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Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Soziographie der Arbeitszufriedenheit. In Studien zur Arbeitszufriedenheit werden oziographische Merkmale oft als Kontrollgrößen eingesetzt. Ihre Berücksichtigung bei der Datenanalyse soll die Frage beantworten, ob sich der Einfluss von Determinanten der Arbeitszufriedenheit (Arbeitsinhalte, Arbeitsbedingungen, persönli-che Dispositionen usw.) für unterschiedliche Personengruppen und Situationen jeweils anders darstellt. Die Berücksichtigung von Kontrollgrößen macht aber nur dann Sinn, wenn diese selbst eine empirische Beziehung entweder zu den Determinanten der Arbeitszufriedenheit und/oder zu der Arbeitszufriedenheit selbst aufweisen. Dem vorliegenden Beitrag geht es um die Frage, ob sich Zusammenhänge zwischen bedeutsamen soziographischen Merkmalen und der Arbeitszufriedenheit aufzeigen lassen. Als Datengrundlage dienen die 35 Erhebungswellen des Sozioökonomischen Panels (SOEP) von 1984 bis 2018. Im Einzelnen betrachtet werden die Variablen Erwerbsstatus, Geschlecht, Alter, Schulabschluss, Hochschulabschluss, Berufsstatus, Betriebszugehörigkeit und Unternehmensgröße. Für die meisten dieser Größen ergeben sich, wenn überhaupt, nur sehr schwache statistische Beziehungen mit der Arbeitszufriedenheit. Eine Ausnahme macht der Berufsstatus. Die Qualifikationsanforderungen, die sich damit verknüpfen und die hierarchische Position haben einen beachtlichen Einfluss auf die Arbeitszufriedenheit. Bemerkenswert ist die große Stabilität der Befunde über alle Erhebungsjahre von 1984 bis 2018 hinweg.
The dissertation consists of three scientific papers and a synopsis. The synopsis addresses the relevance of the dissertation and lists the key factors for the sustainability transition in the electricity system as a common denominator of the three papers.
The relevance of the dissertation results, on the one hand, from the urgency of the sustainability transition in the electricity system and an insufficient transition willingness of the eastern European Member States. On the other hand, the Multi-Level-Perspective as one of the most important scientific frameworks to grasp transitions does not provide a sufficient explanation of its mechanisms. Moreover, Demand Response aggregators as new enterprises on the European electricity market and potential reform initiators are still under researched. The following key factors for the sustainability transition of the electricity system have been identified: supply security concerns, Europeanisation, policy making and the dominance of short-term oriented economic evaluation.
Paper 1
The underlying factors in the uptake of electricity demand response: The case of Poland
Author: Katarzyna Ewa Rollert
Published: Utilities Policy, Volume 54, October 2018, 11-21, https://doi.org/10.1016/j.jup.2018.07.002
Demand response (DR) is considered crucial for a more reliable, sustainable, and efficient electricity system. Nevertheless, DR’s potential still remains largely untapped in Europe. This study sheds light on the roots of this problem in the context of Poland. It suggests that unfavorable regulation is symptomatic of the real, underlying barriers. In Poland, these barriers are coal dependence and political influence on energy enterprises. As main drivers, supply security concerns, EU regulatory pressure, and a positive cost-benefit profile of DR in comparison to alternatives, are revealed. A conceptual model of DR uptake in electricity systems is proposed.
Paper 2
Gaining legitimacy for sustainability transition: A social mechanisms approach
Authors: Ursula Weisenfeld and Katarzyna Ewa Rollert
Review and re-submit: Environmental Innovation and Societal Transitions / August 2021
Applying a social mechanisms approach to the Multi-Level Perspective, we conceptualize mechanisms of socio-technical transitions and of gaining legitimacy for transitions as co-evolutionary drivers and outcomes. Situational, action-formational, and transformational mechanisms that operate as drivers of change in a socio-technical transition require corresponding framing and framing contests to achieve legitimacy for that transition. We illustrate our conceptual insight with the case of the coal dependent Polish electricity system.
Paper 3
Demand response aggregators as institutional entrepreneurs in the European electricity market
Author: Katarzyna Ewa Rollert
Under review: Journal of Cleaner Production / August 2021
Demand Response (DR) aggregators act as intermediaries between electricity customers and network operators to tap the potential of the demand-based flexibility. This qualitative study reveals DR aggregators as institutional entrepreneurs that struggle to reform the still largely supply-oriented European electricity market. Unfavourable regulation, low value of flexibility, resource constraints, complexity, and customer acquisition are the key challenges DR aggregators face. To overcome them they apply a combination of strategies: lobbying, market education, technological proficiency, and upscaling the business. The study highlights DR aggregation as an architectural innovation that alters the interplay between key actors of the electricity system and provides policy recommendations including the necessity to assess the real value of DR in comparison to other flexibility sources by taking all externalities into account, a technology-neutral approach to market design and the need for simplification of DR programmes, and common standards to reduce complexity and uncertainty for DR providers.
Motivation: Maximizing the value from data has become a key challenge for companies as it helps improve operations and decision making, enhances products and services, and, ultimately, leads to new business models. The latter two have been investigated by scholars as part of an emerging research field on data-driven business model innovation. While enterprise architecture (EA) management and modeling have proven their value for IT-related projects, the support of enterprise architecture for data-driven business models (DDBMs) is a rather new and unexplored field. We argue that the current understanding of the intersection of data-driven business model innovation and enterprise architecture is incomplete because of five challenges that have not been addressed in existing research: (1) lack of knowledge of how companies design and realize data-driven business models from a process perspective, (2) lack of knowledge on the implementation phase of data-driven business models, (3) lack of knowledge on the potential support enterprise architecture modeling and management can provide to data-driven business model endeavors, (4) lack of knowledge on how enterprise architecture modeling and management support data-driven business model design and realization in practice, (5) lack of knowledge on how to deploy data-driven business models. We address these challenges by examining how enterprise architecture modeling and management can benefit data-driven business model innovation.
Research Approach: Addressing the challenges mentioned above, the mixed-method approach of this thesis draws on a systematic literature review, qualitative empirical research as well as the design science research paradigm. We conducted a systematic literature search on data-driven business models and enterprise architecture. Considering the novelty of data-driven business models for academia and practice, we conducted explorative qualitative research to explain “why” and “how” companies embark on realizing data-driven business models. Throughout these studies, the primary data source was semi-structured interviews. In order to provide an artifact for DDBM innovation, we developed a theory for design and action. The data-driven business model innovation artifact was inductively developed in two design iterations based on the design science paradigm and the design science research framework.
Contribution: This thesis provides several contributions to theory and practice. We identified a clear gap in previous research efforts and derived 42 data-driven business model-related EA concerns. In order to address the identified literature gap, we provide empirical evidence for data-driven business model innovation. Four pathways of data-driven business model design and realization were identified. Along these pathways, an overview of EA application areas was derived from the empirical and theoretical findings. With the aim of supporting practitioners in data-driven business model innovation, this thesis was concerned with the development of a reference model. The reference model for data-driven business model innovation provides a broad view and applies enterprise architecture, where appropriate. This thesis provides five recommendations for practitioners realizing data-driven business models that address the demand for support in data-driven business model innovation.
Limitations: Several limitations must be considered. We acknowledge the threat to validity based on the fact that the thesis was written over the span of two years. As DDBMs are an emerging phenomenon in the literature, our thoughts on the underlying concepts have also evolved. Our ideas evolved to include a wider range of literature, different terminology, and a broader empirical foundation. We have gathered and analyzed the extended literature on EA and DDBM interconnectivity. However, the selection of keywords restricts the set of results. The data stem from a limited number of organizations and industries; thus, our conceptual developments need further testing to ensure generalizability.
Future Research: This thesis suggests several fruitful research avenues. Complementing the current concepts with additional data and quantitative research methods could address the existing threats to validity. A deeper understanding of data-driven business model innovation pathways, in the light of the detailed methods per pathway, would enhance the knowledge on this topic. Future research could focus on conducting additional design cycles for the data-driven business model innovation reference model. It would be interesting to enrich the findings of this thesis with quantitative data on correlations in data-driven business model innovation and enterprise architecture support. Furthermore, investigating a single case study and exploring new application fields of enterprise architecture in the data-driven business model innovation context would benefit research and practice would benefit.
Aufgrund der starken Beeinträchtigung der Lebensqualität beim Erleiden von depressiven Symptomen und der hohen Prävalenzraten spielen Depressionen eine gewichtige Rolle im Forschungsfeld der mentalen Gesundheit. Durch eine zunehmende Digitalisierung erscheint es naheliegend, depressive Störungen auch mithilfe internetbasierter Maßnahmen zu behandeln – mit dem Ziel, Betroffenen auf diese Weise neben der traditionellen Psychotherapie weitere Unterstützungsangebote zur Verfügung stellen und zugleich Behandlungsbarrieren überwinden zu können.
Für den effektiven Einsatz internetbasierter interventionen existiert bereits vielfältige Evidenz – sowohl für Betroffene mit majoren Depressionen als auch für Personen, die subklinische Beschwerden aufweisen. Bisher gibt es allerdings nur begrenzte Erkenntnisse darüber, ob internetbasierte Maßnahmen zur Behandlung von majoren Depressionen auch aktiven Kontrollbedingungen überlegen sind. Die Ergebnisse einer randomisiert-ontrollierten Studie (RCT = randomized controlled trial) zum Vergleich einer internetbasierten Intervention mit reiner Online-Psychoedukation (Studie 1) zeigen, dass dies zutrifft. Darüber hinaus ist die Erkenntnislage für Personen mit subklinischen depressiven Symptomen hinsichtlich ihrer langfristigen Wirksamkeit inkonsistent. Eine Meta-Analyse auf Basis der individuellen Teilnehmerdaten (IPD-MA = individual participant data meta-analysis) zur Evaluation der Wirksamkeit internetbasierter Maßnahmen zur Behandlung von subklinischen depressiven Symptomen (Studie 2) führte zu einer kurz-, mittel- und langfristigen Überlegenheit der Behandlungsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe. Eine zusätzliche Analyse ergab, dass das Risiko für die Entwicklung einer majoren Depression innerhalb von 12 Monaten in der Interventionsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe 28 % geringer ist. Für die Implementierung internetbasierter Maßnahmen in die Routineversorgung ist es gegebenenfalls erforderlich, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um mit den Studienergebnissen vergleichbar hohe Effekte bei den Betroffenen zu erreichen. Die Identifizierung von Faktoren, die den Behandlungserfolg beeinflussen, ist von großem Interesse, um internetbasierte Maßnahmen geeigneten Populationen kosteneffektiv und mit maximalem Nutzen zur Verfügung stellen zu können. Die IPD-MA für Personen mit subklinischen Symptomen (Studie 2) zeigte, dass eine hohe initiale Symptomschwere und höheres Alter zu einer niedrigeren depressiven Symptomatik zum Post-Messzeitpunkt führten. Eine weitere IPD-MA für Personen mit majorer Depression (Studie 3) identifizierte darüber hinaus ein geringes Bildungsniveau als Risikofaktor für eine Symptomverschlechterung. Die Ergebnisse des RCT (Studie 1) lassen vermuten, dass für TeilnehmerInnen mit orangehender Psychotherapieerfahrung Online-Psychoedukation bereits hilfreich ist, während diese Maßnahme für Therapie-Neulinge keinen Nutzen zeigt, sie aber erheblich von der internetbasierten Intervention zur Behandlung ihrer Symptome profitieren. Weitere Forschung hinsichtlich einer möglichen Individualisierung internetbasierter Interventionen erscheint sinnvoll. Angesichts der zunehmenden Nutzung internetbasierter Maßnahmen zur Behandlung von depressiven Symptomen erscheint es erforderlich, das Augenmerk neben dem Behandlungsnutzen auch auf die unerwünschten Nebenwirkungen zu lenken, für deren Berichterstattung und Handhabung es in diesem Forschungsfeld bisher kaum einen Konsens gibt. Die IPD-MA zur Behandlung von majoren Depressionen (Studie 3) konnte zeigen, dass das Risiko für eine reliable Verschlechterung von der Ausgangssituation bis zum Post-Messzeitpunkt in der Interventionsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant geringer war. Eine langfristige Überlegenheit ließ sich nicht konsistent bestätigen. Der RCT (Studie 1) zeigte keinen signifikanten Unterschied in den Verschlechterungsraten zwischen den beiden Versuchsgruppen. In Studie 2 war die Interventionsgruppe der Kontrollgruppe zum Post-Messzeitpunkt und nach 12 Monaten hinsichtlich einer Symptomsteigerung um 50 % überlegen. Wie negative Effekte von internetbasierten Maßnahmen zukünftig idealerweise definiert und berichtet werden sollten, bedarf weiterer Klärung. Es ist anzunehmen, dass internetbasierte Interventionen für die meisten Betroffenen zu einem Behandlungserfolg führen und die TeilnehmerInnen keinem höheren Risiko für eine Symptomverschlechterung ausgesetzt sind als wenn sie an keiner Maßnahme teilnehmen würden.
Im vorliegenden Beitrag geht es um die Veränderung der Arbeitszufriedenheit und um die Identifikation von zeitlichen Verlaufsmustern der Arbeitszufriedenheit. Als Grundlage der Analyse dienen die Daten des Sozioökonomischen Panels aus mittlerweile 35 Erhebungswellen (1984 bis 2018). Die Analyse umfasst 3.345 Zeitreihen, die jeweils einen Zeitraum von 15 Jahren umspannen. Zur Typisierung der einzelnen Arbeitszufriedenheitsverläufe werden die Regressionsrechnung und die Clusteranalyse verwendet. Der Haupttypus folgt dem generellen Trend, wonach die Arbeitszufriedenheit, von einem mäßig hohen Niveau ausgehend, stagniert bzw. sich im Lauf der Zeit leicht vermindert. Es gibt daneben allerdings auch Fälle, die auf einem hohen Arbeitszufriedenheitsniveau verbleiben. Und auf der anderen Seite findet man nicht wenige Personen, deren Arbeitszufriedenheit im negativen Bereich verharrt. Eine weitere Gruppe wird von Personen gebildet, deren Arbeits-zufriedenheit relativ großen Schwankungen ausgesetzt ist. Von den soziographischen Variablen Alter, Geschlecht und Berufsstatus gehen keine nennenswerten Wirkungen aus. Eine gesonderte Betrachtung der Unternehmensgröße erbringt, dass Personen, die dauerhaft in einem Kleinbetrieb arbeiten, eine größere Arbeitszufriedenheit aufweisen als Personen in größeren Unternehmen. Neben der Darstellung der inhaltlichen Einsichten, die die Zeitreihenanalyse erbringt, erfolgt eine Diskussion über die Verwendung der Modellergebnisse für auf die Zukunft gerichtete Szenario-Analyse.
This dissertation presents an analysis of the relations to self and technology that emerge from and in the use of self-tracking technologies. The ethnographical study, combined with the Grounded Theory approach and a media analysis, demonstrates the complex intertwining or duality of control and care towards oneself that emerge or become possible in and through the application of ST technologies. ST devices assist in strengthening one's health and well-being in a playful way, building and maintaining a positive self-feeling, self-image and agency, and discovering unknown abilities and potentials within oneself. The ST technologies used provide orientation through complexity-reducing visualizations, highlighting patterns, and trend progression. They challenge through self-overload, dissatisfaction when not achieving goals, self-deception and distraction, narcissism and even loss of control - internally through compulsion to control as well as externally through loss of data otection and exploitation of private data by third parties, as well as handing over responsibility (in the form of decisions) to technology (algorithms) instead of self-responsibility. These two seemingly opposed yet concurrently existing self-relations reflect the dynamic between today's demands for self-responsibility (in health and performance terms) and the need for self-care and guidance for the many relevant, sometimes daily, decisions. They balance possibly existing tensions and ambiguities between the modes of self-relations that at first glance seem to be opposed and yet ultimately are jointly oriented towards the same goal, namely to master one's life (life maintenance) and to be in balance. The self-relations described in this thesis are supported, reinforced, or enabled by ST technology (and practice). Three different roles that ST technology can take in self-care and self-control were elaborated: technology as a means, a counterpart, and a promise. In relation to technology, another dialectic is visible, which shows the apparent contrast between its conception as a tool and means to achieve something and the approach to technology as an intimate counterpart (partner, nanny, coach) and a promise of salvation. The relationship with technology seems to intensify in and through the ST experience and takes on or is assigned a partner-like role by the users. Finally, the results indicate that the concept of (self-)optimization, contrary to its etymological meaning of a logic of increase, can also be understood differently, namely balancing. In this context, optimization does not necessarily mean the fastest, the highest, the strongest, but something that is achievable and satisfactory for the self - within the framework of the given and the desired. At the same time, the optimization understood as harmonizing and balancing in self-tracking becomes a lifelong task that, in principle, can never be completed because with the addition of new vital areas in life and throughout a lifetime also the individually understood and conceived balance often shifts.
Das Allgemeine Verhaltensmodell von March und Simon verknüpft vier fundamentale Konstrukte der Verhaltenstheorie: das Anspruchsniveau, die Belohnungserwartung, die Zufriedenheit und die Suche nach Verhaltensweisen, die Erfolg und Zufriedenheit versprechen. Die Teilmechanismen, die in dem Modell postuliert werden, verknüpfen sich zu einem Gesamtmechanismus, der dafür sorgt, dass das Verhältnis von Ansprüchen und Möglichkeiten zum Ausgleich kommt. Eine wichtige Rolle spielen die Parameter des Modells, die die Voraussetzungen und Stärke der Zusammenhänge bestimmen. Neben formalen Funktionen kommt diesen Parametern auch jeweils eine wichtige inhaltliche Bedeutung zu. Der vorliegende Beitrag trägt zur Erkundung des Modells und seiner Implikationen bei.
Das Modell verdient eine größere Beachtung, als ihm bislang geschenkt wurde. Es beschreibt einen fundamentalen Verhaltensmechanismus, der in praktisch allen Bereichen menschlichen Verhaltens wirksam ist. Das Modell besitzt nicht nur eine große Erklärungskraft, es ist außerdem logisch stimmig, kompakt und elegant. Außerdem erweist es sich als in hohem Grad anschlussfähig für eine Vielzahl von theoretischen Ansätzen und empirischen Erkundungen. Es lässt sich anwenden für die Erklärung von allgemeinen Zusammenhängen, für die Beschreibung konkreter Vorgänge und für die Simulation einer Vielzahl von Handlungskonstellationen.
This doctoral thesis examines how European merger control law is applied to the energy sector and to which extent its application may facilitate the liberalisation of the electricity, natural gas and petroleum industries so that only those concentrations will be cleared that honour the principles of the liberalisation directives (IEMD and IGMD ). In its communication on an energy policy for Europe, adopted on 10/01/2007, the Commission emphasized that a real internal European energy market is essential to meet Europe’s three energy objectives, i.e. competitiveness to cut costs for citizens and undertakings to foster energy efficiency and investment, sustainability including emissions trading, and security of supply with high standards of public service obligations (Art. 106 TFEU). The EU issued three pre-liberalisation directives since the 1990s. Dissatisfied with the existing monopolistic structures, i.e. in Germany through demarcation and exclusive concession agreements for the supply of electricity and natural gas, which were until 1998 exempted from the cartel prohibition provision (§ 1 GWB), and the prevalence of exclusive rights on the energy markets, the Commission triggered infringement proceedings against four member states under Art. 258 TFEU. The CJEU confirmed that the Commission has the power to abolish monopoly rights under certain circumstances and the rulings had the effect of convincing the member states to enter into negotiations for an opening up of energy markets owing to the internal market energy liberalization directives of 1996 / 1998 / 2003 / 2009 / 2019 (IEMD and IGMD) . The core element of the IEMD and IGMD is to abolish exclusive rights and offer primarily at least large industrial electricity and gas consumers to choose their supplier (market opening for eligible consumers) and to grant negotiated or regulated third party access to transmission and distribution grids so to address natural monopolies. The second liberalization package of 2003 brought a widening of market opening and acceleration of pace of market opening to a greater number of eligible customers (all non-household consumers since July 2004 and all consumers since July 2007) and an increase in the provisions on management and legal unbundling. In parallel, two regulations regulate the access to cross-border electricity infrastructure (interconnectors) and the third party access to gas transmission networks. Two further Directives addressed the security of natural gas and power supply and a third deals with energy end use efficiency and services , a fourth dealt with the promotion of co-generation and a fifths covers marine environmental policy (Marine Strategy Framework Directive in combination with the Hydrocarbons-Licensing Directive ) backed by the public procurement directive in the energy sector. A regulation covers energy statistics. The implementation of the second energy package was slow and the Commission launched infringement proceedings against 5 member states in front of the CJEU (Art. 258, 256 TFEU). The 3rd energy package of 2009 addressed ownership unbundling of key-infrastructure ownership and energy wholesale and retail supply consisting of three regulations and two directives, deals with independent regulators, an agency for the cooperation of energy regulators (ACER) and cross-border cooperation (the European Network for transmission system operators for electricity and gas [ENTSO-E/G] and a regulation on cross-border grid access for electricity and natural gas. Another new regulation deals with market integrity and transparency . Hence, new regulations regulate guidelines on electricity balancing, congestion management, long-term capacity allocation, the code for grid access and transmission system operation . Other regulations address the guidelines for a European cross-border energy infrastructure, which has to be interpreted in the context of European environmental impact assessment law, the submission of data in electricity markets, establish a network code on demand connection , rule on a network code for grid access for direct current transmission systems, define guidelines on electricity transmission system operation, regulate a network code on electricity emergency , deal with security of natural gas supply and establish a programme to aid economic recovery by granting financial assistance. Finally, Directives promote the usage of renewable energies, regulate common oil stocks, the safety of offshore oil and gas production and the quality of petrol and diesel fuels.
The 4th liberalization package consists of a new IEMD2019 and IGMD2019, of a new regulation on European cross-border electricity trade, of a regulation on risk preparedness in the electricity sector, of a new agency for the cooperation of European energy regulators, addresses energy efficiency and rules on good governance in the energy union.
Since 2008, the Art. 194 I-II TFEU governs the ordinary legislation procedure in the energy sector (internal market in energy, security of energy supply, energy efficiency, energy saving, renewable energies, interconnection of energy grids) notwithstanding of unanimous decision making in case of energy taxation matters (Art. 194 III TFEU).
A brief analysis of the economic implications of concentrations is followed by an assessment of the evolution of European merger control law under Art. 66 ECSCT, Art. 101 and 102 TFEU, the merger control regulation of 1989 and its significant amendments of 1997 and 2004. Then, the theoretical findings are contrasted to the results of recent merger proceedings in the energy sector with a focus on the VEBA/VIAG decision. Several deficiencies are established which limit the efficacy of merger control as a tool of offsetting shortcomings in the secondary EC law with regard to the liberalisation of the electricity and gas supply industry (IEMD and IGMD). Commitments proposed by the parties of a given concentration and accepted by the Commission as being sufficient to remedy a serious potential of dominance may only be of subsidiary relevance to the liberalisation of sectors owing to a number of analytical and practical drawbacks. One dominant drawback relates to the fact that the commitments depend always on parties' proposals and can never be imposed ex officio. Others relate to the blunt authorisations provided by the wording of Art. 6 and 8 MR1997 and MR2004 as to the implementation of undertakings.
With regard to acquisitions of U.K. regional electricity companies by EdF, it is elaborated that the current merger control law leaves no scope for reciprocity considerations regarding acquisitions by incumbent companies in liberalised markets even though the acquirer is a protected public undertaking. Moreover, it is established that different decisions apply inconsistent market definitions. By means of the VEBA/VIAG and RWE/VEW cases, the question is addressed which causes are responsible for the established analytical and practical deficiencies of merger control in the energy sector. It is stated that the weaknesses of the IEMD 2009/72/EC and IGMD 2009/73/EC are partly responsible for weak undertakings which do not sufficiently remove the scope for dominance on the affected markets and which do not rule out any possibility of impediments of effective negotiated or regulated TPA and do not remove any commercial incentive of the grid subsidiaries of the vertically integrated companies as to access which discriminates between intra and extra group applicants. It is reported that another argument relates to the limited scope that the Commission has if it wants to remedy deficiencies of written primary law owing to the extraordinary nature of the implied powers doctrine based on the principle of constitutional state. Adverse political influence against competition authorities is also judged. Further, it is analysed that accidental regulation based on incidental provisions imposed on undertakings which may or not implement a concentration is by no means a consistent and non-discriminatory and predictable tool to overcome drawbacks of primary or secondary European law in a given sector owing to the democratic principle and the constitutional state doctrine. It is discussed that secondary legislation with regard to energy networks is inter alia restricted by Art. 345 TFEU and provisions of national constitutions which protect property rights against dis-proportionate expropriations or re-definitions of property. Further, legal authorisations of said calibre will have to be connected to a system of state liability law. Adverse political pressures are considered. The same is true for egoistic national policies which abstain from transnational task forces in order to settle difficulties and disputes. Furthermore, the adverse effect of different stages of the maturity of domestic markets, different consumer patterns and a potential isolation of the system is not neglected, because these conditions make it more difficult to apply consistent standards as to the appropriate market definition in order to facilitate harmonisation. The implementation of the VEBA/VIAG merger is discussed, as the former was further complicated owing to specifically evaluated circumstances which were difficult to predict. Nevertheless, the Commission is not exempted from the duty to take due care concerning potential impediments as to the realisation of parties' commitments. In contrast to the negative aspects, it can be highlighted that the Commission quickly realised flaws of the energy liberalisation project as expressed by the present form of the IEMD and IGMD. Consequently, the co-ordinative and innovative mechanisms of Florence and Madrid were created in order to boost the development of effective cross border trade - i.e. tariff systems and interconnector congestion management. It will be concluded that undertakings put forward by the parties and accepted by the Commission should be restricted to a subsidiary legal instrument, only applied if strictly necessary to overcome certain detrimental aspects of given concentrations in order to provide a hint for the legislator, to specify its legislation. Competition as a de-central distributor of risk, wealth and power will be extended to its maximum extent, if wholesale consumers benefit from lower energy prices which allow greater productivity of European products on the world markets in combination with higher environmental standards owing to modern, cost-efficient plants. A successful implementation will be described by liquid spot markets for power accompanied by tools of financial risk management like forwards, futures and options. These will be valuable indicators of efficient liberalisation of the European electricity and gas supply industries.
Batterien und Akkus als Medien des Digitalen Zeitalters
Als Medien der Speicherung, Miniaturisierung und Mobilisierung gehören elektrochemische Zellen historisch betrachtet zu den Möglichkeitsbedingungen des Digitalen Zeitalters. Vom Smartphone über den elektrischen Rollstuhl bis hin zum Elektroauto versprechen Batterien und Akkus eine nachhaltigere und fortschrittlichere digitale Zukunft. Doch diese Entwicklung hat ihren Preis: Unter dem Begriff »Reichweitenangst« befassen sich die Beiträger*innen des Bandes mit unserer alltäglichen Sorge, dass der Akku nicht mehr bis zur nächsten Ladestation reicht und wir auf halber Strecke liegen bleiben. Darüber hinaus wird die Frage diskutiert, wie weitreichend die individuellen, kollektiven und ökologischen Auswirkungen unseres steigenden Verbrauchs an Batterien sind.
Assessment of forest functionality and the effectiveness of forest management and certification
(2021)
Forest ecosystems are complex systems that develop inherent structures and processes relevant for their functioning and the provisioning of ecosystem services that contribute to human wellbeing. So far, forest management focused on timber production while other services were less rewarded. With increasing climate change impacts, especially regulating ecosystem services such as microclimate regulation are ever more relevant to maintain forest functions and services. A key question is how forest management supports or undermines the ecosystems’ capacity to maintain those functions and services. Forest management implies silvicultural interventions such as thinning and timber harvesting and ranges from single tree extraction to large clearcuts as well as forest reserves without active forest operations and shape the character of forest ecosystems (e.g. natural versus planted forests). Artificial plantings, monocultures and management for economic timber production simplify forest structures and impair ecosystem resilience, resistance and the existence of forests but also the services essential for the prosperity and health of humanity. Efforts to reduce the negative impacts and attempts to safeguard forest functions are manifold and include compulsory national and international guidelines and regulations for forest management, conventions, but also voluntary mechanisms such as certification systems.
The main objective of this thesis was the development of a concept to assess the functionality of forests and to evaluate the effectiveness of forest ecosystem management including certification. An ecosystem-based and participatory methodology, named ECOSEFFECT, was developed. The method comprises a theoretical and an empirical plausibility analysis. It was applied to the Russian National FSC Standard in the Arkhangelsk Region of the Russian Federation – where boreal forests are exploited to meet Europe's demand for timber. In addition, the influence of forestry interventions on temperature regulation in Scots pine and European beech forests in Germany was assessed during two extreme hot and dry years in 2018 and 2019.
Microclimate regulation is a suitable proxy for forest functionality and can be applied easily to evaluate the effectiveness of forest management in safeguarding regulating forest functions relevant under climate change. Microclimate represents the most decisive factor differentiating clearcuts and primary forests. Thus, the assessment of forest microclimate regulation serves as convenient tool to illustrate forest functionality. In the boreal and temperate forests studied in the frame of this thesis, timber harvesting reduced the capacity to self-regulate forests’ microclimate and thus impair a crucial part of ecosystem functionality. Changes in structural forest characteristics influenced by forest management and silviculture significantly affect microclimatic conditions and therefore forest ecosystems’ vulnerability to climate change. Canopy coverage and the number of cut trees were most relevant for cooling maximum summer temperature in pine and beech forests in northern Germany. Maximum temperature measured at ground level increased by 0.21 – 0.34 K when 100 trees were cut. Opening the forest canopy by 10 % caused an increase of maximum temperature at ground-level by 0.53 K (including pine and beech stands). Relative temperature cooling capacity decreased with increasing wood harvest activities and dropped below average values when more than 656 trees per hectare (in 2018; and 867 trees in 2019) were felled. In pine stands with a canopy cover below 82 % the relative temperature buffering capacity was lower than the average. Mean maximum temperature measured at ground-level and in 1.3 m was highest in a pine-dominated sample plots with relatively low stand volume (177 m3 ha-1) and 9 K lower in a sample plot with relatively high stock volumes of F. sylvatica (> 565 m3 ha-1). During the hottest day in 2019, the difference in temperature peaks was more than 13 K for pine-dominated sample plots with relatively dense (72 %) and low (46 %) canopy cover.
The Russian FSC standard has the potential to improve forest management and ecological outcomes, but there are shortcomings in the precision of targeting actual problems and ecological commitment. In theory, FSC would transform forest management practices and induce positive changes and effective outcomes by addressing 75 % of the identified contributing factors including highly relevant factors and threats including large-scale (temporary) tree cover loss, which contributes to reducing about half of the identified stresses in the ecosystem. It is theoretically plausible that FSC prevents logging in high conservation value forests and intact forest landscapes, reduces the size and number of clearcuts, and prevents hydrological changes in the landscape. However, the standard was not sufficiently explicit and compulsory to generate a strong and positive influence on the identified problems and their drivers. Moreover, spatial data revealed, that the typical regular clearcut patterns of conventional timber harvesting continue to progress into the FSC-certified boreal forests, also if declared as ‘Intact Forest Landscape’. This results in the need to verify the assumptions and postulates on the ground as it remains unclear and questionable if functions and services of boreal forests are maintained when FSC-certified clearcutting continues. On the clearcuts, maximum temperature exceeded 36 °C and stayed below 30 °C in the closed primary forest. The number of days with temperatures above 25 °C at least doubled on clearcuts. Temperature cooling capacity was reduced by up to 14 % and temperature buffering capacity up to 60 %. The main reason why FSC-certified clearcuts do not differ from conventional clearcuts is that about 97 % of trees within equally large clearcut sites of up to 50 ha were removed. The spatial design of clearcuts, their size and the intensity of clearing as well as the density of skidding trails for timber extraction was not positively influenced by FSC-certification. Annual tree cover loss was lowest in non-certified areas. This means, that FSC may even contribute to an increased biomass removal within the clearcuts, which compromises the ecosystems’ capacity to recover and maintain ecological functions and services. The analysis of satellite-based data on tree cover loss showed that clearcutting causes secondary dieback in the surrounding of the cleared area. FSC-certification does not prevent the various negative impacts of clearcutting and thus fails to safeguard ecosystem functions. The postulated success in reducing identified environmental threats and stresses, e. g. through a smaller size of clearcuts, could not be verified on site. The empirical assessment does not support the hypothesis of effective improvements in the ecosystem. In practice, FSC-certification did not contribute to change clearcutting practices sufficiently to effectively improve the ecological performance. Sustainability standards that are unable to translate principles into effective outcomes fail in meeting the intended objectives of safeguarding ecosystem functioning. Clearcuts that carry sustainability labels are ecologically problematic and ineffective for the intended purpose of ecological sustainability.
The overexploitation of provisioning services, i.e. timber extraction, diminishes the ecosystems’ capacity to maintain other services of global significance. It also impairs ecosystem functions relevant to cope with and adapt to other stresses and disturbances that are rapidly increasing under climate change.
Forest management under climate change needs to apply precautionary principles and reduce further ecological risks such as secondary dieback and deterioration of regulating services that are relevant for the functioning of forests. Forest managers have to avoid ecological disimprovements by applying strict ecological principles with effective outcomes in order to maintain functional forests that regulate their own microclimate also as a basis for sustainable economic benefits.
Mental health is an important factor in an individuals’ life - more than 300 million individuals suffered from depression in 2015. Online-based interventions have been developed for the treatment of various mental disorders. These types of interventions
have proven their efficacy and can lead to positive outcomes for suffering patients. During these interventions, a large amount of patient-specific data is gathered that can be utilized to increase treatment outcomes by informing decision-making processes of psychotherapists, experts in the field, and patients.
The articles included in this dissertation focus on the analysis of such data collected in digital psychological treatments by using machine learning approaches. This dissertation utilizes various machine learning methods such as Bayesian models, regularization techniques, or decision trees to predict different psychological factors, such as mood or self-esteem, dropout of patients, or treatment outcomes and costs. These models are evaluated using a variety of performance metrics, for example, receiver operating characteristics curve, root mean square error, or specialized performance metrics for Bayesian inference. These types of analyses can support decision- making for psychologists and patients, which can, in turn, lead to better recommendations and subsequently to increased outcomes for patients and simultaneously more insight about the interplay between psychological factors. The contribution of this interdisciplinary dissertation is manifold and can be classified at the intersection of Information Systems, health economics, and psychology. The analysis of user journey data has not yet been fully examined in the field of psychological research. A process for this endeavor is developed and a technical implementation is provided for the research community. The application of machine learning in this context is still in its infancy. Thus, another contribution is the exploration and application of machine learning techniques for the revelation of correlations between psychological factors or characteristics and treatment outcomes as well as their prediction. Additionally, economic factors are predicted to develop a process for treatment type recommendations. This approach can be utilized for finding the optimal treatment type for patients on an individual level considering predicted treatment outcomes and costs. By evaluating the predictive accuracy of multiple machine learning techniques based on various performance metrics, the importance of considering heterogeneity among patients’ behavior and affect is highlighted in some articles. Furthermore, the potential of machine learning-based decision support systems in clinical practice has been examined from a psychotherapists’ point of view.
Exploring artful possibilities: a transdisciplinary research on culture, arts and sustainability
(2021)
The texts gathered in this manuscript offer a largely congruent set of insights on the cultural dimension of sustainability and on the important functions of the arts in relation to the cultural dimension of sustainability, not only in society – more particularly in cities – but also more self- reflexively in transdisciplinary sustainability research itself. The introduction paper (original text for the Cumulative Habilitation) presents all the published texts included in the cumulative habilitation manuscript, and discusses the challenges of transdisciplinary research, differentiating two schools of transdisciplinarity (the so-called the ‘ETH’ and ‘CIRET’ approaches) to which the author’s postdoctoral research relates. The four texts in the first part (PART 1 - Culture(s) and Aesthetics of sustainability)articulate the relations between culture and sustainability. They focus on a theoretical dimension of the author’s postdoctoral research that further developed an understanding of “cultures of sustainability” and of “aesthetics of complexity” that was initiated in the author’s PhD, bringing them in a dialogue with other ongoing and emerging discourses about “cultural sustainability” and “queer ecologies”. The four texts in the second part (PART 2 - The Arts in Relation to Culture(s) and Aesthetics of Sustainability) represent the part of the author’s research that constituted a closer examination of specific artistic practices: ecological art, musical practices, and contemporary interdisciplinary arts in urban arts organizations.
The ten texts in the third part (PART 3 - Creative Sustainable Cities) share the insights gained in the parts of the author’s research work that focused on urban cultural and arts-related phenomena in their relationships to urban sustainability. Several of the texts lay out a critique of the “Creative City” and demonstrate an effort to develop an alternative understanding of the Creative City that would deserve to be also named a “Sustainable City”. Later texts share the insights from the author’s co-leading of the “Stadt als Möglichkeitsraum” (“City as Space of Possibilities”) research project (2015-2018).
The nine texts collected in the fourth part (PART 4 - Towards Artful Sustainability Research)reflect how the author’s ongoing research work included a transdisciplinary reflection and development in terms of epistemology and methodology, incorporating increasingly more elements of arts-based research and of phenomenology and integrating them with systems thinking and qualitative social-scientific research. This development brought the author to reflect further upon the imaginaries and research practices of sustainability researchers, and to advocate for an “artistic turn” in sustainability research (including the more specific field of sustainability science).
The conclusion paper (original text for the Cumulative Habilitation) summarizes the insights from all the published texts included in the cumulative habilitation manuscript, and suggests ways to address the transdisciplinary challenges presented in the introduction paper, suggesting ways to articulate the ‘ETH’ and ‘CIRET’ approaches to transdisciplinarity.
Eine der kolumbianischen Strategien zur Diversifizierung und Dekarbonisierung des Energiesektors ist die Förderung der Nutzung unkonventioneller erneuerbarer Ressourcen (NCRR). Zu diesem Zweck erließ die Regierung am 2014 das Gesetz 1715 zur Förderung von NCRR und Verbesserungen der Energieeffizienz in diesem Sektor. Obwohl dies vermutlich dazu beitragen wird, die internationale und nationale Verpflichtung zur Reduzierung der CO2-Emissionen um 20 % im Jahr 2030 zu erreichen, kann diese Annahme nicht auf breiterer Basis getestet werden, ohne die Umweltauswirkungen zu berücksichtigen, die solche Initiativen im Haushaltssektor, dem größten Stromverbrauchssektor in Kolumbien, haben können.
In dieser Arbeit wird der Umwelt Rebound-Effekt (ERE) gemessen, wenn der Anteil der Windenergie im kolumbianischen Stromnetz im Haushaltssektor erhöht wird. Zu diesem Zweck wurden eine prozessbasierte Ökobilanz (P-LCA), ein erweitertes Umwelt-Input-Output-Modell (EEIO) und Re-spending-Modelle (nahezu ideales Nachfragesystem AIDS) verwendet.
Der direkte Rebound-Effekt wurde anhand der Preiselastizität der Stromnachfrage gemessen; außerdem wurden die Umwelteinsparungen bei einer Erhöhung des Anteils der Windenergie im Netz mittels P-LCA berechnet. Zu diesem Zweck wurde eine P-LCA für einen Windpark in Kolumbien durchgeführt, während die Informationen für andere Energieressourcen (Wasser, Kohle, Gas, Solar und Wärme) aus der Ecoinvent 3.4 Datenbank entnommen wurden.
Zur Berechnung des indirekten Umwelt Rebound-Effekts wurden die für die Umwelteffizienz erzielten monetären Einsparungen berechnet. Zu diesem Zweck wurde eine AIDS-Methode angewandt, um die marginalen Budgetanteile (MBS) zu erhalten. Durch Kombination der ermittelten MBS mit dem EEIO-Modell wurden die monetären Einsparungen in Umweltindikatoren umgerechnet.
Der ERE wird für zehn Wirkungskategorien dargestellt (Klimawandel (CC), Versauerung (A), Ökotoxizität (E), marine Eutrophierung (MEUT), terrestrische Eutrophierung (TEUT), karzinogene Wirkungen (CE), nicht karzinogene Wirkungen (NCE), Abbau der Ozonschicht (OD), photochemische Ozonbildung (POC) und anorganische Wirkungen auf die Atemwege (RES)). Darüber hinaus wurde eine empfindliche Analyse durchgeführt, um die Variabilität der ERE bei verschiedenen Werten des direkten Rebound-Effekts und verschiedenen Prozentsätzen der Preiseffizienz zu messen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Einbeziehung des Umwelt Rebound-Effekts im Allgemeinen eine nicht vernachlässigbare Auswirkung auf die gesamten Umweltindikatoren in allen untersuchten Jahren hat. Diese Auswirkungen reichen von 5 % (Eutrophierung) bis 6,109 % (Bildung photochemischer Oxidantien) für das kombinierte Modell, während die Werte für das Einzelmodell zwischen 1 % (Eutrophierung) und 9,277 % (Bildung photochemischer Oxidantien) liegen. Eine Sensitivitätsanalyse der Preiselastizität des Stroms und des Strompreises zeigt außerdem, dass die ERE auf unterschiedliche Weise variiert, d.h. Änderungen dieser Parameter könnten die Auswirkungen um bis zu <1% bzw. 38% verändern. Backfire-Effekte sind für 8 der 10 untersuchten Umweltauswirkungen in unterschiedlicher Größenordnung über die Jahre hinweg vorhanden, was im Wesentlichen von den für Re-Investitionen verfügbaren Einsparungen abhängt.
Schlüsselwörter. Umwelt-Rebound-Effekt, Verbesserung der Umwelteffizienz, nicht-konventionelle erneuerbare Ressourcen, LCA, STIRPAT.
Das Bildungskonzept Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) gilt als Schlüsselfaktor für eine nachhaltige Entwicklung. Durch die Entwicklung von Schlüsselkompetenzen sollen Menschen dazu befähigt werden, aktiv an der Gestaltung von Gegenwart und Zukunft im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung zu partizipieren. Die Stärkung der Kompetenzen von Multiplikatorinnen und Multiplikatoren und somit Lehrkräften als Gestalterinnen und Gestalter formaler Bildung ist ein Ziel auf dem Weg zu einer inklusiven, qualitativ hochwertigen Bildung für alle und zur Befähigung aller, eine nachhaltige Entwicklung zu unterstützen. Es gilt, im Verlauf der Lehrkräftebildung Möglichkeiten zu schaffen, die Entwicklung relevanter Kompetenzen gezielt zu unterstützen, um effektivere Ergebnisse im Bereich BNE zu erreichen. Für den universitären Teil der Lehrkräftebildung geht dies einher mit einer entsprechenden Gestaltung von Lernumgebungen, durch die angehende Lehrkräfte relevante Kompetenzen zu Beginn ihres individuellen Bildungsweges entwickeln können. Darüber hinaus sollen durch entsprechende Fort- und Weiterbildungsformate auch bereits im Schuldienst tätige Lehrkräfte erreicht werden.
Das als transdisziplinäres Format angelegte Entwicklungsteam Sachunterricht, bestehend aus Sachunterrichtslehrkräften, Vertreterinnen und Vertretern außerschulischer Bildungsorte und Forschenden der Universität, bildet den Ausgangspunkt dieser Arbeit. Die vorliegende Arbeit fokussiert die Untersuchung von Möglichkeiten der Professionalisierung von (angehenden) Lehrkräften zu BNE im Kontext des Entwicklungsteams. Dazu wurde zunächst theoretisch-konzeptionell der Frage nachgegangen, welche Kompetenzen relevant für die Integration von BNE in Schule und Unterricht sind und wie Lehr-Lernsettings gestaltet werden sollten, um die Entwicklung entsprechender Kompetenzen zu unterstützen. Im Rahmen zweier empirischer Studien wurde anschließend einerseits die Kompetenzentwicklung seitens der Studierenden analysiert, die an einem durch das Entwicklungsteam begleiteten Seminar teilnahmen. Andererseits liegt der Fokus auf dem spezifischen Format des transdisziplinären Entwicklungsteams und es wurde untersucht, inwiefern wechselseitiges Lernen zwischen den Entwicklungsteammitgliedern initiiert werden und dies in einer Veränderung der pädagogischen Praxis resultieren kann.
Aufgrund seiner hohen Anschlussfähigkeit an den bildungswissenschaftlichen Diskurs wurde das Modell der BNE-spezifischen professionellen Handlungskompetenz den konzeptionellen Überlegungen und den darauf aufbauenden empirischen Untersuchungen zugrunde gelegt. Die Gestaltung eines Lehr-Lern-Settings für angehende Lehrkräfte mit dem Ziel der Förderung entsprechender Kompetenzen wurde anhand des Konzepts der offenen Lernumgebung vorgenommen.
Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass das in enger Zusammenarbeit mit dem Entwicklungsteam als offene Lernumgebung durchgeführte Seminar die Professionalisierung der Studierenden unterstützt und der Aufbau von (BNE-spezifischer) professioneller Handlungskompetenz durch kollaboratives Gestalten in Kooperation mit der Praxis ermöglicht wird. Zum anderen zeigt sich, dass die transdisziplinäre Zusammenarbeit ein wechselseitiges von- und miteinander Lernen zu BNE im Entwicklungsteam Sachunterricht fördert und Professionalisierungsprozesse sowohl seitens der Lehrkräfte als auch des außerschulischen Akteurs zumindest in einigen Bereichen angestoßen wurden. Ein zusätzliches Diffusionspotential für den Praxistransfer von BNE konnte in Hinblick auf das im Seminar entwickelte und an den Schulen integrierte Unterrichtsmaterial identifiziert werden. Zudem konnten im Verlauf des Seminars wechselseitige Lernprozesse zwischen Studierenden und Entwicklungsteammitgliedern initiiert werden, was die Möglichkeit eines weiteren, bisher weitestgehend unbeachteten Transfers von Innovationen wie BNE in die schulische Praxis birgt.
This doctoral thesis contributes to the vibrant discourse on boundary-crossing collaboration in the German teacher education system. It offers theoretical advancements, programmatic guidelines, and empirical findings which advocate for a transdisciplinary perspective. In order to do so, the framing paper critically links persistent challenges and current reform processes in the teacher education system with theoretical foundations and conceptual positions of transdisciplinarity. Against this backdrop, four articles provide further insights on: a) how to expand the prevalent systematic of innovation and transfer approaches (top-down, bottom-up, cooperative) by a transdisciplinary perspective, b) outlining guiding principles for the realization of transdisciplinary collaboration in the context of a boundary-crossing research and development project, c) providing empirical findings on effect relationships between transdisciplinary dimensions of integration characteristics, and d) identifying empirical types of actors based on specific assessment patterns towards these characteristics.
Keywords
Boundary-Crossing Collaboration; Innovation and Transfer Strategies; Integration; Teacher Education; Theory-Practice Interrelation; Transdisciplinarity
This dissertation focused on the nature and role of organizational practices for the employment of older people and the extension of their working lives. The set of four articles is driven by the objective to further deepen our understanding of how organizations can facilitate ageing at work to the benefit of both, employees and employers. Findings are empirically based on qualitative expert interview data from Germany and the U.S. and several quantitative field studies among older employees in Germany. To bridge gaps in measurement of organizational practices related to aging at work, this dissertation proposes a new comprehensive, multifaceted, and thoroughly conceptualized measure of organizational practices related to aging at work, the Later Life Workplace Index (LLWI). Through the course of the four articles the LLWI is conceptually developed based on qualitative interview data, operationalized, validated based on multiple field studies among older workers, and applied in a multi-level study among older employees of 101 organizations. Results suggest that organizational practices are not uniform, but multifaceted in their presence within organizations and their effects for the employment of older workers. The LLWI distinguishes nine domains of practices including an age-friendly organizational climate, work design, individual development, and practices tailoring the retirement transition. Thus, it may lay the foundation for more granular organizational level research in the field. Further, this dissertation’s fourth article applies the LLWI and argues based on person-environment fit and socio-emotional selectivity theory that organizational practices address different individual needs and, thus, affect employment depending on employees’ individual characteristics. Results suggest that older employees’ retirement intentions are effected by individual development, transition-to-retirement, and continued employment practices depending on their health resources. Application of the new measure in practice to improve organizations’ response to the aging workforce and opportunities for future research based on the LLWI are discussed.
Siliziumorganische Substanzen sind aus dem Alltag kaum wegzudenken. Sie kommen in vielfältiger Form vor und finden durch ihre Stabilität in vielen Produkten des Haushalts und der Industrie Anwendung. Da sie zum Beispiel auch in Körperpflegeprodukten und Pflanzenschutzmitteln angewendet werden, ist eine Freisetzung in die Umwelt unvermeidbar. Siliziumorganische Substanzen konnten bereits in allen Umweltkompartimenten (Luft, Wasser, Boden) analytisch nachgewiesen werden. Welche Risiken von dieser Stoffgruppe ausgehen, ist noch nicht abschließend geklärt, dennoch gibt es Hinweise auf negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Deshalb sollten Strukturen in siliziumorganischen Substanzen untersucht werden, die einen Abbau in der Umwelt begünstigen, um die Akkumulation dieser Stoffe in der Umwelt zu verringern.
Dafür wurden diverse biotische und abiotische Abbautests mit unterschiedlichen siliziumorganischen Substanzen durchgeführt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag vor allem in der biologischen Abbaubarkeit der Substanzen. Es wurden die Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD)-konformen Tests Closed-Bottle-Test (CBT, OECD 301D) und Manometrischer Respirationstest (MRT, OECD 301F) durchgeführt. Die Hydrolysierbarkeit wurde mithilfe des Hydrolysetests OECD 111 bei unterschiedlichen pH-Werten untersucht. Bei bestimmten Substanzgruppen ohne biologischen Abbau wurde das Verhalten der Substanzen bei Bestrahlung mit verschiedenen Bestrahlungsquellen untersucht. Die Analyse der Primärelimination der siliziumorganischen Substanzen erfolgte je nach Substanzeigenschaften mithilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie gekoppelt mit einem Spektrometer mit ultraviolettem und sichtbarem Licht (HPLC-UV/Vis) oder der Gaschromatografie gekoppelt mit einem Massenspektrometer (GC-MS). Die Transformationsprodukte wurden hingegen mithilfe der Flüssigkeitschromatografie gekoppelt mit einem Mehrfach-Massenspektrometer (LC-MSn) analysiert. Für eine umfassende Bewertung des biologischen Abbaus von siliziumorganischen Substanzen wurden ein Vergleich mit analogen Kohlenstoffverbindungen und eine Aufstockung mit Daten aus der Datenbank der Europäischen Chemikalien Agentur (ECHA) durchgeführt. Die Gruppierung der Substanzen nach ihren Strukturmerkmalen wurde hinzugezogen, um Rückschlüsse auf die Abbaubarkeit zu ziehen.
Eine besser biologisch abbaubare Grundstruktur brachte für die Benzenderivate keine Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit. Dennoch hatte die Einführung von +M-Gruppen am Aromaten einen positiven Einfluss auf die Geschwindigkeit und den Grad des photolytischen Abbaus. Die Bestrahlungsquelle hatte ebenfalls einen deutlichen Einfluss auf die Eliminierungsrate während des Photolyseexperiments. Mit einer Veränderung der Wellenlängen in den kurzwelligen Bereich und der daraus resultierenden energiereicheren Strahlung konnten die Substanzen schneller und teilweise vollständig primär eliminiert werden. Bei allen Abbaupfaden hatte die Hydrolyse eine entscheidende Rolle und wurde als einer der Hauptabbauprozesse charakterisiert. Bei einer Verbindung wurde im Nachgang an die biotischen und abiotischen Abbautests eine ausführliche Aufklärung der elf gebildeten Transformationsprodukte vorgenommen.
Um den Einfluss von Silizium in organischen Substanzen auf die biologische Abbaubarkeit zu untersuchen, wurde der direkte Vergleich von siliziumorganischen Substanzen und deren Kohlenstoffanaloga im CBT durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass drei von fünf Kohlenstoffverbindungen und keine siliziumorganische Verbindung als leicht biologisch abbaubar eingestuft werden konnten. In allen bis auf einen Fall konnten für die Kohlenstoffverbindungen höhere Abbauraten im CBT beobachtet werden. Die Hydrolyse wurde als erforderlicher Schritt vor dem biologischen Abbau von siliziumorganischen Substanzen identifiziert. Das siliziumfreie Produkt der Hydrolyse bestimmte den Grad des biologischen Abbaus. Die gute biologische Abbaubarkeit der einen siliziumorganischen Verbindung resultierte aus der leicht hydrolysierbaren Silizium-Stickstoff-Bindung und der leichten biologischen Abbaubarkeit des siliziumfreien Hydrolyseproduktes. Die siliziumhaltigen Reaktionsprodukte der Hydrolyse waren nicht biologisch abbaubar.
Bioabbaudaten aus eigenen Experimenten, aus vorhergehenden in der Arbeitsgruppe durchgeführten analogen Arbeiten und aus der ECHA-Datenbank wurden zusammengetragen, um einen Datensatz zu generieren. Die 182 Substanzen des Datensatzes wurden hinsichtlich ihrer Struktur gruppiert, um allgemeine Erkenntnisse für die biologische Abbaubarkeit von siliziumorganischen Verbindungen abzuleiten. Es gab Gruppen mit Substanzen, die überhaupt nicht biologisch abbaubar waren (z. B. zyklische, lineare und verzweigte Siloxane). Gruppen, die Substanzen mit Ethern, Estern, Oximen, Aminen und Amiden enthielten, waren hydrolyseanfällig, sodass auch leicht biologisch abbaubare Zwischenprodukte gebildet werden konnten. Die siliziumfreien Hydrolyseprodukte waren meist biologisch abbaubar, während die siliziumhaltigen Hydrolyseprodukte persistent waren.
Allgemein hat sich gezeigt, dass Modifikationen am Molekül einen positiven Einfluss auf die Abbaubarkeit haben können. Beispielsweise können Heteroatome eine Veränderung der Polarität bzw. der Elektronendichte hervorrufen, was die Photolyse- und Hydrolysefähigkeit und folglich auch den Bioabbau zum Positiven verändern kann. Das Einführen solcher Heteroatome oder funktioneller Gruppen in Polysiloxanketten kann demnach ein vielversprechender Ansatz für leichter abbaubare siliziumorganische Verbindungen sein. Nicht abbaubare Stoffe sollten vermieden werden, wenn sie nach ihrer Verwendung in die Umwelt gelangen.
Diese Erkenntnisse tragen unter anderem zur Spurenstoffstrategie des Bundes, zum European Green Deal und zu den Sustainable Development Goals bei. Ziel dieser Ansätze ist die Verringerung der Schadstoffemissionen, um uns Menschen auch zukünftig Zugang zu sauberem Wasser und einer lebenswerten Erde zu gewährleisten.
Pestizide werden als Pflanzenschutzmittel im landwirtschaftlichen Bereich und als Biozi-de z. B. in der Industrie, in Haushalten und Kommunen eingesetzt. Bereits auf den behandel-ten Flächen (z. B. auf Äckern oder Hausfassaden) und in den angrenzenden Gewässern kön-nen Pestizide Abbauprozessen durch u. a. Photolyse unterliegen. Diese Prozesse führen zur Entstehung von Transformationsprodukten (TP), deren Berücksichtigung bei der Umweltrisi-kobewertung für ein umfassendes Risikomanagement von großer Bedeutung ist. Doch gibt es über die in der Umwelt vorkommenden Transformationsprozesse und die dabei entstehenden TP immer noch Wissenslücken. Darüber hinaus sind die Eintragswege von TP, vor allem von Biozid-TP, in die angrenzenden Gewässer zum Teil unbekannt. Da eine Vielzahl von TP mit unterschiedlich starken ökotoxikologischen Effekten bewertet werden muss, besteht ein gro-ßer Bedarf an schnellen und umfassenden Methoden, um die stetig wachsende Anzahl an Chemikalien auf dem Markt erfassen zu können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, das Verhalten und den Verbleib ausgewählter Pestizid-TP in der aquatischen Umwelt zu ana-lysieren. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Phototransformationsprozesse von Pesti-ziden sowie der Eintrag aus Fassaden über Regenwasserversickerungsanlagen (RVA) in an-grenzenden Gewässern der Stadt Freiburg untersucht. Schlussendlich erfolgte die Identifizie-rung der ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP in einem mehrstufigen Ansatz durch die Kombination experimenteller und computerbasierter Methoden. Inwiefern unterschiedliche Phototransformationsprozesse zu unterschiedlichen TP führen, wurde im ersten Teil der Arbeit durch einen Vergleich der Entstehung von TP durch direkte und indirekte Photolyse der Substanzen Penconazol, Terbutryn und Mecoprop untersucht. Weiterhin wurde der Abbau durch die Bestrahlung mit unterschiedlichen Xenonlampen unter-sucht. Die Ergebnisse zeigen, dass unterschiedliche Phototransformationsprozesse zu unter-schiedlichen TP führen können. So entstanden durch indirekte Photolyse von Mecoprop un-terschiedliche TP im Vergleich zu den TP, die durch direkte Photolyse gebildet wurden. Wo-hingegen kein Unterschied der Entstehung der TP von Penconazol und Terbutryn festgestellt wurde. Der Vergleich von drei verschiedenen Xenonlampen zur Simulation von Photolyse im Labormaßstab zeigte, dass eine genaue Spezifizierung der Lampen hinsichtlich des emittierten Spektralbereich sowie der absoluten Photonenflussdichte notwendig ist. Auf diese Weise können künftig Fehler bezüglich der Geschwindigkeit des direkten Abbaus insbesondere von schwach absorbierenden Pestiziden vermieden werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Eintrag von Bioziden, die in Fassadenanstrichen An-wendung finden, und deren TP über Regenwasserversickerungsanlagen in das Grundwasser untersucht. Dabei wurden qualitative und quantitative Target-Screening-Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung bekannter und unbekannter TP der Biozide Diuron, Ter-butryn und Octhilinon (OIT) in der aquatischen Umwelt mittels Flüssigkeitschromatographie mit gekoppeltem Massenspektrometer (LC-MS) kombiniert. Die Untersuchung zeigt, dass der gewählte methodische Ansatz einen wichtigen Beitrag zur Identifikation von Eintragspfaden in Gewässer leisten kann. Auf diese Weise wurden erstmalig dezentrale Versickerungssyste-me als Eintragspfad für biozide Wirkstoffe und insbesondere deren TP ins Grundwasser iden-tifiziert. Weiterhin wurden Fassaden als Quelle von Biozid-TP durch die Ausgangssubstanz Diuron und des TP-219 anhand eines Beregnungsexperiments einer 14-jährigen Hausfassade festgestellt..
Die ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP wurden im dritten Teil dieser Ar-beit in einem mehrstufigen Ansatz untersucht. Dafür erfolgten auf der ersten Stufe eine Lite-raturauswertung und die Anwendung computerbasierter Methoden, um die bakterielle Ökoto-xizität und Genotoxizität zu ermitteln. Im Fall von toxischen Hinweisen wurden photolytische Mischungen durch Photolyse der Ausgangssubstanzen hergestellt. Diese wurden auf der zwei-ten Stufe in einem Leuchtbakterientest hinsichtlich der akuten und chronischen Ökotoxizität und der Wachstumshemmung untersucht. Die Genotoxizität wurde in einem Umu-Test ermit-telt. Bestätigten sich die positiven Befunde, erfolgten auf der dritten Stufe Einzeluntersuchun-gen der TP durch die zuvor genannten Tests. Die Ergebnisse legen nahe, dass mit Hilfe des mehrstufigen Verfahrens eine schnelle und umfassende Ersteinschätzung der Ökotoxizität von Pestizid-TP erfolgen kann. Dabei bietet vor allem die Kombination von computerbasierten Methoden und experimentellen Tests die Möglichkeit einer Vielzahl von Substanzen gerecht zu werden und auch schwer synthetisierbare und analysierbare Substanzen einzubeziehen. So konnten mit Hilfe des Ansatzes 96 % der TP bewertet werden.
Insgesamt zeigte sich, dass die Berücksichtigung von TP im Rahmen von Gewässerüberwa-chung und Risikobewertung eine genauere Abschätzung der Risiken durch Schadstoffe er-möglicht. Die in dieser Dissertation entwickelte Vorgehensweise, bei der TP zunächst im La-bor erzeugt und bewertet und anschließend in aquatischen Systemen gezielt analysiert wer-den, kann einen wichtigen Beitrag zur Regulatorik des Einsatzes und der Zulassung von Pes-tiziden leisten. Die Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse und Methodenvorschläge um, im Sin-ne der Ziele einer nachhaltigen Entwicklung der Vereinten Nationen, einer Verschmutzung der Gewässer in qualitativer und quantitativer Hinsicht vorzubeugen.
The presence of pharmaceutical drugs and their by-products as environmental organic contaminants in a variety of eco-systems and their potential environmental impacts is a well-known aspect and has been raised in recent years. Studying the transformation of pharmaceutical drugs in the aquatic system is very important as it can lead to the formation of many new transformation products (TPs) that can have different properties (e.g. more mobile, toxic or present at higher concentrations) and this can enable them to reach the environmental compartments not affected by their parent compounds. Yet, many of the pharmaceutical drugs are not well regulated or controlled and they can cause a lot of adverse ecological and/or human health effects. In addition, impact of the continuous change in the environmental conditions such as pH, temperature and initial concentration on the transformation behaviour of pharmaceuticals is overlooked in many researches although it is of high interest.
Psychotropic drugs are among the pharmaceuticals which their potential hazards including environmental fate and behaviour is still not well understood compared to other drugs such as antibiotics. Psychotropic drugs are highly used, and their worldwide consumption has been increasing nowadays especially in developed countries such as Europe and the United States. Furthermore, they are highly found in different environmental compartments and can cause a lot of toxicological problems. Trimipramine (TMP), Desipramine (DMI) and Chlorprothixene (CPTX) are three psychotropic drugs with closely related chemical structures and they are selected to be studied in this thesis as they are among the worldwide commonly prescribed psychotropic drugs and data available on their environmental fate (e.g., degradation or transformation and fate of the TPs) is lacking in the environmental researches.
To investigate the ecological impact of the pharmaceuticals on water organisms and to study their fate in the aquatic system, laboratory biodegradation and photodegradation tests are recommended. The use of LC-MS/MS analysis with the combination of photolysis and biodegradation tests to identify the formed TPs and to study the biodegradability and the persistence of the TPs is a helpful new insight into the environmental behaviour of contaminants and their TPs. Different environmental conditions can affect the fate of pharmaceuticals in the environment, therefore answering the question how different variables such as temperature, pH and initial concentration could affect the degradation pattern of pharmaceuticals can provide valuable information regarding their environmental fate. Toxicity assessments of contaminants and their TPs using in-silico software based on quantitative structure activity relationship (QSAR) models can be a good choice especially in case of TPs because the TPs are mostly not available commercially and II
are usually only formed in low concentrations within complex matrices so that isolation and purification are very difficult.
Accordingly, the principle of this thesis was to study the environmental fate of three highly used psychotropic drugs and this achieved through: 1) examining the biodegradability of TMI, DMI and CPTX, 2) studying the behaviour of TMP, DMI and CPTX in photodegradation tests using Xe and UV lamps with studying the effect of different environmental conditions on their UV-photodegradation behaviour, 3) monitoring the primary elimination of TMP, DMI and CPTX during photodegradation and biodegradation tests using HPLC, and measuring their degree of mineralization by means of dissolved organic carbon analyser (DOC), 4) elucidating the structures of the TPs which formed during the degradation of TMI, DMI and CPTX by using LC-MS/MS analysis, 5) analysing the biodegradability of their TPs by laboratory tests and in-silico assessments in order to determine the fate and persistence of these TPs in the aquatic environment, 6) conducting in-silico toxicity predictions for the selected psychotropic drugs and their TPs in human (carcinogenicity, genotoxicity and mutagenicity) and in eco-system (toxicity to microorganisms and toxicity in rainbow trouts).
TMP, DMI and CPTX were found to be not readily biodegradable in Closed Bottle test (CBT), and in Manometric Respiratory test (MRT). They did not show any significant elimination or mineralization within 128 minutes of irradiation using a xenon Lamp. In UV-photodegradation samples, LC-MS/MS results showed elimination of the three psychotropic drugs with corresponding comparatively lower degrees of mineralization indicating formation of abundant photo-TPs.
From the UV-photolysis tests, which were carried out under different environmental conditions, it can be concluded that the degradation rates of TMP, DMI and CPTX decreased when their initial concentrations increased. pH affected the photodegradation behaviour of TMP, DMI and CPTX with different pattern depending on many factors such as solubility, molar absorption coefficient (ɛ), ionisation form and chemical structure. Temperature elevation showed non-significant effect on the photodegradation performance of DMI and CPTX, while showed an enhanced effect on the photodegradation performance of TMP. This could be because the molecules of DMP and CPTX can reach the sufficient energy required for degradation at low temperature. While TMP`s molecules still require some more energy to undergo degradation and temperature helps them to reach easily these required activation energy.
Elucidating the TPs and studying the degradation pathways for TMP, DMI and CPTX during UV irradiation indicated that hydroxylation is the most abundant pathway followed by oxidation and isomerization. De-chlorination pathway was observed during the UV-transformation of CPTX.
III
Deamination and loss of the aliphatic side chain were observed only during the UV-transformation of TMP, while not observed during DMI and CPTX transformation. This indicates that the bond between the amino- group and the aliphatic side chain in DMI and CPTX can be more resistant to photodegradation compared to the same bond in TMP. This could be due to the presence of extra methyl groups in TMP molecule which can decrease the previously mentioned bond strength.
Biodegradation tests performed for photodegradation mixtures, which contain the psychotropic drugs and their TPs, showed low biodegradation results. Despite that, elimination of some TPs was observed in the LC-MS/MS analysis at the end of these biodegradation tests. This indicates the probability of biodegradation ability for some TPs and this ability was hindered by the predominant effect of other non-biodegradable compounds. In-silico predictions showed that for many endpoints, photo-transformation might lead to an increased toxicity in humans and to water organisms compared with the parent compound.
As an overall conclusion, the present work demonstrates that a combination of laboratory simulation tests, LC-MS/MS analysis and in-silico tools result in valuable new information regarding environmental fate of three important psychotropic drugs and their TPs. This dissertation also highlights that different environmental conditions such as temperature, initial drug concentration and pH can differently affect the degradation behaviour of pharmaceuticals even when they are highly structurally related. Therefore, one cannot conclude from one pharmaceutical to another but each one needs to be investigated individually and this present a great challenge for risk assessment kinetics of chemicals in the aquatic environment. The results presented here showed that the investigated pharmaceuticals and their TPs can negatively affect the environment which may be harmful to the ecosystem as they might have been present for decades in the aquatic environment without any knowledge of their environmental fate or connected risk. Therefore, further work needs to be done including analysis of environmental samples (e.g., surface waters), as well as laboratory toxicity tests to further expand knowledge on their exact environmental impact.
Kompetenz und Performanz von (angehenden) Lehrkräften im Bereich Deutsch als Zweitsprache (DaZ)
(2021)
Die Forderung nach sprachbildendem Fachunterricht ist aktueller denn je. Deshalb stellt sich die Frage, welche Kompetenzen (Fach-) Lehrkräfte benötigen, um dies leisten zu können und wie sie diese in ihrer Aus- und Weiterbildung erwerben können (Baumann, 2017; Köker, 2018). Zwar gibt es Empfehlungen für die Lehrkräftebildung, jedoch ist die Ausbildungslandschaft im Bereich Deutsch als Zweitsprache (DaZ) deutschlandweit und universitätsabhängig sehr heterogen (Gantefort & Michalak, 2017). Um Aussagen über benötigte Kompetenzen treffen zu können, müssen diese messbar gemacht werden. Wissensfacetten im Bereich DaZ können mit einem Paper-Pencil-Test erfasst werden. Um Handlungsfacetten erfassen zu können, wird eine Testumgebung benötigt, die der Komplexität von Unterricht möglichst gerecht wird, weshalb sich Paper-Pencil-Tests dafür nicht eignen (Blömeke, König et al., 2015). Dem Kompetenz-als-Kontinuum-Modell (Blömeke, Gustafsson & Shavelson, 2015) folgend, widmet sich diese Arbeit der Entwicklung eines videobasierten Testinstruments mit einem mündlichen Antwortformat, um so performanznah DaZ-Kompetenz zu erfassen. Folgende Forschungsfragen werden in dieser Dissertation untersucht:
1.) Inwieweit können eine ausreichende psychometrische Qualität und eine dimensionale Struktur des Testinstruments festgestellt werden?
2.) Inwieweit kann performanznahe DaZ-Kompetenz bei (angehenden) Lehrkräften festgestellt werden?
3.) Wie hängen individuelle und akademische Hintergrunddaten der Proband*innen, DaZ-bezogene Lerngelegenheiten, Überzeugungen zu sprachlich-kultureller Heterogenität in Schule und Unterricht oder Persönlichkeitsmerkmale mit performanznaher DaZ-Kompetenz zusammen?
Das Rahmenpapier bettet die vier Artikel in den übergeordneten theoretischen Kontext ein, diskutiert die Ergebnisse und leitet abschließend Empfehlungen für weitere Forschung und für die Lehrkräftebildung ab.