@phdthesis{Poppitz2022,
  author    = {Poppitz, Hanka},
  title     = {Untersuchungen zur Alteration von R{\"u}ckstandshalden der Kaliindustrie im Werratal},
  doi       = {10.25972/OPUS-25380},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-253802},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Im Zuge der Aufbereitung von Kalirohsalzen fallen weltweit feste R{\"u}ckst{\"a}nde an, die auf Großhalden entsorgt werden. Die Aufhaldung und die von den R{\"u}ckstandshalden ausgehenden Umweltauswirkungen unterliegen in Deutschland der Kontrolle durch die zust{\"a}ndigen Bergbeh{\"o}rden. Um die Emissionen besser quantifizieren zu k{\"o}nnen und die Eignung technischer Minderungsmaßnahmen zu beurteilen, erfolgte im Rahmen der Genehmigungsverfahren zur Erweiterung der R{\"u}ckstandshalden an den Standorten Hattorf und Wintershall die Erkundung des Haldenk{\"o}rpers durch Bohrungen mit Fokus auf die darin ablaufenden Str{\"o}mungsprozesse. Eine Modellvorstellung zur Zonierung der Halde im Hinblick auf Str{\"o}mungsprozesse war zun{\"a}chst anhand von Haldenbohrungen am Standort Hattorf entwickelt worden. Das Ziel dieser Arbeit war, mittels der Bohrergebnisse einer weiteren Haldenbohrung am Standort Wintershall die {\"U}bertragbarkeit der zuvor in Hattorf gefundenen Gegebenheiten zu {\"u}berpr{\"u}fen und den Kenntnisstand zu Str{\"o}mungs- und Alterationsprozessen innerhalb der Halde zu verbessern. Im Zuge der Haldenbohrungen erfolgten bohrbegleitende Untersuchungen (Abflussmessungen, Kamerabefahrungen, geophysikalische und geohydraulische Untersuchungen), und an dem Bohrkernmaterial und den Haldenl{\"o}sungen wurde ein umfangreiches Laboruntersuchungsprogramm ausgef{\"u}hrt, das chemische und mineralogische Analysen sowie Untersuchungen der physikalischen und hydraulischen Eigenschaften des R{\"u}ckstands umfasste. Zus{\"a}tzlich wurden erg{\"a}nzende Gef{\"u}geuntersuchungen (D{\"u}nnschliffuntersuchungen am Rasterelektronen-Mikroskop und exemplarische CT-Untersuchungen) an Probenmaterial der Halde Hattorf durchgef{\"u}hrt, um mittels visueller Untersuchungen insbesondere die Rolle {\"u}bersch{\"u}tteter ehemaliger Haldenoberfl{\"a}chen f{\"u}r das Str{\"o}mungsgeschehen im Haldenk{\"o}rper zu erkunden. Unter Ber{\"u}cksichtigung aller Ergebnisse wurden die Str{\"o}mungs- und Alterationsprozesse im R{\"u}ckstand beschrieben. Die maßgebliche Erkenntnis im Hinblick auf das Str{\"o}mungsgeschehen im Haldenk{\"o}rper ist, dass in dessen Porenraum keine S{\"a}ttigung besteht und dieser in allen Bereichen mit einem Gemisch aus L{\"o}sung und Luft gef{\"u}llt ist, so dass die Gesetzm{\"a}ßigkeiten der Zweiphasenstr{\"o}mung maßgeblich sind. Die bislang zur Bewertung von Str{\"o}mungsprozessen {\"u}blichen Durchl{\"a}ssigkeitsbeiwerte sind damit ungeeignet, da sie f{\"u}r ges{\"a}ttigte Bereiche gelten. {\"U}bereinstimmend wurde mit einer Reihe von Ergebnissen belegt, dass die Str{\"o}mungsprozesse im Haldenk{\"o}rper an bevorzugte Wegsamkeiten gebunden sind, bei denen es sich ausweislich der Gef{\"u}geuntersuchungen um ein System miteinander verbundenen Sekund{\"a}rporen handelt. Der R{\"u}ckstand ist zu charakterisieren als ein Nebeneinander aus diesen Wegsamkeiten und unbeeinflussten, aggregierten Bereichen. Des Weiteren wurde gezeigt, dass der Niederschlagseinfluss zur Teufe hin abnimmt, und es wurden Kriterien zum Nachweis von Niederschlagsunbeeinflussten Bereichen formuliert. Die Arbeit hat damit auch gezeigt, dass die Modellvorstellung, welche die Halde in eine f{\"u}r die Str{\"o}mungsprozesse maßgebliche Haldenmantelzone, eine gering durchl{\"a}ssige Kernzone und eine dazwischen befindliche {\"U}bergangszone mit gradueller {\"A}nderung der Eigenschaften unterteilt, grunds{\"a}tzlich auch auf den Standort Wintershall {\"u}bertragbar ist. Das Modell des Haldenk{\"o}rpers wurde weiter detailliert und zus{\"a}tzliche Kriterien zur Verortung der einzelnen Zonen im Haldenk{\"o}rper abgeleitet. Insbesondere wurde im Haldenmantelbereich eine charakteristische Randzone ausgehalten, welche im Ergebnis einer intensiven Durchstr{\"o}mung mit un- bzw. teilges{\"a}ttigten L{\"o}sungen selektiv an Wertstoff-Restgehalten abgereichert ist. Sie 2 wird von den unterlagernden reaktiven Zonen durch die L{\"o}sungsfronten f{\"u}r Kalium und Magnesium abgegrenzt. Aufbauend auf der erweiterten Modellvorstellung wurde die Zonierung f{\"u}r die Haldenbohrung am Standort Wintershall abgeleitet. Besonderes Augenmerk galt im Rahmen aller Untersuchungen der Wirkung von {\"u}bersch{\"u}tteten ehemaligen Haldenoberfl{\"a}chen, die als Sch{\"u}ttfl{\"a}chen bezeichnet werden. Es zeigte sich anhand der Untersuchungen, dass die Relevanz von Sch{\"u}ttfl{\"a}chen f{\"u}r das Str{\"o}mungsgeschehen abh{\"a}ngig von der Sch{\"u}tthistorie ist, und dass diese, selbst wenn sie aktiv am Str{\"o}mungsgeschehen teilnehmen, die Gegebenheiten im Haldenk{\"o}rper nur lokal {\"u}berpr{\"a}gen. Das Ziel der Aufstellung eines Modells zu Str{\"o}mungsprozessen im Haldenk{\"o}rper besteht in der Beurteilung der von diesen Halden ausgehenden Umweltauswirkungen. Dar{\"u}ber hinaus dienen die Erkenntnisse der Einsch{\"a}tzung der Wirksamkeit der bereits ergriffenen bzw. noch zu ergreifenden Schutz- und Emissionsminderungsmaßnahmen sowie der Planung zuk{\"u}nftiger Maßnahmen zur Wiedernutzbarmachung der Tagesoberfl{\"a}che und zur Erstellung von Prognosen. In diesem Sinne wurden aus den Ergebnissen der Arbeit abschließend Empfehlungen f{\"u}r technische Konzepte und den Haldenbetrieb abgeleitet.},
  subject      = {Kaliindustrie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bach2017,
  author    = {Bach, Tobias},
  title     = {Electromechanical interactions in lithium-ion batteries: Aging effects and analytical use},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-153325},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {In the first part of his work, the causes for the sudden degradation of useable capacity of lithium-ion cells have been studied by means of complementary methods such as computed tomography, Post-Mortem studies and electrochemical analyses. The results obtained point unanimously to heterogeneous aging as a key-factor for the sudden degradation of cell capacity, which in turn is triggered by differences in local compression. At high states of health, the capacity fade rate is moderate but some areas of the graphite electrode degrade faster than others. Still, the localized changes are hardly noticeable on cell level due to averaging effects. Lithium plating occurs first in unevenly compressed areas, creating patterns visible to the human eye. As lithium plating leads to rapid consumption of active lithium, a sudden drop in capacity is observed on cell level. Lithium plating appears to spread out from the initial areas over the whole graphite electrode, quickly consuming the remaining useful lithium and active graphite. It can be hypothesized that a self-amplifying circle of reciprocal acceleration of local lithium loss and material loss causes rapid local degradation. Battery cell designers can improve cycle life by homogeneous pressure distribution in the cell and using negative active materials that are resilient to elevated discharge potentials such as improved carbons or lithium titanate. Also, a sufficiently oversized negative electrode and suitable electrolyte additives can help to avoid lithium plating. When packs are designed, care must be taken not to exert local pressure on parts of cells and to avoid both very high and low states of charge. In the second part of this dissertation the resilience of cylindrical and pouchbag cells to shocks and different vibrations was investigated. Stresses inflicted by vibration and shock tests according to the widely recognized UN38.3 transport test were compared to a long-time test that exposed cells to a 186 days long ordeal of sine sweep vibrations with a profile based on real-world applications. All cells passed visual and electric inspection performed by TU M{\"u}nchen after the vibration tests. Only cylindrical cells subjected to long-term vibrations in axial direction showed an increase in impedance and a loss of capacity that could be recuperated in part. The detailed analyses presented in this thesis gave more details on the damages inflicted by vibrations and shocks and revealed drastic damages in some cases. In cylindrical cells, only movement in axial direction caused damage. Long term vibrations were found to be especially detrimental. No damage whatsoever could be detected for pouch cells, regardless of the test protocol and the direction of movement. The extreme resilience of pouchbag cells shows that the electrode stack of lithium-ion cells is resistant to vibrations, and that damages are caused by design imperfections that can be improved at low cost. The findings of this work, and the general state of research show that it is most crucial to control the lithiation and thus potential of the graphite electrode. In the last part of this work, a new, direct method for charge estimation based on changing transmission is presented. A correlation between transmission of short ultrasonic pulses and state of charge is found. This new technology allows direct measurement of the state of charge. The method is demonstrated for batteries with different positive active materials, showing its versatility. As the observed changes can be traced to the lithiation of graphite, it can be determined without a reference electrode. Already at this early stage of development, the found correlations allow estimation of state of charge. The present hysteresis in the signal height of the slow wave, which is unneglectable especially during discharging at higher currents, will be subject to further investigation. The observed effects can be explained by effects on different length scales. Biot's theory explains the second wave's slowness based on the active material particles size in the range of 0.01 mm and electrolyte-filled pores. Lithiation of graphite changes the porosity of the electrode and thereby the velocity and wavelength of the impulse. When the wavelength approaches the length scale of the layers, 0.1 mm, scattering effects dampen the transmitted signal. Finally, the wavelength of the pulse should be shorter than the transducers diameter to obtain a homogeneous wave front. To conclude, the new method allows the control of each individual cell in a pack independent from the electrical connections of the cells. As the method shows great promise, further studies regarding factors such as long-term behavior, temperature and current rates should be conducted. In this thesis hysteresis was observed and a deeper understanding of the reasons behind it may allow further improvements of measurement precision.},
  subject      = {Lithium-Ionen-Akkumulator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Makiol2014,
  author    = {Makiol, Christian},
  title     = {Die Rolle der durch NADPH-Oxidasen produzierten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) in der Pathophysiologie von Hypertonie und Alterung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-109901},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Reaktive Sauerstoffradikale spielen eine große Rolle bei der Entstehung von Karzinomen, im Alterungsprozess und bei kardiovaskul{\"a}ren Erkrankungen (Valko et al., 2007). Solche Sauerstoffradikale k{\"o}nnen unter anderem durch die NADPH-Oxidase gebildet werden (Finkel and Holbrook, 2000). Ziel der Arbeit war es, die Rolle von ROS im Alterungsprozess und bei Bluthochdruck aufzuzeigen. Daf{\"u}r wurden zwei Tiermodelle, eines mit einer geringen ROS-Konzentration und eines mit einer hohen ROS-Konzentration, verwendet. Zum einen handelt es sich um ein p47-Knockout-Mausmodell f{\"u}r die geringere ROS-Konzentration, im Vergleich zu alten und jungen Wildtyp-Tieren. F{\"u}r die Rolle von ROS bei der Alterung wurden junge mit alten Wildtyp-Tieren verglichen. Um die Rolle der NOX2 in den ROS-Spiegeln der Organe zu ermitteln wurden gleichaltrige Wildtyp- mit p47-Knockout-Tieren verglichen. Zum anderen nutzten wir ein ren2-Tiermodell f{\"u}r die hohe ROS-Konzentration. Hierbei handelt es sich um ein Bluthochdruckmodell, in dem der Blutdruck mit Medikamenten normalisiert werden kann. Die Tiere wurden daher mit Ramipril (ACE-Inhibitor), Apocynin (NADPH-Oxidase-Inhibitor) und Tempol (Radikalf{\"a}nger) behandelt. Als Maß f{\"u}r die ROS-Konzentration wurden die Superoxidionenspiegel mithilfe einer Dihydroethidium-F{\"a}rbung ermittelt. Die DNA-Doppelstrangbr{\"u}che wurden mit einer γH2AX-Antik{\"o}rper-F{\"a}rbung nachgewiesen und die Expression von Sirtuin1 und Hsp70, welche als Anti-Aging Proteine bekannt sind, mittels Western Blot bestimmt.},
  subject      = {Reaktive Sauerstoffspezies},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Benisch2011,
  author    = {Benisch, Peggy},
  title     = {Molekulare Analysen zur Knochenregeneration im Alter und bei Osteoporose},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-64701},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Mesenchymale Stammzellen (MSC) stellen die Grundlage der Knochenformation dar, indem sie als multipotente Zellen in viele, f{\"u}r die Knochenhom{\"o}ostase ben{\"o}tigte Zelltypen differenzieren k{\"o}nnen, wie z.B. Osteoblasten. W{\"a}hrend der Alterung des Menschen kommt es zu einem Ungleichgewicht zwischen Knochenaufbau und Knochenabbau, resultierend in einer verringerten Knochenmasse. Noch ist unklar, ob MSC an dem verminderten Knochenaufbau direkt beteiligt sind, indem sie z.B.im Laufe der Zeit Funktionsst{\"o}rungen akkumulieren oder in die Seneszenz eintreten, und somit nicht mehr als Stammzellpool f{\"u}r die Osteoblastendifferenzierung zur Verf{\"u}gung stehen. In der vorliegenden Arbeit wurde das Genexpressionsmuster gealterter Zellen mittels Mikroarray-Analysen untersucht, um die Alters-bedingten Ver{\"a}nderungen detektieren zu k{\"o}nnen. Hierf{\"u}r wurde ein in-vitro-Alterungsmodell von humanen MSC (hMSC) etabliert, um die seneszenten Zellen mit hMSC fr{\"u}her Kultivierungspassagen zu vergleichen. Auch Zellen aus Spendern hohen Alters wurden untersucht, um einen Vergleich zwischen ex-vivo- und in-vitro-gealterten hMSC anstellen zu k{\"o}nnen. Da Osteoporose eine polygenetische Erkrankung des gealterten Knochens darstellt, wurden auch mit hMSC aus Osteoporose-Patienten Genexpressionsanalysen durchgef{\"u}hrt. Die Mikroarray-Analysen und anschließende systembiologische Auswertung zeigten, dass in-vitro-gealterte, seneszente hMSC starke Ver{\"a}nderungen im Transkriptom aufweisen, die auf Defizite in der Proliferation, Differenzierungskapazit{\"a}t und Migration schließen lassen. Neben bekannten Markern f{\"u}r replikative Seneszenz konnten in hMSC auch neue detektiert werden, wie z.B. HELLS, POU5F1 (OCT4) und FGFR2, deren Expression mit der Seneszenz abnimmt, oder CDH1 und PSG5, deren Expression zunimmt. Gene f{\"u}r Akute-Phase-SAA wurden stark erh{\"o}ht exprimiert vorgefunden. Bei der funktionellen Charakterisierung konnte jedoch gezeigt werden, dass SAA1 und SAA1 durch Stress induziert werden, der der Seneszenz vorausgeht, und dass sie die Mineralisierung bei der osteogenen Differenzierung von hMSC f{\"o}rdern. Akute-Phase-SAA k{\"o}nnten somit eine Verbindung zwischen Alterung bzw. Inflammation und extra-skelettaler Verkalkung darstellen, die im Alter h{\"a}ufig auftritt, z.B. in Form von Arteriosklerose. In-vivo-gealterte hMSC wiesen ebenfalls Defizite im Expressionsmuster von Proliferations- und Migrations- relevanten Genen auf. Des Weiteren konnten nur wenige Gemeinsamkeiten zwischen in-vivo-gealterten hMSC und in-vitro-gealterten hMSC festgestellt werden. Dies l{\"a}sst vermuten, dass die in-vivo-Alterung nicht zwangsl{\"a}ufig zu seneszenten Stammzellen f{\"u}hrt, da Alterung eines Organismus ein multizellul{\"a}rer Prozess ist, der durch viele Faktoren beeinflusst wird, wie z.B. Akkumulation von Mutationen und Krebsabwehr. Auch osteoporotische hMSC wiesen Ver{\"a}nderungen im Genexpressionsmuster auf, die mit den Daten zur in-vivo-Alterung verglichen wurden, um die rein Alters-assoziierten {\"A}nderungen herausfiltern zu k{\"o}nnen. Die {\"u}brig gebliebenen Gene repr{\"a}sentierten Ver{\"a}nderungen allein aufgrund der Krankheit. Osteoporose bewirkte somit distinkte Genexpressions-{\"a}nderungen in hMSC, die auf F{\"o}rderung der Osteoklastogenese und Defizite in Proliferation, Migration und Differenzierungskapazit{\"a}t schließen lassen. Es konnten vielversprechende Kandidaten-gene f{\"u}r osteoporotische hMSC gefunden werden. Die pr{\"a}mature Expression des WNT-Inhibitors SOST (Sclerostin) und die {\"U}berexpression des BMP-Signalweg-Inhibitors MAB21L2 deuten auf eine Autoinhibition der Stammzellen hin, die letztlich die gest{\"o}rte Knochenformation bei Alters-assoziierter Osteoporose begr{\"u}nden k{\"o}nnte. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass intrinsische Defizite von Stammzellen an der Pathophysiologie von Alterung und Osteoporose beteiligt sind. Sie er{\"o}ffnet tiefgreifende Einblicke in die systembiologischen Ver{\"a}nderungen in Stammzellen aufgrund von Alterung oder Osteoporose, und setzt somit einen soliden Grundstein f{\"u}r weiterf{\"u}hrende Analysen.},
  subject      = {Osteoporose},
  language  = {de}
}