Nachhaltigkeit & Ressourceneffizienz

Profilbild Ulrichs
Lebenswissenschaftliche Fakultät
Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften

Urbane Ökophysiologie

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Expertise

Prof. Ulrichs ist Experte für pflanzliche Ökophysiologie mit dem Fokus auf Pflanzen im urbanen Raum. Untersucht werden Prozesse, die das pflanzliche Wachstum bestimmen, wie beispielsweise Stressbelastungen im urbanen Umfeld. Die Schwerpunkte seiner Forschung liegen in der Analyse des Sekundärmetabolit-Haushaltes (einschl. dessen ernährungsphysiologischer Funktion), der Stoffallokation, den Konkurrenzmechanismen und der Insekt-Pflanze-Interaktionen. Prof. Ulrichs befasst sich ebenfalls mit der Qualitätssicherung in der Nahrungsmittelversorgungskette von gartenbaulichen Produkten, unter besonderer Berücksichtigung leicht verderblicher Obst- und Gemüseerzeugnisse der gemäßigten Breiten sowie tropisch/subtropischer Herkunft. Auch forscht Prof. Ulrichs im Bereich der Vermehrungstechnologie für Baumschulen. Die Erarbeitung pharmazeutischer und ernährungsspezifischer Nutzungsmöglichkeiten heimischer Gehölzarten gehört ebenfalls zu Prof. Ulrichs Expertise.

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • molekulare Methoden: Verschiedene, stressphysiologische Untersuchungen an Gehölzen im urbanen Bereich, selektive Merkmalsprüfungen, In-vitro-Vermehrungsverfahren, Herstellung von künstlichem Saat-/Pflanzengut
  • analytische Messmethoden: HPLC, GC/MS und PAS
  • Spurengasanalytik
Referenzen
  • Deutscher Spezialchemie-Konzern: Entwicklung nanostrukturierter Pflanzenschutzmittel
  • H. Lorberg Baumschulerzeugnisse GmbH & Co. KG: Selektion klimatoleranter Alleebäume
  • Bein GmbH: Entwicklung von elektrostatischen Applikationsverfahren für nano-strukturierte Elemente
  • Bayer Crop Science: Biosensoren für den Nachweis von Pflanzenviren
  • XEROFLOR: Entwicklung von Vegetationsträgern gegen Bodenerosion in den Alpen
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Profilbild Schröder
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Geographisches Institut

Geomorphologie / Bodengeographie / Quartärforschung

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Expertise

Prof. Schröder und sein Team beschäftigen sich u.a. mit der zerstörungsfreien Methode der Röntgenpulverdiffraktometrie zur Identifikation von Mineralien. Die Pulverproben können anschließend mit anderen Methoden untersucht werden. Die Methode ist inhaltlich eng mit der Mineralogie und Kristallographie verknüpft. Sie kommt insbesondere in der Materialforschung und im Feld der Baustoffkunde zum Einsatz. Das Team ist bestrebt, die Röntgenpulverdiffraktometrie auch in Weiter-, Erwachsenenbildung, Lehr- und Lernansätzen zu integrieren. Folgende Stoffe eignen sich für die Röntgenpulverdiffraktometrie: Baustoffe, Beton, Mörtel, Zement, Grob- und Feinkeramik, Gesteine, Erze, Sedimente, Aschen, Staub, Filter- und Verbrennungsrückstände. Mögliche Anwendungsfelder der Methode sind: tonmineralogische Untersuchungen (Bodenkunde – Landwirtschaft), archäometrische Untersuchungen (historische Farben, Bronze-Patina und archäologische Keramik), Identifikation von unbekannten kristallinen Substanzen (Fingerprinting), Identifikation kristalliner Phasen, qualitative und halbquantitative Analyse von Mixturen, Isomorphismen, Polymorphismen, Unterscheidung zwischen amorphen und kristallinen Zuständen, Aussagen über Kristallisationszustand und Korngrößen. Die Analyse wird an Pulver an der Matrix < 32 µm und an Texturpräparaten an der Matrix < 2 µm durchgeführt.

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • Diffraktometer „XRD 3003 Theta/Theta“ der Firma Seifert mit der Kupferanode
  • Qualitative Gesamtmineralanalyse und halbquantitative Phasenanalyse mittels Rietveld-Methode
  • Spektrometer „iCAP 6000“ der Firma Thermo Scientific
  • Multielement-Analyse
  • Elementbestimmung durch ICP-OES nach DIN 38406-22
  • Bestimmung des Glühverlustes nach Schlichting
  • Bestimmung des pH-Wertes, des Carbonatgehaltes, des Gehaltes an oxalatlöslichem Eisen und des Wassergehaltes nach DIN 19683-4 im Boden
  • Bestimmung der Austauschkapazität des Bodens und austauschbaren Kationen nach DIN 19684-8
  • Bestimmung der Korngrößenzusammensetzung durch Siebung nach DIN 19683-1, nach Vorbehandlung mit Natriumpyrophosphat nach DIN 19683-1 und mittels Laserbeugung
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Profilbild Scheuermann
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Institut für Informatik

Technische Informatik

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Expertise

Mit seinem Team am Lehrstuhl für Technische Informatik erforscht Prof. Scheuermann Technologien für anwendungsspezifische Kommunikations- und Computersysteme, die effizient, sicher und zuverlässig arbeiten. Das reicht vom Entwurf spezialisierter Kommunikationsprotokolle und Digitalschaltkreise bis hin zu Fragen von Online-Anonymität und technischem Datenschutz. Prof. Scheuermann entwickelt beispielsweise maßgeschneiderte Spezialschaltkreise für Firewalls, damit diese innerhalb von Nanosekunden darüber entscheiden können, welche Kommunikation gefährlich erscheint und welche zugelassen werden soll. Ebenfalls werden am Lehrstuhl Laststeuerungsmechanismen für Internet-Anonymitätssysteme entwickelt, die z.B. politischen Aktivisten in totalitären Regimen das Umgehen von Internetzensurmaßnahmen ermöglichen. Prof. Scheuermann entwirft auch datenschutzkonforme Algorithmen zur Datenerfassung, die detaillierte Statistiken über Zugriffe auf einen Internetdienst zusammentragen, aber gleichzeitig keine Rückschlüsse auf einzelne Nutzer zulassen.
Darüber hinaus vernetzt er Werkzeugmaschinen in Fabriken drahtlos, um Fertigungsprozesse zu optimieren. Für Verbesserungen in der Lagerlogistik werden Werte unterschiedlicher Sensoren verarbeitet und zusammengeführt. Auch die Vernetzung zwischen Autos ist Teil seines Forschungsbereichs. Prof. Scheuermann möchte Autos so miteinander kommunizieren lassen, dass sie sich über die bestmögliche Nutzung des Straßennetzes abstimmen. Für diese Anwendungsbereiche sind maßgeschneiderte Lösungen für Kommunikationsprotokolle oder Schaltkreise notwendig. Die Herausforderungen liegen dabei immer in den Besonderheiten des jeweiligen Anwendungsfeldes: In einigen Fällen muss die Kommunikation besonders schnell und zuverlässig erfolgen, an anderer Stelle ist ein Datenaustausch aufgrund technischer Grenzen nur eingeschränkt möglich und muss in der Anwendung dennoch gut funktionieren. Ferner ist es möglich, dass IT-Sicherheitsanforderungen auch in neuartigen Anwendungsgebieten berücksichtigt werden, in denen bisherige Standardansätze versagen und Innovation gefragt ist. Die Übermittlung von Daten kann eine Herausforderung sein, wenn diese aufgrund von Datenschutzbeschränkungen oder dem Wunsch nach Nutzeranonymität nicht uneingeschränkt möglich ist, während zugleich Kommunikationsanforderungen erfüllt werden müssen. In all diesen Fällen ist es wichtig, über die üblichen Lösungsansätze hinaus das Gesamtsystem in den Blick zu nehmen, statt nur einzelner Komponenten. Diese Systemperspektive zeichnet den Lehrstuhl für Technische Informatik und seine Projekte aus.

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • Umfangreiche Erfahrung in der analytischen, simulativen und experimentellen Untersuchung von Netzwerkprotokollen und von digitalen Schaltkreisen
  • Umfangreich ausgestattetes Netzwerklabor, um verschiedenste Szenarien und Netzwerktopologien realitätsnah nachzubilden (dort können drahtgebundene und drahtlose Kommunikationsprotokolle in unterschiedlichsten Szenarien experimentell erprobt werden)
  • Werkstätten und Labors für den Entwurf und die Erprobung von anwendungsspezifischen Digitalschaltkreisen, insbesondere auf FPGA-Basis
Referenzen
  • Für einen großen deutschen Automobilhersteller wurden anwendungsspezifische Kommunikationsprotokolle für den Datenaustausch zwischen Automobilen entwickelt und analytisch und simulativ untersucht
  • Für einen Finanzdienstleister wurde die Sicherheit seiner IT- und Kommunikationsinfrastruktur evaluiert
  • Gemeinsam mit einem Anbieter für IT-Sicherheits-Lösungen werden spezialisierte Prozessoren für hardwareunterstützte Firewalls entwickelt
  • Mit einem jungen Startup wurde eine sichere System- und Kommunikationsarchitektur für hochgradig verteilte Smart-City-Anwendungen entwickelt
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Profilbild Kümmerle
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Geographisches Institut

Biogeographie

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Expertise

Prof. Kümmerles Arbeitsgruppe untersucht, wie sich Landnutzungsänderungen auf Umwelt und Gesellschaften auswirken, z.B. durch tropische Entwaldung, die Aufgabe von Agrarland oder durch die Intensivierung der Landwirtschaft. Dies beinhaltet die Erforschung der Raummuster und Triebkräfte von Änderungen in der Landnutzung sowie deren Konsequenzen auf Ökosystemleistungen (z.B. Kohlenstoffspeicherung oder Nahrungsproduktion) und auf die Artenvielfalt. Dabei stehen die Erforschung und die Lösung von Zielkonflikten zwischen Ressourcennutzung und Naturschutz im Mittelpunkt von Prof. Kümmerles Arbeit. Seine Forschung soll Wissen und Datensätze von hohem praktischem Wert für die Landschafts- und Naturschutzplanung generieren. Regionale Schwerpunkte der Arbeit von Prof. Kümmerle liegen in Europa, der ehemaligen Sowjetunion sowie in Lateinamerika.

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • Eingesetzt werden aktuelle Methoden zur Analyse und Modellierung von Umweltdaten: räumliche Ökologie, Geoinformationsverarbeitung, Umweltfernerkundung, Naturschutzplanung, Wildbiologie, Ökonometrie, Geostatistik
  • Ausstattung zur Erhebung von Primardaten für große Arbeitsgebiete
  • Server-und Dateninfrastruktur zur Durchführung von rechenaufwändigen Projekten mit sehr großen Datensätzen
Referenzen
  • Verschiedene Projekte mit Umweltschutzorganisationen
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Profilbild Hostert
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Geographisches Institut

Geomatik

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Expertise

Prof. Hostert forscht an modernen Verfahren der digitalen Satellitenbildauswertung. Im Fokus stehen dabei Fragen des globalen Wandels, insbesondere der Landbedeckung und Landnutzung. Um Veränderungen auf der Erdoberfläche zu analysieren bedient er sich Methoden des maschinellen Lernens, Big Data, Zeitreihenanalysen, hyperspektralen und multisensorischen Konzepten sowie Multiskalaranalysen. Ein besonderer methodischer Fokus ist die hyperspektrale Bildverarbeitung und abbildende Spektroskopie, die vor allem in der Arbeit für das Environmental Mapping and Analysis Program (EnMAP) zum Einsatz kommt. Anwendung findet Prof. Hosterts Forschung bei Auswertungen zu REDD+, Kartierung und Monitoring von Agrarflächen und Forstland, sowie zu Fragen der Landnutzungsintensivierung oder des Stadtwachstums. Regionale Expertise besteht in Südamerika (insbes. Brasilien: Amazonien / Cerrado), Südostasien (Indonesien, Laos, Vietnam), China und Europa (einschl. Osteuropa und der europäische Teil Russlands, sowie im mediterranen Raum).

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • Zwei ASD Labore und Feld Spektrometer (350-2500nm)
  • Zwei LAI-Meter (Leaf Area Index Analyse)
  • SPAD Chlorophyll-Meter
Referenzen
  • Für das BMWi-geförderte EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program): Vorbereitung von Satellitenmission durch ein Analysetool basierend auf IDL, R und Python
  • Vorsitzender des Aufsichtsrates der alta4 Geoinformatik AG, Trier (2007-2011)
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Profilbild Grimm
Lebenswissenschaftliche Fakultät
Institut für Biologie

Pflanzenphysiologie

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Expertise

Prof. Grimm forscht mit seiner Arbeitsgruppe vor allem zum Thema der Regulation der Tetrapyrrolbiosynthese und der Photosynthese. Ebenso beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit der Regulation des pflanzlichen Saccharose-Transports. Mit anderen Arbeitsgruppen der molekularen Pflanzenwissenschaften vereint die Pflanzenphysiologie das Interesse an der Erforschung der einzigartigen Leistungen und Funktionen pflanzlicher Zellen, wie z.B. der intrazellulären Kommunikation zwischen dem Zellkern und den beiden Organellen, Chloroplast und Mitochondrium. In Prof. Grimms Forschung werden insbesondere diverse experimentelle Methoden aus den Bereichen Biochemie, Genetik, Molekularbiologie und Zellbiologie in Forschung und der Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses eingesetzt.

Wissenschaftliche Dienstleistungen

Die AG stellt alle erforderlichen Geräte und Instrumentarien für Pflanzenwachstum und molekulare Genetik sowie biochemische und physiologische Arbeiten bereit:

  • S1 Gewächshaus
  • Wachstumskammern für Arabidopsis
  • Radionuklid-Labor
  • HPLC mit Diodenarray- und Fluoreszenzdetektor
  • FPLC
  • Fluoreszenzspektrometer
  • Mikrotiter-Platten-Reader (mit Fluoreszenzdetektor)
  • UV/Vis Photometer
  • PAM-2000 Fluorometer
  • LI-COR Photosynthese-Gerät
  • Fluoreszenzmikroskop
  • Ultrazentrifugen und Hochgeschwindigkeitszentrifugen inkl. Rotoren
  • Reinraumbänke
  • Inkubatoren zur Vermehrung von genetisch modifizierten Bakterien und Hefen
  • diverse PCR-Maschinen, u.a. Microplate Reader und PCR Light-Cycler
  • Konfokales Laser Scanning Mikroskop (CLSM)
Referenzen
  • Ölmühlen: Pigmente in Rapsöl
  • Lebensmittelkonzern: Nacherntebehandlung und Lagerung von Blattgemüse
  • Pharmakonzern: Vitaminsynthese und -gehalte in Pflanzen
Patente

EP 20163425.0 (angemeldet 03/2020)

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Profilbild Dobbek
Lebenswissenschaftliche Fakultät
Institut für Biologie

Strukturbiologie / Biochemie

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Expertise

Prof. Dobbek untersucht die biochemischen Grundlagen des Wachstums von Bakterien auf Substraten wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, sowie den umweltverschmutzenden aromatischen Substanzen. Ein spezieller Fokus liegt auf der funktionellen und strukturellen Untersuchung von metallhaltigen Enzymen, die unreaktive Moleküle in Abwesenheit von Sauerstoff umsetzen und es Bakterien ermöglichen unter scheinbar lebensfeindlichen Bedingungen zu wachsen. Ziel ist die Entwicklung neuer (Bio-)Katalysatoren zur energieeffizienten Umsetzung von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, sowie die Generierung von neuen Enzymen für den biologischen Abbau von mensch- und umweltschädigenden Substanzen.

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • Herstellung von Proteinen unter oxischen und anoxischen Bedingungen (FPLC- und HPLC-Verfahren)
  • Roboterunterstützte Proteinkristallisation unter Standardbedingungen und in Abwesenheit von Sauerstoff (Glovebox-Techniken)
  • Kristallographische Strukturanalyse von Proteinen
  • Allgemeine Methoden der strukturellen Bioinformatik
  • Methoden zur Untersuchung enzymatischer Prozesse, z.B. schnelle Mischmethoden (stopped-flow Spektroskopie unter oxischen und anoxischen Bedingungen), Analytik mittels HPLC, GC-MS, UV/Vis- und Fluoreszenz
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Profilbild Schwalbe
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Institut für Chemie

Metallorganische Chemie und Photokatalyse

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Expertise

Dr. Schwalbe untersucht mit seiner Arbeitsgruppe die Aktivierung kleiner Moleküle an Metallkomplexen. Dabei stehen zum einen elektrokatalytische und zum anderen photokatalytische Untersuchungen im Vordergrund. Mit Hilfe erneuerbarer Energien, bevorzugt die direkte Nutzung von Sonnenlicht, sollen formal unreaktive Moleküle wie CO2, O2 oder H2O energieeffizient in Wertprodukte umgewandelt werden. Die Synthese der Metallkomplexe steht zwar im Vordergrund, aber nach der umfassenden chemischen, strukturellen und physikalischen Charakterisierung der Verbindungen werden insbesondere deren katalytische Eigenschaften untersucht. Ein Schwerpunkt seiner Arbeit liegt in der lichtgetriebenen Reduktion von CO2 zu CO oder HCO2H, wobei er den Einfluss verschiedener Parameter (wie z. B. den Wassergehalt des Lösungsmittels, der verwendete Photosensibilisator oder der Anregungswellenlänge) auf die Produktselektivität untersucht. Weiterhin wird die Entwicklung von Katalysatoren für die homogene sowie heterogene Wasseroxidation bzw. Sauerstoffreduktion verfolgt. Hierzu betrachtet Dr. Schwalbe einerseits die Fixierung von molekularen Systemen an Elektrodenoberflächen, andererseits die direkte Einbindung von monomeren Baueinheiten in polymere Netzwerke. Mit seiner Forschung trägt er zur Herstellung vielversprechender Katalysatorsysteme (und Farbstoffe) bei, welche dann z.B. in Brennstoffzellen oder Photoreaktoren eingesetzt werden können.

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • Geräte zur Charakterisierung von organischen und metallorganischen Verbindungen (u.a. NMR-Spektrometer, Maldi- und ESI-Massenspektrometer, UV/Vis- und Fluoreszenz-­Spektroskopie, Gaschromatographie und Röntgenkristallstrukturanalyse)
  • Techniken und Ausstattung für Arbeiten unter inerten Bedingungen (z.B. „Glovebox“-Technik)
  • Grundausstattung zur Bestimmung elektrochemischer Eigenschaften von molekularen Systemen
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Profilbild Schneider
© Falk Weiß
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Geographisches Institut

Klimageographie

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Expertise

Das Team von Christoph Schneider beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Klima und Klimawandel im Bereich der Stadtklimatologie und im Bereich der Kryosphäre (alles was mit Schnee und Eis verbunden ist). Seine Expertise umfasst das Downscaling von meteorologischen bzw. klimatischen Daten für Anwendungen in hoher räumlicher Auflösung, z.B. in der Stadt- und Bauplanung, und auch für die Analyse potentieller Auswirkungen von Klimawandel auf der Ebene von Stadtteilen oder Städten. Ebenso finden solche numerischen und empirisch-statistischen Verfahren Anwendung in der Projektion zukünftiger Wasserressourcen in vergletscherten Wassereinzugsgebieten in Hochgebirgen weltweit. Daraus ergeben sich auch Anwendungen bezüglich der zukünftigen Ausprägung der Schneeverhältnisse in Gebirgen, was besonders für Fragestellungen zu den Aussichten für den Wintersporttourismus von Bedeutung ist. In beiden Arbeitsfeldern, der Stadtklimatologie und der Kryosphärenforschung, werden neben theoretischen Ansätzen der Modellierung und des Downscalings, so wie oben ausgeführt, auch Messverfahren und Datenerfassung für relevante atmosphärische Größen für die Erarbeitung von Expertisen durchgeführt.

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • Automatische Wetterstationen
  • Turbulenzmessstationen
  • Erfassung von Feinstaub und Ultrafeinstaub
  • mobile Sensortechnik für meteorologische Parameter
Referenzen
  • Potential- und Machbarkeitsstudie für großskalige Solarenergieerzeugung im Auftrag einer großen deutschen Solarfirma für die Iberische Halbinsel und Nordafrika
  • Studie zur Projektion der Auswirkungen des Klimawandels auf den Wintersport in deutschen Mittelgebirgen als Studie für den Deutschen Skiverband und als BMBF-Projekt
  • Stadtklimaanalysen für Bauvorhaben im Auftrag der Stadt Aachen
  • Klimawandelanpassungkonzepte für Städte in Nordrheinwestfalen
  • Kommunikationskonzept für das Umweltbundesamt (UBA) „Messung von Luftschadstoffen mit einfachen Sensoren: Bestimmung und Kommunikation von Möglichkeiten und Grenzen“
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Profilbild Schmidt
Lebenswissenschaftliche Fakultät
Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften

Biosystemtechnik

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Expertise

Die Biosystemtechnik arbeitet an der Schnittstelle zwischen Ingenieurwissenschaften und biologischen Produktionsprozessen. Prof. Schmidt und seine Arbeitsgruppe entwickeln ingenieurtechnische Lösungen für eine nachhaltige Produktion von pflanzlichen Agrarprodukten und Technologien für eine sichere und saubere Umwelt. Es entstehen Innovationen im Pflanzenbau in Gewächshäusern, Freiland und anderen intensiven Pflanzenproduktionssystemen. Im Fokus liegen alternative Energieversorgungskonzepte (Niedrigenergiegewächshäuser) und geschlossene Stoffkreisläufe für den intensiven Pflanzenbau (Wasserhygiene, Sensorik und Algorithmen für die vollautomatische Nährlösungsversorgung von Pflanzen in geschlossenen Kreisläufen). Zentrale Arbeitsschwerpunkte sind die Sensorentwicklung bei der Gasanalytik und Klimamesstechnik sowie die Entwicklung von Software für die Entscheidungsunterstützung in Automationssystemen. Es werden energetische Bewertungen von Produktionsanlagen oder Teilsystemen vorgenommen und Prozessanalysen erstellt.

Wissenschaftliche Dienstleistungen
  • Versuchsgewächshäuser mit Energie- und Stoffstromanalytik, CO2-Anreicherung, Kunstlicht und Fogsystemen
  • Pflanzenmonitore für die Dauermessung von Fotosynthese, Transpiration, Gewebetemperaturen, Stomataleitwerten, Klimamesstechnik, Gasanalytik (CO2, Ethylen), Bodenfeuchtesensoren
  • Frei programmierbares Automatisierungssystem für die Klima- und Prozesssteuerung in Gewächshäusern
Referenzen
  • G.F. Schreinzer Positronik, Steinbeis GmbH & Co. KG: Entwicklung eines Automatisierungssystems für Gewächshäuser auf der Basis von Messinformationen von Pflanzen (Phytocontrol)
  • Steinbeis GmbH & Co. KG: Nationales Verbundprojekt „Zukunftsinitiative Niederigenergiegewächshaus“ (ZINEG)
  • Pronova Analysentechnik GmbH & Co. KG: Entwicklung ionenselektiver Sensoren zur kontinuierlichen Erfassung von Ionenanteilen in zirkulierenden Nährlösungsversorgungssystemen; Entwicklung eines Messgerätes zur Analyse phytometrischer Reaktionen an Pflanzen
  • newtec Umwelt­technik GmbH: Entwicklung eines rezirkulierenden Bewässerungssystems mit vermindertem phytosanitärem Risiko in Gewächshäusern
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