TY - THES A1 - Forbid, George Teke T1 - Thermal recycling of plastic waste using pyrolysis-gasification process for energy production T1 - Thermische Nutzung von Kunststoffabfällen in Kleinanlagen unter Verwendung des Pyrolyse- und Vergasungsprozesses N2 - The disposal of mixed waste in landfills, dump sites and open burning without material and energy recovery leads to resource loss, causes health problems, pollution and littering. Increasing energy demand for industrial and domestic application with rising costs due to scarcity motivates a constant search for alternative clean energy sources. Recovering energy from waste presents various incentives e.g. creating jobs, alleviating poverty, combating and mitigating climate change, protecting the environment and reducing dependence on traditional fuels sources. Hence, plastics end up in landfills, surface waters and ocean bed with serious negative impact on terrestrial and aquatic biodiversity. Plastic waste with high calorific value (36-46MJ/kg) occupies the greatest portion of landfill space. Hence, using an appropriate technology to transform waste plastic to a hot gaseous mixture which is burned in-situ produces enormous amount of energy without pollution. Based on this hypothesis, the study objectives accomplished were to: 1.Characterise, quantify and classify waste fractions and plastic components common in MSW by manual sorting 2.Evaluate options for sustainable plastic waste management especially for developing countries 3.Design, construct, test and optimize an appropriate technology that applies pyrolysis and gasification processes to convert non-PVC plastic waste to energy 4.Assess the efficiency of the technology based on the functioning, the engineering, mass and energy analysis including socioeconomic and environmental impacts An integrated methodology involving review of current literature, field and laboratory experiments on mixed waste and plastic waste analysis was used. In addition, the pyrolysis-gasification technology (PGT) was conceptualised, designed, constructed, tested and optimised at BTU Cottbus, Germany; Lagos, Nigeria and Dschang, Cameroon. Field studies involving natural observation, interviews, personal discussions and visits to waste management organisations and disposal sites were conducted in various cities in the three case study countries. A resource-oriented manual sorting using the resource-recovery scavenging approach (RESA) simulating integration of scavenger’s activities in waste sorting was conducted at BTU and Lagos. Major results obtained include: •Characterization, quantification and classification of a dry sample of commingled MSW at Cottbus gave major waste fractions in order of decreasing abundance as 23.15% of residue waste, 19.75% of paper and cardboards, 17.80% of plastics, 14.63% of textiles and diapers, 10.06% of food waste and 9.55% of glass. An overall 33.21% of waste sample is compostable for manure, 52.2% usable as feedstock in the PG technology and 99.81% of total sample having a material or energy recovery potential. In Lagos, Nigeria main fractions were 29% of plastics, 36% of residue waste, 17% of soil/sand, 7% of paper with overall 41% usable as feedstock in PG technology, 39% compostable, 3% of recyclable (metal and glass). Sand can be recovered from the soil/sand fraction for construction. Excluding the sand/soil mixture, 83% of the total waste sample has potential for material and energy value. •An appropriate technology that applies principles of pyrolysis and gasification to convert non-PVC plastic waste to energy was designed, constructed, tested and optimized with respect to: (i) Successful functioning with conversion of averagely 98.51% of input constituting of 82.78-98.21% of charcoal and 96.72-99.27% of plastic to heat energy (ii) Evaluation of socioeconomic and environmental impacts based on pyrolysis and exhaust gas and ash residue analysis showed absence of VOCs, heavy metals and pollutant organic and inorganic compounds; (iii) Safety and risk assessment to indoor pollution is very low; (iv) Assessment of the WTA and WTP indicated that 94% of respondents in Lagos, Nigeria and Porto Novo, Benin were willing to accept and pay for this technology. Using the PG technology improves local communities’ ability to achieve clean, efficient and safe cooking and heating energy with potential for combine heat power generation. N2 - Die Entsorgung von gemischten Abfällen in Deponien, Ablagerungsplätzen und das offene Verbrennen ohne jegliche stoffliche und energetische Verwertung führt zu Ressourcenverlusten, Gesundheitsproblemen, Umweltverschmutzung und Vermüllung. Wachsender Energiebedarf für industrielle und häusliche Anwendung mit steigenden Kosten aufgrund ihrer Knappheit regt die ständige Suche nach alternativen, sauberen Energiequellen an. Energierückgewinnung aus Abfall stellt verschiedene Anreize wie z.B. die Schaffung von Arbeitsplätzen, Bekämpfung der Armut, Bekämpfung und Eindämmung des Klimawandels, den Schutz der Umwelt und die Verringerung der Abhängigkeit von traditionellen Brennstoffquellen. Infolgedessen enden Kunststoffe auf Deponien, in Oberflächengewässern und Meeresböden, mit gravierenden negativen Auswirkungen auf die terrestrische und aquatische Biodiversität. Kunststoffabfälle mit hohen Heizwerten (36-46MJ/kg) nehmen den größten Teil des Deponieraumes ein. Die Bildung dieser Schadstoffe geht nicht zwangsweise von den Polymeren aus sondern ist eine Ursache des begrenzten Verbrennungsprozesses. Hierfür wurde eine geeignete Technologie entwickelt, die die Kunststoffabfälle in ein heißes Gasgemisch umwandelt und diese anstehend nochmals verbrannt werden und eine enorme Energie freisetzen ohne jegliche Luftverschmutzung. Basierend auf der obigen Hypothese wurden folgende Studienziele anwiesiert: 1.Charakterisieren, quantifizieren und klassifizieren der Abfallfraktionen und Kunststoffkomponenten in vermischten MSW durch manuelle Sortierung 2.Bewertung der Optionen für eine nachhaltige Kunststoff/Abfallwirtschaft insbesondere für Entwicklungsländer 3.Design, Konstruktion, Test und Optimierung einer geeigneten Technologie, die die Pyrolyse und den Vergasungprozess beinhaltet um nicht-PVC-Kunststoffabfall in Energie umzuwandeln 4.Beurteilung der Effizienz der Technologie basierend auf den Betrieb, Konstruktion, Menge und Energieanalyse mit sozioökonomischen und ökologischen Bedeutung Eine integrierte Methodik mit Überprüfung der aktuellen Literatur, Feld- und Laborexperimente mit Analysen der gemischten Abfall- und Kunststoffabfälle wurde verwendet. Darüber hinaus wurde die Pyrolyse-Vergasung Technologie (PGT) an der BTU Cottbus, Deutschland, Lagos in Nigeria und Dschang in Kamerun konzipiert, konstruiert, gebaut, getestet und optimiert. Feldstudien mit natürlichen Beobachtung, Interviews, persönliche Gespräche und Besuche bei Entorgungsorganisationen/unternehmen und Deponien wurden in verschiedenen Städten in Nigeria, Republik Benin und Kamerun durchgeführt. Eine ressourcenorientierte manuelle Sortierung unter Verwendung des Ressource-Recovery-Scavenging-Ansatz (RESA) simuliert die Integration von Müllsammler-Aktivitäten in die Mülltrennung und wurde an der BTU und Lagos durchgeführt. Wesentliche Ergebnisse sind: •Charakterisierung, Quantifizierung und Qualifizierung einer trockenen Probe vermischten MSW in Cottbus ergaben große Abfallfraktionen ,in absteigender Reihenfolge, als 23,15% Restmüll, 19,75% Papier und Karton, 17,80% Kunststoffen, 14,63% Textilien und Windeln , 10,06% Speiseresten und 9,55% aus Glas mit insgesamt 33.21% kompostierbar zur Gewinnung von Dünger, 52,2% nutzbar als Einsatzmaterial in der PG-Technologie und 99,81% der gesamten Probe mit einem Material- oder Energierückgewinnungspotenzial. In Lagos, Nigeria ergaben sich Hauptfraktionen von 29% Kunststoffe, 36% Restmüll, 17% Boden / Sand, 7% Papier mit insgesamt 41% nutzbar als Einsatzmaterial in PG-Technologie, 39% kompostierbar, 3% recycelbar (Metall und Glas), während Sand aus dem Boden / Sand-Fraktion für den Bau wiederhergestellt werden können. Ohne das Sand / Erde Gemisch, haben 83% der gesamten Probe des Abfallaufkommens Potenzial zur stofflichen und energetischen Wiederverwertung. •Eine entsprechende Technologie, die Prinzipien der Pyrolyse und Vergasung nicht-PVC-Kunststoffabfalls in Energie umzuwandeln wurden so konzipiert, gebaut, getestet und optimiert im Hinblick auf: (i)Erfolgreiches Funktionieren mit der Umwandlung von durchschnittlich 98,51% des inputs wobei 82,78-98,21% der Holzkohle und 96,72-99,27% der Kunststoffs in Energie umgewandelt wurden (ii)Bewertung sozioökonomischer und ökologischer Auswirkungen bei der Pyrolyse, Abgas- und Ascherückstandanalyse zeigte keine VOCs, Schwermetalle und Schadstoffen organischer und anorganischer Verbindungen, (iii)die Sicherheit und Risikobewertung der Luftverschmutzung in Innenräumen ist sehr niedrig (iv)Bei der Beurteilung der WTA und WTP gaben 94% der Befragten in Lagos, Nigeria und Porto Novo, Benin an, dass sie bereit sind die Technologie zu akzeptieren und auch für diese etwas zu bezahlen. Mit der PG-Technologie verbessern lokale Gemeinden ihre "Fähigkeit“, sich saubere, effiziente und sichere Energie zum Kochen und Heizen leisten zu können, mit dem Potenzial für die Kombination aus Hitze Strom zu erzeugen. KW - Kunststoffabfall KW - Vergasung KW - Pyrolyse KW - Forstschutz KW - Energierückgewinnung KW - Pyrolyse-Vergasung Technologie KW - Kunststoffabfall KW - Eindämmung des Klimawandels KW - Ressource-Recovery-Scavenging-Ansatz KW - Waldschutz KW - Pyrolysis-gasification technology KW - Waste plastics and biomass KW - Climate change mitigation KW - Resource recovery scavenging approach KW - Forest protection Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25269 ER - TY - THES A1 - Fotang, Chefor T1 - Conservation status and ecology of the Nigeria–Cameroon chimpanzee in Kom–Wum Forest Reserve, North–West Region, Cameroon T1 - Erhaltungszustand und Ökologie des Nigeria–Kamerun Schimpansen im Kom–Wum Waldreservat, Nord–West Region, Kamerun N2 - Increased human activity, such as deforestation, is a major driver of biodiversity loss worldwide. In Cameroon, these activities could ultimately threaten the survival of the Nigeria-Cameroon chimpanzee, but knowledge of their abundance and ecology in the Kom - Wum Forest Reserve in Cameroon is still lacking. This research aimed to estimate the population size of this chimpanzee subspecies and assess threats, investigate nesting behaviour, identify suitable habitats, determine feeding habits and document the tools used for food acquisition. Research was conducted using line transects during two seasons: wet (May-September 2018) and dry (November 2019-March 2020). Population size and threats were assessed by georeferencing signs of chimpanzees and human activity along line transects. Nesting behaviour was investigated by recording the characteristics of nesting trees along line transects and mapping their distribution in ArcGIS. Suitable habitat was identified by relating chimpanzee presence signs to local environmental variables related to relief, vegetation and human impact using the Maximum Entropy Species Distribution Model (MaxEnt). Feeding habits were investigated by direct examination of chimpanzee faeces, and tool use was documented by observation and measurement of tools in situ. The reserve is home to up to 83 chimpanzees. Signs of chimpanzee activity were significantly higher in mature forest than in secondary forest, and above 1000 m than below 1000 m. Hunting was the main threat to chimpanzees, and the occurrence of chimpanzee signs decreased significantly with increasing human activity. Chimpanzees preferred tall, mature forest trees at higher elevations with slopes for nesting, and avoided areas near villages and bare land. Only 8% of the study area was suitable chimpanzee habitat. Fruit dominated the chimpanzees' diet, but they also consumed leaves and fruit pith, especially during the dry season. There was also indirect evidence that chimpanzees used tools to consume driver ants (genus Dorylus). Seasonality significantly affected the size of tools used by chimpanzees for driver ant predation. They preferred to use thicker and shorter tools for driver ant predation during the rainy season, whereas longer and thinner tools were used during the dry season. The results of this research highlight the need to reduce poaching and deforestation to protect the remaining chimpanzee population and suitable habitat in the reserve and surrounding unprotected forest. High-elevation and mature forests are critical for chimpanzee conservation and should be a high priority for protection. This research has filled the knowledge gap on what little was known about the abundance and ecology of Nigeria-Cameroon chimpanzees. N2 - Die erhöhte menschliche Aktivität, wie etwa die Abholzung, ist weltweit ein bedeutender Faktor für den Verlust an Biodiversität. In Kamerun könnten diese Aktivitäten letztendlich das Überleben des Nigeria-Kamerun-Schimpansen gefährden, doch das Wissen über ihre Häufigkeit und Ökologie im Kom-Wum-Waldreservat in Kamerun ist noch unzureichend. Diese Forschung zielt darauf ab, die Populationsgröße dieser Schimpansen-Unterart zu schätzen, Bedrohungen zu bewerten, das Nestbauverhalten zu untersuchen, geeignete Lebensräume zu identifizieren, Fressgewohnheiten festzustellen und Werkzeuge zur Nahrungsbeschaffung zu dokumentieren. Die Forschung nutzte Linientransekte in zwei Jahreszeiten: Regenzeit und Trockenzeit. Populationsgröße und Bedrohungen wurden durch die Georeferenzierung von Schimpansen- und menschlichen Aktivitätszeichen entlang der Linientransekte bewertet. Das Nestbauverhalten wurde durch Aufzeichnung der Merkmale von Nestbäumen entlang der Linientransekte untersucht und in ArcGIS kartiert. Geeignete Lebensräume wurden durch die Beziehung von Schimpansenpräsenzzeichen zu lokalen Umweltvariablen im Zusammenhang mit Relief, Vegetation und menschlichem Einfluss mithilfe des Maximum Entropy Species Distribution Model (MaxEnt) identifiziert. Fressgewohnheiten wurden durch direkte Untersuchung von Schimpansenkot erforscht, und der Werkzeuggebrauch wurde durch Beobachtung und Messung von Werkzeugen vor Ort dokumentiert. Das Reservat beherbergt bis zu 83 Schimpansen. Zeichen für Schimpansenaktivität waren signifikant häufiger im ausgewachsenen Wald als im Sekundärwald und über 1000 m höher als unter 1000 m. Die Hauptbedrohung für Schimpansen war die Jagd, und das Auftreten von Schimpansenzeichen nahm signifikant mit zunehmender menschlicher Aktivität ab. Schimpansen bevorzugten hohe, ausgewachsene Waldbäume in höheren Lagen mit Neigungen zum Nestbau und mieden Gebiete in der Nähe von Dörfern und Brachland. Nur 8% des Untersuchungsgebiets waren geeigneter Schimpansenlebensraum. Obst dominierte die Ernährung der Schimpansen, doch sie konsumierten auch Blätter und Fruchtsaft, besonders während der Trockenzeit. Es gab auch indirekte Hinweise darauf, dass Schimpansen Werkzeuge zur Konsumierung von Treiberameisen verwendeten. Die Jahreszeit beeinflusste die Größe der Werkzeuge für die Treiberameisenprädation signifikant. Während der Regenzeit bevorzugten sie dickere und kürzere Werkzeuge, während sie während der Trockenzeit längere und dünnere Werkzeuge nutzten. Die Ergebnisse dieser Forschung unterstreichen die Notwendigkeit, Wilderei und Abholzung zu reduzieren, um die verbleibende Schimpansenpopulation und geeigneten Lebensraum im Reservat und den umliegenden ungeschützten Wäldern zu schützen. Hochgelegene und ausgewachsene Wälder sind entscheidend für den Schutz der Schimpansen und sollten eine hohe Priorität für den Schutz haben. Diese Forschung hat die Wissenslücke über die Häufigkeit und Ökologie der Nigeria-Kamerun-Schimpansen geschlossen. KW - Chimpanzee abundance KW - Feeding ecology KW - Human disturbance KW - Habitat preferences KW - Nigeria–Cameroon chimpanzee KW - Schimpansenvorkommen KW - Fütterungsökologie KW - Menschenverursachte Störungen KW - Lebensraumpräferenzen KW - Nigeria-Kamerun-Schimpanse KW - Pan troglodytes elliotii KW - Reservat KW - Lebensraum KW - Ernährungsgewohnheit KW - Störung KW - Verhaltensforschung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-65797 ER - TY - THES A1 - Franken, Tim T1 - Multi-objective optimization of stochastic engine models T1 - Multi-kriterielle Optimierung von stochastischen Motormodellen N2 - This thesis summarizes the author’s developments of combustion models and multi-objective optimization methods for gasoline and diesel engines. The combustion models belong to the family of zero-dimensional stochastic reactor models introduced in the 1990s to improve the prediction of emissions with detailed chemistry in partially stirred reactors. The first part introduces the fundamentals of the physical and chemical models describing the combustion process. As a novelty, k−ε turbulence models were implemented in the stochastic reactor model to predict the turbulent time and length scales in gasoline and diesel engines. This development allowed an improvement of the models for convective heat transfer, fuel evaporation, gas exchange across the valves, turbulent flame propagation and crevice flow, which depend on the turbulent time and length scales. In the second part, the multi-objective optimization platform for automatic training of the stochastic reactor model is presented. The optimization method considers multiple operating points to find a set of model parameters that predict performance and emissions over the entire engine map. The Non-domination Sorting Genetic Algorithm II is combined with the stochastic reactor model and response surface models to find the best Pareto front. Multi-criteria decision making is used to select the best designs from the Pareto front. Finally, the third part of this thesis deals with the validation of the stochastic reactor model and the multi-objective optimization platform. For this purpose, experiments of two single-cylinder research engines with spark ignition, one passenger car engine with compression ignition and one heavy duty engine with compression ignition are used. For the spark ignition engines, a set of model parameters was found that predicts well the power and emissions over the whole engine map. The calculated turbulent kinetic energy, dissipation, and angular momentum follow the trends of the three-dimensional computational fluid dynamic simulations to a good approximation for various operating points. For the two compression ignition engines, the prediction of combustion progress and nitrogen oxide emissions are in good agreement with the experiments. Larger discrepancies were found for the prediction of carbon monoxide and unburned hydrocarbon. Optimization of the soot model parameters improves the prediction of soot mass for operating points throughout the engine map. N2 - Diese Arbeit fasst die Entwicklungen des Autors von Verbrennungsmodellen und multi-kriteriellen Optimierungsmethoden für Benzin- und Dieselmotoren zusammen. Die Verbrennungsmodelle gehören zur Familie der nulldimensionalen stochastischen Reaktormodelle, die in den 1990er Jahren eingeführt wurden, um die Vorhersage von Emissionen mit detaillierter Chemie in teilweise gerührten Reaktoren zu verbessern. Im ersten Teil werden die Grundlagen der physikalischen und chemischen Modelle zur Beschreibung des Verbrennungsprozesses vorgestellt. Als Neuheit wurden k-ε-Turbulenzmodelle in das stochastische Reaktormodell implementiert, um die turbulenten Zeit- und Längenskalen in Benzin- und Dieselmotoren vorherzusagen. Diese Entwicklung ermöglichte eine Verbesserung der Modelle für konvektive Wärmeübertragung, Kraftstoffverdampfung, Gasaustausch über die Ventile, turbulente Flammenausbreitung und Spaltströmung, die von den turbulenten Zeit- und Längenskalen abhängen. Im zweiten Teil wird die multi-kriterielle Optimierungsplattform für das automatische Bedaten des stochastischen Reaktormodells vorgestellt. Die Optimierungsmethode berücksichtigt mehrere Betriebspunkte, um eine Reihe von Modellparametern zu finden, die Verbrennung und Emissionen über das gesamte Motorkennfeld vorhersagen. Der "Non-Domination Sorting Genetic Algorithm II" wird mit dem stochastischen Reaktormodell und Ersatzmodellen kombiniert, um die beste Pareto-Front zu finden. Zur Auswahl der besten Punkte aus der Pareto-Front wird eine multi-kriterielle Entscheidungsfindung eingesetzt. Der dritte Teil dieser Arbeit befasst sich schließlich mit der Validierung des stochastischen Reaktormodells und der multi-kriteriellen Optimierungsplattform. Zu diesem Zweck werden Experimente von zwei Einzylinder-Forschungsmotoren mit Fremdzündung, einem Pkw-Motor mit Selbstzündung und einem Schwerlastmotor mit Selbstzündung verwendet. Für die Fremdzündungsmotoren wurde ein Satz von Modellparametern gefunden, der die Verbrennung und die Emissionen über das gesamte Motorkennfeld gut vorhersagt. Die berechnete turbulente kinetische Energie, die Dissipation und der Drehimpuls folgen den Trends einer dreidimensionalen numerischen Strömungssimulationen in guter Näherung für verschiedene Betriebspunkte. Bei den beiden Selbstzündungsmotoren stimmen die Vorhersagen für den Verbrennungsfortschritt und die Stickoxidemissionen gut mit den Experimenten überein. Größere Abweichungen wurden bei der Vorhersage von Kohlenmonoxid und unverbranntem Kohlenwasserstoff festgestellt. Die Optimierung der Rußmodellparameter verbessert die Vorhersage der Rußmasse für Betriebspunkte im gesamten Motorkennfeld. KW - Stochastic reactor model KW - Multi-objective optimization KW - Turbulence modelling KW - Emissions KW - Internal combustion engine KW - Stochastisches Reaktormodell KW - Multi-kriterielle Optimierung KW - Turbulenzmodellerierung KW - Emissionen KW - Verbrennungsmotor KW - Verbrennungsmotor KW - Abgasemission KW - Turbulenz KW - Stochastisches Modell KW - Optimierung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66335 ER - TY - JOUR A1 - Franken, Tim A1 - Netzer, Corinna A1 - Mauss, Fabian A1 - Pasternak, Michal A1 - Seidel, Lars A1 - Borg, Anders A1 - Lehtiniemi, Harry A1 - Matrisciano, Andrea A1 - Kulzer, Andre Casal T1 - Multi-objective optimization of water injection in spark-ignition engines using the stochastic reactor model with tabulated chemistry N2 - Water injection is investigated for turbocharged spark-ignition engines to reduce knock probability and enable higher engine efficiency. The novel approach of this work is the development of a simulation-based optimization process combining the advantages of detailed chemistry, the stochastic reactor model and genetic optimization to assess water injection. The fast running quasi-dimensional stochastic reactor model with tabulated chemistry accounts for water effects on laminar flame speed and combustion chemistry. The stochastic reactor model is coupled with the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm to find an optimum set of operating conditions for high engine efficiency. Subsequently, the feasibility of the simulation-based optimization process is tested for a three-dimensional computational fluid dynamic numerical test case. The newly proposed optimization method predicts a trade-off between fuel efficiency and low knock probability, which highlights the present target conflict for spark-ignition engine development. Overall, the optimization shows that water injection is beneficial to decrease fuel consumption and knock probability at the same time. The application of the fast running quasi-dimensional stochastic reactor model allows to run large optimization problems with low computational costs. The incorporation with the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm shows a well-performing multi-objective optimization and an optimized set of engine operating parameters with water injection and high compression ratio is found. KW - Ottomotor KW - Water injection KW - Genetic optimization KW - Spark-ignition engine KW - Stochastic reactor model KW - Detailed chemistry KW - Wassereinspritzung KW - Prozessoptimierung KW - Stochastisches Modell Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1177/1468087419857602 SN - 1468-0874 SN - 2041-3149 PB - SAGE Publications CY - London, England ER - TY - THES A1 - Frimpong, Bernard Fosu T1 - Analysis of the relationship between spatial urban expansion and temperature utilising remote sensing and GIS techniques in the Accra and Kumasi Metropolises in Ghana T1 - Analyse des Zusammenhangs zwischen räumlicher, urbaner Ausdehnung und der Temperatur mit Hilfe von Fernerkundungs- und GIS-Techniken in den Metropolen Accra und Kumasi in Ghana N2 - Accra and Kumasi are the two major cities in Ghana. Spatial urban expansion has been experienced in transforming different non-urban Land Use Land Cover (LULC) types into urban/built-up areas with a potential direct relationship to temperature rise in the cities. Thus, this dissertation aims to establish the relationship between urban spatial expansion and temperature in Accra and Kumasi metropolis. Multi-source datasets such as remote sensing images, different GIS vector layers, reference maps and historical temperature datasets were used for this retrospective study. This research was grouped under three components: environmental science, environmental technology, as well as environmental management and planning. From the environmental science component, LULC maps were produced for different years to assess the trend of temporal change in the various LULC classes in the two metropolises. Remote sensing indices and land surface temperature were retrieved from the remote sensing images to determine their correlations. Temperature time series was analysed by calculating temperature indices and determining temporal trends to reveal changes in air temperature to detect urban warming and its impacts. From the environmental technology, the novel random forest algorithm was utilised to classify the satellite images of both cities since previous works have utilised other traditional classifiers. The satellite imageries were used for point-based estimation of temperature to determine Urban Heat Islands (UHIs) hotspots. For environmental management and planning, spatial urban expansion techniques were utilised to ascertain trends in urban/built-up areas, especially in both cities' sub-metropolitan zones. For prescient purposes, future LULC modelling was implemented to provide insights into the proportions of the various LULC changes in 2025. The analysis identified two salient findings: increased urban/built-up areas at the expense of agricultural and forestlands throughout the study period and the positive correlation between spatial urban expansion and temperature. This indicated warming up of urban temperature in both cities. The major findings in this dissertation provided evidence of how integrated datasets and research techniques can be utilised for LULC changes to determine the relationship between spatial urban expansion and temperature at local scales. Institutions such as metropolitan assemblies and policymakers may adopt the concepts demonstrated in this work to rapidly assess urban environments and investigate the relationship between spatial urban expansion and temperature. N2 - Accra und Kumasi sind die beiden größten Städte in Ghana. Die räumliche Ausbreitung des urbanen Siedlungsgebiets der Städte durch die Transformation von Flächen mit nicht-urbanen Landnutzungs-/Landbedeckungsarten in urbane, bebaute Flächen hat einen möglichen direkten Zusammenhang zu der Temperaturerhöhung in beiden Städten. Diese Dissertation zielt deshalb auf die Ermittlung dieser Beziehung zwischen der urbanen Expansion und den Temperaturen in den städtischen Großräumen Accra and Kumasi. Für diese retrospektive Studie wurden umfangreiche Datensätze aus verschiedenen Quellen wie Fernerkundungsbilder, GIS-Vektordatensätze, Referenzkarten und historische Temperaturmessungen verwendet. Die Forschungsarbeit berücksichtigt drei Aspekte, die die Arbeit in drei Komponenten strukturiert: umweltrelevante wissenschaftliche, technologische und verwaltungs-/-planerische Komponenten. In der umweltwissenschaftlichen Komponente wurden Landnutzungs-/Landbedeckungs- (land use / land cover LULC) Karten für verschiedene Jahre für beide Städte erstellt, um den zeitlichen Veränderungstrend zu beurteilen. Fernerkundungsindices und Landoberflächentemperaturen wurden aus Satellitenbildern ermittelt, um ihren Zusammenhang zu bestimmen. Aus Temperaturzeitreihen wurden relevante Kennwerte und zeitliche Trends zum Aufzeigen der Temperaturveränderungen und Nachweis der Stadterwärmung ermittelt. Als technologische, neuartige Forschungskomponente wurde das Random-Forest-Verfahren genutzt, um die Satellitenbilder beider Städte zu klassifizieren. Dies erfolgte in bisherigen Arbeiten bisher nur mit traditionellen Klassifizierungsverfahren. Die Satellitenbilder wurden für die punktuellen Abschätzung von Temperaturen zur Bestimmung von städtischen Wärmeinseln (Urban Heat Islands UHI) ausgewertet. Für die Umweltmanagement- / Umweltplanungskomponente wurden Techniken zur Beschreibung der urbanen Expansion genutzt, um Trends in der bebauten Fläche in den verschiedenen Stadtbezirken zu ermitteln und daraus mögliche LULC Veränderungen bis zum Jahr 2025 zu modellieren. Die Auswertung ergab zwei wesentliche Erkenntnisse: die Zunahme der bebautes/urbanes Flächen zu Lasten von landwirtschaftlichen oder mit Wald bedeckten Flächen und eine positive Korrelation zwischen der Ausweitung der urbanen Flächen und der Temperatur. Letzteres indiziert das Ansteigen der Temperaturen in beiden Städten und damit eine weitere Erwärmung der Städte. Eine wesentliche Erkenntnis der Dissertation ist die Eignung der verwendeten Datensätze und eingesetzte Techniken für die Ermittlung der LULC Veränderungen zur Abschätzung des Zusammenhangs zwischen urbaner Expansion und Anstieg von Temperatoren auf lokaler Skala. Institutionen wie Stadtverwaltungen und -vertretungen und politische Entscheidungsträger können die in dieser Arbeit entwickelten Konzepte anpassen und nutzen, um die urbanen Veränderungen und den Zusammenhang zwischen urbaner Expansion und urbaner Erwärmung zu untersuchen. KW - Spatial urban expansion KW - Temperature KW - Land Use Land Cover KW - Remote sensing KW - GIS KW - Urbane Expansion KW - Temperatur KW - Landnutzung KW - Landbedeckung KW - Fernerkundung KW - Ghana KW - Landnutzung KW - Großstadt KW - Temperatur KW - Fernerkundung KW - Geoinformationssystem Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-60730 ER - TY - JOUR A1 - Frimpong, Bernard Fosu A1 - Koranteng, Addo A1 - Opoku, Fosu Senior T1 - Analysis of urban expansion and its impact on temperature utilising remote sensing and GIS techniques in the Accra metropolis in Ghana (1986–2022) T1 - Analyse der Stadterweiterung und ihrer Auswirkungen auf die Temperatur mit Hilfe von Fernerkundung und GIS-Techniken in der Metropole Accra in Ghana (1986-2022) N2 - The Accra Metropolis of Ghana has experienced rapid urban expansion over the past decades. Agricultural and forest-lands have been transformed into urban/built-up areas. This study analysed urban expansion and its relationship with the temperature of Accra from 1986 to 2022. Multi-source datasets such as remote sensing (RS) and other ancillary data were utilised. Land use land cover (LULC) maps were produced employing the random forests classifier. Land surface temperature (LST) and selected d(RS) Indices were extracted. Regression techniques assessed the interplay between LST and remote sensing indices. The LULC maps revealed increasing trends in the urban/built-up areas at the expense of the other LULC types. The analysis from the LST and the RS indices revealed a direct relationship between temperature and urban/built-up areas and an inverse relationship between temperature and vegetation. Thus, spatial urban expansion has modified the urban temperature of Accra. The integrated utilisation of RS and GIS demonstrated to be an efficient approach for analysing and monitoring urban expansion and its relationship with temperature. N2 - Die Metropole Accra in Ghana hat in den letzten Jahrzehnten eine rasante Ausdehnung des Stadtgebietes erlebt. Landwirtschaftliche Flächen und Waldgebiete wurden in städtische/bebaute Gebiete umgewandelt. Diese Studie untersuchte die städtische Expansion und ihre Beziehung zur Temperatur in Accra von 1986 bis 2022. Es wurden Daten aus mehreren Quellen wie Fernerkundung (Remote Sensing, RS) und andere Zusatzdaten verwendet. Landnutzungs- und Landbedeckungskarten (Land Use Land Cover, LULC) wurden mit Hilfe des Random-Forest-Klassifikators erstellt. Landoberflächentemperatur (Land Surface Temperature, LST) und ausgewählte d(RS)-Indizes wurden extrahiert. Mit Regressionstechniken wurde das Zusammenspiel zwischen LST und Fernerkundungsindizes untersucht. Die LULC-Karten zeigten zunehmende Trends in den städtischen/bebauten Gebieten auf Kosten der anderen LULC-Typen. Die Analyse der LST- und RS-Indizes ergab eine direkte Beziehung zwischen Temperatur und städtischen/bebauten Gebieten und eine umgekehrte Beziehung zwischen Temperatur und Vegetation. Somit hat die räumliche Ausdehnung der Städte die städtische Temperatur in Accra verändert. Die integrierte Nutzung von RS und GIS erwies sich als effizienter Ansatz für die Analyse und Überwachung der städtischen Expansion und ihrer Beziehung zur Temperatur. KW - Urban expansion KW - Change detection KW - Land use land cover KW - Regression KW - Remote sensing KW - Städtische Expansion KW - Erkennung von Veränderungen KW - Landnutzung Landbedeckung KW - Temperatur KW - Fernerkundung KW - Accra KW - Stadt KW - Expansion KW - Landnutzung KW - Temperatur KW - Fernerkundung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1007/s42452-023-05439-z ER - TY - JOUR A1 - Frimpong, Bernard Fosu A1 - Molkenthin, Frank A1 - Koranteng, Addo T1 - Analysis of temperature variability utilising Mann–Kendall and Sen’s slope estimator tests in the Accra and Kumasi metropolises in Ghana T1 - Untersuchung der Temperaturvarabilität mit Mann–Kendall-Trendtest und Sen-Slope Schätzer in den Städten Accra und Kumasi in Ghana N2 - Temperature variability may have direct and indirect impacts on the environments of the Accra and Kumasi Metropolises in Ghana. This study analysed temperature and trends in temperature in both cities using in-situ measurements from one meteorological station in both cities from 1986 to 2015. The temperature indices were computed using the RClimdex package from the Expert Team on Climate Change Detection Monitoring Indices (ETCCDMI). The temperature time series was pre-whitened before the Mann–Kendall trend and Sen’s slope estimator analysis were applied. Initial analysis revealed minimal variation in temperature in both cities. The results from the analysed temperature indices revealed an increase in warm days and a general rise in the minimum temperature compared to maximum temperatures. Mann Kendall and Sen’s slope revealed significant trends in the annual and seasonal (dry and wet seasons) in minimum temperature in both cities. These might lead to an increased rate of heat-stressed diseases and an overall rise in urban warming in both cities. The analysis of temperature, indices and trends provided comprehensive insights into the temperature of Accra and Kumasi. The results highlight the essence of evaluating temperature indices and trends in light of Climate Change concerns. It is recommended that urban green and blue spaces should be incorporated into land use plans as these policy directions can aid regulate the temperature in both cities. N2 - Temperaturschwankungen können direkte und indirekte Auswirkungen auf die Umwelt in den Metropolen Accra und Kumasi in Ghana haben. In dieser Studie wurden die Temperatur und die Temperaturtrends in beiden Städten anhand von Messungen jeweils einer meteorologischen Station in beiden Städten von 1986 bis 2015 analysiert. Die Temperaturindizes wurden mit dem RClimdex-Paket des Expert Team on Climate Change Detection Monitoring Indices (ETCCDMI) berechnet. Die gemessenen Temperaturzeitreihen wurde für die Analyse mit Mann-Kendall-Trend und Sen-Slope Schätzer auf- und vorbereitet. Eine erste Analyse ergab minimale Temperaturschwankungen in beiden Städten. Die Ergebnisse der analysierten Temperaturindizes zeigten eine Zunahme der warmen Tage und einen allgemeinen Anstieg der Minimaltemperatur im Vergleich zu den Maximaltemperaturen. Beide Methoden zeigten signifikante Trends im jährlichen und saisonalen (Trocken- und Regenzeit) Verlauf der Mindesttemperatur in beiden Städten. Diese Trends könnten zu einer Erhöhung von hitzebedingten gesundheitlichen Problemen und einer allgemeinen Erwärmung in beiden Städten führen. Die Analyse von Temperaturen, Indizes und Trends führte zu einem erweiterten Verständnis der Temperaturverläufe in Accra und Kumasi. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Bewertung von Temperaturindizes und -trends im Hinblick auf den Klimawandel. Es wird empfohlen, städtische Grün- und Wasserflächen in die Flächennutzungspläne mit aufzunehmen, damit diese strategischen Planungs- und Regelwerke genutzt werden können, die die Temperatur in beiden Städten positiv beeinflussen zu können. KW - Temperature variability KW - Mann-Kendall test KW - Sen's slope estimator KW - Accra KW - Kumasi KW - Temperaturvarabilität KW - Sen-Slope Schätzer KW - Accra KW - Kumasi KW - Temperatur KW - Schwankung Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1186/s40068-022-00269-1 ER - TY - THES A1 - Frischke, Sören T1 - Simulationsbasierte Entscheidungsunterstützung bei der Gestaltung flexibler Produktionsbereiche auf taktischer Ebene T1 - Simulation based decision support for the middle management for the support of the organization of flexible shop-floors N2 - Mit hoher Geschwindigkeit wechselnde qualitative und quantitative Marktanforderungen erfordern von Unternehmen geeignete Reaktionen. Die Umweltdynamik findet einerseits Eingang in die strategische Planung und führt andererseits im Ausführungssystem zu ungeplanter Turbulenz. Die taktische Ebene steht vor der Aufgabe, interne und externe Flexibilitätsanforderungen und die Flexibilitätspotentiale des Produktionsbereiches aufeinander abzustimmen. In der vorliegenden Arbeit wird ein in sich geschlossener Flexibilitätsmanagementzyklus entwickelt. Durch die Erstellung hybrider Simulationsmodelle wird es möglich, das Ausführungssystem mit diskreten Systembestandteilen detailliert abzubilden ohne auf die Beschreibung selbständigen Anpassungsverhaltens der Akteure durch Ausnutzung gegebener Handlungsspielräume in kontinuierlichen Modellbestandteilen verzichten zu müssen. Das Flexibilitätspotential des Produktionssystems wird auf diese Weise sichtbar und kann analysiert werden. N2 - Qualitative and quantitative market requirements changing with high speed and require fast reactions provided by enterprises. The environmental dynamics influence the strategic planning on the one hand and dynamic produce unplanned turbulence in the shop floor on the other. Middle management has to coordinate internal and external flexibility requirements and the flexibility potentials of the shop-floor. The available work developed a flexibility management cycle. With hybrid simulation models it is possible to illustrate the shop-floor in discrete system components on the one hand and to describe human adaptive behavior in continuous model components on the other. The effects of internal and external dynamics on the system performance are structured modelled and analyzed by changes of parameters on the basis of the identified flexibility problems. KW - Flexible Fertigung KW - Produktionsplanung KW - Simulation KW - Strategische Planung KW - Simulationsmodelle KW - Flexible shop-floors KW - Strategic planning KW - Simulation KW - Production Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-92 ER - TY - THES A1 - Fröhlich, Robby T1 - Zur allgemeingültigen Festlegung der sicherheitstechnischen Betriebsgrenzen von Alkoxilierungsreaktoren N2 - Alkoxilierungsreaktionen enthalten u.a. aufgrund der hohen Reaktionsenthalpie und der Stoffeigenschaften ein hohes Gefährdungspotential. Die Absicherung der Reaktoren hinsichtlich durchgehender Reaktionen kann durch konstruktive Maßnahmen sowie prozesstechnische Vorkehrungen erfolgen. Die Begrenzung der Konzentration des Epoxids als alternatives Schutzkonzept gewinnt zunehmend an Bedeutung, wobei selbst ein spontanes Durchgehen der Reaktion nicht zu einer Gefährdung führt. Diese Arbeit ist primär auf die Anwendung der zuletzt angeführten Methode ausgerichtet. Ein experimenteller Ansatzes findet seine Grenzen in der Vielzahl der zu untersuchenden Stoffsystemkombinationen. Der in dieser Arbeit zugrunde gelegte theoretische Ansatz zielt demgegenüber auf eine durchgängige und allgemeingültige Vorausberechnung der sicherheitstechnischen Betriebsgrenzen von Alkoxilierungsreaktoren unter Berücksichtigung der Design- und Betriebsparameter. N2 - Alkoxylationreactions contain a high hazard potential due to the high reaction enthalpy and the material properties. The security of the reactors regarding runaway reactions can take place via constructional measures as well as process-technical precautions. The limitation of the concentration of the epoxy is getting more and more important as a alternative protection concept, so that even spontaneous runaway of the reaction does not lead to an serious danger situation. This work is primarily aligned to the application of the last named method. Experimental approach has his borders in the multiplicity of the material system combinations which have to be examined. The theoretical approach put in this work aims in contrast to this at a continuously and generally predetermination of the safety-relevant operation limits of Alkoxylationreactions with consideration of the Design and operating parameters. KW - Alkoxylierung KW - Exotherme Reaktion KW - Chemischer Reaktor KW - Betriebssicherheit KW - Prozessmodell KW - Sicherheitsgrenze von Reaktoren KW - Alkoxilierungsreaktion KW - Ethylenoxid KW - Propylenoxid KW - Fettstoff Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000356 ER - TY - RPRT A1 - Fügenschuh, Armin A1 - Müllenstedt, Daniel A1 - Schmidt, Johannes ED - Fügenschuh, Armin T1 - Mission planning for unmanned aerial vehicles N2 - We formulate the mission planning problem for a meet of unmanned aerial vehicles (UAVs) as a mixed-integer nonlinear programming problem (MINLP). The problem asks for a selection of targets from a list to the UAVs, and trajectories that visit the chosen targets. To be feasible, a trajectory must pass each target at a desired maximal distance and within a certain time window, obstacles or regions of high risk must be avoided, and the fuel limitations must be obeyed. An optimal trajectory maximizes the sum of values of all targets that can be visited, and as a secondary goal, conducts the mission in the shortest possible time. In order to obtain numerical solutions to this model, we approximate the MINLP by a mixed-integer linear program (MILP), and apply a state-of-the-art solver (GUROBI) to the latter on a set of test instances. N2 - Das Missionsplanungsproblem für eine Flotte unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) formulieren wir als nichtlineares gemischt-ganzzahliges Optimierungsproblem (MINLP). Das Problem erfordert eine Auswahl von Zielen aus einer Liste von gegebenen UAVs und deren Flugbahnen, welche die ausgewählten Ziele besuchen. Um zulässig zu sein, muss eine Flugbahn jedes Ziel in einer vorgegebenen maximalen Entfernung und innerhalb eines bestimmten Zeitfensters passieren. Ferner müssen Hindernisse oder Bereiche mit hohem Risiko vermieden werden, und die Kraftstoffbeschränkungen müssen berücksichtigt werden. Eine optimale Mission maximiert die Summe der Werte aller Ziele, die besucht werden können, und führt als sekundäres Ziel die Mission in kürzester Zeit aus. Um numerische Lösungen für dieses Modell zu erhalten, approximieren wir das MINLP durch ein gemischt-ganzzahliges lineares Programm (MILP) und wenden auf Testinstanzen einen numerischen Löser (GUROBI) an. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 6, 2019 KW - Mixed-integer nonlinear programming KW - Trajectory planning KW - Unmanned aerial vehicles KW - Linear approximation KW - Flugkörper KW - Tourenplanung KW - Optimierung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48285 SN - 2627-6100 ER -