Open Access

Reliable information processing is an indispensable task in Smart City environments. Heterogeneous sensor infrastructures of individual information providers and data portal vendors tend to offer a hardly revisable information quality. This paper proposes a correlation model-based monitoring approach to evaluate the plausibility of smart city data sources. The model is based on spatial, temporal, and domain dependent correlations between individual data sources. A set of freely available datasets is used to evaluate the monitoring component and show the challenges of different spatial and temporal resolutions.

Pregnancy loss is the most common complication in pregnancy. Yet those who experience it can find it challenging to disclose this loss and feelings associated with it, and to seek support for psychological and physical recovery. We describe our process for interleaving interviews, theoretical development, speculative design, and prototyping Not Alone to explore the design space for online disclosures and support seeking in the pregnancy loss context. Interviews with 27 women who had experienced pregnancy loss resulted in theoretical concepts such as “network-level reciprocal disclosure” (NLRD). We discuss how interview findings informed the design of the Not Alone prototype, a mobile application aimed at enabling disclosure and social support exchange among those with pregnancy loss experience. The Not Alone prototype embodies concepts that facilitate NLRD: perceptions of homophily, anonymity levels, and selfdisclosure by talking about one’s experience and engaging with others’ disclosures. In future work, we will use Not Alone as a technology probe for exploring NLRD as a design principle.

In agriculture, the growing usage of sensors, smart mobile machinery and information systems results in high volumes of data. The data differs in accuracy, frequency, volume, type and, most importantly, owner of the information. However, cooperative processes and big data analyses require access to comprehensive amounts of data for successful agricultural operation and reasoning. In some processes instructed contractors even gather data belonging to other owners and use it for machinery operation optimisation and accounting (e.g. yield in maize harvest). Today’s approach of data handling has a high potential to conflict with European and national regulations for data protection and privacy. This article presents a concept for continuous data protection and privacy in cooperative agricultural processes. The concept aims at ensuring data sovereignty for the owner while making as much data usable for process operation and big data research at the same time. Briefly explained, owners pick a collection of data and create usage licenses for other players. The licenses specify time-limited and / or position-bound access to the data collection. Privacy environments in soft- and / or hardware protect access rights on end user devices, data share hubs and machinery devices such as agricultural terminals. In addition to access right configurations, digital signatures prevent data manipulation when cooperative players capture data during processes. Socalled signature boxes represent certificated soft- or hardware components, which are located close at data sources (e.g. as hardware attached to sensors on mobile machinery) and bind the data captured with digital signatures.

Management of agricultural processes is often troubled by disconnections and data transfer failures. Limited cellular network coverage may prevent information exchange between mobile process participants. The research projects KOMOBAR and ISOCom designed, implemented und field-tested a delay tolerant platform for robust communication in rural areas and challenging environments. An adaptable combination of infrastructure-based cellular networks and infrastructure-free multihop ad hoc communication (WLAN) leads to a variety of new communication opportunities. Temporal storage and forwarding of data on mobile farm machinery as well as dynamic platform configurations during process runtime strongly enhance reliability and robustness of data transfers.

Aufgrund der zunehmenden Überdüngung landwirtschaftlicher Flächen durch Wirtschaftsdünger und Gärreste aus Biogasanlagen wird eine ökonomische und ökologische Vollaufbereitungstechnik zur Separation der Nährstoffe und zur Gewinnung von Prozesswasser aus Gärresten und Güllen benötigt. Das Vollaufbereitungsverfahren zur Düngemittelrückgewinnung durch mehrstufige Fest-/ Flüssigtrennung und Membrantechnik könnte diese Anforderungen durch eine intensive Optimierung der Ultrafiltrationsstufe erfüllen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Reduktion des Energiebedarfes der Ultrafiltrationsstufe um 50 %, da diese Prozessstufe ca. 50 – 70 % des Gesamtenergiebedarfes ausmacht. Damit wäre ein wirtschaftliches Vollaufbereitungsverfahren flächendeckend einsetzbar. Für die Optimierung der Ultrafiltrationsstufe wurden Gärreste aus 19 Biogasanlagen in einem Stichprobenumfang von 42 Proben auf ihre physikalisch/chemischen Parameter und insbesondere das separierte Zentrat auf dessen Filtrierbarkeit in einer UF-Rührzelle untersucht. Im Allgemeinen zeigte sich eine hohe Schwankungsbreite der erzielbaren Permeatflüsse. Funktionelle Zusammenhänge wurden zwischen den organischen Inhaltsstoffen, der scheinbaren Viskosität der Zentrate und dem Ultrafiltrationsfluss gefunden. Gärrestzentrate weisen ein Nicht-Newtonsches rheologisches Fließverhalten auf. Hauptsächlich Biopolymere, darunter Polysaccharide und Proteine, sind sowohl für die erzielbare Flussleistung, als auch für das rheologische Verhalten relevant. Modifikation und Verringerung dieser kritischen Biopolymerfraktion bieten damit einen möglichen Optimierungsansatz, der in der Arbeit durch Ozonierung und Komplexbildung durch pH-Wert-Verschiebung realisiert wurde. Die Optimierung der Ultrafiltration wurde in drei verschiedenen Maßstäben untersucht: Labor-, Technikums- und Pilotmaßstab. Die Ozonierung zeigte dabei positive Eigenschaften in Bezug auf Flussverbesserungen und Abbau der Strukturviskosität. Durch die Modifikation und Verkleinerung der Biopolymere wurde in allen drei Maßstäben eine Flussverbesserung um den Faktor 1,4 – 2,3 erzielt. Durch die Ansäuerung der Zentrate zu pH-Werten unterhalb der isoelektrischen Punkte der Proteine wurde eine Komplexbildung der Biopolymere erreicht, die bisher nur für Modellsysteme in der Literatur dargestellt wurde. Durch die Vergrößerung der Partikel um den Faktor 7 – 17 bei der Komplexierung wurde in allen drei Versuchsmaßstäben eine Verbesserung der Flussleistung um ca. Faktor 2 erzielt. Die Temperaturerhöhung wurde in Rohrmodulen im Technikums- und Pilotmaßstab untersucht. Dabei zeigte sich bei einer Temperaturerhöhung von 40 – 45 °C auf 60 – 75 °C eine Verbesserung der Flussleistung um den Faktor 1,4, die auf die sinkende Permeatviskosität und eine verbesserte Deckschichtkontrolle zurückgeführt wurde. Die Kombination aus Ozonierung und hoher Prozesstemperatur zeigte synergetische Ergebnisse, da sowohl durch die hohe Prozesstemperatur, als auch durch die Ozonierung die Zentratviskosität herabgesetzt wurde. Dadurch wurde die Reynoldszahl im Rohrmodul erhöht, was einen positiven Einfluss auf die Filtrierbarkeit zeigte. Durch die erhöhte Reynoldszahl bestand die Möglichkeit, die Strömungsgeschwindigkeit im Ultrafiltrationsloop zu verringern, was einen wesentlichen Einfluss auf den Energiebedarf der Ultrafiltrationsstufe hat. Im Rahmen der Untersuchungen wurde eine sehr gute Übertragbarkeit zwischen den Ergebnissen der verschiedenen Maßstäbe festgestellt. Die Ergebnisse des Labormaßstabes erlauben eine Vorhersage der Membranflüsse auf großtechnische Ultrafiltrationsanlagen. Trotz der hohen Diversität der beprobten Anlagen ermöglichten die Ergebnisse aufgrund des hohen Stichprobenumfanges mathematische Zusammenhänge zwischen den Biopolymeren und der temperaturabhängigen scheinbaren und temperaturabhängigen Viskosität von Gärrestzentraten. Bei der energetischen Bilanzierung der Ultrafiltrationsanlage wurden an beiden Standorten in Summe sechs Verfahrensmodifikationen gefunden, die eine Reduktion des Energiebedarfes um ≥ 50 % ermöglichen. Diese Projektzielstellung wurde durch eine hohe Prozesstemperatur bei gleichzeitig reduzierter Überströmungsgeschwindigkeit, Ozonierung bei gleichzeitig hoher Prozesstemperatur und durch die Ansäuerung erreicht. Der niedrigste Energiebedarf wurde durch die Ozonierung bei gleichzeitig hoher Prozesstemperatur und reduzierter Überströmungsgeschwindigkeit erreicht. Der Energiebedarf wurde bei dieser Verfahrensmodifikation um 54 – 59 % reduziert. In einer abschließenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung einer 50000 t∙a-1 Anlage an einem deutschen Standort wurde durch die KWK geförderte Wärmenutzung der wirtschaftlichste Fall für eine hohe Prozesstemperatur bei gleichzeitig reduzierter Überströmungsgeschwindigkeit festgestellt. Die spezifischen Gesamtkosten des volltechnischen Verfahrens wurden von 8 – 8,50 € pro Kubikmeter aufbereitetem Gärrest auf 5 – 5,50 € um 33,5 – 37,8 % reduziert. Nach Angaben der kooperierenden Firma ist damit ein wirtschaftlicher Anlagenbetrieb möglich.