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  • Publication
    A Hardware/Software Framework for the Integration of FPGA-based Accelerators into Cloud Computing Infrastructures
    ( 2020)
    Steinert, F.
    ;
    Kreowsky, P.
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    Wisotzky, E.L.
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    Unger, C.
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    Stabernack, B.
    The need for high computing power has increased enormously in recent years, particularly in the field of image signal processing and machine learning applications, very powerful computing systems are required. It has been shown that homogeneous architectures in data centers work very inefficiently regarding these special applications, showing high latency of the response times and providing a very poor power efficiency. In order to integrate FPGA (Field Programming Gate Array)- as well as GPU-based accelerators into cloud computing infrastructures as compute nodes we present a generic hardware/software framework for using heterogeneous computing systems. A real industrial image processing application shows the acceleration achieved.
  • Publication
    Experimental analysis of the gate-leakage-induced failure mechanism in GaN HEMTs
    ( 2016)
    Unger, C.
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    Mocanu, M.
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    Pfost, M.
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    Waltereit, P.
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    Reiner, R.
    This work investigates the electro-thermal behavior and failure mechanism of a 600V depletion-mode GaN HEMT by experimental analysis and numerical thermal simulations. For this device, the positive temperature coefficient of the draingate leakage current can lead to the formation of hot spots. This localized thermal runaway which ultimately results in a breakdown of the inherent drain-gate junction is found to be the dominant cause of failure.
  • Publication
    Catalytic Tar Reforming in Biomass-Derived Synthesis Gas - Overview of Catalytic Tests Results and Economic Aspects
    ( 2015)
    Bock, S.
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    Hamel, C.
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    Kaluza, S.
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    Schulzke, T.
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    Unger, C.
    Though there is a general agreement that gasification of biomass poses a very good option in substituting fossil resources e.g. for producing natural gas or chemicals, it still remains very difficult to establish biomass gasification on a large scale. This can also be contributed to the remaining issues concerning the gas cleaning in general and the removal of the so called tars in particular. Catalytic tar reforming is very promising especially when considering the overall efficiency when properly employed in the process. But the economic impact on the gasification in unclear. In this contribution it was shown that the application of catalytic tar removal can be cost effective even when expensive catalysts are used. Tests of different precious metal (PM) based catalysts in H2S containing synthetic syngas show good results for aromatic tar removal. Additionally, long-term tests were performed comparing the precious metal catalysts with a commercially available nickel based catalyst under space velocities, realistic for large scale systems. An economic assessment was conducted showing that the overall impact on tar removal is quite low for catalytic tar removal as well as for the oil based scrubbing technology OLGA.
  • Publication
    Development and application of three-dimensional skin equivalents for the investigation of percutaneous worm invasion
    ( 2015)
    Jannasch, M.
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    Groeber, F.
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    Brattig, N.W.
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    Unger, C.
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    Walles, H.
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    Hansmann, J.
    Investigation of percutaneous helminth infection is generally based on animal models or excised skin. As desirable replacement of animal experiments, tissue-engineered skin equivalents have recently been applied in microbial and viral in vitro infection models. In the present study, the applicability of tissue-engineered skin equivalents for the investigation of percutaneous helminth invasion was evaluated. Epidermal and a full-thickness skin equivalents that suit the requirements for helminth invasion studies were developed. Quantitative invasion assays were performed with the skin-invading larvae of the helminths Strongyloides ratti and Schistosoma mansoni. Both skin equivalents provided a physical barrier to larval invasion of the nematode S. ratti, while these larvae could invade and permeate a cell-free collagen scaffold and ex vivo epidermis. In contrast, the epidermal and full-thickness skin equivalents exhibited a human host-specific susceptibility to larvae of trematode S. mansoni, which could well penetrate. Invasion of S. mansoni in cell-free collagen scaffold was lowest for all experimental conditions. Thus, reconstructed epidermis and full-thickness skin equivalents confirmed a high degree of accordance to native tissue. Additionally, not only tailless schistosomula but also cercariae could permeate the skin equivalents, and thus, delayed tail loss hypothesis was supported. The present study indicates that the limitations in predictive infection test systems for human-pathogenic invading helminths can be overcome by tissue-engineered in vitro skin equivalents allowing a substitution of the human skin for analysis of the interaction between parasites and their hosts' tissues. This novel tissue-engineered technology accomplishes the endeavor to save animal lives.
  • Publication
    SNG und LPG aus biogenen Reststoffen - Technische Machbarkeit und Verwertungspotenzial
    ( 2013) ;
    Brandenbusch, Christoph
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    Breitkreuz, Klaas
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    Camara, H.
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    Chahid, S.
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    Fastabend, A.
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    Hiebel, M.
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    Jandewerth, M.
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    Juricev-Spiric, M.
    ;
    Kraft, A.
    ;
    Krzanowski, M.
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    Menne, A.
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    Rüther, F.
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    Schieferstein, E.
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    Stiel, F.
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    Unger, C.
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    Urban, W.
    Dass sich biogene fett- und ölbasierte Reststoffe und Koppelprodukte durch katalytisches Cracken an Aktivkohlen und anderen porösen Katalysatoren bei Normaldruck in gasförmige Kohlenwasserstoffgemische umwandeln lassen, ist bekannt. In diesem Vorhaben werden jedoch erstmals systematische Untersuchungen dazu vorgelegt, diese Gasprodukte als Wertstoffe gezielt zu erzeugen. Erste experimentelle Ergebnisse zur Herstellung von Erdgassubstitut ("Substitute Natural Gas" - SNG) und Flüssiggas ("Liquified Petroleum Gas" - LPG) werden dabei durch eine Prozesssimulation ergänzt. Mit diesem Verfahren lassen sich nennenswerte Mengen gasförmiger n-Alkane gewinnen. Für die wichtigsten Gasbestandteile konnten Absatzpotenziale im Erdgas- und Flüssiggasmarkt, insbesondere als LPG-Beimischung zu Biomethan zur Herstellung von 100 % biobasiertem SNG für die Einspeisung ins Erdgasnetz, aufgezeigt werden. Weitere Absatzpotenziale liegen in der Verwendung im Kraftstoffbereich (Flüssiggasfahrzeuge). Dennoch wird eine wirtschaftliche Umsetzung des Verfahrenskonzeptes nur in der gleichzeitigen Wertschöpfung aus den Flüssigprodukten möglich sein. Die Verwendung zeolithischer Katalysatoren führt im Gasprodukt vornehmlich zu Ethen und Propen; bei den Flüssigprodukten sind hier teils Alkene, teils alkylierte Benzole vorherrschend. Rohstoffseitig konnten verschiedenste fettsäurehaltige Einsatzstoffe wie Fettsäurerückstände aus der chemisch-physikalischen Vorklärung eines Ölpflanzenverarbeiters, Havariefette aus der Ölpfl anzenverarbeitung, Altfett aus der Gastronomie und lebensmittelverarbeitenden Industrie oder Jatropha Curcas-Öl sowie Algenöl als Co-Feed erfolgreich eingesetzt werden. Dabei wurden an Aktivkohle bis zu 47 % energetischer Ausbeute für den organischen Anteil am Gasprodukt (OGP) erzielt. Geeignete Reaktortemperaturen für die gezielte Wertschöpfung aus der Flüssigphase lagen bei 475-500 °C. Untersuchungen zum Einfluss der Porenstruktur auf die katalytische Aktivität von Aktivkohle beim katalytischen Cracken weisen darauf hin, dass hier insbesondere die Mikroporen und kleinen Mesoporen (Poren mit 0,2-3,4 nm Radius) zum Beschleunigen der gewünschten Reaktionsverläufe notwendig sind. Gegenüber fossilen Produkten können bis zu 97 % an Treibhausgasemissionen bei der Erzeugung von 30 Gew.% Propan und 70 Gew.-% Diesel/Benzin eingespart werden.
  • Publication
    Screening von biogenen Abfallsubstanzen zur Umwandlung in Benzin- und Dieselkraftstoffe durch katalytisches Cracken
    ( 2013) ; ;
    Camara, Harouna
    ;
    Chahid, S.
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    Fastabend, A.
    ;
    Hiebel, M.
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    Juricev-Spiric, M.
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    Kraft, A.
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    Meller, K.
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    Krzanowski, M.
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    Menne, A.
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    Stiel, F.
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    Unger, C.
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    Würth, J.
    Reststoffe und Koppelprodukte biobasierter Öle und Fette lassen sich mittels katalytischen Crackens an Aktivkohle zu flüssigen Treibstoffkomponenten umsetzen, die aus fossilen Diesel- und Benzinkraftstoffen bekannt sind. Dies zeigt das Projekt "CRACKEN" in zwei verschiedenen Maßstäben auf. Geeignete Einsatzstoffe sind beispielsweise Havarie- und Dekanterfette aus der Ölpflanzenverarbeitung, Altfette aus der Gastronomie und Lebensmittel verarbeitenden Industrie sowie Produktionsrückstände aus der Fettsäureherstellung. Hier konnten massenbezogen bis zu 68 % und energiegehaltbezogen bis zu 80 % Ausbeute erzielt werden. Eine Potenzialstudie weist Abscheiderinhalte, Altspeisefette, ranzig gewordene Öl- und Fettrestmengen sowie Sludge Oil als Reststoff aus der Palmölherstellung als technisch und wirtschaftlich geeignetste Einsatzstoffe für das katalytische Cracken aus. Es konnte gezeigt werden, dass sich gasaktivierte Aktivkohle durch Reaktivierung mit Wasserdampf als Katalysator für das untersuchte Verfahren zurückgewinnen lässt. Dabei konnten insbesondere im Bereich der für das katalytische Cracken besonders wichtigen Mikroporen teils Kenngrößen erzielt werden, welche diejenigen der Ausgangs-Aktivkohle noch übertreffen. Für gemischtes Altfett und Havariefett als Substrat konnten die im Labormaßstab entwickelten Rezepturen erfolgreich in den Technikumsmaßstab umgesetzt werden. Zur Abschätzung der Klimawirkungen des Verfahrens wurde das erzeugte Flüssigprodukt mit einer Mischung aus fossilem Diesel- und Otto-Kraftstoff verglichen, welche der Produktzusammensetzung des katalytischen Crackens entspricht. Unter der Voraussetzung vollständiger anlageninterner Stoffnutzung und Energieintegration lassen sich Treibhausgaseinsparungen durch das Verfahren von bis zu 84 g CO2-Äquivalenten/MJProdukt ausweisen. Das entspricht einer Reduktion von bis zu 99 % gegenüber fossilen Kraftstoffen.
  • Publication
    Experimental and theoretical investigation on fs-laser-induced nanostructure formation on thin gold films
    ( 2012)
    Wortmann, D.
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    Koch, J.
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    Reininghaus, M.
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    Unger, C.
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    Hulverscheidt, C.
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    Ivanov, D.
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    Chichkov, B.N.
    In this paper, the authors report on the formation of nanobumps and nanojets on thin gold films, induced by single fs-laser pulse irradiation. Experimental results on the structure size and shape depending on the pulse energy and the pulse duration are presented. For the first time, the process of short laser pulse nanostructuring on thin metal films was modeled by molecular dynamic simulations on the scale directly accessible in the experiments. Additionally, pump-probe experiments were performed for in-situ visualization of the structure formation.
  • Publication
    New catalysts for energy carriers from biomass-based synthesis gas
    ( 2012) ;
    Jänisch, Thorsten
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    Marzi, T.
    ;
    Schulzke, T.
    ;
    Unger, C.
  • Publication
    Comparative tests of catalysts for reforming of tars and methane in biomass-derived synthesis gas from fluidized bed gasification
    ( 2012)
    Hamel, Chrisitan
    ;
    ; ;
    Unger, C.
    Several different commercially-available and recently-developed catalysts were tested for the reforming of model tar compounds and methane in a simulated producer gas from allothermal biomass gasification in a laboratory scale test rig at Fraunhofer UMSICHT. Monolith and bulk catalysts were compared with respect to their conversion performance in a synthetic syngas in a first project step without typical poisoning substances like e.g. sulfur. Precious-metal catalysts were able to almost completely remove aromatic compounds even at 800 °C and very short residence times over 5 hours of test time. If similar conversion rates can be reached for the upcoming tests in the presence of sulfur as well, the catalysts would be applicable for allothermal gasification systems. The best of the nickel ca talysts also showed high conversion levels for both methane and aromatics, but could not totally convert all tar components. One catalyst doped with a promoting compound specifically converted the tar components without showing high activity towards methane. Some first results of the influence of added H2S as the major sulfur component in the gas are also reported here as part of detailed investigations for the most promising catalysts.
  • Publication
    New products made of synthesis gas derived from biomass
    ( 2010)
    Girod, K.
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    Schulzke, T.
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    Marzi, T.
    ;
    Unger, C.
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    Zeidler-Fandrich, B.