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Das Leitbild einer 'Nachhaltigen Entwicklung' (sustainable development) hat in den letzten Jahren eine erstaunliche Karriere gemacht. Auch in die energiepolitische und energiewirtschaftliche Diskussion hat das Leitbild einer nachhaltigen Entwicklung mittlerweile verstärkt Eingang gefunden. So z.B. betont auch die neue Bundesregierung, daß ihre Energiepolitik sich am Leitbild der Nachhaltigkeit orientiert. Sie bezeichnet den Ausstieg aus der Kernenergie als Einstieg in eine 'nachhaltige, das heißt wirtschaftlich leistungsfähige, sozial gerechte und ökologisch verträgliche Entwicklung'. Obwohl festzustellen ist, daß das Leitbild einer nachhaltigen Entwicklung auch über die verschiedenen gesellschaftlichen Gruppen hinweg eine breite prinzipielle Zustimmung findet, so spannen doch die Vorstellungen und Interpretationen des Leitbildes, sowohl hinsichtlich ihrer normativen bzw. theoretisch-naturwissenschaftlichen Fundierung als auch hinsichtlich ihrer abgeleiteten Handlungsziele bzw. Handlungsanweisungen - dies gilt gerade für den Energiebereich - eine große Bandbreite auf. Aus diesem Grund erscheint es, auch wegen der essentiellen Bedeutung, die der Energieversorgung für eine nachhaltige Entwicklung zukommt, notwendig, sich über die Konkretisierung des Leitbildes zu verständigen, um die Energieversorgungsoptionen, aber auch die energiepolitischen Vorstellungen diesbezüglich einordnen zu können.

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Since 1750, the atmospheric CO2 concentration has increased from 280 ppm to about 350 ppm today and is expected to reach 540-970 ppm by 2100. The CO2 concentration is known to affect plants directly and indirectly through the influence of global warming. In this dissertation the impact of 50 years of global warming on plant phenology was assessed. The assessment was used to predict future phenological alterations due to global warming. Direct effects of future CO2 levels (20% above ambient) on phenology, anatomy and stomatal resistance to water vapour were also investigated on plants from the Giessen Free Air Carbondioxid Enrichment (Gi-FACE) study. Phenological data of crops, fruit plants and wild plants collected by the German Weather Service (Deutscher Wetterdienst = DWD) on 170 stations in Hessen between 1951 and 2003 have been analysed. The analysis revealed that the development of plants has shifted during the last decades in Hessen. The beginning of the phenological phases advanced by 0,4 to 5,5 days per decade. The spring phases showed the largest trend. However, the advancement of the phenological phases tended to decline during the annual cycle. Responses to global warming such as the length of vegetation period and the leaf senescence (of oak) did show considerable regional variation and sometimes opposite trends in neighbouring areas. While in some areas the vegetation period was longer, in others it was not changed. However, in the area called Gießen-Koblenzer-Lahntal it became even shorter. A regionalized phenological model for the area 348 (Marburg-Gießener-Lahntal) during the decade 2041-2050 has been developed, using temperature predictions based on the data from meteorological station Gießen. The simulation proved that global warming will advance the phenological phases of the plants and will lengthen the vegetation period. As a consequence of the advancement of the phenological phases, the risk of late frost damage is likely to be present in the future and presumably will rise for some particular fruit species. Phenology is affected not only by global warming but also by rising atmospheric CO2 levels. Most of the investigated plants of the GiFACE graslandsite showed a shift in flowering in spite of the moderate CO2 enrichment used. In this case advancement and delay occurred. The flowering of Glechoma hederacea and Saxifraga granulata advanced significantly under enhanced CO2 concentration. This indicates that evergreen species benefit from the CO2 enrichment, when it is applied throughout the year, and that they are able to react with advanced development under these conditions. Large differences in the date of flowering from year to year suggest that the CO2 effect is modified by the climatic conditions. The impact of enhanced CO2 concentration on anatomical parameters and the stomatal resistance to water vapour were investigated for six species. Despite the moderate enhancement of CO2 concentration, these attributes did already exhibit a response. However, the reactions were different among the species investigated. The species Arrhenatherum elatius und Saxifraga granulata raised the stomatal resistance mainly through the reduction of the stomata density, while Glechoma hederacea did this through a reduction of the stomatal aperture. Glechoma hederacea showed in general a positive reaction to enhanced CO2 concentration concerning leaf thickness, leaf tissue density and leaf mass per area. In contrast, the responses of the other investigated species did not demonstrate such a consistent pattern. Glechoma hederacea is unique in showing a significant advancement of flowering and a significant enhancement of the stomatal resistance to water vapour under elevated CO2. Because the resulting reduction in transpiration may lead to increased leaf temperatures as well as on the entire canopy level, elevated CO2 might be responsible for phenological changes. Thus, the detected global warming effect is inseparable from the effect that rising CO2 levels have on these species. Die CO2-Konzentration ist seit 1750 von 280 ppm auf heute 375 ppm angestiegen und wird sich bis 2100 weiter auf 540-970 ppm erhöhen. Dieser Anstieg wirkt sich indirekt über die Erwärmung der Atmosphäre als auch direkt auf die Pflanzen aus. Ziel dieser Arbeit war daher die Auswirkung der Klimaerwärmung in den letzten 50 Jahren und der prognostizierten Klimaerwärmung auf die Pflanzenentwicklung sowie die Wirkung von moderat erhöhten CO2-Konzentrationen (+20 %) auf die Phänologie, die Anatomie und den Stomatawiderstand von Pflanzen zu untersuchen. Anhand der Auswertung phänologischer Daten landwirtschaftlicher Kulturpflanzen, Obstgehölzen und wildwachsenden Pflanzen der Jahre 1951 bis 2003 von 170 Stationen in Hessen konnte gezeigt werden, dass es in diesem Zeitraum zu Verschiebungen in der Pflanzenentwicklung gekommen ist. Der Eintritt phänologischer Phasen verfrühte sich im Mittel zwischen 0,4 bis 5,5 Tage/Dekade. Die Frühjahrsphasen zeigten dabei den stärksten Trend. Im Jahresverlauf nahm die Verfrühung der phänologischen Phasen ab. Regionale Unterschiede und gegensätzliche Trends in benachbarten Naturräumen zeigten sich in der Reaktion der Pflanzen (z.B. Blattseneszenz der Stiel-Eiche), aber auch in der Dauer der Vegetationsperiode. Während sich die Vegetationszeit in manchen Regionen verlängert hat, ist sie in anderen unverändert geblieben. Im Gießen-Koblenzer-Lahntal hat sie sich sogar verkürzt. Mit Hilfe von Modellen, basierend auf den Temperaturdaten eines Regionalisierungsmodells für die meteorologische Station Gießen, konnte beispielhaft für den Naturraum 348 (Marburg-Gießener-Lahntal) gezeigt werden, dass es aufgrund der prognostizierten Klimaerwärmung in der Dekade von 2041 bis 2050 zu weiteren Verfrühungen in der Pflanzenentwicklung und zur Verlängerung der Vegetationsperiode kommen wird. Die Verfrühung der Frühjahrsphasen hat zur Folge, dass die Gefahr von Spätfrost auch in der Zukunft vorhanden ist und für einige Obstarten wahrscheinlich noch ansteigt. Neben erhöhten Lufttemperaturen beeinflussen jedoch auch erhöhte CO2-Konzentrationen die Phänologie. So zeigte die überwiegende Anzahl der untersuchten Pflanzenarten eines Grünlandbestandes - trotz nur moderat erhöhten CO2-Konzentration - Verschiebungen im mittleren Blühbeginn, wobei sowohl Verfrühungen als auch Verspätungen auftraten. Eine signifikante Verfrühung unter erhöhten CO2-Konzentrationen konnte bei Glechoma hederacea und bei Saxifraga granulata beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass immergrüne Arten von der ganzjährigen CO2-Anreicherung profitieren und mit einer schnelleren Entwicklung im Frühling reagieren. Große Unterschiede im Zeitpunkt des Blühbeginns lassen vermuten, dass der CO2-Effekt durch die Witterung modifiziert wird. Die Auswirkungen von erhöhten CO2-Konzentrationen auf anatomische Parameter und den Stomatawiderstand für Wasserdampf wurde beispielhaft an sechs Arten untersucht. Dabei reagierten die Pflanzen auf moderat erhöhte CO2-Konzentrationen unterschiedlich: Arrhenatherum elatius und Saxifraga granulata erhöhten den Stomatawiderstand für Wasserdampf hauptsächlich durch die Verringerung der Stomatadichte, Glechoma hederacea hingegen überwiegend durch eine Reduzierung der Öffnungsweite der Stomata. Im Bezug auf die Blattdicke, die Blattdichte und den LMA (leaf mass per area) zeigte Glechoma hederacea generell positive Reaktionen auf erhöhte CO2-Konzentrationen. Im Gegensatz dazu reagierten die anderen untersuchten Arten unterschiedlich. Als einzige Art zeigte Glechoma hederacea eine signifikante Verfrühung im Blühbeginn einhergehend mit einer signifikanten Erhöhung des Stomatawiderstandes für Wasserdampf. Verringerungen der Transpiration könnten zu erhöhten Blatt- und Bestandestemperaturen führen und damit Auswirkungen auf die Phänologie haben, so dass Klimaerwärmung und CO2-Effekt nicht trennbar sind.

In Deutschland müssen Biokraftstoffe nach der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung ab 2011 eine CO2eq-Einsparung gegenüber dem fossilen Vergleichskraftstoff (83,8 g CO2eq/MJKS /Richtlinie 98/70/EG/) von mindestens 35 % und in Anlagen, die nach dem 31.12.2016 in Betrieb gehen von 50 % im Jahr 2017 bzw. 60 % im Jahr 2018 aufweisen /Biokraft-NachV/. Die in dieser Arbeit betrachteten Anlagen zur Produktion von Biokraftstoffen (Rapsmethyles-ter, Bioethanol und Biomethan) halten die geforderte Einsparung für Neuanlagen nicht ein. Um die Emissionen gezielt zu senken, müssten somit neue Verfahren zum Einsatz kommen. Alternativ könnten thermochemisch erzeugte Kraftstoffe produziert und genutzt werden. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, anhand einer technischen, ökologischen und ökonomischen Analyse (Well-to-Wheel) zu bewerten, ob und unter welchen Bedingungen die thermochemische Produktion von Fischer-Tropsch-Diesel bzw. Benzin, Wasserstoff (H2) und Substitute Natural Gas (SNG) die genannten Ziele einhält. Es werden dabei vier verschiedene Verfahren (Schnellpyrolyse bzw. Torrefizierung mit Flugstromvergaser, CHOREN Carbo-V®-Vergaser, Absorption Enhanced Reforming (AER-) Vergaser) betrachtet, in denen neben Reststoffen wie Winterweizenstroh und Waldrestholz noch Weiden aus Kurzumtriebs-plantagen eingesetzt werden. Die technische Analyse hat gezeigt, dass auf gegenwärtigem Stand der Technik (2010) zwei und im Jahr 2050 sechs Anlagen stromautark betrieben werden können. Der energetische Nutzungsgrad der Verfahren beläuft sich dabei auf 41,5 (Fischer-Tropsch-Diesel bzw. Benzin) bis 59,4 % (H2). Weiterhin wurde festgestellt, dass heute (2010) fast alle thermochemisch erzeugten Kraftstoffe die gesetzlich geforderte CO2eq-Einsparung von 60 % bereits einhalten. Ausge-nommen hiervon ist die H2-Produktion aus Weiden aus Kurzumtriebsplantagen in dezentralen bzw. zentralen Schnellpyrolysen sowie in einer dezentralen Torrefizierung mit Flugstromver-gaser. Im Jahr 2050 wird die geforderte CO2eq-Einsparung von allen ...

Möglichkeiten, in Krankenhäusern Energie zu sparen, gibt es viele. Der Abschlussbericht »Energieeffiziente Krankenhäuser« des Fraunhofer-Instituts UMSICHT zeigt die größten Einsparpotenziale und wie sie lohnenswert erschlossen werden können. Der Bericht ist kostenfrei online zugänglich. Wo stecken die größten Einsparpotenziale von Krankenhäusern und welche können lohnenswert erschlossen werden? Diesen Fragen ist Fraunhofer UMSICHT in einem Forschungsprojekt nachgegangen und hat die Energienutzung in 20 Krankenhäusern im Detail untersucht. Dazu wurden in den Bereichen Heizung, Trinkwarmwassererzeugung, Lüftung, Kälteversorgung und Aufzüge umfangreiche Lastgangmessungen durchgeführt. Auf der Basis der Messergebnisse wurden Einsparmöglichkeiten aufgezeigt und Best Practice Lösungen entwickelt. Weiterhin wurden die Energieverbrauchswerte mit den charakteristischen Eigenschaften der Krankenhäuser in Verbindung gebracht und in einem Krankenhausvergleich gegenübergestellt. Die Ergebnisse des Projektes liegen in einem umfangreichen Abschlussbericht vor. Damit stehen technischen Abteilungen von Krankenhäusern und planenden Ingenieuren eine Vielzahl an Einsparmaßnahmen und Kennzahlen sowie methodische Ansätze für die tägliche Arbeit zur Verfügung. Der Bericht steht zum kostenfreien Download bereit unter: Link [www.tiny.cc/DzGlY] --------------------------------- Abstract aus dem PDF: In dem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt (Az-23472) wurde der Energieverbrauch in 20 Krankenhäusern mit einer Größe von 300 bis 600 Betten untersucht. Es wurden in energierelevanten Verbrauchssektoren detaillierte Energiemengenmessungen durchgeführt und die Betriebsweise der Energieversorungsanlagen analysiert sowie Maßnahmen zur Energieoptimierung aufgezeigt. Anschließend wurden der jährliche Energieverbrauch der untersuchten Verbrauchssektoren ermittelt und die Energieverbrauchskosten berechnet. Es wurde ein Krankenhausvergleich durchgeführt, mit dem der Energieverbrauch der Krankenhäuser in Abhängigkeit von Einflussgrößen verglichen werden kann. Jedes Krankenhaus kann sich so mit der Gesamtheit der Krankenhäuser sowie mit dem besten Krankenhaus der Untersuchung vergleichen. Weiterhin wurden für die Verbrauchssektoren Einsparmaßnahmen erarbeitet und Best-practice-Lösungen entwickelt, die besonders effektiv Einsparungen ermöglichen und in den meisten Krankenhäusern durchgeführt werden können. Die zu erwartenden Kosten und die erzielbaren Einsparungen wurden abgeschätzt. Weiterhin wurden Kennzahlen und einfache Werkzeuge zur überschlägigen Berechnung von Kosten und Einsparungen entwickelt. Aus dem Krankenhausvergleich ergeben sich anhand von statistischen Größen Kennzahlen für Energieverbrauch und Energiekosten der untersuchten Bereiche, die als Vergleichsgrößen genutzt werden können. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass in vielen Bereichen der Austausch alter, ineffizienter Anlagen zu einer deutlichen Einsparung führt und wirtschaftlich sinnvoll ist. Doch auch neue Anlagen garantieren keinen optimalen Energieverbrauch, da eine ineffiziente Betriebsweise ebenfalls zu erhöhten Energieverbräuchen führt. Einsparungen durch optimierte Betriebsparameter können jedoch nur erschlossen werden, wenn die entsprechenden Kenngrößen im zeitlichen Verlauf bekannt sind und mit den Anlagenkenndaten in Beziehung gesetzt werden. Mit Hilfe von Lastgangmessungen können ineffiziente Betriebsweisen aufgezeigt werden, so dass mit geringem Aufwand beispielsweise durch Einstellung der Regelung Einsparungen erzielt werden können. Weiterhin konnten mit Hilfe der Messergebnisse Versorgungsengpässe aufgezeigt sowie nicht einwandfrei funktionierende Versorgungsanlagen und Installationen identifiziert werden. Außerdem hat das Projekt gezeigt, dass die Datenlage in den Krankenhäusern für eine Einschätzung und für den Vergleich mit anderen Krankenhäusern nicht ausreichend ist. Nur wenn zum einen die Kenndaten der Energieversorgungsanlagen und zum anderen die Bezugsgrößen der versorgten Bereiche bekannt sind, kann ein Vergleich durchgeführt werden. Da der Energieverbrauch sehr stark von der Raumnutzung abhängig ist, könnten anhand der nach Nutzungsart unterteilten Flächen Referenzverbrauchswerte ermittelt werden, die es ermöglichten eine Energieverbrauchsstruktur zu ermitteln. Aufgrund der fehlenden Daten ist den meisten Krankenhäusern eine solche Flächenzuordnung nicht möglich. Ein weiterer Grund sind die fehlenden personellen Ressourcen, so dass, wenn Daten vorhanden sind, keine Zuordnung durchgeführt werden kann. Weiterhin müssen grundlegende Daten der zu versorgenden Gebäude wie Gebäudealter, Wand-, Fenster-, Dach- und Fundamentflächen ermittelt werden, um eine Abschätzung des Wärme- und Kältebedarfes durchführen zu können. Bisher fast vollständig unbekannt sind die Verbrauchswerte der elektrisch angetriebenen Geräte und Anlagen, die sich u.a. auf den Wärme- und den Kältebedarf auswirken. Derzeit kann allenfalls eine grobe Abschätzung anhand von Literaturwerten durchgeführt werden. Hierzu liegen erste Kenndaten aus der Literatur vor, jedoch besteht noch Bedarf der Validierung und der Bewertung der Übertragbarkeit. Weiterführende Untersuchungen sollten zum Ziel haben, die Datensituation in den Krankenhäusern zu verbessern und eine energetische Auswertung von Raumflächen und Raumnutzung zur Abbildung der Energieverbrauchsstruktur zu automatisieren. Die Untersuchungen müssen auf bisher nicht betrachtete Verbrauchssektoren (Dampf, Licht, medizinische Geräte und Anwendungen) ausgeweitet werden, um den gesamten Energieverbrauch von Krankenhäusern abbilden zu können.

Auf der Suche nach Lösungen für die soziale, ökologische und ökonomische Krise, explorierte die Autorin sozialökologische Ansätze und die Bedeutung der sozialen Dimension der Nachhaltigkeit. Wie entstehen sozial und ökologisch nachhaltige Organisationsstrukturen? Aus Nachhaltigkeitsansätzen wurde ein „Prinzipienkatalog“ zusammengestellt anhand dessen sieben sozialökologische Gemeinschaften und Ökodörfer ausgewählt und mittels je mehrwöchigen teilnehmenden Beobachtungsbesuchen beforscht wurden. Die Umsetzung ihrer Visionen wurde exploriert und ihre Praktiken auf innovative Methoden sozial-ökologisch nachhaltiger Lebensweise ausgewertet. Ergebnis ist eine Zusammenhangsanalyse der Methoden zum Aufbau und Erhalt zukunftsfähiger Sozialwesen: eine werteorientierte Basis, Methoden effektiver Entscheidungsfindungsprozesse, Pflege gemeinschaftlicher Nachbarschaft und Basis nachhaltiger Wirtschaftsmethoden – ein Methodenset zur Anregungen für die Praxis auch in anderen gesellschaftlichen Kontexten. Has modernity killed “community”? What is the social dimension of sustainability and why is community relevant for it? After discussing sociological theories and Communitarian efforts the author generates criteria of sustainable living from contemporary research. For empirical study worthwhile communities were selected according to the criteria. Do intentional communities offer realistic solutions to the ecological, social and economic crises? Do they realize their ambitious visions? In participant observation during several week-long visits in seven intentional communities (mainly in Germany) the cases were specified as “living laboratories” of communal and ecological living. The most innovative methods in sustainable living combining individual freedom and communal cooperation were identified and described in the areas of membership governance, decision making, and communication to show transferrable methods to other communities and groups.

This study summarises the scientific state of the art for the production, transportation, storage and reconversion of green hydrogen concisely and in the form of fact sheets. The aim is to provide a compact and independent overview that can serve as a guideline and basis of decision-making for future investments in the energy industry. The study discusses 47 technologies with different technology readiness levels and compares them in terms of technical and economic performance indicators. A set of uniform boundary conditions common to the energy industry allows to ensure comparability of economically relevant data (especially hydrogen production costs). In the study, technology profiles describe technologies with high technical relevance and availability as well as technologies with high technical potential but currently low availability. In each case, the state of development, operating principle, market situation as well as technical and economic risks are discussed. Additionally, a technology radar briefly presents technologies with currently unclear technical potential or technologies that are not yet available. Eine Studie im Auftrag der N-ERGIE Aktiengesellschaft

Ziel dieser Arbeit ist es, ausgehend von vorhandenen Ansätzen, ein geschlossenes Konzept für die Berücksichtigung von Schäden durch die Schadstoffbelastung der Umwelt als Ergänzung von Volkswirtschaftlichen Gesamtrechnungen, sogenannten Umweltökonomischen Gesamtrechnungen (UGR), abzuleiten und dieses anhand der Umweltbelastung durch Luftschadstoffe und toxische Substanzen durchzuführen. Ausgehend von der Diskussion der beiden übergeordneten Ziele für eine umweltverträgliche wirtschaftliche Entwicklung, Effizienz und Nachhaltigkeit, werden zunächst Unterziele in Form von Prioritäten aufgestellt. Aus ihnen wird dann auf der Basis vorhandener Konzepte zu Indikatoren und UGR ein System von aggregierten Indikatoren entwickelt. Zur Berechnung der Indikatoren wird die Methodik des erweiterten Wirkungspfadansatzes vorgestellt. Neben der detaillierten Diskussion von Konzentrationswerten und Gesamtschäden für 1990 und 1998 erfolgt eine Analyse des zeitlichen und räumlichen Imports und Exports von Schäden sowie der Schäden, die durch unterschiedliche wirtschaftliche Aktivitäten in Deutschland entstehen. Zusätzlich werden mit Hilfe der Indikatoren die Nachhaltigkeit der wirtschaftlichen Entwicklung und die Effizienz definierter Umweltziele beispielhaft für das Jahr 2005 untersucht. Zur Demonstration der Anwendbarkeit der berechneten Ergebnisse im Rahmen von UGR werden unter anderem beispielhaft Korrekturen der Wirtschaftsindikatoren durchgeführt, wie sie von Projekten der Europäischen Kommission und Aktivitäten der Vereinten Nationen in diesem Bereich vorgeschlagen werden. Die ermittelten gesamten Schadenskosten für die Jahre 1990 und 1998 in den EU-15 Staaten und Deutschland betragen mehrere Prozent des jeweiligen Bruttoinlandsprodukts. Die Analyse des Jahres 2005 hat gezeigt, dass die politischen Ziele für 2010 größtenteils bereits in 2005 eingehalten werden können. In einigen Ländern sind effiziente Minderungen über die Einhaltung der Ziele hinaus möglich. The objective of this thesis is to develop a consistent concept for the consideration of impacts due to the pollution of the environment in order to supplement national accounting systems in a so-called green accounting framework and to apply the concept for air pollution and the dispersion of toxic substances. Based on a discussion of the two major aims for environmentally friendly economic development, efficiency and sustainability, first, subordinate aims are formulated as priorities. These are used together with a discussion of existing concepts for indicators and environmental accounting to develop a system of aggregated indicators. For the estimation of indicator values, the extended impact pathway approach is presented. Besides a detailed discussion of the concentration levels and damages for 1990 and 1998, an analysis of temporal and spatial import and export of damages as well as the amount of damages caused by different economic activities in Germany are assessed. Furthermore, the sustainability of the economic development and the efficiency of given environmental targets are analysed applying the indicators exemplarily for the year 2005. In order to demonstrate the applicability of the results within environmental accounts, among other things exemplary corrections of economic indicators are carried out following the proposals from European Commission projects and from activities of the United Nations in this area. The estimated total damage costs occurring in 1990 and 1998 within the EU-15 and Germany result to a few percent of the respective gross domestic product. The analysis of the year 2005 showed that in some countries political targets which were originally set for 2010 can already be reached in 2005. Furthermore, in some countries efficient reductions beyond the accomplishment of the targets are possible.

Induziert durch Digitalisierung und Servitisierung bieten Unternehmen in zunehmendem Maße Systeme aus vernetzten mechatronischen Produkten, Software und Dienstleistungen an: sogenannte Smart Product Service Systems (Smart PSS). Zur Erfüllung der Sustainability Development Goals der Vereinten Nationen, insbesondere des Ziels 9 „nachhaltiger Konsum und Produktion“, müssen diese Systeme gemäß dem Leitbild einer Circular Economy (CE) gestaltet werden. Smart-circular PSS verfolgen nachhaltige Geschäftsmodelle und verstärken Strategien der CE durch datengetriebene Funktionen. Die Entwicklung dieser Systeme stellt Unternehmen vor große Herausforderungen. Ungeklärt ist bislang, wie Teams bei der Entwicklung von Smart-circular PSS sachgerecht methodisch unterstützt werden können. Diese Arbeit begegnet diesen Beobachtungen mit der Forschungshypothese, dass sich Systemarchitekturen von Smart-circular PSS durch geeignete Methoden des Modellbasierten Systems Engineerings (MBSE) so entwerfen lassen, dass die Systeme effektiv und effizient zu einer CE beitragen. Zu ihrer Verifizierung wurde als übergeordneter Forschungsansatz die Design Research Methodology (DRM) angewendet. Zunächst erfolgte die Forschungsklärung mithilfe von Expert*innenworkshops sowie durch eine MBSE-Reifegradanalyse in einem industriellen Unternehmen. Die hier identifizierten Handlungsfelder wurden mittels Systematischen Literaturanalysen (SLRs) abgesichert und ausgewählt. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde die Methodik zur Definition von Smart-circular PSS-Systemarchitekturen (MESSIAH) entwickelt, die Entwicklungsteams bei der Konzeptionierung von Smart-circular PSS unterstützt. Die Methode beinhaltet eine Modellierungsgenerik, eine gerichtete Methode sowie einen Baukasten zum schnellen Prototypisieren von Services. MESSIAH wurde mithilfe einer Comprehensive Descrip-tive Study anhand von fünf Studien evaluiert. Die Forschungshypothese konnte im Rahmen der Evaluierung verifiziert werden. Somit zeigt diese Arbeit erstmals Wege auf, wie Strategien der CE mithilfe des MBSE bei der Entwicklung von Smart-circular PSS Systemarchitekturen berücksichtigt werden können. MESSIAH ermöglicht die Modellierung einer interdisziplinären Systemarchitektur, die mechatronische Produkte, Software und Dienstleistungen integriert. Zur Modellierung von CE-relevanten Services wurden zwei neue prozessorientierte Modelltypen erfolgreich mit bestehenden Modellierungstechniken des MBSE kombiniert. Durch die Evaluierungsstudien konnte ein zufriedenstellender Stand der Akzeptanz und wahrgenommenen Nützlichkeit der Methodik nachgewiesen werden. Allerdings wurden Verbesserungspotentiale hinsichtlich ihrer Benutzbarkeit festgestellt. In weiterer For-schung wird es vonnöten sein, die Qualität und die Quantität der Anwendungsvalidierungen zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird die Durchführung von Langzeitstudien sowie Anwendungen an industriellen Systemen in einem weiteren Einsatzspektrum und in weiteren Branchen empfohlen. In response to calls for digitization and servitization, businesses increasingly offer complex systems consisting of connected mechatronic products, software elements and services: so-called Smart Product-Service-Systems (Smart PSS). In order to meet the United Nations Sustainability Development Goals and in particular Goal 9 "Sustainable Consumption and Production", these systems must be compatible with the tenets of a Circular Economy (CE). The development of these systems presents businesses with major challenges. It remains unclear how engineering teams can be supported methodologically in developing Smart-circular PSS. This dissertation meets these challenges with the research hypothesis that suitable methods of Model-based Systems Engineering (MBSE) can aid in the development of Smart-circular PSS architectures, which effectively and efficiently contribute to a CE. The investigation applies Design Research Methodology (DRM) as an overarching research approach for hypothesis verification. Initially, expert workshops and an MBSE maturity analysis in an industrial enterprise served to clarify the research objective. Systematic Literature Reviews (SLRs) validated and detailed the fields of action identified. Based on the findings, the Methodology for Smart-circular PSS Architecture Definition (MESSIAH) was developed, which supports development teams in the design of Smart-circular PSS. The method includes a modeling framework, a method and a construction kit for prototyping services. MESSIAH was evaluated by means of a Comprehensive Descriptive Study based on five evaluation studies. The evaluation verified the research hypothesis. Consequently, this research explores how the development of Smart PSS with the help of MBSE can be useful to CE-strategies. MESSIAH enabled the management of system complexity by using an interdisciplinary system architecture that integrates the development of mechatronic products, software and services. In order to de-velop CE-relevant services, two new types of models were successfully integrated into existing modelling techniques of MBSE. User studies indicated a satisfactory level of user acceptance and perceived usefulness of the methodology, but also served to identify potential for improve-ment with regard to its ease of use. In further research it will be necessary to increase the quality and quantity of application validations in further application scenarios and other industry branches. For this purpose, the dissertation recommends long-term studies and applications on further industrial systems.

Subject of this thesis is ground water management under special consideration of sustainability. Existing concepts for a sustainable use of water resources are applied and further developed for the sustainable use of ground water resources. The study includes the discussion about liberalisation and privatisation of the German water market. It is analysed whether markets for water are compatible with the concept of sustainable use of water resources and what kind of political and legal framework would be necessary to make water markets abide by the principle of sustainability. As this topic has not received much attention in economic literature so far the present study provides a new perspective on how to look and to analyse ground water management beyond the economic efficiency criterion. Gegenstand der Arbeit ist die Bewirtschaftung von Grundwasser unter dem besonderen Aspekt der Nachhaltigkeit. Bestehende Ansätze für eine nachhaltige Wasserwirtschaft werden aufgegriffen, weiterentwickelt und Schlussfolgerungen für die Grundwasserpolitik gezogen. Die Untersuchung umfasst auch die Diskussion über die Liberalisierung und Privatisierung des Wassermarktes in Deutschland. Insbesondere wird untersucht, ob Wassermärkte mit einer nachhaltigen Wasserwirtschaft vereinbar sind und welche staatlichen Rahmenbedingungen erforderlich sind, Nachhaltigkeit im Umgang mit Grundwasser zu sichern. Die Arbeit greift ein in der ökonomischen Literatur vernachlässigtes Thema auf und geht über die übliche ökonomische Effizienzbetrachtung von Wassermärkten hinaus.