Refine
Year of publication
- 2016 (157) (remove)
Document Type
- Doctoral Thesis (92)
- Periodical Part (15)
- Conference Proceeding (14)
- Article (10)
- Preprint (7)
- Part of a Book (5)
- Working Paper (5)
- Master's Thesis (3)
- Book (2)
- Bachelor Thesis (1)
Language
- English (81)
- German (75)
- Multiple languages (1)
Has Fulltext
- yes (157)
Keywords
- Stadtplanung (8)
- MINT (5)
- Mathematische Modellierung (5)
- Schule (4)
- Cache (3)
- SRAM (3)
- DRAM (2)
- Gentoxizität (2)
- Hochschulforschung (2)
- PIM (2)
- Wissenschaftliche Weiterbildung (2)
- haptotaxis (2)
- ARM Processor (1)
- AUTOSAR (1)
- Affine Arithmetic (1)
- Alkenylbenzene (1)
- American Exceptionalism (1)
- Amerikanische Außenpolitik (1)
- Amerikanischer Exzeptionalismus (1)
- Amerikanischer Präsident (1)
- Ames-Fluktuationstest (1)
- Amidbindungsknüpfung (1)
- Anpassung (1)
- Approximation Algorithms (1)
- Architektur (1)
- Aristoteles (1)
- Asarone (1)
- Augustinus (1)
- Autopoiese (1)
- Autoregressive Hilbertian model (1)
- Baldwin (1)
- Bauen im Bestand (1)
- Betonbau (1)
- Betriebsrat (1)
- Biodiesel (1)
- Biophysics (1)
- Blumenbach (1)
- Bootstrap (1)
- Breitbandempfänger (1)
- Buchstabe (1)
- Buffon (1)
- CAM (1)
- CYP1A2 (1)
- Calibration (1)
- Combinatorial Optimization (1)
- Combinatorial Testing (1)
- Cusanus (1)
- Cutting and Packing (1)
- DOSY (1)
- Darwin (1)
- Data retention voltage (DRV) (1)
- Demographische Alterung (1)
- Dickwandigkeit (1)
- Dinickelocen (1)
- Dipeptide (1)
- Direct Sampling Receiver (1)
- Dynamische Gebäudesimulation (1)
- Dynamische Systeme (1)
- Dyslexie (1)
- E-Learning (1)
- EP-Komposite (1)
- Emerging Memories (1)
- Energieeffizienz (1)
- Entwicklung (1)
- Entwicklungsgeschichte (1)
- Epigenese (1)
- Epigenetik (1)
- Error Correction Codes (1)
- Error correcting coding (ECC) (1)
- Erwachsenenbildung (1)
- Evolution (1)
- FERAL (1)
- FFT (1)
- FKV-Rotor (1)
- FPGA (1)
- Fast Mode-Signaling (1)
- Fehlerbaumanalyse (1)
- Fettsäuremethylester (1)
- Filtration (1)
- Flash Memories (1)
- Framing (1)
- Functional autoregression (1)
- Functional time series (1)
- Funktionale Sicherheit (1)
- Future Internet (1)
- G. Bateson (1)
- GFK-Rotorglocke (1)
- Gateway (1)
- Genealogie (1)
- Genetik (1)
- Gentechnisch transfizierte V79-Zellen (1)
- Geometrical product specification (1)
- Geometrienormale (1)
- Geometrische Produktspezifikation (1)
- Gesundheitsbewusstsein (1)
- Glycosidasen (1)
- Goethe (1)
- Gold nanoparticles (1)
- Gröbner bases (1)
- HMC (1)
- HPRT-Test (1)
- Haeckel (1)
- Hamming code (1)
- Handlungsempfehlungen (1)
- Hardware (1)
- Harvey (1)
- Hertwig (1)
- IEC 61508 (1)
- IEEE 802.15.4 (1)
- Immobilien (1)
- Immobilisierung (1)
- Induction heating (1)
- Informationstheorie (1)
- Interdisziplinärer Projektunterricht (1)
- Intermediate Composition (1)
- Isomerisierung (1)
- Jablonka (1)
- KANO-Modell (1)
- Kaffeeinhaltsstoffe (1)
- Kalibrierung (1)
- Kalmus (1)
- Kant (1)
- Kompetenzprofil (1)
- Konfirmatorische Faktoranalyse (1)
- Krafteinleitung (1)
- Lamarck (1)
- Leibniz (1)
- Lernform (1)
- Lerntheorie (1)
- Lesen (1)
- Lesenlernen (1)
- Lesestörung (1)
- Liberal Theory of International Relations (1)
- Liberale Außenpolitiktheorie (1)
- Linux (1)
- Low Power (1)
- Low Voltage (1)
- Low leakage (1)
- Magnetit-Partikel (1)
- Maturana (1)
- Maßnahmen (1)
- Measurement standards (1)
- Mehrkernige Koordinationsverbindungen (1)
- Memristor (1)
- Memristors (1)
- Mendel (1)
- Metathese (1)
- Military Interventions (1)
- Militärinterventionen (1)
- Minimal Cut Set Visualization (1)
- Mode-Based Scheduling with Fast Mode-Signaling (1)
- Modernisierung (1)
- Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte (1)
- Modusbasierte Signalisierung (1)
- Morphology (1)
- Multi-Edge Graph (1)
- Mutagenität (1)
- Nachwachsende Rohstoffe (1)
- Nahrungsnetz (1)
- Narrative (1)
- Narratives (1)
- Natürliche Auslese (1)
- Near Memory Computation (1)
- Network Architecture (1)
- Network Calculus (1)
- Neue Institutionenökonomik (1)
- Nickel-Halbsandwichkomplexe (1)
- Nitrierung (1)
- Nrf2/ARE-Signalweg (1)
- Objekterkennung (1)
- Ontogenie (1)
- Oxidativer Stress (1)
- Pangenese (1)
- Pflanzenfressende Insekten (1)
- Pflegewissenschaften (1)
- Phenylpropene (1)
- Phylogenie (1)
- Platon (1)
- Polymer (1)
- Postmaterialismus (1)
- Processing-in-Memory (1)
- Processors (1)
- Projektentwicklung (1)
- Protein/detergent complexes (1)
- Protocol Composition (1)
- Präformationstheorie (1)
- Quicksort (1)
- R. Fisher (1)
- Recognition (1)
- Revitalisierung/Modernisierung (1)
- Rydberg molecule (1)
- SDR (1)
- SECDED (1)
- STT-MRAM (1)
- Schelling (1)
- SiO2 (1)
- Sicherheitsanalyse (1)
- Simulation (1)
- Simulationen (1)
- Smart Memory Cube (1)
- Software Defined Radio (1)
- Software Testing (1)
- Software engineering (1)
- Software-Defined Radio (1)
- Sozialer Wohnungsbau (1)
- Spin Orbit Torque Memory (1)
- Stadtblock (1)
- Stahlbetonbau (1)
- Static light scattering (1)
- Storage Class Memories (1)
- Strategic Communication (1)
- Strategic Narrator (1)
- Strategische Kommunikation (1)
- Strukturgleichungsmodell (1)
- Suburbane Räume (1)
- Sulfotransferasen (1)
- Susceptor (1)
- Suspension (1)
- System-on-Chip (1)
- Theory of Planned Behaviour (1)
- Theory of Reasoned Action (1)
- Thermische Behaglichkeit (1)
- Traditionelle Chinesische Lebensmittel (1)
- Transport Protocol (1)
- Tribologie (1)
- U.S. Foreign Policy (1)
- Umweltbewusstsein (1)
- Variabilität (1)
- Variation (1)
- Vererbung (1)
- Virtual Prototyping (1)
- Virtual measurement (1)
- Virtuelles Messen (1)
- Vliese (1)
- Waddington (1)
- Water (1)
- Wein (1)
- Weismann (1)
- Weiterbildung (1)
- Wideband (1)
- Wohnen (1)
- Wohnimmobilien aus den 1970er Jahren (1)
- Wohnstandortverhalten der Bevölkerungsgruppe 60plus (1)
- Wohnungsnachfrage (1)
- Wohnungsunternehmen (1)
- Wolff (1)
- Yaroslavskiy-Bentley-Bloch Quicksort (1)
- Zedboard (1)
- Zuverlässigkeitskonzept (1)
- Zynq (1)
- algebraic function fields (1)
- algebraic number fields (1)
- analysis of algorithms (1)
- anthropogenic effects (1)
- asymptotic behavior (1)
- autonomous driving (1)
- average-case analysis (1)
- biodiversity (1)
- bus bunching (1)
- butterfly molecule (1)
- cancer cell invasion (1)
- chōra (1)
- climate change (1)
- clustering (1)
- coherent power gain (1)
- continuous master theorem (1)
- coupled problems (1)
- cross section (1)
- crystallization (1)
- degenerate diffusion (1)
- delay (1)
- dense univariate rational interpolation (1)
- dielectric elastomers (1)
- digital signal processing (1)
- digitale Medien (1)
- directed graphs (1)
- diversity (1)
- dynamic holding (1)
- ecology (1)
- finite element method (1)
- firewall (1)
- forest fragmentation (1)
- forest management (1)
- fourier transformation (1)
- functional safety (1)
- gewerkschaftliche Bildung (1)
- gewerkschaftliche Bildungsarbeit (1)
- global existence (1)
- go-or-grow (1)
- go-or-grow dichotomy (1)
- graph drawing algorithm (1)
- graph layout (1)
- half-selected cell (1)
- headway prediction (1)
- homogene Katalyse (1)
- injection molding (1)
- interaction networks (1)
- interference (1)
- ionization (1)
- letter (1)
- machine learning (1)
- matrix visualization (1)
- measurement (1)
- mixed-signal (1)
- multiscale model (1)
- multitype code coupling (1)
- multiway partitioning (1)
- nanocomposites (1)
- negative bit line (1)
- object classification (1)
- parabolic system (1)
- pivot sampling (1)
- plant-herbivore interactions (1)
- politische Bildung (1)
- politische Bildungsarbeit (1)
- polymer morphology (1)
- polymer nanocomposites (1)
- power (1)
- predictive control (1)
- preventive maintenance (1)
- probabilistic modeling (1)
- probability of dangerous failure on demand (1)
- processing gain (1)
- quantum gas (1)
- radar (1)
- read assist (1)
- safety-related systems (1)
- small-multiples node-link visualization (1)
- software comprehension (1)
- software engineering task (1)
- sparse interpolation of multivariate rational functions (1)
- sparse multivariate polynomial interpolation (1)
- spin flip (1)
- stability (1)
- static software structure (1)
- strukturelle Verformung (1)
- symbolic simulation (1)
- syzygies (1)
- thermal analysis (1)
- transit operations (1)
- tumor cell invasion (1)
- ver.di (1)
- verification (1)
- visual structure (1)
- weak solution (1)
- windowing (1)
- wordline underdrive (1)
- write assist (1)
- write margin (1)
- yield (1)
Faculty / Organisational entity
- Kaiserslautern - Fachbereich Mathematik (28)
- Kaiserslautern - Fachbereich Informatik (25)
- Kaiserslautern - Fachbereich Chemie (17)
- Kaiserslautern - Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik (17)
- Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik (17)
- Kaiserslautern - Fachbereich Sozialwissenschaften (14)
- Kaiserslautern - Fachbereich Raum- und Umweltplanung (12)
- Universität (7)
- Kaiserslautern - Fachbereich Bauingenieurwesen (6)
- Kaiserslautern - Fachbereich Biologie (5)
To continue reducing voltage in scaled technologies, both circuit and architecture-level resiliency techniques are needed to tolerate process-induced defects, variation, and aging in SRAM cells. Many different resiliency schemes have been proposed and evaluated, but most prior results focus on voltage reduction instead of energy reduction. At the circuit level, device cell architectures and assist techniques have been shown to lower Vmin for SRAM, while at the architecture level, redundancy and cache disable techniques have been used to improve resiliency at low voltages. This paper presents a unified study of error tolerance for both circuit and architecture techniques and estimates their area and energy overheads. Optimal techniques are selected by evaluating both the error-correcting abilities at low supplies and the overheads of each technique in a 28nm. The results can be applied to many of the emerging memory technologies.
We propose and study a strongly coupled PDE-ODE-ODE system modeling cancer cell invasion through a tissue network
under the go-or-grow hypothesis asserting that cancer cells can either move or proliferate. Hence our setting features
two interacting cell populations with their mutual transitions and involves tissue-dependent degenerate diffusion and
haptotaxis for the moving subpopulation. The proliferating cells and the tissue evolution are characterized by way of ODEs
for the respective densities. We prove the global existence of weak solutions and illustrate the model behaviour by
numerical simulations in a two-dimensional setting.
Whole-body vibrations (WBV) have adverse effects on ride comfort and human health. Suspension seats have an important influence on the WBV severity. In this study, WBV were measured on a medium-sized compact wheel loader (CWL) in its typical operations. The effect of short-term exposure to the WBV on the ride comfort was evaluated according to ISO 2631-1:1985 and ISO 2631-1:1997. ISO 2631-1:1997 and ISO 2631-5:2004 were adopted to evaluate the effect of long-term exposure to the WBV on the human health. Reasons for the different evaluation results obtained according to ISO 2631-1:1997 and ISO 2631-5:2004 were explained in this study. The WBV measurements were carried out in cases where the driver wore a lap belt or a four-point seat harness and in the case where the driver did not wear any safety belt. The seat effective amplitude transmissibility (SEAT) and the seat transmissibility in the frequency domain in these three cases were analyzed to investigate the effect of a safety belt on the seat transmissibility. Seat tests were performed on a multi-axis shaking table in laboratory to study the dynamic behavior of a suspension seat under the vibration excitations measured on the CWL. The WBV intensity was reduced by optimizing the vertical and the longitudinal seat suspension systems with the help of computational simulations. For the optimization multi-body models of the seat-dummy system in the laboratory seat tests and the seat-driver system in the field vibration measurements were built and validated.
Automata theory has given rise to a variety of automata models that consist
of a finite-state control and an infinite-state storage mechanism. The aim
of this work is to provide insights into how the structure of the storage
mechanism influences the expressiveness and the analyzability of the
resulting model. To this end, it presents generalizations of results about
individual storage mechanisms to larger classes. These generalizations
characterize those storage mechanisms for which the given result remains
true and for which it fails.
In order to speak of classes of storage mechanisms, we need an overarching
framework that accommodates each of the concrete storage mechanisms we wish
to address. Such a framework is provided by the model of valence automata,
in which the storage mechanism is represented by a monoid. Since the monoid
serves as a parameter to specifying the storage mechanism, our aim
translates into the question: For which monoids does the given
(automata-theoretic) result hold?
As a first result, we present an algebraic characterization of those monoids
over which valence automata accept only regular languages. In addition, it
turns out that for each monoid, this is the case if and only if valence
grammars, an analogous grammar model, can generate only context-free
languages.
Furthermore, we are concerned with closure properties: We study which
monoids result in a Boolean closed language class. For every language class
that is closed under rational transductions (in particular, those induced by
valence automata), we show: If the class is Boolean closed and contains any
non-regular language, then it already includes the whole arithmetical
hierarchy.
This work also introduces the class of graph monoids, which are defined by
finite graphs. By choosing appropriate graphs, one can realize a number of
prominent storage mechanisms, but also combinations and variants thereof.
Examples are pushdowns, counters, and Turing tapes. We can therefore relate
the structure of the graphs to computational properties of the resulting
storage mechanisms.
In the case of graph monoids, we study (i) the decidability of the emptiness
problem, (ii) which storage mechanisms guarantee semilinear Parikh images,
(iii) when silent transitions (i.e. those that read no input) can be
avoided, and (iv) which storage mechanisms permit the computation of
downward closures.
This work introduces a promising concept for the preparation of new nano-sized receptors. Mixed monolayer protected gold nanoparticles (AuNPs) for low molecular weight compounds were prepared featuring functional groups on their surfaces. It has been shown that these AuNPs can engage in interactions with peptides in aqueous media. Quantitative binding information was obtained from DOSY-NMR titrations indicating that nanoparticles containing a combination of three orthogonal functional groups are more efficient in binding to dipeptides than mono or difunctionalised analogues. The strategy is highly modular and easily allows adapting the receptor selectivity to a
given substrate by varying the type, number, and ratio of binding sites on the nanoparticle
surface.
Der gewerkschaftliche Bildungsträger ver.di Bildung + Beratung (im Folgenden: ver.di b+b) ist auf die Qualifizierung von gesetzlichen Interessenvertretungen spezialisiert und eng mit der Gewerkschaft ver.di verbunden. Die größte Zielgruppe sind Mitglieder von Betriebsratsgremien. Die Bildungsarbeit von ver.di b+b wird durch die rechtlichen Rahmenbedingungen, einen gewerkschaftspolitischen Anspruch und einen pädagogischen Auftrag beeinflusst: Betriebsratsmitglieder haben nach dem Betriebsverfassungsgesetz (BetrVG) einen Freistellungsanspruch für den Besuch von Schulungen. Damit sie teilnehmen können, müssen die Schulungen verschiedene rechtliche Vorgaben erfüllen. Gewerkschaftliche Bildung versteht sich als politische Bildung, was ebenfalls Einfluss auf die inhaltliche, pädagogische und organisatorische Gestaltung hat. Im Leitbild von ver.di b+b wird der pädagogische Anspruch des Bildungsträgers deutlich: Die Schulungen sollen handlungs- und teilnehmerorientiert sein und die Teilnehmenden persönlich, fachlich, sozial und politisch stärken. Diese drei Aspekte sind zu berücksichtigen, wenn es um die Frage nach den geeigneten Lernformen für Betriebsratsschulungen geht. Bis jetzt bietet ver.di b+b seine Seminare ausschließlich in Form von Präsenzveranstaltungen an. E-Learning-Angebote gibt es nicht. Das steht im Widerspruch zu der allgemeinen gesellschaftlichen Bedeutung des Internets.
Anhand einer empirischen Untersuchung gibt die Arbeit eine Einschätzung zu dem Bedarf von E-Learning-Angeboten im Bereich der gewerkschaftlichen Bildungsarbeit mit Betriebsräten aus Sicht der Teilnehmenden von ver.di b+b.
Most of today’s wireless communication devices operate on unlicensed bands with uncoordinated spectrum access, with the consequence that RF interference and collisions are impairing the overall performance of wireless networks. In the classical design of network protocols, both packets in a collision are considered lost, such that channel access mechanisms attempt to avoid collisions proactively. However, with the current proliferation of wireless applications, e.g., WLANs, car-to-car networks, or the Internet of Things, this conservative approach is increasingly limiting the achievable network performance in practice. Instead of shunning interference, this thesis questions the notion of „harmful“ interference and argues that interference can, when generated in a controlled manner, be used to increase the performance and security of wireless systems. Using results from information theory and communications engineering, we identify the causes for reception or loss of packets and apply these insights to design system architectures that benefit from interference. Because the effect of signal propagation and channel fading, receiver design and implementation, and higher layer interactions on reception performance is complex and hard to reproduce by simulations, we design and implement an experimental platform for controlled interference generation to strengthen our theoretical findings with experimental results. Following this philosophy, we introduce and evaluate a system architecture that leverage interference.
First, we identify the conditions for successful reception of concurrent transmissions in wireless networks. We focus on the inherent ability of angular modulation receivers to reject interference when the power difference of the colliding signals is sufficiently large, the so-called capture effect. Because signal power fades over distance, the capture effect enables two or more sender–receiver pairs to transmit concurrently if they are positioned appropriately, in turn boosting network performance. Second, we show how to increase the security of wireless networks with a centralized network access control system (called WiFire) that selectively interferes with packets that violate a local security policy, thus effectively protecting legitimate devices from receiving such packets. WiFire’s working principle is as follows: a small number of specialized infrastructure devices, the guardians, are distributed alongside a network and continuously monitor all packet transmissions in the proximity, demodulating them iteratively. This enables the guardians to access the packet’s content before the packet fully arrives at the receiver. Using this knowledge the guardians classify the packet according to a programmable security policy. If a packet is deemed malicious, e.g., because its header fields indicate an unknown client, one or more guardians emit a limited burst of interference targeting the end of the packet, with the objective to introduce bit errors into it. Established communication standards use frame check sequences to ensure that packets are received correctly; WiFire leverages this built-in behavior to prevent a receiver from processing a harmful packet at all. This paradigm of „over-the-air“ protection without requiring any prior modification of client devices enables novel security services such as the protection of devices that cannot defend themselves because their performance limitations prohibit the use of complex cryptographic protocols, or of devices that cannot be altered after deployment.
This thesis makes several contributions. We introduce the first software-defined radio based experimental platform that is able to generate selective interference with the timing precision needed to evaluate the novel architectures developed in this thesis. It implements a real-time receiver for IEEE 802.15.4, giving it the ability to react to packets in a channel-aware way. Extending this system design and implementation, we introduce a security architecture that enables a remote protection of wireless clients, the wireless firewall. We augment our system with a rule checker (similar in design to Netfilter) to enable rule-based selective interference. We analyze the security properties of this architecture using physical layer modeling and validate our analysis with experiments in diverse environmental settings. Finally, we perform an analysis of concurrent transmissions. We introduce a new model that captures the physical properties correctly and show its validity with experiments, improving the state of the art in the design and analysis of cross-layer protocols for wireless networks.
Der Anteil an regenerativen Energien am Strommarkt in Deutschland steigt kontinuierlich. Dies führt bereits heute zu Problemen bei der Energiespeicherung, da die Stromproduktion aus regenerativen Energien stark von Wind und Wetter abhängt. Hierbei sind die derzeitigen Energiespeicher wie Schwungräder, Batterien oder Pumpspeicherkraftwerke in ihrer Kapazität stark begrenzt. Eine mögliche Lösung für die Problematik der Energiespeicherung bietet das Power-to-Gas-Verfahren, indem die elektrische Energie in chemische Energie (z. B. synthetisches Erdgas) umgewandelt und im Erdgasnetz gespeichert wird. Darüber hinaus kann durch die Umwandlung von Kohlendioxid als C₁-Baustein in funktionalisierte Grundchemikalien die Abhängigkeit von Rohöl vermindert werden. Hierfür sind Katalysatoren notwendig, die eine wirtschaftliche Hydrierung von Kohlendioxid zu Wertprodukten ermöglichen. Die Schwierigkeit liegt in der Überwindung der hohen Aktivierungsenergie von Kohlendioxid, wodurch es sehr reaktionsträge ist. In der Literatur wurden bereits einige Katalysatorsysteme untersucht; nur wenige beschäftigen sich mit kinetischen Untersuchungen. Ein Problem der zahlreichen Publikationen ist die häufig fehlende Vergleichbarkeit. Dies liegt im Wesentlichen an der Vielzahl der variablen Reaktionsbedingungen, wie Reaktionstemperatur, Reaktionsdruck, Verweilzeit sowie dem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlendioxid. Außerdem wird in kinetischen Studien oft für ein vorliegendes Katalysatorsystem eine individuelle Berechnungsmethode zur Ermittlung der kinetischen Daten verwendet, die sich nicht auf andere Katalysatorsysteme oder Aktivkomponenten anwenden lässt.
Die zuvor genannten Probleme waren eine wesentliche Motivation, verschiedene Aktivkomponenten unter gleichen Reaktionsbedingungen zu untersuchen. Die hierbei gewonnenen Informationen sind in die nachfolgenden Studien zur Modifikation des Trägermaterials und der Aktivkomponenten eingeflossen. Zum Schluss wurde versucht, ein synthetisches Erdgas mittels Brennwertanpassung herzustellen. Hierfür wurde ein Fischer-Tropsch-Katalysator mit Methanisierungskatalysatoren kombiniert. Die hergestellten Katalysatoren wurden jeweils mithilfe von N₂-Physisorption, Pulver-Röntgendiffraktometrie, thermogravimetrischer Analyse, Rasterelektronenmikroskopie, temperaturprogrammierter Reduktion sowie durch H₂-Chemisorption charakterisiert. Die katalytischen Eigenschaften der hergestellten Katalysatoren wurden in einer Hochdruck-Strömungsapparatur erprobt. Im Fokus der Untersuchungen standen die Stabilität der Katalysatoren sowie der Einfluss der Reaktionstemperatur und der modifizierten Verweilzeit auf Umsatz und Produktausbeuten.
Zu Beginn wurden zehn verschiedene Aktivkomponenten jeweils auf γ-Aluminiumoxid als Träger (Puralox SCFa 230) untersucht. Dabei waren der Einfluss der Reaktionstemperatur auf den Umsatz von Kohlendioxid und die Zusammensetzung des Produktgases als auch die kinetischen Parameter von besonderem Interesse. Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Einfluss der Aktivkomponente auf das Produktspektrum der katalytischen Hydrierung von Kohlendioxid. Hierbei traten insbesondere die Metalle Kupfer, Nickel, Rhodium und Eisen hervor. Ersteres zeigte eine hohe Selektivität zu Kohlenmonoxid. Nickel und Rhodium produzierten Methan mit sehr hohen Selektivitäten und hohen Umsätzen, die nahe am thermodynamischen Gleichgewicht liegen. Die Vorteile von Eisen als Aktivkomponente liegen in der Produktion von signifikanten Mengen an C₂₊-Kohlenwasserstoffen. Alle anderen Aktivkomponenten zeigten eine gemischte Produktzusammensetzung (d. h. bestehend aus Kohlenmonoxid, Methan, C₂₊-Kohlenwasserstoffen). Anhand von kinetischen Untersuchungen konnten die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit in Form einer scheinbaren Aktivierungsenergie sowie die Abhängigkeit vom Partialdruck an Kohlendioxid ermittelt werden. Für beide Parameter werden möglichst kleine Werte angestrebt. Dies bedeutet, dass bereits bei kleineren Partialdrücken und niedrigeren Reaktionstemperaturen signifikante Umsätze von Kohlendioxid zu beobachten sein sollten. Die Partialdruckabhängigkeit der Reaktionskinetik nimmt in folgender Reihenfolge der Aktivkomponenten zu: Ni, Rh < Ru < Co < Pt < Cu, Pd, <Re << Fe300-375°C. Die kinetischen Untersuchungen zeigten hierbei für die Methanisierungskatalysatoren die niedrigste Partial-druckabhängigkeit der Reaktionskinetik, gefolgt von den Katalysatoren für die umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion. Die größte Kohlendioxid-Partialdruckabhängigkeit der Reaktionskinetik konnte an den Katalysatoren mit gemischter Produktzusammensetzung und am eisenhaltigen Fischer-Tropsch-Katalysator beobachtet werden. Die Reihenfolge der Temperaturabhängigkeit der Reaktionskinetik an den Aktivkomponenten lautet wie folgt: Pd < Cu < Ru < Pt, Co < Ni < Fe300-375°C < Rh, Re. Um auch die wirtschaftlichen Aspekte bei der Auswahl der Aktivkomponenten zu berücksichtigen, wurden die Marktpreise für die untersuchten Metalle verglichen. Die Preise für die Metalle wurden für eine Tonne Katalysator mit entsprechender Beladung berechnet. Anhand der Preise für die Aktivkomponenten und unter Einbeziehung der Ergebnisse der katalytischen Untersuchungen ist Nickel der Favorit für einen Methanisierungskatalysator und Eisen bevorzugt als Fischer-Tropsch-Katalysator.
Aufgrund der hohen Aktivität von Nickel wurde diese Aktivkomponente ausgewählt, um mit unterschiedlichen Trägermaterialien auf der Basis von Titandioxid das katalytische Potenzial zu evaluieren. Als Trägermaterialien wurden Lithiumtitanat, makro-/mesoporöse Titan-Aluminium-Mischoxide und mit Titandioxid beschichtetes Puralox SCFa-230 eingesetzt. Hierbei konnten an den makro-/mesoporösen Titan-Aluminium-Mischoxiden der unterschiedliche Einfluss von Titan und Aluminium auf die Eigenschaften des resultierenden Mischoxids beobachtet werden. Es zeigte sich, dass die strukturelle Stabilität und höhere spezifische Oberfläche von Aluminiumoxid sowie die höhere katalytische Aktivität durch Titandioxid im Mischoxid von Bedeutung sind. Zugleich bieten die Makro- und Mesoporen in den Mischoxiden einen verbesserten Stofftransport. Es konnte gezeigt werden, dass der titanhaltige Träger eine sehr geringe spezifische Oberfläche im Vergleich zum aluminiumhaltigen Träger aufweist. Bei den Mischoxiden beginnt ab einem Titangehalt von 50 mol-% die spezifische Oberfläche mit steigendem Titananteil stetig zu sinken. Anhand der temperaturprogrammierten Reduktion konnte eine zunehmende Reduzierbarkeit des Nickels mit steigendem Titangehalt im Trägermaterial beobachtet werden. Generell wurde an nickelhaltigen Katalysatoren Kohlendioxid mit sehr hohen Selektivitäten zu Methan umgewandelt. Im direkten Vergleich sind die Umsätze am Katalysator mit reinem Titandioxid deutlich höher als an dem Katalysator mit reinem γ-Aluminiumoxid als Träger. Dies zeigt die höhere katalytische Aktivität mit Titanoxid als Trägermaterial. Die niedrigsten Umsätze wurden am nickelbeladenen Mischoxid mit einem Titangehalt von 50 mol-% beobachtet, was wahrscheinlich mit der amorphen Struktur dieses Trägermaterials zusammenhängt. Die größte Aktivität für die Methanisierung von Kohlendioxid konnte an dem Mischoxid mit einem Titangehalt von 80 mol-% im Trägermaterial beobachtet werden. Anscheinend liegt hier ein Optimum zwischen der strukturellen Stabilität von Aluminium und der katalytischen Aktivität durch Titan im Mischoxid vor. Die spezifische Oberfläche des Titan-Aluminium-Mischoxids mit 80 mol-% Titan liegt mit 115 m²·g⁻¹ verglichen mit dem reinen Titanoxid mit 20 m²·g⁻¹ deutlich höher. Diese ist jedoch geringer als die spezifische Oberfläche des γ-Aluminiumoxids mit 225 m²·g⁻¹.
Die Modifizierung der Aktivkomponente wurde mit drei verschiedenen Klassen von Katalysatoren untersucht. Es wurden Mischungen zwischen Nickel und Rhodium, den beiden aktivsten Metallen aus Kapitel 4, sowie Mischungen aus Palladium, Nickel und Magnesium für die Methanisierung von Kohlendioxid untersucht. Für die Fischer-Tropsch-Synthese wurden eisenhaltige Katalysatoren modifiziert. Bei den Untersuchungen von Nickel und Rhodium sowie Palladium, Nickel und Magnesium als Aktivkomponente auf Puralox SCFa-230 wurde gefunden, dass bei Verwendung von Nickel als reiner Aktivkomponente die besten katalytischen Ergebnisse erzielt wurden. An allen untersuchten Katalysatoren wurde bei der katalytischen Umwandlung von Kohlendioxid eine hohe Selektivität zu Methan beobachtet. Hinweise auf eine positive Wirkung der Mischung der Aktivkomponenten konnten nicht gefunden werden. Mittels temperaturprogrammierter Reduktion wurde gefunden, dass – anders als zunächst vermutet – Nickel und Rhodium als voneinander isolierte Spezies vorliegen und nicht etwa als Legierung.
Aufbauend auf der Arbeit von Park und McFarland [38] wurden die Metalle Palladium, Nickel und Magnesium für die Methanisierung von Kohlendioxid kombiniert. Die Katalysatoren wurden schrittweise synthetisiert und ihre katalytische Aktivität untersucht. Bei allen Katalysatoren ist die katalytische Aktivität deutlich geringer als bei dem Katalysator mit reinem Nickel auf Puralox SCFa-230. Die katalytische Aktivität der Hochtemperatur-reduzierten Katalysatoren liegt noch einmal deutlich unter der katalytischen Aktivität der kalzinierten und danach reduzierten Katalysatoren. Dies liegt wahrscheinlich in einer geringeren Dispersion der Aktivkomponente begründet. Ursachen für eine geringe Dispersion können sein: (i) die direkte Reduktion der imprägnierten Metallkomponente ohne Kalzination als Zwischenschritt oder (ii) eine Be-günstigung der Metallsinterung durch die Hochtemperatur-Reduktion. Basierend auf den erzielten Ergebnissen stellt die Verwendung von Nickel auf γ-Aluminiumoxid als Träger ein Optimum hinsichtlich Aktivität, Selektivität, Stabilität und Preis dar.
Bei der Modifizierung der Fischer-Tropsch-Katalysatoren wurden verschiedene Promotoren zusammen mit Eisen auf Puralox SCFa-230 aufgebracht. Als Promotoren für Eisen wurden Zink oder Mangan eingesetzt und mit einem promotorfreien Eisenkatalysator verglichen. Hierzu wurden zum einen die Metalle in Form der entsprechenden Nitratsalze auf das γ-Aluminiumoxid imprägniert. Zum anderen wurden eisen- und eisen-/promotorhaltige Nanopartikel zur Im-prägnierung verwendet. Alle Katalysatoren lieferten bei der Hydrierung von Kohlendioxid ein Produktgemisch bestehend aus Kohlenmonoxid, Methan und C₂₊-Kohlenwasserstoffen. Die Ausbeuten an C₂₊-Kohlenwasserstoffen sind bei 400 °C am größten, wobei mit steigender Temperatur eine Abnahme der Kettenlänge beobachtet werden kann. Die Unterschiede der Metallsalz-imprägnierten Katalysatoren im Vergleich zu den Nanopartikel-imprägnierten Katalysatoren sind relativ gering. Die Nanopartikel-imprägnierten Katalysatoren bilden geringfügig kleinere Mengen an Kohlenmonoxid zugunsten von Methan. Beim Vergleich der Promotoren hat sich eine Dotierung mit Mangan gegenüber den zinkhaltigen- sowie den promotorfreien eisenhaltigen Katalysatoren als vorteilhaft herausgestellt. Die manganhaltigen Katalysatoren produzieren den größten Anteil an Olefinen in den einzelnen Fraktionen. Außer-dem liegt die Kettenwachstumswahrscheinlichkeit α bei niedrigeren Temperaturen höher als bei den anderen Katalysatoren.
In weiteren Untersuchungen wurden ungeträgerte Fischer-Tropsch-Katalysatoren betrachtet. Hierfür wurden zwei Fällungskatalysatoren hergestellt. Es wurde ein Katalysator, der ausschließlich aus Eisenoxid besteht, als Referenz untersucht sowie ein eisenhaltiger Katalysator mit den Promotoren Aluminium, Mangan und Kalium. Am reinen Eisenoxid konnte eine etwas höhere Kettenwachstumswahrscheinlichkeit α sowie ein höheres Verhältnis von Olefinen zu Paraffinen im Vergleich zu den geträgerten Katalysatoren beobachtet werden. Mit dem Fällungskatalysator, der promotiert war, wurden die besten Ergebnisse erzielt: Die Umsätze von Kohlendioxid, die Ausbeuten an C₂₊-Kohlenwasserstoffen sowie die Kettenwachstumswahr-scheinlichkeiten α und die Verhältnisse der Summe von Olefinen / sauerstoffhaltigen Verbin-dungen zu den Paraffinen sind bei allen Reaktionstemperaturen am größten. Die Ergebnisse zeigen, dass Vollkatalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese besser geeignet sind als Trägerkatalysatoren.
Um den eingangs erläuterten Kapazitätsengpass bei der Speicherung von regenerativen Energien entgegen zu treten, stellt das Power-to-Gas-Verfahren einen interessanten Lösungsansatz dar. In diesem Zusammenhang wurde eine Modifizierung des Power-to-Gas-Verfahrens näher untersucht. Es wurde anhand von Modellrechnungen gezeigt, weshalb eine Brennwertanpassung mit kombinierter Fischer-Tropsch-Synthese notwendig erscheint. Die Katalysatoren wurden anhand der zuvor erlangten Erkenntnisse ausgewählt. Als Methanisierungskatalysatoren wurde jeweils ein cobalt , nickel- oder rhodiumhaltiger Katalysator mit dem promotorhaltigen Fällungskatalysator für die Fischer-Tropsch-Synthese kombiniert. Die Kom-bination eines Methanisierungskatalysators mit dem Fischer-Tropsch-Katalysator führte jedoch nicht wie erwartet zu einem Produktgas mit einem hohen Anteil von Methan sowie zusätzlich C₂₊-Kohlenwasserstoffen. Stattdessen wurde fast ausschließlich Methan gebildet. Die Variation der Verweilzeit am cobalthaltigen Katalysatorsystem und eine längere Laufzeituntersuchung am nickelhaltigen Katalysatorsystem zeigten zudem das Auftreten einer Desaktivierung des Methanisierungskatalysators. Nach dessen vollständiger Desaktivierung wurde die Produktzusammensetzung ausschließlich durch den Fischer-Tropsch-Katalysator bestimmt. Diese Beobachtungen können folgendermaßen erklärt werden: Zu Beginn der Katalysatorlaufzeit werden die entstandenen C₂₊-Kohlenwasserstoffe mittels Hydrogenolyse am Methanisierungskatalysator zu Methan umgewandelt. Das bei der Fischer-Tropsch-Synthese gebildete Kohlenmonoxid und ein Teil des restlichen Kohlendioxids werden ebenfalls zu Methan umgesetzt. Mit fortschreitender Verweilzeit desaktiviert der Methanisierungskatalysator durch Verkoken. Die Hydrogenolyse, welche vermutlich ebenfalls an den für die Methanisierung aktiven Zentren stattfindet, kommt vollständig zum Erliegen. Die Produktzusammensetzung wird nun vollständig durch die Katalyse am Fischer-Tropsch-Katalysator dominiert. Vor diesem Hintergrund erscheint die Suche nach Methanisierungskatalysatoren, die keine Hydrogenolyse von C₂₊-Kohlenwasserstoffen bewirken, als lohnenswert.
Dual-Pivot Quicksort and Beyond: Analysis of Multiway Partitioning and Its Practical Potential
(2016)
Multiway Quicksort, i.e., partitioning the input in one step around several pivots, has received much attention since Java 7’s runtime library uses a new dual-pivot method that outperforms by far the old Quicksort implementation. The success of dual-pivot Quicksort is most likely due to more efficient usage of the memory hierarchy, which gives reason to believe that further improvements are possible with multiway Quicksort.
In this dissertation, I conduct a mathematical average-case analysis of multiway Quicksort including the important optimization to choose pivots from a sample of the input. I propose a parametric template algorithm that covers all practically relevant partitioning methods as special cases, and analyze this method in full generality. This allows me to analytically investigate in depth what effect the parameters of the generic Quicksort have on its performance. To model the memory-hierarchy costs, I also analyze the expected number of scanned elements, a measure for the amount of data transferred from memory that is known to also approximate the number of cache misses very well. The analysis unifies previous analyses of particular Quicksort variants under particular cost measures in one generic framework.
A main result is that multiway partitioning can reduce the number of scanned elements significantly, while it does not save many key comparisons; this explains why the earlier studies of multiway Quicksort did not find it promising. A highlight of this dissertation is the extension of the analysis to inputs with equal keys. I give the first analysis of Quicksort with pivot sampling and multiway partitioning on an input model with equal keys.