333.7 Natürliche Ressourcen, Energie und Umwelt
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Heating is most important part of thermal energy demand, and accounts for large amounts ofenergy consumption in cold regions. Renewable energy sources will be of great importance inorder to cover future energy demands. However, their intermittency is rightly considered asinconvenient. Thus, a more effective management of demand, coupled with efficient storagesystems is required. Based on this perception, thermal systems coupled with electricityproduction have been efficiently designed, they are the so called “combined heat and power”(micro-CHP). Nonetheless, heat losses from the thermal part of their system lead to electricityfluctuation. Therefore, the use of micro-CHP in combination with a volume-efficient and nearlylossless heat storage system to counteract electricity fluctuations is a viable solution.The heat storage system in this work is based on reversible thermochemical reactions, suchas dehydration and hydration of inorganic salts, which exhibits very high energy density (up to628 kWh·m-3 of storage material). The chosen inorganic salt (SrBr2·6H2O) reacting with purewater vapour operates within a closed system. The objective of this work is to design a systemthat thermodynamically matches the combination with micro-CHP. Therefore, investigationshave been performed from the material at micro-scale to the system at lab-scale. Models weredeveloped on the basis of heat and mass transfer with chemical reaction and were done in orderto numerically analyse the system. Experiments were additionally performed to consolidate thenumerical tools for future studies. Characterization experiments have been designed and tested.Thermo-physical properties (thermal conductivity, specific heat capacity, permeability, chemicalkinetics) of the reactive salt were then determined to be used as parameters into the sodeveloped models.The numerical simulations lead to the time-space evolution of heating fluid, reactive bedtemperatures and reactor pressure. The originality of this study is to model the coupled heat andmass transfer with chemical reaction on a 3D geometry to be close to the reality. Results help tonumerically and experimentally analyse the thermochemical heat storage performances. Thebed energy density is experimentally found to be 531 kWh·m-3 of salt hydrate. Based on thecondensation temperature during the experimentation, a reactor energy density of 140 kWh·m-3and a storage capacity of 65 kWh with a thermal efficiency of 0.78 are obtained. This systemproves the recovery capacity of more than 2/3 of the input energy. Various aspects of design andrecommendation for optimisation aspect that could help during prototype development aretaken into account and addressed. Comparison simulation-experiment is then performed anddiscussed, showing encouraging results, even if limited at lab-scale.
Die vorliegende Dissertation wendet ein theoretisches Modell zum Zusammenhang zwischen Wirtschafts- und Umweltleistung auf existierende und eigene empirische Untersuchungen an. Die auf Basis des Modells formulierten Hypothesen werden mit eigenen empirischen Daten aus Europa insbesondere mit Bezug auf betriebliche Umweltstrategien und auf input-orientierten bzw. output-orientierten Umweltschutz untersucht. Dies ermöglicht insbesondere eine Bewertung des Einflusses der Strategiewahl. Die empirische Untersuchung basiert auf zwei unterschiedlichen Datensätzen. Es werden zunächst empirische Daten zur Umweltleistung von Papierfirmen in verschiedenen Ländern (Niederlande, England, Deutschland und Italien) untersucht, und dabei bei einer output-orientierten Messung der Umweltleistung ein im wesentlichen negativer Zusammenhang zwischen Umwelt- und Wirtschaftsleistung ermittelt. Bei Verwendung eines input-orientierten Maßes für die Umweltleistung wird ein im wesentlichen insignifikanter Zusammenhang gefunden. In der zweiten empirischen Untersuchung wird im Rahmen einer Befragung von Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes in England und Deutschland eine Unterscheidung von betrieblichen Umweltstrategien vorgenommen. Dabei erfolgt auf Basis der Kriterien des Environmental Shareholder Value eine Einteilung der Firmen in solche mit wertorientierten Umweltstrategien und solche ohne spezifische Wertorientierung. Auf Basis dieser Unterscheidung wird die aus der zentralen Fragestellung der Dissertation abgeleitete Hypothese untersucht, dass der Zusammenhang zwischen Umweltleistung und Wirtschaftsleistung für Unternehmen mit einer wertorientierten Umweltstrategie positiver ist als für solche ohne spezifische Wertorientierung des Umweltmanagements. Diese Hypothese wird dahingehend bestätigt, dass für Firmen mit wertorientierter Umweltstrategie ein weitgehend positiver Zusammenhang zwischen Umweltleistung und umweltbezogenen Dimensionen der Wettbewerbsfähigkeit nachgewiesen wird.
Die vorliegende Dissertation wurde in der Zeit vom September 2002 bis Januar 2005 am Institut für Ökologie und Umweltchemie des Fachbereichs Umweltwissenschaften an der Universität Lüneburg angefertigt. Das Thema dieser Dissertation lautet: "Analyse des Lebenszyklus einer Verpackung anhand der Ökobilanzen. Vergleichende Untersuchung eines Getränkekartons in der Bundesrepublik Deutschland und in der Russischen Föderation". Die Arbeit befasste sich mit der ökologischen Beurteilung der bei der Produktion, dem Verbrauch und der Beseitigung von Getränkeverpackungen entstehenden Stoff- und Energieströme mittels der Ökobilanzmethode. Nach einem umfassenden Überblick des Nutzens, der Durchführung und des Kenntnisstandes der Ökobilanzen und speziell der Ökobilanzen von Getränkeverpackungen in beiden relevanten Ländern wurden an einem Fallbeispiel die Unterschiede zwischen Stoff- und Energieflüssen im Lebensweg eines in der Bundesrepublik Deutschland und in der Russischen Föderation hergestellten Getränkekartons herausgefiltert. Der Untersuchungsgegenstand war neben dem aus drei Stoffen (Zellstoffkarton, Polyäthylen und Aluminium) bestehenden Getränkekarton selbst die eingesetzte Transportverpackung (Tray aus Wellpappe, sowie Holzpalette). Die vergleichende Ökobilanz wurde nach ISO-Normen aus der Reihe 14040ff. zu Ökobilanzen erstellt. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchung wurden die relevanten Stoff- und Energieströme aufgrund von Literaturangaben erfasst und anschließend mittels des vom Umweltbundesamt ausgearbeiteten Ansatzes der Wirkungsindikatoren bewertet. Hierbei wurden drei Szenarien differenziert: 1. Durchschnittslage in der Bundesrepublik Deutschland (Szenarium 1), 2. Gebiet Moskau (Szenarium 2) und 3. Gebiet Tyumen (Szenarium 3) in der Russischen Föderation. Für jedes Szenarium wurden 18 Lebenswegabschnitte berücksichtigt, einschließlich der notwendigen Transporte: Primäraluminiumschmelze, Sekundäraluminiumschmelze, Stammholzproduktion, Herstellung von Alufolie, Herstellung von LDPE, Herstellung von Rohkarton, Herstellung von Verbundkarton, Herstellung von Wellpappe, Sägewerk (Herstellung von Holzpaletten), Abfüllung, Handel / Verbrauch, Wertstofferfassung und -sortierung, Altpapiererfassung und -sortierung, Ablagerung von Hausmüll, Ablagerung von Schlacken, Hausmüllverbrennung, Abwasserreinigung, Transporte, einschließlich Mülltransporte. In die Datenerfassung gingen ca. 80 eingehende und 160 ausgehende elementare (direkt der Umwelt entnommene bzw. an die Umwelt angegebene) Stoff- und Energieströme ein, die bei der Wirkungsabschätzung in 13 Wirkungskategorien aggregiert wurden: Treibhauseffekt, Photooxidantienbildung, Eutrophierung von Böden, Eutrophierung von Gewässern, Versauerung, Energieträgerbeanspruchung, Materialienverbrauch, Wasserverbrauch, Forstflächenbeanspruchung, Deponieflächenbeanspruchung, Toxische Schädigung des Menschen, Toxische Schädigung der Organismen und Ökosysteme, Abfallmenge. Die Ergebnisse der Forschung zeigen ein deutlich geringeres Umweltwirkungspotential der in Deutschland erzeugten Getränkekartons, die in allen 13 Wirkungskategorien die günstigsten Werte aufweisen. Besonders groß ist der Vorteil des Szenariums 1 im Vergleich zu einem ungünstigsten Szenarium bei den Kategorien "Deponieflächenverbrauch" (11,4 Mal) und "Aquatische Eutrophierung" (6,4 Mal). In den meisten Wirkungskategorien tragen die in Deutschland hergestellten Getränkekartons etwa um die Hälfte geringer zur Umweltverschmutzung bei, als die in Russland produzierten Getränkekartons. In den Kategorien "Materialienverbrauch", "Forstflächenverbrauch" und "Abfallmenge" ist der Beitrag der deutschen Getränkekartons zur Umweltbelastung nur 2 bis 22% höher, als der von russischen Getränkekartons. Bei den zwei russischen Szenarien verursacht das Szenarium 3, das durch die größten Transportstrecken geprägt ist, in der Regel wesentlich schlechtere Werte, als Szenarium 2. Lediglich in drei Fällen (bei dem Verbrauch von Forstflächen, Materialien und Wasser) schneiden die Szenarien 2 und 3 gleich ab. Werden die Ergebnisse der vergleichenden Ökobilanz lebenswegbezogen betrachtet, lässt sich folgendes Fazit ziehen. Bei der Produktion stammt in allen Szenarien ein erheblicher Anteil der Schadstoffe aus der Packstoffherstellung und deren Vorstufen (insbesondere aus Primäraluminiumschmelzen, Polyethylen- und Rohkartonherstellung). In den Szenarien 2 und 3 wachsen im Vergleich zum Szenarium 1 die Anteile der schädlichen Stoff- und Energieemissionen aus der Beseitigung (insbesondere aus der Müllablagerung) und aus den Transporten, einschließlich der Getränkedistribution.
Gewohnt, in der Entwicklung und Durchführung von Projekten in der politischen Erwachsenenbildung zuerst nach möglichen eigenen Zugängen der TeilnehmerInnen zum Thema nachzudenken, lag der Zugang zum Thema Wasser über den Aspekt der individuellen Nutzung im Haushalt nahe. Alle möglichen Aktivitäten im Haushalt, wie Waschen, Reinigen, Kochen usw. haben unmittelbar mit Wasser zu tun. Wasser war von je her konstituierendes und prägendes Element gleichermaßen für versorgungswirtschaftliche Aktivitäten. Trotzdem ist Wasser heute im haushälterischen Bereich kaum noch sichtbar. Seine Erscheinung beschränkt sich auf das Heraussprudeln oder fließen aus dem Wasserhahn und dem Ablaufen und Verschwinden im Ausguss. Wasser ist selbstverständlich; es wird geliefert und es wird auch wieder beseitigt und entsorgt. Der Haushalt ist nur ein kleiner Ausschnitt einer riesigen Durchflussmaschinerie. Doch die Haushalte sind die Orte, an denen Wasser unmittelbar und existentiell notwendig gebraucht wird. Fragen der Vermittlung umweltbezogenen Wissens oder Methoden zur Wahrnehmung von Umweltproblemen sind jedoch nicht der Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit. Sie waren vielmehr die Impulse für den Forschungskontext. Dieser verortet sich schließlich im weiten Feld des Verhältnisses von Technik und Umwelt, in der Art und Weise, wie Versorgungs- und Entsorgungstechnik je eingepasst sind in das Spannungsfeld von naturräumlichen Gegebenheiten und anthropogenen Nutzungsformen von Wasser. Dass Umwelthandeln sich dabei in realen wirtschafts- und wissenschaftspolitischen Kontexten bewegt und ein Mensch-Natur-Verhältnis beschreibt, das sich oftmals in Form einer krisenhaften und krisenbestimmten Wahrnehmung von Natur und natürlichen Prozessen wandelt und immer wieder neu gestaltet, verdeutlicht sich ganz aktuell und in drastischer Weise in den erneut aufgebrochenen kontroversen Debatten zu nachhaltigen und insbesondere vorsorgenden Formen der Flussbewirtschaftung und des Fliessgewässerausbaus.
Wind energy is expected to become the largest source of electricity generation in Europe's future energy mix. As a consequence, future electricity generation will be exposed to an increasing degree to weather and climate. With planning and operational lifetimes of wind energy infrastructure reaching climate time scales, adaptation to changing climate conditions is of relevance to support secure and sustainable energy supply. Premise for success of wind energy projects is the ability to service financial obligations over the project lifetime. Though, revenues(viaelectricity generation) are exposed to changing climate conditions affecting the wind resource, operating conditions or hazardous events interfering with the wind energy infrastructure. For the first time, a procedure is presented to assess such climate change impacts specifically for wind energy financing. At first, a generalised financing chain for wind energy is prepared to (qualitatively) trace the exposure of individual cost elements to physical climate change. In this regard, the revenue through wind power production is identified as the essential component within wind energy financing being exposed to changing climate conditions. This implies the wind resource to be of crucial interest for an assessment of climate change impacts on the financing of wind energy. Therefore, secondly, a novel high-resolution experimental modelling framework with the non-hydrostatic extension of the regional climate model REMO is set up to generate physically consistent climate and climate change information of the wind resource across wind turbine operating altitudes. With this setup, enhanced simulated intra-annual and inter-annual variability across the lower planetary boundary layer is achieved, being beneficial for wind energy applications, compared to state-of-the-art regional climate model configurations. In addition, surrogate climate change experiments with this setup disclose vertical wind speed changes in the lower planetary boundary layer to be indirectly affected by temperature changes through thermodynamically-induced atmospheric stability alterations. Moreover, air density changes are identified to occasionally exceed the net impact of wind energy density changes originating from changes in wind speed. This supports the consideration of air density information (in addition to wind speed) for wind energy yiel assumptions. Thirdly, the generated climate and climate change information of the wind resource are transferred to a simplified but fully-fledged financial model to assess the financial risk of wind energy project financing with respect to changing climate conditions. Sensitivity experiments for an imaginary offshore wind farm located in the German Bight reveal the long-term profitability of wind energy project financing not to be substantially affected by changing wind resource conditions, but incidents with insufficient servicing of financial obligations experience changes exceeding -10% to 14%. The integration of wind energy-specific climate and climate change information into existing financial risk assessment procedures would illustrate a valuable contribution to enable climate change adaptation for wind energy.
In response to the challenges of the energy transition, the German electricity network is subjected to a process of substantial transformation. Considering the long latency periods and lifetimes of electricity grid infrastructure projects, it is more cost-efficient to combine this need for transformation with the need to adapt the grid to future climate conditions. This study proposes the spatially varying risk of electricity grid outages as a guiding principle to determine optimal levels of security of electricity supply. Therefore, not only projections of future changes in the likelihood of impacts on the grid infrastructure were analyzed, but also the monetary consequences of an interruption. Since the windthrow of trees was identified a major source for atmospherically induced grid outages, a windthrow index was developed, to regionally assess the climatic conditions for windthrow. Further, a concept referred to as Value of Lost Grid was proposed to quantify the impacts related to interruptions of the distribution grid. In combination, the two approaches enabled to identify grid entities, which are of comparably high economic value and subjected to a comparably high likelihood of windthrow under future climate conditions. These are primarily located in the mid-range mountain areas of North-Rhine Westphalia, Baden-Württemberg and Bavaria. In comparison to other areas of less risk, the higher risk in these areas should be reflected in comparably more resilient network structures, such as buried lines instead of overheadlines, or more comprehensive efforts to prevent grid interruptions, such as structural reinforcements of pylons or improved vegetation management along the power lines. In addition, the outcomes provide the basis for a selection of regions which should be subjected to a more regionally focused analysis inquiring spatial differences (with respect to the identified coincidence of high windthrow likelihoods and high economic importance of the grid) among individual power lines or sections of a distribution network.
The agreement on the 17 Sustainable Development Goals (SDGs) by the UN General Assembly in September 2015 was a milestone in the common history of international development and sustainability governance. However, in order to be effective, it is necessary to identify and to define suitable instruments that can be applied in order to fulfill the ambitious goal catalogue. Therefore, the underlying thesis examines the concept of Village Savings and Loan associations (VSLAs) with regard to its mechanisms that operate towards an attainment of the respective goal category. VSLAs are self-government, autonomous and democratically organized Microfinance Institutions (MFIs). They consist of a maximum of 25 mostly female members, who know and trust each other. The work is carried out within a qualitative-empirical research design applied in central Cameroon, which has to some extent exemplary character for sub-Saharan Africa. In this manner, guided experts interviews were conducted with VSLA-presidents as well as with field officers that are creating and accompanying VSLAs. A first part addresses the historical evolution of the SDGs and the theoretical and actual implications of Microfinance and the VSLA-methodology. After considering the methodological proceeding, the results are presented, discussed and summarized in a conclusion. All in all, 22 mechanisms for the attainment of nine SDG-categories are identified and described. Of particular importance is the key role of the credits to trigger fruitful activities that generate financial wealth, economic growth and employment. Furthermore, the savings of the members are an important factor for the school enrollment of the members´ children. Additionally, a combination of the credits and the solidarity fund improves the medical treatment of the members and their families. In contrast to that, direct mechanisms supporting the nutritional situation or gender equality in the research field are found to have a limited importance. Moreover, none of the identified mechanisms targets the environmental sphere of the SDG-catalogue. This is weighty in light of an increasing noticeability of the impacts of climate change for the involved population group. Nonetheless, the VSLA-concept is a simple way to effectively address the social and the economic aspects of the SDG-catalogue. In this manner, a further development of the instrument could include the canalization of the capital of international de-velopment cooperation through the VSLAs as democratic and transparent grassroots-institutions.
Durch die fortschreitende Intensivierung der landwirtschaftlich genutzten Flächen in Deutschland wird im Rahmen der Ertragsteigerung oftmals ein erhöhter Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden beobachtet. Da bislang nur wenige Abstandsauflagen zu Saumbiotopen bei der Zulassung von Substanzen festlegt wurden und darüber hinaus durch Abdrift, vor allem in Hauptwindrichtung von Agrarflächen, eine ungewollte Applikation ausgebrachter Fungizide auf Waldsäume (hier: Nichtzielfläche) anzunehmen ist, kann eine Gefährdung von Nichtzielorganismen nicht ausgeschlossen werden. Durch einen zulässigen Einsatz von Fungiziden im Forst und in Baumschulen werden Bestände auch unmittelbar mit Pestiziden exponiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Symbiose zwischen Bäumen als Nichtzielpflanzen und Ektomykorrhiza-Pilzen (ECM) als Nichtzielorganismen unter Fungizid- und Herbizid-Exposition untersucht. Als Modellsubstanzen wurden sowohl Pestizide mit einer Zulassung für Forstwirtschaft und Baumschulen wie auch mit Ackerbauzulassung gewählt. Die Anwendungsbereiche werden durch Konzentrationsniveaus (100% bzw. 10% der empfohlen Aufwandmenge, AM) abgebildet. Buchen, welche eine intakte Symbiose mit Ektomykorrhiza aufweisen, sind besser an ihre Umwelt angepasst und verfügen über Standortvorteile aufgrund einer effektiveren Nährstoff- und Wasseraufnahme. Diese Symbiose reagiert sensibel auf anthropogene Störungen wie Pestizidanwendungen. Die Substanzen können dabei sowohl über eine direkte Wirkung auf die Mykorrhiza-Pilze, wie auch über eine indirekt schädigende Wirkung auf die Wirtspflanze, die Symbiose beeinflussen. Ziel der Arbeit war es zu untersuchen, ob und welche Auswirkungen auf den Endpunkt Myzelwachstum von Ektomykorrhiza Pilzen durch eine Exposition zu beobachten sind. Zur Gefährdungsabschätzung wurden gemessene Pestizidkonzentrationen (MEC) in Gewächshausversuchen bestimmt; ECx Werte aus Konzentrations-Wirkungskurven ermittelt und die daraus resultierenden ökotoxikologischen Kenngrößen QR (Quotient Ratio) und TER (Toxic Exposure Ratio) berechnet. Dazu wurden zunächst in vitro Hemmversuche unter definierten Laborbedingungen durchgeführt. Als Endpunkt wurde das Myzelwachstum von Ektomykorrhiza-Pilzen definiert und entsprechende Kenngrößen wie EC10, EC50 und EC90 Werte für verschiedene Pestizid- ECM Modelle ermittelt. Als Modellorganismen wurden Pisolithus arhizus, Hebeloma crustuliniforme, Lyophyllum sp. und Cenococcum geophilum eingesetzt. Als Pestizide wurden die Wirkstoffe Quinoxyfen, Boscalid, Tebuconazol, Azoxystrobin sowie die Formulierungen Orius, Collis und Basta untersucht. Ergänzend dazu wurden Expositionsversuche im Gewächshaus durchgeführt und die Konzentrationen und Verteilungen der Wirkstoffe Tebuconazol und Boscalid in den Kompartimenten Boden1, Wurzelnaher Boden2 und Wurzel bestimmt. Hierzu wurde eine Methode zur Aufbereitung, Extraktion und Analyse mittels LC- MSMS in den verschiedenen Kompartimenten entwickelt. Ebenfalls wurde eine Methode zur Messung der Substanz Tebuconazol im Myzel von Pisolithus arhizus entwickelt. Aufgrund der Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass die Toleranz der Mykobionten auf eine Exposition von dem untersuchten Testorganismus und dem eingesetzten Wirkstoff sowie dessen Konzentration abhängt. Hierbei wurde für den sensibelsten Testorganismus im Versuch, Pisolithus arhizus, ein EC50 Wert kleiner 0,026 ng g-1 für eine Exposition mit Orius ermittelt. Für eine Exposition von Pisolithus arhizus mit dem Herbizid Basta wurde ein EC50 Wert von 0,4% AM entsprechend 6 g ha -1 Glufosinat berechnet. in dem für die Symbiose relevanten Kompartiment Wurzelnaher Boden Wirkstoffkonzentrationen im Bereich von 100 - 500 ng g-1 für Boscalid und 150 - 700 ng g-1 für Tebuconazol bestimmbar sind. in dem Kompartiment Wurzel sowohl der Wirkstoff Tebuconazol wie auch Boscalid nachgewiesen werden konnte. im exponierten Myzel von Pisolithus arhizus der Wirkstoff Tebuconazol nachgewiesen werden konnte. Es wird somit von einer Bioverfügbarkeit der Substanz Tebuconazol ausgegangen. aufgrund der Datenlage und einer Berücksichtigung eines TER-Wertes < 5, für nahezu alle Kombinationen ein erhöhtes ökotoxikologisches Risiko anzunehmen ist. Einzig für eine Exposition mit 10% AM Boscalid auf den Testorganismus Cenococcum geophilum konnte ein TER > 9 ermittelt werden. Somit erscheinen weitere Untersuchungen bezüglich der Auswirkung von Pestiziden auf die Nichtzielorganismengruppe Ektomykorrhiza sinnvoll und notwendig. Für die Bewertung muss ein geeignetes Testsystem für Bodenmikroorganismen wie Mykorrhiza-Pilze standardisiert und validiert werden. Die entwickelte und angewendete Plattenmethode als Standardmesssystem erscheint dafür geeignet. Im Rahmen der Pestizidzulassungen müssen in Zukunft möglicherweise Mykorrhiza-Symbiosen bedacht werden und Schutzmaßnahmen wie Anwendungsbeschränkungen oder Abstandsregelungen zu Saumbiotopen überdacht werden.
Befreiung aus dem Kreislauf des Konsums. Über den Beitrag von Yoga zu einer suffizienten Lebensweise
(2014)
Suffizienz ist ein Strategieansatz, dessen Verfolgung für das Erreichen einer nachhaltigen Entwicklung unerlässlich ist. In ihrer praktischen Umsetzung trifft die Suffizienzstrategie jedoch auf vielfältige Hindernisse, die die Etablierung von konkreten Maßnahmen verhindern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwiefern die Philosophie und Praxis des Yoga einen Schlüssel für die Umsetzung der Suffizienz auf privater Ebene darstellen kann. Nach der Methodik der qualitativen Sozialforschung wurden Einzelinterviews mit Yogalehrer*innen durchgeführt, deren Auswertung das Transformationspotenzial des Yoga in Richtung einer suffizienten Lebensweise näher erläutert. Die Forschungsergebnisse bestätigen eine Suffizienzorientierung der befragten Personen seit dem Beginn ihrer Yogapraxis und deuten auf eine erhöhte Bereitschaft für die Akzeptanz von Suffizienzmaßnahmen hin. Ein direkter Zusammenhang zwischen Yoga und dem Wissen um die Notwendigkeit einer suffizienten Lebensweise konnte nicht nachgewiesen werden.
Die Ergebnisse dienen der Suffizienzforschung als Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Umsetzungsstrategien.
Water is an essential natural resource, yet we are experiencing a global water crisis. This crisis is first and foremost a crisis of governance rather than of actual physical resources. Capacities of single, unitary states are severely challenged by the complex, multi-scalar, and dynamic structure of contemporary problems in water resource management. New modes of governance stress the potential of public participation and scalar restructuring for effective and legitimate environmental decision-making. However, a lack evidence on the actual implementation and instrumental value of novel governance modes stands in stark contrast to the strong beliefs and assumptions that often see these being propagated as ´panaceas´ or ´universal remedies´. With this doctoral dissertation I aim to contribute to a deeper understanding of the implementation and performance of public participation and scalar restructuring in environmental governance, and particularly to engage in systematic research into the contextual factors that shape the performance of such governance innovations. Based on the conceptual approaches of participatory, multi-level governance and scale, I advance a conceptual framework specifying mechanisms and important contextual factors describing the potential of participation and rescaling to impact on the efficacy of environmental decision-making. Applying this framework, I employ a mixed-methods approach combining qualitative, quantitative, set-theoretic, and review methods, with the aim of maximising the validity of results. Drawing on the institutional frame of the European Water Framework Directive (WFD), I first assess the extent and conditions under which participation and rescaling are actually implemented in the European water resource management regime. Subsequent analyses examine whether these governance shifts, where implemented, actually lead to environmentally effective and legitimate political decisions, and foster social outcomes. Results indicate that actual changes in governance structures remain modest, whereas previous institutional structures and experiences prove rather durable. Hence, despite recent shifts distributing authority towards alternative actors and scales, the state has persisted in its role as central authority in the European water resource management regime. To the extent that they were implemented, public participation and rescaling were generally positively related with the environmental effectiveness and legitimacy of political outcomes. The analysis provides a context-sensitive understanding, by unravelling the supposedly linear relationship between governance inputs and outputs to develop a more nuanced picture of the governance process rather as a composition of multiple, interdependent causal mechanisms that, depending on their actual configuration, lead to various outcomes. In this way, particularly the tension between legitimacy and effectiveness of political outcomes is disentangled, with both being seen as the result of distinct but interrelated properties of the governance system and its contextual circumstances. The thesis furthermore provides insights of practical and policy relevance, highlighting the need and potential to take a context-sensitive perspective in policy design and decision-making. The framework paper and the Ph.D. thesis thus together enhance academic understanding of environmental governance and its potential contributions to sustainability transitions.
Im Rahmen dieser Arbeit soll untersucht werden, ob die mit dem Dünger eingetragenen Schwermetalle im Boden bleiben, oder aus dem Boden durch verschiedene Pfade, wie z.B. eine Ernte von Nutzpflanzen etc. ausgetragen werden können. Darüber hinaus soll die vorliegende Arbeit einen Beitrag dazu leisten, die Bilanz der bei der Düngung eingetragenen in Agrarökosysteme Schwermetalle besser zu verstehen. Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit ist deshalb die Bilanzierung der den Ackerböden mit dem Wirtschaftsdünger zuführten Konzentrationen an Zink und Kupfer und deren Austrag durch die Ernte der untersuchten Nutzpflanzen.
Traditional farming landscapes typically support exceptional biodiversity. They evolved as tightly coupled social-ecological systems, in which traditional human land-use shaped highly heterogeneous landscapes. However, these landscapes are under severe threats of land-use change which potentially pose direct threats to biodiversity, in particular through land-use intensification and land abandonment. Navigating biodiversity conservation in such changing landscapes requires a thorough understanding of the drivers that maintain the social-ecological system. This dissertation aimed to identify system properties that facilitate biodiversity conservation in traditional farming landscape, focusing specifically on birds and large carnivores in the rapidly changing traditional farmland region of Southern Transylvania, Romania. In order to identify these properties, I first examined the effects of local and landscape scale land-use patterns on birds and large carnivores and how they may be affected by future land-use change (Chapters II-V). Second, to gauge the role of particular traditional land-use elements for biodiversity I focused on the conservation value of traditional wood pastures (Chapters VI-VIII). Third, I took a social-ecological systems approach to understand how links between the social and ecological parts of the system affect human-bear coexistence (Chapters IV and IX). Bird diversity was supported by the broad gradients of woody vegetation cover and compositional heterogeneity. Land-use intensification, and hence the loss of woody vegetation cover and homogenization of land covers, would thus negatively affect biodiversity. This was especially evident from predictions on the distribution of the corncrake (Crex crex) in response to potential future land cover homogenization. Here, a moderate reduction of land cover diversity could drastically reduce the extent of corncrake habitat. Further results showed that the brown bear (Ursus arctos) would mainly be affected by land-use change through the fragmentation of large forest blocks, especially if land-use change would reduce habitat connectivity to the presumed source population in the Carpathian Mountains. Moreover, this dissertation revealed that large carnivores (brown bear and wolf, Canis lupus) may have important and often ignored roles in structuring the ecosystem of traditional farming landscapes by limiting herbivores. Wood pastures were found to have a high conservation value. The combination of low-intensity used grasslands with old scattered trees provided important supplementary habitat for different forest species such as woodpeckers and the brown bear. Worryingly, current management of wood pastures differed from traditional techniques in several aspects, which may threaten their persistence in the landscape. The majority of people had a positive perception on human-bear coexistence. The use of traditional sheep herding techniques combined with the tolerance of some shepherds to occasional livestock predation facilitated coexistence in a region where both carnivores and livestock are present. More generally, the genuine links between people and their environment were important drivers of people´s positive views on coexistence. However, perceived failures of top-down managing institutions could potentially erode these links and reduce people´s tolerance towards bears. Through the consideration of two different animal taxa, this dissertation revealed six important system properties facilitating biodiversity conservation in traditional farming landscapes. Similar proportions of the main land-use types (arable land, grassland, and forests) support species richness at the regional scale possible through habitat connectivity and continuous spill-over between land-use types. Heterogeneous landscapes can further support biodiversity through complementation and supplementation of habitat at the landscape scale. Gradients of woody vegetation cover and heterogeneity, supported biodiversity at both local and landscape scales possibly through the provision of a wide range of resources. The heterogeneous character of the landscape is tightly linked to traditional land-use practices, which also maintain specific traditional land-use elements and facilitate human-carnivore coexistence. Top-down limitation of large carnivores on herbivores possibly enhances vegetation growth and tree regeneration. The genuine links between humans and nature support human-bear coexistence, and these links may form the core of people´s values and sustainable use of natural resources.
Through the expansion of human activities, humanity has evolved to become a driving force of global environmental change and influences a substantial and growing part of natural ecosystem trophic interactions and energy flows. However, by constructing and building its own niche, human distance from nature increased remarkably during the last decades due to processes of globalization and urbanization. This increasing disconnect has both material and immaterial consequences for how humans interact and connect with nature. Indeed, many regions across the world have disconnected themselves from the productivity of their regional environment by: (1) accessing biological products from distant places through international trade, and (2) using non-renewable resources from outside the biosphere to boost the productivity of their natural environment. Both mechanisms allow for greater resource use then would be possible otherwise, but also involve complex sustainability challenges and lead to fundamentally different feedbacks between humans and the environment. This dissertation empirically investigates the sustainability of biophysical human-nature connections and disconnections from a social-ecological systems perspective. The results provide new insights and concrete knowledge about biophysical human-nature disconnections and its sustainability implications, including pervasive issues of injustice. Through international trade and reliance on non-renewables, particularly higher-income regions appropriate an unproportional large share of global resources. Moreover, by enabling seemingly unconstrained consumption of resources and simultaneous conservation of regional ecosystems, increasing regional disconnectedness stimulates the misconception of decoupling. Whereas, in fact, the biophysically most disconnected regions exhibit the highest resource footprints and are, therefore, responsible for the largest environmental damages. The increasing biophysical disconnect between humans and nature effectively works to circumvent limitations and self-constraining feedbacks of natural cycles. The circumvention of environmental constraints is a crucial feature of niche construction. Human niche construction refers to the process of modifying natural environments to make them more useful for society. To ease integration of the chapters in this thesis, the framework paper uses human niche construction theory to understand the mechanisms and drivers behind increasing biophysical disconnections. The theory is employed to explain causal relationships and unsustainable trajectories from a holistic perspective. Moreover, as a process-oriented approach, it allows connecting the empirically assessed states of disconnectedness with insights about interventions and change for sustainability. For a sustainability transformation already entered paths of disconnectedness must be reversed to enable a genuine reconnection of human activities to the biosphere and its natural cycles. This thesis highlights the unsustainability of disconnectedness and opens up debate about how knowledge around sustainable human niche construction can be leveraged for a reconnection of humans to nature.
In der Umweltanalytik steht die Analyse von potenziellen Schadstoffen im Vordergrund. Häufig ist die negative Wirkungsweise dieser Schadstoffe auf Organismen und Umweltkompartimente bekannt. Dennoch kommt es vor, dass Organismen in einem Ökosystem geschädigt werden, ohne dass dies auf eine bekannte Ursache zurückgeführt werden kann. Der Ansatz der wirkungsspezifischen Analyse greift an diesem Punkt an, da er mit Hilfe von chemisch-analytischen Verfahren die Identifizierung von Schadstoffen mit der Erkenntnis über deren potenzielle Wirkungen auf Organismen mittels Biotests kombiniert. SCHUETZLE UND LEWTAS (1986) stellten fest, dass die Nutzung von Biotests in Verbindung mit analytischen Messungen einen leistungsfähigen Ansatz zur Identifizierung von Umweltschadstoffen darstellt. Sie prägten den Begriff 'Bioassay-Directed Chemical Analysis' (BDCA). Dieses Konzept der 'Biotest-geleiteten chemischen Analyse', oder auch 'Wirkungsspezifische Analyse' genannt, dient folglich der Identifizierung von toxischen Verbindungen in Umweltproben. Es ist verwandt mit dem dreistufigen Konzept 'Toxicity Identification and Evaluation' (TIE) (Toxizität, Identifizierung und Beurteilung), das Ende der 80er Jahre von der amerikanischen Umweltbehörde US-EPA eingeführt wurde.
Despite growing research on sustainability transformations, our understanding of how transformative transdisciplinary research can support local actors who foster change towards sustainability is still somewhat limited. To contribute to this research question, the investigator conducted research in a transdisciplinary case study in Southern Transylvania, where non-governmental organizations (NGO) drive sustainability initiatives to foster desired changes (e.g., supporting small-scale farmers or conserving natural and cultural heritage). Interactions with these local actors and reflections on the research question shaped the research of this dissertation. In paper 1, the author conducted a literature review on amplification processes that describe actions, which local actors can apply to increase the impact of their sustainability initiatives. In paper 2, he conducted a literature review on the application of indigenous and local knowledge (ILK) in sustainability transformations research to understand whether this research engages with the conceptualization of transformations from local actors. The results show that ILK is generally applied to confirm and complement scientific knowledge in contexts of environmental, climate, social-ecological, and species change. In paper 3, the author derived principles that provide guidance for how to integrate sustainability initiatives from local actors in transformative transdisciplinary research. Based on his transdisciplinary research with the NGOs in Southern Transylvania and by using systems and futures thinking as an approach for analysis, he derived three principles that provide guidance for the co-design of sustainability intervention strategies that build on, strengthen, and complement existing initiatives from local actors. In paper 4, the author explored empirically how to identify relevant local actors for collaborations that seek to intervene in specific characteristics of a system (e.g., parameters or design of a system). He applied a leverage points' perspective to analyse the social networks of the NGOs in Southern Transylvania that amplify the impact of their initiatives. This dissertation as a whole contributes insights to three recommendations of how transformative transdisciplinary research can support local actors fostering change towards sustainability: First, by conducting research that studies and supports local actors who increase the impact of their sustainability initiatives via amplification processes (Paper 1 and 4); Second, by engaging specifically with the initiatives, networks, and knowledge from local actors, who foster bottom-up, place-based transformations (Paper 1-4); Third, by identifying and collaborating with local actors that are relevant for strategic systems interventions that build on, strengthen, and complement existing initiatives (Paper 3-4).
Business Models for Sustainability Innovation: Conceptual Foundations and the Case of Solar Energy
(2013)
This dissertation deals with the relationships between the increasingly discussed business model notion, sustainability innovation, and the business case for sustainability concept. The main purpose of this research is to identify and define the so far insufficiently studied theoretical interrelations between these concepts. To this end, according theoretical foundations are developed and combined with empirical studies on selected aspects of the solar photovoltaic industry. This industry is particularly suitable for research on sustainability innovation and business models because of its increasing maturity paired with public policy and market dynamics that lead to a variety of business model-related managerial and entrepreneurial business case challenges. The overarching research question is: How can business models support the commercialisation of sustainability innovations and thus contribute to business cases for sustainability? A theoretical and conceptual foundation is developed based on a systematic literature review on the role of business models in the context of technological, organisational, and social sustainability innovation. Further, the importance of business model innovation is discussed and linked to sustainability strategies and the business case for sustainability concept. These theoretical foundations are applied in an in-depth case study on BP Solar, the former solar photovoltaic subsidiary of British Petroleum. Moreover, because supportive public policies and the availability of financial capital are known to be the most important preconditions for commercial success with innovations such as solar photovoltaic technologies, the solar studies include a comparative multiple-case study on the public policies of China, Germany, and the USA as well as a conjoint experiment to explore debt capital investors’ preferences for different types of photovoltaic projects and business models. As a result, the main contribution of this work is the business models for sustainability innovation (BMfSI) framework. This framework is based on the idea that the business model is an artificial and social construct that fulfils different functions resulting from social interaction and their deliberate construction. The BMfSI framework emphasises the so-called mediating function, i.e. the iterative alignment of business model elements with company-internal and external requirements as well as with the specific characteristics of environmentally and socially beneficial innovations. Against this backdrop, it becomes clear that practically-oriented knowledge based on BMfSI research might provide new and effective ways to support the achievement of corporate sustainability.