04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
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Item Open Access Optimierung eines Portfolios mit hydro-thermischem Kraftwerkspark im börslichen Strom- und Gasterminmarkt(2003) Bagemihl, Joachim; Voß, Alfred (Prof.-Dr.)Terminbörsen für Strom und Gas sind von grundlegender Bedeutung für die Planungsprozesse der durch das Unbundling geschaffenen Unternehmenszweige Erzeugung und Handel. Für die Kraftwerkseinsatzplanung bedeutet dies, daß nicht mehr primär die langfristige Lastprognose, sondern in zunehmendem Maße die Terminpreise der Futureskontrakte den Kraftwerkseinsatz bestimmen. Dem Stromhandel müssen zur Bewertung der Börsenprodukte hingegen die Kosten der Erzeugung im konzerneigenen Kraftwerkspark bekannt sein. Da sich aber beide Akteure wechselseitig beeinflussen, muss der Kraftwerkseinsatz gemeinsam mit dem Stromhandel ko-ordiniert werden, um zu einem gesamtwirtschaftlichen Optimum im Konzern zu gelangen. Die vorgestellte Methode zur Optimierung eines Portfolios mit hydro-thermischem Kraftwerksparks erlaubt dem Konzern die Identifizierung eines optimalen Geschäftsportfolios, in dem mit Ausnahme nicht ausgelasteter Kraftwerkskapazitäten keine offenen Positionen zu-gelassen werden. Ausgehend von einem hydro-thermischen Kraftwerkspark mit Jahresspei-cherkapazitäten für Wasser und Gas kann unter Berücksichtigung von Restriktionen, wie begrenzten Gas-/Strom-Durchleitungskapazitäten und Limits auf Handelsmengen, bei signifi-kanten Änderungen der Terminpreise die jeweils gewinnoptimale Veränderung im Portfolio identifiziert werden. Aufgrund der vielfältigen Freiheitsgrade, die ein solches hydro-thermi-sches System aufweist, ist es auf Basis des vorgestellten Verfahrens möglich, allein durch die Marktpreisbewegungen der unterschiedlichen börslich gehandelten Produkte im täglichen Handelsgeschäft, zusätzliche Margen zu erwirtschaften. Die langen Planungshorizonte, vorgegeben durch die Laufzeiten der Produkte an Termin-börsen (EEX bis 18 Monate), bedingen bei der Optimierung hohe Rechenzeiten und erfordern daher oft problemangepaßte Algorithmen wie etwa die Langrange Relaxation. Durch das Auf-treten neuer Handelsprodukte und die häufige Veränderung der Vertragsformen kann mit die-sen Algorithmen nur schwer entsprechend flexibel reagiert werden, da die Anpassung meist mit hohem Aufwand verbunden ist. Das Standardverfahren der Gemischt-Ganzzahlig-Linearen Programmierung (GGLP) bietet hier entscheidende Vorteile, da der dabei verwendete Lösungs-algorithmus Branch & Bound unabhängig von der Problemstellung angewendet werden kann. Die vorgestellte Methode basiert auf einem Dekompositionsansatz im Zeitbereich, so daß die für schnelle Reaktionszeiten nötigen Rechenzeiten von wenigen Minuten erreicht werden kön-nen. Das System zur Optimierung des Portfolios wurde mit dem Energiemanagementsystem MESAP/PROFAKO realisiert.Item Open Access Aktuelle Situation und Trends im Europäischen und Deutschen Kraftwerksmarkt(2002) Voß, AlfredMit der Liberalisierung der Strommärkte in Europa im Jahr 1998 wurde ein Prozess des Wandels und der strukturellen Veränderungen eingeleitet, der in seiner Dynamik und Reichweite nur von wenigen vorausgesehen worden ist. Der mit der Aufhebung der rechtlich geschützten Versorgungsgebiete einsetzende Preis- und Veränderungswettbewerb hat zu Strompreiseinbrüchen sowohl bei den Großhandelspreisen wie auch bei den Endkundenpreisen geführt. Nachdem der Wholesale-Strompreis mit unter 18 Euro/MWh im Jahr 1999 sein tiefstes Niveau erreicht hatte, kam es in der Folgezeit zu einem Preisanstieg, der jedoch im Wesentlichen durch das Anziehen der Preise für Steinkohle, Erdgas und Öl bedingt war. Dem auch durch neue Marktteilnehmer härter gewordenen Wettbewerb sowie dem drohenden Margenverfall und Umsatzeinbußen begegnen die traditionellen Stromanbieter durch radikale Kostensenkungsprogramme, Umorganisationen, neue Produkte und Dienstleistungen, eine neue Kundenorientierung aber auch durch Fusionen, Übernahmen und Allianzen. Mit dem angestrebten europäischen Binnenmarkt für Energie verlieren die Grenzen zu unseren Nachbarn an Bedeutung. Dies erfordert EU-weite Kategorien und Handlungsstrategien. Diese werden derzeit noch dadurch erschwert, dass die Bedingungen für die Stromerzeugung in den einzelnen Mitgliedsstaaten der EU durchaus noch unterschiedlich sind. Angefangen von den Umweltanforderungen, der steuerlichen Belastung der Unternehmen, über direkte und indirekte staatliche Interventionen zugunsten einzelner Stromerzeugungstechnologien bis hin zu der Tatsache, dass es staatliche Unternehmen gibt, die von der ungleichgewichtigen Marktöffnung profitieren. Es ist offenkundig, dass der größte Druck der Liberalisierung und Deregulierung auf der Stromerzeugung lastet, denn die Wettbewerber kommen nicht nur aus Deutschland, sondern aus ganz Europa, d.h. die eigenen Erzeugungsanlagen stehen aus Unternehmenssicht in Konkurrenz mit denen der Wettbewerber. Kostensenkungsprogramme, Kapazitätsanpassungen aber auch neue operative Prozesse wie bilateraler und börslicher Stromhandel, Risikomanagement und Beschaffungsoptimierung sollen die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit der bestehenden Kraftwerke sicherstellen. Nach der Konzentration auf die mehr kurzfristigen operativen Herausforderungen in den letzten Jahren, müssen sich die verbleibenden Akteure nun mit den längerfristigen Perspektiven, d.h. auch mit dem Zubau von Kraftwerksleistung beschäftigen, um den dauerhaften gewinnbringenden Fortbestand ihrer Unternehmen zu sichern. Auch aus dem Bereich der Elektrizitätswirtschaft häufen sich die Stimmen, die vor einem Mangel an Kraftwerksleistung und Versorgungsengpässen in Deutschland und Europa nach 2010 warnen, wenn nicht rechtzeitig ein Neubauprogramm in Angriff genommen wird.Item Open Access Experimental investigation of flow boiling of water in narrow rectangular vertical channels(2009) Sobierska, Ewelina; Groll, Manfred (Prof. Dr.-Ing. habil.)In the last century electric and electronic devices have become an integral part of our life. Simultaneously, in pursuance of people's nature, needs and demands are incessantly increasing. Consequently, the devices are becoming more convenient (by means of being smaller and lighter) and the number of their functions is rising. One of the restrictions which stop this development is the Joule effect which creates a thermal management problem. Many options to achieve successful cooling are available, ranging from very simple passive cooling to active cryogenics methods. Among those, flow boiling offers very good heat transfer performance taking advantage of the latent heat of vaporisation. During flow boiling in microchannels a liquid coolant is pumped through an array of channels which can be attached to heated surfaces. A closed loop containing an evaporator with microchannels, a micropump and a condenser can be very compact and relatively inexpensive. There are three aspects of flow boiling: flow pattern, pressure drop and heat transfer. All three and their relationship are experimentally investigated in this work with the aim to find the best heat transfer performance conditions. The experiments were carried out in three rectangular channels with hydraulic diameters below 0.5 mm. Deionised water was used as working fluid. The heat transfer and pressure drop were investigated. Additionally a visualisation of two-phase flow was done in order to obtain a better understanding of the heat transfer mechanism. The results of this work can be briefly summarized as follows: The best heat transfer performance was found at thermodynamic vapour qualities close to zero, where slug flow was usually observed. The two-phase pressure drop can be predicted by a separate flow model which is based on governing equations (mass, energy and momentum conservation laws), the Lockhart-Martinelli method and the empirical void fraction equation with constants proposed by Lockhart and Martinelli.Item Open Access Modelling of endogenous technological learning of energy technologies - an analysis with a global multi-regional energy system model(2007) Rout, Ullash Kumar; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)The modelling of energy systems, which coevolved from socio-technological interactions and their interplay with the economy, plays a key role in the development of national and international policies to solve the problem of energy poverty. The other important issues addressed by energy system modelling are change in energy infrastructure, develop energy strategies, paving pathways towards technological sustainability and predicting future energy demand. Almost all energy system models are based on optimization of the lowest energy production cost, where the total cost is contributed jointly by the energy carrier's price and the cost of the associated technology subject to technical parameters. Minimizing the investment cost associated with a given technology is extremely important to sustain the surge in energy demand of the global market. Therefore, how the model applies endogenous investment costs to forecast the future benefit associated with the current knowledge subject to uncertainty in learning rates is an important aspect of energy system modelling and analysis. The influence of uncertainties in learning rates on global learning concepts without and with a technology gap (knowledge gap and time lag) is of concern in order to identify the road map of the technologies across regions. In this modelling study, five regional global models based on TIMES have been developed (TIMES is a model generator and stands for "The Integrated MARKAL EFOM System"). The regions are defined as 25 European nations (EU25), Rest of OECD (R_OECD), Rest of Non-OECD (R_NOECD), India and China, according to the nations included inside each region and also on their economic categorisation. It is a demand driven, bottom-up and technology abundant model, where GDP, population, and traffic demands are the main drivers for the development of energy demand in the past, present and future. It is a long-term model (1990-2100) consisting of 19 periods with unequal period lengths (5, 8 and 10 years). Each year is divided into three seasons and each season is further divided into day and night, as the smallest time resolution. The entire Reference Energy System (RES) is represented in the Global TIMES G5 model by extraction; inter-regional exchange; refineries; hydrogen (H2) production; synthetic fuel production; bio-fuel production; electricity and heat production; Carbon Capture and Storage (CCS); and sector-wise energy demands of industry, commerce, residential and transport, non-energy use and finally an integrated climate module. In the extraction sector, hard coal, lignite, crude oil and natural gas are modelled in four steps with the help of default cost-potential curves. Inter-regional exchanges of ten commodities are modeled for each region inside the TIMES G5 model. The final energy demand of end-use sectors such as industry, commerce and residential are modelled by different end use technologies to satisfy the users' energy demand. Natural and artificial carbon pools are included in the modelling aspect for the abatement of CO2 or carbon concentrations in the atmosphere to reduce climate warming. Two climate stabilization scenarios of CO2emissions of 500-ppmv and 550-ppmv have been used in order to estimate the sectoral restructuring of the energy system across different regions as well as its effect on atmospheric and deep ocean layer temperature rise. The phaseout of polluting fuels and the integration of non-polluting or less polluting fuels and renewable energy sources inside the sectoral energy system predominate across all regions. Sectoral energy demand and total final energy demand decreases in individual regions. Technologies such as fuel cells, fusion technology, Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) with CO2 sequestration, Combined Cycle Gas Turbine (CCGT) with CO2 sequestration and hydrogen production with CO2 sequestration are selected in the stabilization scenarios. The CO2 emission by fossil fuels, by sectors and by regions decreases. The atmospheric temperature rises by a maximum of 2.41oC and the ocean bed temperature rises by a maximum of 0.33oC up to the year 2100. The TIMES G5 global model has been developed to test global learning processes for the effect of uncertainties on learning rates of innovative technologies, i.e., technology diffusion across world regions subject to uncertainty in LRs for three PRs has been considered on implementation of floor cost approach The global learning process considering technology gap methodologies (knowledge gap and time lag) has been developed and tested for three different progress ratios of each technology for uncertainty of the technological return. Knowledge gap represents higher specific cost of the technology for developing regions and time lag approach presents a time lag in capacity transfer to developing regions compared to developed regions. This study shows the penetration and integration of new technologies such as IGCC, CCGT, solar photovoltaic (PV), wind onshore, wind offshore and geothermal heat pumps inside the energy system of different regions. Variations result observed by the inclusion of global learning without and with technology gaps in the form of higher specific cost (knowledge gap) and time lag. IGCC technology reaches its maximum potential in all scenarios across the globe. IGCC technology is preferred in the case of global learning without knowledge gap and time lag across developing regions compared to global learning with knowledge gap. CCGT technology development in manufacturing region decreases in global learning with technology knowledge gap compared to without knowledge gap concept. Wind onshore penetrates more in EU25 and R_OECD regions and in energy systems in a global learning concept without knowledge gap. Developed regions use more learning technology in the global learning with time lag concept because of the advantage of early investment cost reduction of learning technologies contributed by developing regions. Geothermal Heat Pump (geothermal HP) penetrates more across all regions and in all scenarios as the technology is modeled for global learning without knowledge gap and time lag. Bio-gasification, solid oxide fuel cells and molten carbonate fuel cells do not enter any energy system under any scenario. It is observed that learning technology diffuses more in higher learning rates and less in lower learning rates across the regions and the globe. The development of specific costs of innovative technologies is observed differently by period for developing and developed regions in global learning with technology gap in the form of higher specific cost approach.Item Open Access Entwicklung und Anwendung eines Integrated Assessment Modellinstrumentariums für die Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland : Schlussbericht(2004) Fahl, Ulrich; Bickel, Peter; Blesl, Markus; Droste-Franke, Bert; Ellersdorfer, Ingo; Rehrl, Tobias; Remme, Uwe; Rout, Ullash Kumar; Voß, AlfredZiel des Forschungsvorhabens ist es, ein Integrated Assessment Modellinstrumentarium zu entwickeln und für die Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland im globalen und europäischen Kontext anzuwenden. Das Modellinstrumentarium setzt sich aus vier Bausteinen zusammen. Zur Beurteilung der ressourcenbezogenen Effekte der globalen wie regionalen Nachfrage nach Primärenergieträgern ist das neu entwickelte Ressourcenmodell LOPEX an das Allgemeine Gleichgewichtsmodell NEWAGE-World gekoppelt worden. Auf der Basis der mit NEWAGE ermittelten weltweiten regionalisierten Nachfragen nach Energieträgern werden mit LOPEX Produktions- und Abbaupfade sowie Preispfade für die Energieträger Erdöl, Erdgas und Steinkohle abgeschätzt. Zum anderen wird durch die Anbindung des Umwelt Wirkungsmodells EcoSense an das europäische Energiesystemmodell TIMES-ES, das Deutschland und seine Nachbarstaaten hinsichtlich der gesamten Energieflüsse von den Energiedienstleistungen bis zur Primärenergiebereitstellung und die dabei entstehenden Emissionen erfasst, eine effiziente und zuverlässige Bewertung von Emissionsminderungsstrategien unter Berücksichtigung externer Effekte und Nachhaltigkeitsindikatoren auf europäischer Ebene ermöglicht.Item Open Access Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von RERE, einem Gen mit möglicher Relevanz bei der Tumorentstehung(2001) Wärner, Thomas Michael; Pfizenmaier, Klaus (Prof.)RERE (RE repeats encoded) ist ein kürzlich beschriebenes Gen welches in der distalen Region von Chromosom 1p lokalisiert ist. Für diese genomische Region wurde durch molekularbiologische und zytogenetische Studien eine konsistente strukturelle Veränderung in verschiedenen menschlichen Tumoren nachgewiesen. Die Neuroblastom Zelllinie NGP enthält eine reziproke chromosomale Translokation/Duplikation in dieser genomischen Region. Die genomische Sequenz von RERE wurde als die den Bruchpunkt überlagernde Sequenz in der Zelllinie NGP nachgewiesen. In dieser Arbeit wurde die genomische Struktur von RERE beschrieben und die cDNA einer neuen RERE Splicevariante isoliert. In allen untersuchten humanen Geweben wurden mittels Northern blotting zwei dominante RERE-Transkripte nachgewiesen und diese als mögliche Splice Varianten identifiziert. Darüber hinaus wurde in allen untersuchten Tumorzelllinien mittels Western blotting zwei dominante Proteinbanden mit einem RERE Immunserum nachgewiesen. In 2 von 18 untersuchten Tumorzelllinien wurde zusätzlich jeweils eine kleinere dominante Proteinbande detektiert. Weiterhin konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, daß überexprimiertes RERE in PML Oncogenic Domains (PODs) lokalisiert ist und mit den pro-apoptotischen Proteinen PML, BAX und mit Mitochondrien kolokalisiert. Bei RERE transfizierten Zellen wurde durch unterschiedliche Methoden Apoptose nachgewiesen. Durch die Untersuchung verschiedener RERE Proteinfragmente (gesamtes RERE und N- oder C-terminale Deletionsmutanten von RERE) konnte die Region beschrieben werden, die eine Kolokalisierung von RERE und PODs unterstützt und nachdem sie in verschiedene Zelllinien transfiziert wurde, mit dem Nachweis von Apoptose korreliert. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben einen ersten Hinweis auf die Funktion von RERE. RERE könnte eine Verbindung zwischen PODs und der Kontrolle von Apoptose darstellen und somit eine wichtige Rolle bei der Tumorentstehung spielen.Item Open Access Immobilisierung von Haloalkan-Dehalogenasen und Prozessentwicklung der enzymatischen Produktion von optisch aktivem 2,3-Dichlor-1-propanol(2008) Samorski, Markus; Reuss, Matthias (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Für die enzymatische Dehalogenierung von 1,2,3-Trichlorpropan zu optisch aktivem 2,3-Dichlor-1-propanol wurden im Rahmen dieser Arbeit die kovalente Immobilisierung mit dem Enzymträger Eupergit modelliert, die enzymkinetische Charakterisierung der eingesetzten Haloalkan-Dehalogenasen durchgeführt, ein detailliertes Festbettreaktormodell erarbeitet, eine vollautomatisierte Versuchsanlage zur Modellvalidierung und Prozessoptimierung entworfen, gebaut und betrieben, das Langzeitaktivitätsverhalten der beiden Haloalkan-Dehalogenasen untersucht sowie eine Bewertung der eingesetzten Immobilisierungsmethoden vorgenommen. Die Eupergit-Immobilisierung von Haloalkan-Dehalogenase DhaA wurde durch ein kinetisches Modell beschrieben, das aufgrund der Abwesenheit diffusiver Limitierungen die Phänomene Inaktivierung des löslichen Enzyms und Immobilisierungsreaktion in einphasiger Weise beschreibt und einer analytischen Lösung zugänglich ist. Die experimentelle Überprüfung offenbarte eine ausreichende Vorhersagegüte des Modells. Aufgrund der stärkeren thermischen Aktivierung der Immobilisierungsreaktion gegenüber der Enzyminaktivierung führt eine Absenkung der Immobilisierungstemperatur zu sowohl geringeren Enzym-Ausbeuten als auch niedrigeren Raum-Zeit-Ausbeuten der Immobilisierung. Die Ausbeute an aktiv immobilisiertem Enzym kann durch den Einsatz hoher Eupergit-Konzentrationen gesteigert werden. Der Einfluss der Eupergit-Konzentrationen bei der Immobilisierung auf die Reaktorgröße des Syntheseprozesses konnte quantifiziert werden. Die enzymkinetische Beschreibung der Haloalkan-Dehalogenasen DhaA und DSD4, die durch eine Michaelis-Menten-Kinetik mit kompetitiver Produktinhibierung sowohl temperatur- als auch pH-abhängig vorgenommen wurde, konnte die unterschiedlichen katalytischen Eigenschaften der Enzyme offen legen. Haloalkan-Dehalogenase DhaA zeichnet sich durch eine hohe Affinität zu Substrat und Produkt der betrachteten Dehalogenierung aus (K_M(30°C, pH 9) = 1,79 mmol/l, K_I(30°C, pH 9) = 1,56 mmol/l), während das Enzym DSD4 sowohl eine geringere Substrat- als auch Produktaffinität aufweist (K_M(30°C, pH 9) = 9,96 mmol/l, K_I(30°C, pH 9) = 25,6 mmol/l). Auf Basis der kinetischen Daten konnte ein Festbettreaktor als der ideale Reaktortyp für die enzymatische Produktion von optisch aktivem 2,3-Dichlor-1-propanol identifiziert werden. Zur Beschreibung des Festbettreaktors wurde ein detailliertes Modell entwickelt, das zwei Kompartimente unterscheidet und die Phänomene Konvektion, Dispersion, Stofftransport, Diffusion, Adsorption und Reaktion berücksichtigt. Die benötigten Parameterwerte wurden teilweise experimentell bestimmt oder empirischen Korrelationen aus der wissenschaftlichen Literatur entnommen. Das zur Erzielung höherer Produktkonzentrationen erarbeitete Konzept eines Rückführungsprozesses wurde ebenfalls adäquat modelliert. Miniplant-Experimente der immobilisierten Haloalkan-Dehalogenasen DhaA und DSD4 zeigten eine gute Übereinstimmung der experimentellen Beobachtungen und den Simulationsergebnissen. Die Konzentrationsprofile im Festbettreaktor von Fließgleichgewichtsexperimenten werden in erster Linie von den enzymkinetischen Parametern bestimmt, während das dynamische Reaktorverhalten nach einer sprunghaften Änderung der Zulaufbedingungen erheblich von der Substrat- und Produktadsorption am Enzymträger abhängt. Bei den experimentellen Beobachtungen der Prozessvariante mit Rückführung wurde eine Nebenproduktbildung beobachtet, die die Prozessbeschreibung durch das Modell aufgrund zusätzlich verbrauchter Lauge erschwert. Im Falle geringer Nebenproduktbildung kann die Abweichung toleriert und die Vorhersage der zeitlichen Konzentrationsverläufe durch das Modell als ausreichend bezeichnet werden. Die erzielte Raum-Zeit-Ausbeute des Prozesses mit Rückführung entspricht in etwa der des kontinuierlich betriebenen Festbettreaktors bei gleichem Umsatz.Item Open Access Ein Verfahren zur graphentheoretischen Dekomposition und algebraischen Reduktion von komplexen Energiesystemmodellen(2002) Stuible, Achim; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)Aufgrund der Endlichkeit fossiler Rohstoffe und den momentanen CO2-Minderungszielen ist ein grundlegender Wandel in der Energiewirtschaft zu erwarten. Zur Unterstützung der notwendigen langfristigen, strategischen Energieplanung werden Energiesystemmodelle eingesetzt, die es erlauben, mit den Unsicherheiten der ökologischen und ökonomischen Entwicklung von Energiesystemen umzugehen. Simulationsmodelle verwenden dazu Verfahren, die eine Vielfachberechnung des Systems erfordern, und damit zu Rechenzeitproblemen führen. Die wichtigsten auf dem Modellbildungsschema des Referenzenergiesystems (RES) basierenden generischen Energiesystemmodelle, so auch das dieser Arbeit zugrunde gelegte Simulationsmodell PlaNet, verfügen meist über eingeschränkte Modellierungsmöglichkeiten. Aufgrund der inhärenten Komplexität großer Energiesystemmodelle ist zudem häufig eine mangelnde Transparenz der Modelle festzustellen. Zur Behebung der bisherigen Probleme wurde das Simulationsmodell PlaNet zuerst methodisch erweitert. Anschließend erfolgte die Beschleunigung der zeitreihenorientierten, quasi-dynamischen Simulation. Dazu wird in einem ersten Schritt das mathematische Modell dekomponiert. Unter Berücksichtigung der Modellstruktur wird mit Hilfe eines graphentheoretischen Verfahrens ein Lösungsreihenfolge (LRF)-Graph erzeugt, welcher die Lösungsreihenfolge der Teilgleichungssysteme vorgibt. In einem zweiten Schritt erfolgt die einmalige symbolische Lösung des Problems, was bei den üblichen Mehrfachberechnungen von Vorteil ist. Ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung der Rechenzeit ist das im dritten Schritt eingeführte Verfahren zur algebraischen Reduktion des mathematischen Modells durch die zielgerichtete Eliminierung von Gleichungen. Grundlage dafür ist die Information, welche Zielvariablen in Abhängigkeit welcher Variationsparameter berechnet werden sollen. Das reduzierte mathematische Modell hat nur noch einen Bruchteil der Größe des Originalmodells und kann damit wesentlich schneller berechnet werden, wodurch umfangreiche Variationsrechnungen selbst für sehr komplexe Energiesystemmodelle ermöglicht werden. Nach der Reduzierung der Rechenzeit erfolgt in einem vierten Schritt die Beseitigung des Flaschenhalses Datenbankzugriff durch die Umstellung des Energiesystemmodells auf eine Client/Server-Architektur, was selbst zeitkritische online-Anwendungen möglich macht. Zur Erhöhung der Transparenz bietet der LRF-Graph die Möglichkeit, Verfahren zur strukturellen und mathematischen Analyse von Energiesystemmodellen anzuwenden. Dabei erfolgt die strukturelle Analyse mit graphischer Unterstützung des in dieser Arbeit eingeführten hierarchischen RES, wogegen die mathematische Analyse die Abhängigkeit einer Variablen von verschiedenen Parametern verdeutlicht.Item Open Access Modellgestützte Entwicklung eines Prozesses für die mikrobielle Hydrolyse von Propionitril zu Ammoniumpropionat(2000) Christian, Hans Jürgen; Syldatk, Christoph (Prof. Dr. rer. nat.)Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand in der Entwicklung der Grundlagen für einen Prozeß zur mikrobiellen Hydrolyse von Propionitril zu Ammoniumpropionat. Zu Beginn der Arbeit wurde der verwendete Mikroorganismus auf seine Gattungszugehörigkeit hin untersucht und als Patentstamm Rhodococcus erythropolis DSM 13002 bei der DSMZ hinterlegt. Zur Bereitstellung einer geeigneten Menge an homogener Biomasse wurde der Stamm in einem Maßstab von 70 l im Bioreaktor kultiviert. In weiteren Untersuchungen erfolgte dann eine Optimierung des Wachstumsmediums. Die Untersuchung der nitrilverseifenden Eigenschaften ergab, daß in dem untersuchten Stamm ein Zwei-Enzym-System aus einer eisenabhängigen Nitrilhydratase und einer Amidase vorlag. Diese wurden auf ihre biochemischen Eigenschaften im Ganzzellsystem hin untersucht. Durch Immobilisierung der Zellen konnte die Toleranz des Biokatalysators gegenüber dem Substrat Propionitril deutlich verbessert und bei einer absatzweisen Prozeßführung Nitrilkonzentrationen bis über 1 M umgesetzt werden. Bei der Untersuchung des Einflusses der Immobilisierung auf die Aktivität wurde eine moderate innere und äußere Stofftransportlimitierung bestimmt. Der Biokatalysator wurde als Immobilisat in absatzweiser Prozeßführung mit konstanter Substratzugabe (Fed-batch), im kontinuierlichen Rührreaktor sowie im Festbett eingesetzt. Dabei konnten im Fed-batch Prozeß Produktkonzentrationen von bis zu 3 M Ammoniumpropionat erhalten werden. In dieser Arbeit wurde ein Reaktionsmodell für das Zwei-Enzym-System erstellt. Anschließend wurden sämtliche Modellparameter über Anfangsreaktionsraten und mittels dynamischer Simulation in Verbindung mit nichtlinearer Regression bestimmt. Eine Anwendbarkeit der reaktionskinetischen Ansätze unter dynamischen Bedingungen wurde anhand eines Fed-batch-Prozesses überprüft und eine gute Übereinstimmung der simulierten Konzentrationsverläufe mit den Meßdaten ermittelt.Item Open Access Molekulare Mechanismen der Antiöstrogenwirkung beim Mammakarzinom(2002) Buck, Miriam; Pfizenmaier, Klaus (Prof. Dr.)Antiöstrogene haben sich als sehr effektiv in der Behandlung hormon-responsiver Mammakarzinome erwiesen. Im Verlauf der Therapie kommt es jedoch in der Regel zu einem Verlust der anithormonellen Wirkung. Die an der Entstehung der Antihormonresistenz beteiligten Mechanismen sind weitgehend ungeklärt. Ein entscheidender Schritt zur Aufklärung der antihormonellen Wirkung war die Beobachtung, dass die Behandlung hormonsensitiver Mammakarzinomzellen zu einer Aktivierung des inhibitorischen Wachstumsfaktors TGFb führt. Am Modell-System hormon-sensitiver MCF-7 Mammakarzinomzellen wurde im Rahmen dieser Arbeit die Beteiligung des TGFb-Systems an der Wirkung des nicht-steroidalen, partiellen Antiöstrogens 4-Hydroxytamoxifen und des steroidalen, reinen Antiöstrogens ICI 182.780 untersucht. Die Ergebnisse sollen zum besseren Verständnis der Interaktionen zwischen Hormonen und Wachstumsfaktoren und den damit im Zusammenhang stehenden Mechanismen der Antiöstrogenresistenz beitragen. Im Mittelpunkt des ersten Teils der Arbeit stand die antiöstrogene Regulation des TGFb-Systems. Untersucht wurde die Expression der Liganden TGFb1 und TGFb2, der Rezeptoren TbRI und TbRII und von Smad7. Zur genauen Quantifizierung der mRNA-Expression dieser Gene wurden spezifische LightCycler RT-PCRs etabliert. Es konnte gezeigt werden, dass nicht nur TGFb2 sondern auch TbRII einer antihormonellen Regulation unterliegt. Die Stärke der Induktion beider Gene korrelierte mit der wachstumsinhibitorischen Wirkung der Antiöstrogene. Smad7 wurde nur schwach durch Antiöstrogen induziert, TGFb1 und TbRI gar nicht. Im zweiten Teil der Arbeit wurde versucht Aufschluss darüber zu erhalten, welche Zweige des komplexen TGFb Signaltransduktionssystems an der antiöstrogenen Wirkung beteiligt sind. Als Endpunkt wurde u.a. die Aktivierung TGFb-sensitiver Promotoren untersucht. Das Reporterplasmid p3TP-lux wurde durch Antiöstrogene ca. 2fach stärker aktiviert als durch TGFb. Über Koexpression dominant-negativer TGFb-Rezeptoren und dominant-negativer Smad4-Proteine konnte gezeigt werden, dass die anitöstrogene Aktivierung von p3TP-lux TGFb vermittelt ist und über den Smad-Signaltransduktionsweg verläuft. Obwohl das steroidale Antiöstrogen ICI 182.780 einen deutlich stärkeren Effekt auf das TGFb-System hat als das partielle Antiöstrogen 4-Hydroxytamoxifen, war die Aktivierung von p3TP-lux durch beide Antiöstrogene annähernd gleich stark. Für eine vollständige Aktivierung von p3TP-lux ist eine Kooperation zwischen einem TGFb aktivierten Smad-Komplex und c-Jun/c-fos notwendig. Die Induktion von c-fos wird jedoch durch steroidale Antiöstrogene blockiert und kommt daher als Ursache der geringen Induktion von p3TP-lux durch ICI 182.780 in Frage. Da TGFb seine Wirkung neben dem Smad-Signaltransduktionsweg auch über MAP-Kinase-Wege entfalten kann, wurde mit Hilfe spezifischer pharmakologischer Inhibitoren die Beteiligung des MEK/Erk- und des p38-MAP-Kinase-Weges an der antihormonellen Wachstumsinhibition untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der p38-Weg über die Induktion von TGFb2 und TbRII an der antihormonellen Wachstumsinhibition beteiligt ist. Zusammenfassend wurde im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass Antiöstrogene verschiedene Gene des TGFb-Signaltransduktionssystems differenziell regulieren. Die Untersuchungen zur Beteiligung der TGFb-Signaltransduktionswege an der antihormonellen Wirkung weisen darauf hin, dass diese differenzielle Regulation, durch die spezifische Aktivierung einiger TGFb-Signaltransduktionswege (Smad, p38) und gleichzeitige Inhibition anderer (MEK/Erk) erreicht wird. Da die Signaltransduktionswege in unterschiedlichem Ausmaß zur Aktivierung der verschiedenen Promotoren beitragen, kommt es unter Antiöstrogeneinfluss zu einer Modifizierung des TGFb induzierten Genexpressionsmusters und der spezifisch antiöstrogenen Wirkung.