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In zahlreichen, sowohl wissenschaftlichen als auch politischen Veröffentlichungen, wird die "Energiewende" als Transformationsprojekt eingeordnet. Zweifelsohne birgt eine Umstellung auf ein erneuerbares Energiesystem transformative Potenziale. Die Bedeutungsbestimmung von "Energiewende" oder auch Transformation bleibt in Politik und Forschung aber häufig unklar. Um dem zu begegnen, wird in der vorliegenden Studie die Bedeutung von "Energiewende", wie sie im Bundestag verhandelt wird, untersucht. Darauf aufbauend wird analysiert, ob und inwiefern die „Energiewende“ einem Anspruch als Transformationsprojekt gerecht werden kann, bzw. wie sich die Wirkrichtung der mit "Energiewende" verbundenen Politiken im Spannungsfeld beharrend – reformistisch – transformativ verorten lässt. Die besondere gesellschaftliche Bedeutung der Bundestags-Debatten um "Energiewende" leitet sich diskurstheoretisch unter anderem aus der ihnen zukommenden "Schaufensterfunktion" ab, wonach die Debatten strategisch auf eine außerparlamentarische Öffentlichkeit ausgerichtet sind. Hinzu kommt, dass sich der hier stattfindende Diskurs, bspw. in Gesetzen, unmittelbar materialisiert. Als Startpunkt der Untersuchung wird der Beginn der rot-grünen Regierungszeit gewählt (1998), da diese – u.a. wegen der Verabschiedung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) und dem politischen Beschluss zum Atomausstieg – in besonderer Weise mit der "Energiewende" in Verbindung gebracht wird. Als Endpunkt dient die letzte vollständige Wahlperiode zum Zeitpunkt der Untersuchung. Die Diskursanalyse bezieht sich demnach auf die Bundestagsdebatten zur "Energiewende" zwischen der 14. und 18. Legislaturperiode (1998-2017). Das methodische Innovationspotenzial der Arbeit liegt insbesondere in der Verbindung aus einem Verfahren quantitativer, computerbasierter Diskursanalyse mit einer qualitativen Analyse. Als Ergebnis der Verknüpfung von Transformations- und Diskurstheorie wird ein methodisch komplexes Forschungsdesign präsentiert, das sich neben der Analyse des "Energiewende"-Diskurses auf weitere Bereiche der politischen Transformationsforschung übertragen lässt.
Die Kulturlandschaft im Alpenraum war in den letzten Jahrzehnten einem besonders starken Strukturwandel ausgesetzt. Als Region mit einem hohen Anteil an Grenzertragsstandorten lassen sich hier zwei gegenläufige Entwicklungen feststellen: zum einen findet eine Intensivierung der Landnutzung in Bereichen mit guter Zugänglichkeit und maschineller Nutzbarkeit statt, zum anderen kommt es häufig zu einem Rückgang der Nutzungsintensität oder Nutzungsaufgabe in Bereichen, in denen die landwirtschaftliche Bearbeitung schwierig ist. Die Auswirkungen auf die Biodiversität werden bei beiden Entwicklungen kritisch gesehen. Allerdings mangelt es an detaillierten Untersuchungen. Im Rahmen eines sechsjährigen Forschungsvorhabens wurden auf einer Weidefläche in den Allgäuer Alpen Laufkäfer, Spinnen und Vegetation untersucht. Auf der Fläche fand zu Beginn der Untersuchung eine Nutzungsänderung statt: ein großer Teil der vormals intensiv von Schafen beweideten Fläche wurde auf extensive Rinderbeweidung umgestellt. Kleine Teilflächen wurden aus der Nutzung genommen. Der Fokus dieser Dissertation liegt in den Untersuchungen der Laufkäfer. Hier wurde zunächst ein Erfassungsschema für Laufkäfer in schwer erreichbaren Gebieten der Alpen erarbeitet, um intensive und mehrjährige Untersuchungen logistisch durchführen zu können. Dabei wurden die Ergebnisse der Laufkäfererfassung über die gesamte Vegetationsperiode mit den Ergebnissen einer reduzierten Erhebung verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass eine Beprobung über jeweils zwei Wochen Anfang Juni und Anfang Juli den gesamten Datensatz hinreichend repräsentiert. Des Weiteren wurde untersucht, ob die Vegetation als Surrogat für die beiden untersuchten Arthropodengruppen (Spinnentiere und Laufkäfer) dienen kann, d.h. die Ergebnisse der Vegetation auf die anderen Artengruppen übertragbar ist. Dies wurde sowohl auf Ebene der Artzusammensetzung als auch des Artenreichtums für die drei Taxa geprüft. Zudem wurde überprüft, ob die unter vegetationskundlichen Aspekten abgegrenzten geschützten Lebensraumtypen auch besonders wertvolle Habitate für die Arthropodengruppen darstellen. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass eine ausreichende Kongruenz nicht gegeben und damit die Übertragbarkeit von Ergebnissen bei der Vegetation auf die untersuchten Arthropodengruppen in den Gebirgslebensräumen nicht gewährleistet ist. Dies hat eine hohe praktische Relevanz, da im Rahmen von Managementplanungen für die FFH-Richtlinie als auch bei der Bayerischen Alpenbiotopkartierung überwiegend ein starker Fokus auf vegetationskundlichen Aspekten liegt und insbesondere artenreiche Arthropodengruppen meist nicht betrachtet werden. Abschließend wurde mittels gemischter Modelle (mixed effects models) untersucht, welche Veränderungen bei den Laufkäfern nach der Nutzungsänderung im Untersuchungsgebiet auftraten. Sämtliche errechneten Modelle zeigten Veränderungen der abhängigen Variablen über die Zeit: nach Aufgabe der intensiven Schafbeweidung nahmen die Arten- und Individuenzahlen sowie die Biomasse an Laufkäfern zu. Die Tiere wurden durchschnittlich größer und es traten mehr herbivore Laufkäfer auf. Auch konnten unterschiedliche Entwicklungen zwischen den Standorten beobachtet werden. Die beobachteten Veränderungen werden im Artikel detailliert diskutiert. Die meisten Veränderungen, insbesondere die Zunahme der Artenzahlen sowie der durchschnittlichen Körpergröße, deuten auf eine Erholung der Laufkäferfauna von der intensiven Schafbeweidung hin. Die Nutzungsumstellung und die aktuell praktizierte extensive Rinderbeweidung werden im Gebiet naturschutzfachlich positiv bewertet. Die Arbeit liefert eine gute Vorlage und fundierte Begründung, gerade auch im Alpenraum verstärkt Laufkäfer bei der Beantwortung naturschutzfachlicher Fragestellungen einzubinden.
Um das noch bestehende Reichweitenproblem von Elektrofahrzeugen zu lösen, sind Fahrzeugkonzepte wie Plug-in Hybridfahrzeuge sehr vielversprechend, sofern mit ihm überwiegend im Batteriebetrieb gefahren wird. Sie kombinieren die Vorteile des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, sodass das lokale Emissionsproblem in Ballungszentren gelöst werden kann, ohne dass der Kunde dabei auf die Reichweite verzichten muss. Wenn das Fahrzeug allerdings überwiegend für Kurzstrecken genutzt wird, sind alterungsbedingte Veränderungen des Kraftstoffes möglich, da dieser länger im Tank verbleibt als üblich. In dieser Arbeit wird ein Konzept zur sensorischen Bestimmung der Qualität des Kraftstoffes vorgestellt. Hierzu wurde ein Prototyp entwickelt, in dem mithilfe des Real- und Imaginärteils der Permittivität alternde Kraftstoffe erkannt werden können. Dabei konnte durch das frequenzabhängige Permittivitätssignal des Sensors spezifisch zwischen nieder- und hochmolekularen Oxidationsprodukten in Kraftstoffen unterschieden werden. Da das Verbrennungs- und Emissionsverhalten des Motors von der Kraftstoffmischung vorgegeben ist, bietet eine zusätzliche sensorische Erfassung der Kraftstoffzusammensetzung weitere Optimierungspotenziale, um Emissionen zu reduzieren: So ist das Motormanagement im Fahrzeug zumeist auf Referenzkraftstoffe mit gleichbleibender Qualität abgestimmt. Variable Kraftstoffzusammensetzungen, die durch die Erdöllagerstätte und den zusätzlichen Konversionsverfahren zur Herstellung von fortschrittlichen Kraftstoffen vorgegeben sind, werden in dieser Anpassungsstrategie bisher nicht berücksichtigt. Als weitere Aufgabe wird in dieser Arbeit daher ein multisensorischer Ansatz verfolgt, wonach zusätzlich zur Kraftstoffalterung noch die Kraftstoffzusammensetzung erkannt werden kann. Insgesamt bietet die Sensorik das Potenzial zur kontinuierlichen Kraftstoffüberwachung in Plug-in Hybridfahrzeugen, um so einen Beitrag zum sicheren und nachhaltigen Betrieb solcher Fahrzeuge gewährleisten zu können.
Die Energiewende steht im Zentrum aktueller gesellschaftlicher Debatten. Die Frage ist: Wie kann die gegenwärtige Klimakrise aufgehalten und gleichzeitig der Energiebedarf gedeckt werden? Einigkeit besteht darüber, dass eine Strategie zur Energiewende die Umstellung auf erneuerbare Energieträger beinhalten muss. Das Problem ist: Zentrale Begriffe wie "erneuerbare Energieträger " sind uneindeutig und deshalb besonders für naturwissenschaftliche Laien missverständlich. Ihnen wird dadurch die gesellschaftliche Teilhabe an der Debatte erschwert. Wie kann der naturwissenschaftliche Unterricht dazu beitragen, die oben benannten Missverständnisse aufzuklären? Er muss die Schüler dabei unterstützen, die naturwissenschaftlichen Schlüsselprinzipien der verschiedenen Energieträger und darauf aufbauend die Energiewende angemessen zu verstehen. Zu diesem Zweck muss der Unterricht entsprechend strukturiert werden. Welche Leitlinien sowohl die Lehrkräfte der Naturwissenschaften als auch die Entwickler der Unterrichtsmaterialien dabei beachten sollten: Das klärt die vorliegende Studie. Hierfür wird das Modell der didaktischen Rekonstruktion als Forschungsrahmen genutzt. Ausgehend von einem gemäßigt konstruktivistischen Lehr-Lernverständnis werden drei Unterfragen beantwortet: (1) Welche vorunterrichtlichen Vorstellungen bringen Schüler in den Unterricht mit? (2) Welche Vorstellungen haben Wissenschaftler? (3) Welche Unterschiede ergeben sich im Vergleich der Vorstellungen? Für die Beantwortung dieser Fragen wurden in der Erhebung problemzentrierte, leitfadengestützte Interviews mit 27 Achtklässlern geführt und Auszüge aus zwei wissenschaftlichen Gutachten ausgewählt. Mit einer qualitativen Inhaltsanalyse konnten in der Auswertung Inhaltsaspekte identifiziert werden, die Potenzial für die unterrichtliche Vermittlung haben. Mit dem so reduzierten Datenmaterial wurde eine systematische Metaphernanalyse durchgeführt. Damit wurden erfahrungsbasierte Muster hinter den Vorstellungen rekonstruiert. Aus dem systematischen Vergleich der Ergebnisse lassen sich Lernchancen und Lernhindernisse für das Verstehen von naturwissenschaftlichen Hintergründen der Energiewende ableiten. Diese werden in Form von Leitlinien für den naturwissenschaftlichen Unterricht zusammengefasst. Diese Leitlinien können von Lehrpersonen und Entwicklern von Lehrmaterialien genutzt werden, um ein fachlich angemessenes Verstehen der naturwissenschaftlichen Schlüsselprinzipien der Energieträger und der Energiewende zu fördern.
"Reallabore" erleben als junges Format transformativer Nachhaltigkeitsforschung gegenwärtig eine beeindruckende Konjunktur. Die Dissertation arbeitet den Reallabor‐Ansatz aus Perspektive der transdisziplinären Forschung methodisch aus. Die Basis hierfür bildet die Erfahrung mit dem Auf‐ und Ausbau von einem der ersten Reallabore in Deutschland: Das langfristig ausgelegte "Quartier Zukunft - Labor Stadt" in Karlsruhe transformiert in Kooperation mit der Zivilgesellschaft ein Quartier modellhaft in einen nachhaltigeren Lebensraum. Es setzt dabei gleichermaßen auf Bildung, Forschung und Praxis. Die vorgelegten Artikel der kumulativen Dissertation bilden verschiedene Stadien der Entwicklung der Reallaborforschung und der methodologischen Reflexion ab. Die ersten beiden Texte entwickeln eine praxisnahe Definition und ordnen Reallabore ein in verwandte Diskurse. Die folgenden beiden Artikel stammen aus der beginnenden Stabilisierung des Reallabordiskurses. Der eine stellt Ziele und Designprinzipien für Reallabore als Rahmen transformativer und transdisziplinärer Forschung dar, der zweite greift aktuelle Diskussionen um Lernprozesse konzeptionell auf. Die letzten zwei Artikel fokussieren auf die Ebene der Projekte im Reallabor am Beispiel der Transformativen Projektseminare, einmal in analytischer Perspektive, einmal in methodisch‐didaktischer. Der Rahmentext abstrahiert die Ergebnisse der zuvor publizierten Artikel entlang dreier Forschungsfragen: Was ist neu am Reallabor‐Ansatz? Welches Potenzial hat ein Reallabor für transdisziplinäre Forschung? Und welche Rolle spielt Lernen im Reallabor? Die methodologische Reflexion führt zu einem Verständnis von Reallaboren als Format zwischen Urban Living Labs und Transition Labs, das sich gegenüber diesen insbesondere durch Langfristigkeit, Bildungsziele und eine klare Trennung zwischen Labor und Experimenten auszeichnet. Aus der kritischen Auseinandersetzung mit Reallaboren wird eine doppelte Bezugnahme auf Transdisziplinarität herausgearbeitet, einerseits als Infrastruktur für transdisziplinäre Projekte, andererseits als in sich transdisziplinäres Unterfangen. Ausgehend von dieser Unterscheidung wird ein Vorschlag gemacht, an welche experimentellen Methodologien jenseits der klassisch‐naturwissenschaftlichen die transdisziplinäre Forschung, die bislang kaum experimentell arbeitet, anknüpfen kann. Das Reallabor unterstützt solche Experimente durch einen Rahmen aus materieller Infrastruktur, durch Kompetenzen der Beteiligten, durch Wissensbestände und soziale Vernetzung. Die Vernetzung über Projektgrenzen hinweg, ein weiteres wesentliches Charakteristikum eines Reallabors, dient dazu, parallele Experimente zu vernetzen und iterative Lernzyklen zu unterstützen. Diese Aspekte werden verbunden zum "Apfelmodell" transdisziplinärer Forschung im Reallabor, in dem das Reallabor als doppeltes Bindeglied fungiert, einerseits zwischen internen und externen Lernzyklen, und andererseits zwischen wissenschaftlichen, bildungsorientierten und praktischen. Durch die Interpretation der Abläufe im Reallabor als Lernprozesse wird ein Anschluss an Bildungsprozesse auf unterschiedlichen Skalen möglich. Neben Lernprozessen im Reallabor als Lernumgebung lässt sich das Reallabor als lernende Institution und als Kristallisationspunkt gesellschaftlicher Lernprozesse verstehen. Das Apfelmodell kann gleichermaßen im Kontext theoretischer Fragen im Transdisziplinaritätsdiskurs herangezogen werden als auch praktischen Zwecken dienen, insbesondere in der Planung von Reallaboren, in der quervernetzten Konzeption von Projekten darin, in der Evaluation und in der Kommunikation.
Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Entwicklung des Vorlandes als Ergebnis der sich ändernden hydraulidschen Bedingungen zu untersuchen. Die Untersuchung beschäftigt sich mit der Entwicklung des Vorlandes, da dieses Gebiet stark abhängig von Wasserstandsänderungen ist. Diese werden möglicherweise durch Klimawandel verstärkt und können folglich die zahlreichen Funktionen des Vorlandes beinträchtigen. Diese Problematik erfordert die Durchführung einer Untersuchung, die zunächst die durch die Variationen der Wasserstände betroffenen physikalischen Prozesse im Fluss und in den Flussauen analysiert und anschließend eine Methodologie für die Analyse der zukünftigen Entwicklung des Vorlandes herleitet. Beispielhaft wurde ein Bereich an der unteren Mittelelbe in Niedersachsen, Norddeutschland für die Untersuchung ausgewählt. Zu diesem Zweck befasst sich die Untersuchung im ersten Teil mit der aktuellen Diskussion über den Klimawandel und mit den bestehenden Schwierigkeiten, zu einer belastbaren zukünftigen Prognose des Ausmaßes der klimatischen Veränderungen zu gelangen. Anschließend konzentriert sich die Untersuchung auf die Interaktionen zwischen Abflüssen, Vegetation und Sedimenten, die die Flussmorphodynamik bedingen. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der mathematischen Modelle, die eine Analyse des zukünftigen Verhaltens des Vorlandes ermöglichen. Mithilfe dieser Untersuchung werden die Vorteile der eindimensionalen Modellierung für die Prognose der Entwicklung dieses Gebiets deutlich. Die Untersuchung im ersten Teil der Dissertation führt zur Erkenntnis, dass sich das Verhalten des Vorlandes aus der Interaktion zwischen Fluss- und Flussauenmorphologie und der Auenvegetation ergibt. Diese Interaktionen bestimmen letztlich die zukünftigen Wasserstände und somit die hydraulischen Bedingungen für diese Zone. Für die Analyse des zukünftigen Verhaltens des Vorlandes unter Einfluss des Klimawandels wird eine Methodologie vorgeschlagen, die als Dynamische Interaktion von Modellen bezeichnet wird. Der Einfluss des Klimawandels wird durch die Variation von Abflüssen im Flussmodell, im Sedimenttransport- und Bodenwasserbewegungsmodell sowie bei der Analyse von Veränderungen der Vegetation berücksichtigt. Dazu werden die durch regionale Klimamodelle prognostizierten zukünftigen Niederschläge in die Berechnung der zukünftigen Abflüsse durch eine in dieser Dissertation entwickelten Modifikation des stochastischen Modells AutoRegressive-Moving-Average (ARMA) eingeschlossen. Die ausgearbeiteten Entwicklungsprognosen der verschiedenen Modelle werden miteinander verknüpft, um zukünftige Wasserstände und Überflutungen und damit die neuen hydraulischen Bedingungen für das Vorland zu prognostizieren. Im zweiten Teil dieser Dissertation wird die vorgeschlagene Methodologie der Dynamischen Interaktion von Modellen in einem Fallbeispiel angewandt. Dafür wurden zwei Messstationen an der Elbe zwischen Elbe-km 511 und 515 installiert, die auch im Rahmen des Projekts KLIMZUG-NORD verwendet wurden. Diese Messstationen ermöglichten innerhalb von 2 Jahren die Erhebung von mehr als 300.000 Felddaten. Diese Informationen erlauben es, die Entwicklung des Vorlandes (2021-2050) in einer regulierten Flussstrecke der Elbe (Mittelelbe) zu prognostizieren. Dazu werden zunächst die bedeutenden Charakteristika des Untersuchungsgebiets dargestellt und nachfolgend Material und Methoden erläutert, die für die Analyse der Entwicklung des Vorlandes im Untersuchungsgebiet erforderlich sind. Die Flussmorphologie wird für den Zeitraum 2001-2100 modelliert, da eine Tendenz bei möglichen Variationen in einem kurzen Zeitraum nur schwer wahrgenommen werden kann. Die jeweiligen Modelle werden u.a. mithilfe erhobener Felddaten, Daten aus der Literatur, Klimadaten aus den Stationen des Deutschen Wetterdiensts (DWD), projizierten Daten des regionalen Klimamodells REMO, Daten des hydrologischen ATLAS von Deutschland, Abflussdaten des Pegels Neu Darchau (Elbe-km 536,4), Geschiebe-Schwebstoffdaten des Wasser- und Schifffahrtsamts (WSA) und der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG), Wassertemperaturdaten der Arbeitsgemeinschaft für die Reinhaltung der Elbe (ARGE-ELBE) und das Digitale Geländemodell (DGM) kalibriert. Die durch das stochastische Modell ARMA/Variation erhaltenen Berechnungen der zukünftigen Abflüsse, die die Prognose der regionalen Klimamodelle berücksichtigen, werden mit den durch die BfG-Modelle erhaltenen Ergebnissen verglichen, um die Problematik der Vielfalt von klimatischen Prognosen anzugehen. Schließlich werden in dieser Dissertation die Anwendung und Bedeutung der vorgeschlagenen Methodologie für die Analyse der Entwicklung des Vorlandes anderer Flüsse und Regionen außerhalb Mitteleuropas behandelt.
Seit den frühen 1990er Jahren wird transdisziplinäre Nachhaltigkeitsforschung in Form von problemorientierten Forschungs- und Lernprojekten konzeptioniert und praktisch umgesetzt, an denen außeruniversitäre Akteuren beteiligt sind. Diese Forschungsarbeit verfolgt drei Ziele: Erstens, die Konzeptualisierung der Begriffe Kultur, Multi-, Inter- und Transkulturalität in der Literatur zur transdisziplinären Nachhaltigkeitsforschung zu untersuchen. Zweitens, die Konzeptionierung und Umsetzung von transdisziplinären Forschungs- und Lernprojekten in Hinblick auf kulturelles Differenzieren zu analysieren. Drittens, konzeptionelle Beiträge zur Gestaltung von transdisziplinären Forschungs- und Lernprojekten zu entwickeln. Methodisch wird auf Literaturanalysen und eine qualitative Untersuchung zweier transdisziplinärer Lernforschungsprojekte zurückgegriffen. Unter dem Begriff Forschungs- und Lernprojekt werden in dieser Forschungsarbeit sowohl Forschungsprojekte als auch Lehr-Lernforschungsprojekte gefasst. Zentrale Ergebnisse der Forschungsarbeit sind die Folgenden: Erstens wird der Kulturbegriff in der transdisziplinären Nachhaltigkeitsforschung zwar vielfältig verwendet, als Forschungsthema, Hintergrund von Beteiligten, Kooperationsweise, Projektkontext, in Hinblick auf Interkulturalität oder als Wissenskultur, allerdings kaum ausdifferenziert und konkretisiert. Zweitens besteht auf der Ebene der Konzeptionierung von transdisziplinären Forschungs- und Lernprojekten: 1) ein starkes Übergewicht von Integration und Konsens gegenüber einer Auseinandersetzung mit Differenz, 2) eine implizite Vorauswahl von Beteiligten durch bestimmte Begrifflichkeiten und methodologische Ansätze und 3) eine Reproduktion von Machtverhältnissen durch (dichotome) Symmetrie- und Ausgleichsvorstellungen. Drittens zeigt sich auf der Ebene der Umsetzung von Lernforschungsprojekten: 1) eine starke Prozessorientierung der Projekte, 2) ein Spannungsfeld zwischen einer Öffnung und Steuerung in Hinblick auf den Projektverlauf und 3) vielfältige Differenzaushandlungen in Interaktionen (wie Zeitlichkeit, Verantwortung, Erfahrung, Relevanz). Die Ergebnisse zeigen, dass politische Implikationen der Forschung und zentrale Ungleichheitskategorien der Kultur- und Sozialwissenschaften (u.a. race, class, gender, body) kaum thematisiert werden. Vorschläge zur Gestaltung transdisziplinärer Forschungs- und Lernprojekte werden in Hinblick auf ein Verständnis von Forschungsdesigns als Prozesse, einem Erkunden von Differenzierungen und Forscherpositionen und der Bedeutung eines Verlernens entwickelt.
Polen weist eine kleinteilige Agrarstruktur auf – ein in den Augen der polnischen Agrarpolitik unerwünschtes Phänomen. Entsprechend misst sie der Veränderung der kleinteiligen Agrarstruktur Polens zu größeren Einheiten hin eine hohe Priorität bei. Vor dem Hintergrund vielfältiger sozial-ökologischer Krisenphänomene, die oftmals mit einer intensiven, industriellen und großskaligen Landwirtschaft verbunden sind, stellt sich jedoch die Frage, ob solche Bestrebungen im Hinblick auf Nachhaltigkeit, der sich die polnische Agrarpolitik und die Politik für die Entwicklung ländlicher Räume ebenfalls verpflichtet, zielführend sind. Um dieser Frage nachzugehen, wurde für die vorliegende Dissertation in zwei landwirtschaftlich besonders kleinteilig strukturierten Regionen Polens (Wojewodschaft Lubelskie und Wojewodschaft Podkarpackie) eine empirische Studie unter Betreibern von kleinen landwirtschaftlichen Betrieben durchgeführt. Ziel der Studie war es zu untersuchen, welche Lebenswirklichkeiten und Wirtschaftsweisen sich in kleinen landwirtschaftlichen Betrieben finden und ob diese Lebenswirklichkeiten und Wirtschaftsweisen den vielfältigen landwirtschaftsbezogenen sozial-ökologischen Krisenphänomenen entgegenwirken können. Den theoretischen Hintergrund der Arbeit bilden die Nachhaltigkeitsdebatte, das Konzept der gesellschaftlichen Naturverhältnisse der Sozialen Ökologie sowie wachstumskritische Positionen (insbesondere die Ansätze von Suffizienz und Subsistenz). Die Ergebnisse der empirischen Studie zeigen, dass die Lebenswirklichkeiten und Wirtschaftsweisen von Betreibern von kleinen landwirtschaftlichen Betrieben sehr vielfältig sind. Die befragten Landwirte verfolgen in ihren Betrieben unterschiedliche ökonomische Modelle. Doch trotz dieser unterschiedlichen Modelle, die die befragten Landwirte in ihren Betrieben verfolgen, liegen ihrem Handeln gleichermaßen der Wunsch nach Existenzsicherung und der Wunsch nach Autonomie als wesentliche Motivation zugrunde. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der empirischen Studie einige der Herausforderungen für Betreiberinnen und Betreiber von kleinen landwirtschaftlichen Betrieben auf, die aus den gegenwärtigen institutionellen und politisch-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Landwirtschaft resultieren. Ebenso zeigen die Ergebnisse, dass die Wirtschaftsweisen, die in den untersuchten kleinen Betrieben vorgefunden wurden, nur bedingt zu einer nachhaltigen Entwicklung ländlicher Räume beitragen können. Die Ergebnisse zeigen insbesondere die Dringlichkeit auf, die gegenwärtigen politisch-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Landwirtschaft zu ändern und naturerhaltende Wirtschaftsweisen auch finanziell attraktiv zu machen, wenn diese einen Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung ländlicher Räume leisten sollen.
Einsatz der Planarchromatographie mit wirkungsbezogener Detektion zur Untersuchung von Wässern
(2018)
Unter Wirkungsbezogener Analytik (WBA) wird die Kopplung eines chromatographischen Trennverfahrens mit einem biologischen Testsystem verstanden. Der Vorteil bei dieser Herangehensweise ist, dass die zuvor getrennten Probeninhaltsstoffe anhand ihrer Aktivität mit einem in vitro-Testsystem detektiert werden. Es hat sich gezeigt, dass die Hochleistungsdünnschichtchromatographie (HPTLC) besonders geeignet für die WBA ist. Bislang konnte nicht gezeigt werden, dass die WBA mit HPTLC auch als routinefähige Methode eingesetzt wurde. In dieser Arbeit erfolgte eine Optimierung der Detektion der Endpunkte Biolumineszenzhemmung (Aliivibrio fischeri), antibiotische Wirkung (Bacillus subtilis), Neurotoxizität (Acetylcholinesterase) von der HPTLC-Platte hinsichtlich Routinefähigkeit. Zusätzlich konnte in ersten Versuchen gezeigt werden, dass es möglich ist, direkt gentoxische Verbindungen mittels des umu-Tests auf der HPTLC-Platte nachzuweisen. Für die einzelnen Biotests sind unterschiedliche Inkubationszeiten notwendig. Dies führt aufgrund von Diffusion auf der HPTLC-Platte zu einer Bandenverbreiterung. Es wurden unterschiedliche Methoden und Arbeitsweisen zur Verminderung der Diffusion erprobt und optimiert. Eine Möglichkeit ist die mechanische Eindämmung durch die Einbringung einer Gaze in eine verfestigte Calciumalginatschicht. Optimiert wurde dieses Verfahren am Bacillus subtilis-Hemmtest. Für Enzymtests ist eine vergleichsweise kurze Inkubationszeit notwendig. Daher tritt hier eine geringere Bandenverbreiterung auf, womit eine mechanische Einschränkung der Diffusion nicht geeignet ist. Um die auftretende Bandenverbreiterung möglichst gering zu halten, wurde besonders die Aufbringung des Substrats optimiert. Dies geschah am Beispiel des HPTLC-Acetylcholinesterasehemmtests. Die Ermittlung der unterschiedlichen bandenverbreiternden Einflussfaktoren erfolgte mittels statistisches Versuchsplanung. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnte die Methode soweit optimiert werden, dass die bei der Detektion von AChE-Inhibitoren auftretende Bandenverbreiterung sehr gering gehalten werden kann. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit des Verfahrens lassen sich selbst geringe Spuren von Verunreinigungen in Referenzsubstanzen detektieren. Besonders für den Routineeinsatz der WBA mit der HPTLC ist die Vergleichbarkeit der Ergebnisse erforderlich. Dazu wurde anhand des HPTLC-Leuchtbakterienhemmtests mit Aliivibrio fischeri eine Auswertestrategie erarbeitet. Die Ermittlung der Biolumineszenzhemmung findet analog zum Küvettentest statt und kann ortsaufgelöst als Hemmwert-Chromatogramm dargestellt werden. Die Darstellung der Hemmung in einem Hemmwert-Chromatogramm gleicht die Stauchung der Peaks aufgrund des sigmoiden Verlaufs der Dosis-Wirkungsbeziehung teilweise aus. Durch die nichtlineare Beziehung zwischen Konzentration bzw. Flächenmasse und Wirkung der unbekannten Substanzen ist es für den Vergleich von Proben notwendig, einen Bezugspunkt zu setzen. Bewährt hat sich dafür der EC50-Wert. Da aber in den meisten Fällen die Konzentration unbekannt ist, wird als Bezugspunkt das Auftragevolumen gewählt, welches erforderlich ist um eine Hemmung von 50% auszulösen. Der Kehrwert des berechneten Auftragevolumens für 50% Hemmung stellt das reziproke Iso-Hemmvolumen (RIHV) dar. Dieser RIHV-Wert hat sich für den Probenvergleich in verschiedenen Anwendungen bewährt. Das Prinzip der Auswertung kann vom HPTLC-Leuchtbakterientest mit Anpassung auf den HPTLC-Bacillus subtilis-Hemmtest übertragen werden. Für den Vergleich der Wirkung auf die Acetylcholinesterase-Hemmung wird in Anlehnung zum RIHV, das reziproke Iso-Aktivitätsvolumen (RIAV) herangezogen. Hier wird das Auftragevolumen, welches notwendig ist, eine Aktivität der AChE von 50% zu erreichen, als Kehrwert angegeben. Zur Ermittlung der Messunsicherheit der Chromatographie und der detektierten Wirkung wurden parallel zu den Proben Referenzverbindungen untersucht. Bei der Überwachung einer gesicherten Deponie über einen Zeitraum von 4,5 Jahren konnte gezeigt werden, dass es sich bei der Hochleistungsdünnschichtchromatographie mittels automatisierter Mehrfachentwicklung (HPTLC/AMD) um ein reproduzierbares Chromatographiesystem handelt. Bei der Anwendung des Leuchtbakterien-, Bacillus subtilis- und des Acetylcholinesterase-Hemmtests auf verschiedene Deponie- und Abwasserproben wurden über einen Zeitraum von sieben Monaten Standardabweichungen von 5-9% Hemmung für die testspezifischen Referenzsubstanzen ermittelt. Als Ergebnis der Validierung wurden der HPTLC-Aliivibrio fischeri-, der HPTLC-Bacillus subtilis- und der HPTLC-Acetylcholinesterase- Hemmtest am 24.03.2015 von der deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) akkreditiert. Zur Ermittlung potenziell gentoxischer Substanzen wurde der umu-Test ausgewählt. Mit dem umu-Test auf der HPTLC-Platte ist es derzeit möglich, die aus der DIN 38415-3 bekannte direkt wirkende gentoxische Substanz 4-Nitroquinolin-N-oxid (4-NQO) auf der HPTLC-Platte nachzuweisen. Für einen erfolgreichen Nachweis von indirekt wirkenden Substanzen, die erst nach der Aktivierung durch Stoffwechselenzyme gentoxisch wirken, war es nicht möglich, das erforderliche Metabolisierungssystem auf der HPTLC-Platte aufrecht zu erhalten. Zur Durchführung der WBA ist für die meisten Wasserproben (z. B. Oberflächenwasser oder Grundwasser) eine Anreicherung erforderlich. Parallel zu den Arbeiten mit den biologischen Testsystemen erfolgte die Optimierung der Anreicherung von organischen Verbindungen aus Wasserproben. Für die Festphasenextraktion (SPE) wurden verschiedene Materialien bei den pH-Werten 2, 7 und 9 mit Substanzen unterschiedlicher Polarität getestet. Die besten Wiederfindungen über den gesamten Polaritätsbereich erzielte die Phase "Agilent Plexa" (Polydivinylbenzol) mit einer angepassten Elutionsabfolge. Bei der Auswahl des Materials und der Anpassung der Elutionsabfolge wurde auch auf einen möglichst geringen Blindwert für den Biolumineszenz-Hemmtest mit Aliivibrio fischeri geachtet. Damit wurde eine für die WBA geeignete Anreicherungsmethode gefunden. Zur Verbesserung der Extraktionsausbeute von polaren Verbindungen mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) wurde die Mikro-LLE mit dem in allen Verhältnissen mit Wasser mischbaren Extraktionsmittel Acetonitril getestet. Die im Blindwert auftretenden störenden Substanzen konnten durch Ausheizen des zur Phasentrennung erforderlichen Natriumchlorids erheblich reduziert werden. Bei den Untersuchungen zur Wiederholbarkeit mit einer Deponiesickerwasserprobe und der Detektion der Biolumineszenz von Aliivibrio fischeri waren nur geringe Abweichungen der Hemmwerte detektierbar. Aufgrund der zu erwartenden komplexen Zusammensetzung von Proben aus dem Deponiebereich ist eine Gradientenelution für die HPTLC/AMD notwendig. Anhand von Referenzverbindungen und Extrakten aus verschiedenen Deponien wurde die HPTLC/AMD-Trennung für ein Screening optimiert. Mit diesem Screening-Gradient ist es möglich, die wirkenden Probenbestandteile über die gesamte Trennstrecke zu verteilen. Zusätzlich fand noch eine Entwicklung einer isokratischen HPTLC-Trennung für eine schnelle Beurteilung von Proben statt, wobei bei dieser Methode Abstriche bezüglich der Trennleistung gemacht werden mussten. Zudem konnte gezeigt werden, dass der aufwendige Identifizierungsprozess durch spezifische postchromatographische Derivatisierungsreaktionen auf der HPTLC-Platte unterstützt werden kann. Dazu wurde der Bratton-Marshall-Nachweis von primären Aminen optimiert. Durch den Nachweis von austauschbaren Protonen mittels des H/D-Austausches lassen sich die denkbaren Strukturen deutlich einschränken. Für einen nahezu vollständigen H/D-Austausch hat sich die Kopplung von HPTLC und Massenspektrometer (MS) als besonders geeignet gezeigt, da hier nur wenige Milliliter an deuterierten Lösemitteln benötigt werden. Erprobt wurden die optimierten Methoden an verschiedenen Wässern, welche aus Kläranlagen und aus dem Umfeld von Deponien stammen. Durch die Einführung des RIHV- bzw. RIAV-Wertes ist es möglich Wässer von verschiedenen Probennahmestellen, z. B. Deponiesickerwässer, anhand ihrer Wirkung vergleichend zu beurteilen. Auch kann damit die Veränderung des Wirkungsmusters über einen Aufbereitungsprozess beobachtet werden. Die Untersuchungsergebnisse zeigen zudem, dass auch bei der WBA Feldblindproben entscheidend sind, um Proben sicher beurteilen zu können.
Die Arbeit liefert die Grundlagen zur chemischen Entfernung von Biodiesel aus dem Motoröl, um eine Minderung der Einschleppungsproblematiken beim Einsatz von biogenen Kraftstoffen und Dieselpartikelfiltern zu erzielen. Das Prinzip beruht auf einer wechselwirkenden Beimischkomponenten die eine Azeotropbildung mit Biodiesel einleitet. Eine gaschromatographische Headspace-Screening-Methode diente der Messung von Aktivitätskoeffizienten in Anwesenheit von Biodiesel. Die Ergebnisse dieser Analysen lieferten erste Erkenntnisse welche funktionalen Gruppen eine notwendige starke Wechselwirkung mit Biodiesel besitzen. Die gaschromatographischen Analysen wurden zudem mit Simulationsrechnungen mittels COSMOtherm untermauert. Im Laborversuch haben sich polare Säuren wie Ameisensäure oder Essigsäure als gute Beimischkomponenten erwiesen. Aldehyde, Ketone oder Alkohole sind weniger geeignet. Säuren wirken als Hydrogen Bond Donator und besitzen hohe Aktivitätskoeffizienten mit Biodiesel. Durch die Destillation des gebildeten azeotropen Gemischs kann die Entfernung von Biodiesel aus dem Motoröl bei niedrigen Temperaturen von ca. 180 Grad Celsius bis 190 Grad Celsius realisiert werden. Ohne den Einsatz von Beimischkomponenten liegt die Destillationstemperatur von Biodiesel bei ca. 330 Grad Celsius.