtenergieverbrauch auf, so dass sich hieraus ein großes Potenzial ergibt. Daher bilden Optimierungen zur effizienteren Nutzung des Speichers den Schwerpunkt der Untersuchungen. Neben der Anwendung bekannter Optimierungen zur effizienteren Nutzung der Prozessorregister werden neue Optimierungen vorgestellt, die eine effiziente Nutzung kleiner, frei adressierbarer Onchip-Speicher unterstützen. Die bisher eingesetzten Caches beinhalten eine Hardwaresteuerung zum Einlagern von häufig verwendeten Programmteilen und Daten. Dieser Mechanismus kann die Programmausführung nennenswert beschleunigen, verbraucht aber in der zusätzlichen Hardware relativ viel Energie für häufige Adressvergleiche. Die Einbeziehung der während des Compilerlaufs vorliegenden Informationen bei der Entscheidung für die Programmteile und Daten, die in den Onchip-Speicher verlagert werden, bietet ein hohes Energieeinsparungspotenzial. Das dafür notwendige Verfahren wird sowohl als statische Variante mit einer festen Zuordnung von Programmteilen und Daten zum Hauptspeicher und Onchip-Speicher beschrieben als auch in einer erweiterten Variante mit integriertem Umkopieren der Blöcke während des Programmablaufs.Als Abschluss der Arbeit wird untersucht, wie alternative Codierungen auf Bussen zur Reduzierung des Energieverbrauchs genutzt werden können.Insgesamt konnte mit dieser Arbeit das Energieeinsparungspotenzial durch einen Compiler in seinen jeweiligen Phasen aufgezeigt werden, sowie neue Techniken, die die Speicherzugriffe effizienter generieren, vorgestellt werden. Der Energieverbrauch einer Applikation lässt sich dadurch in den betrachteten Fallbeispielen um ca. 50% gegenüber heute eingesetzten Systemen reduzieren.

pnd - rethinking planning 2022(1), 104-123 (2022). special issue: "Transformatives Forschen trifft Stadtentwicklung : Einführung und Reflexion / herausgegeben von Laura Brings, Lea Fischer, Agnes Förster und Fee Thissen" Published by Rektor der RWTH Aachen University, Aachen

The Validation and Evaluation sub-project of the eCoMove project groups a number of complementary activities including the core tasks to validate the functionality of the eCoMove system and applications, and to evaluate if the aimed reduction of 20% overall energy consumption can be achieved. Besides technical requirements a validation process also has to consider non-technical requirements of potential users of the eCoMove system which were in the focus of research for this deliverable.