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Marine ecosystems are known to be climatea dependent, and impacts from progressing global climate change are increasingly observed and anticipated to intensify in the course of the 21st century. Under continuously high anthropogenic greenhouse gas emissions, drivers such as ocean warming, ocean acidification, and deoxygenation will increasingly affect marine ecosystems and the provision of marine ecosystem services to human societies. Environmental drivers affect organismal processes directly, but also have indirect effects through biotic interactions. Human societies are dependent on the ecosystem services provided by the oceans, and have limited adaptive capacities to changes in ecosystem service provision. An integrated evaluation of marinea human systems is thus necessary to understand coming changes, and is increasingly pursued by recent ecosystema based and integrated assessment and management approaches. The uncertainty of future climate change impacts and the interactions with the increasing anthropogenic pressures on marine systems need to be addressed. Ecological models are important tools to provide this integration of data and processes, as they can put experimental and observational data into context, and enable us to move beyond simple extrapolations of future states and experiences, creating an understanding of the changes in marine ecosystems anticipated in the future. While a wide variety of modeling approaches is available to answer specific ecological questions, a quantitative integration over different hierarchical levels, and different types of data and knowledge, is rarely achieved. The presented thesis revolves around a case study from the Barents Sea, which is among the marine regions with the earliest impacts of ocean acidification and warming expected and already observed, providing an integrative view of the impacts of these drivers on marine ecosystems and the provision of ecosystem services in the focus region. The work was built upon a thorough general analysis of available modeling approaches for modeling climate change impacts on marine fish populations (Paper 1). This analysis assessed capacities of the existing modeling approaches and recent applications, and revealed processes which need to be incorporated better in the light of recent experimental and observational results. A modeling framework to address the specific questions in the Barents Sea region was developed based on participation of stakeholders gained during personal interviews and two workshops (Paper 2). This served to incorporate their concerns and knowledge into the model structure and identify potential adaptation options for the stakeholder groups. To address one specific scientific question of high importance and uncertainty, the anticipated impacts on fish stock recruitment, an early life stage model was developed which incorporates the experimentally quantified effects of ocean acidification and warming on Atlantic cod eggs and larvae (Paper 3). This model offers a new approach to integrating empirical data on environmental and food-web drivers into recruitment projections of marine fish. Finally, an integrative fooda web model based on the structure developed in the stakeholder work and on current processa based understanding was parameterized with empirical data and estimates of organismal rates, to simulate the dynamic fluctuations in the Barents Sea food web and explore potential shifts in composition and dynamics under ocean warming and ocean acidification (Paper 4). In the thesis discussion, the papers are summarized and put into context, and the implications for the user groups in the region and possible societal adaptation options to the projected changes are highlighted. Impacts on fisheries, cultural and recreational ecosystem services, associated adaptation options for stakeholder groups, and interactions with other uses of the ocean system and expected changes under climate change are delineated. To advance ecosystema based governance in the area, the limitations in adaptation options of some user groups point to the need to better consider these groups in decisions and regulations concerning fisheries and marine areas. The Barents Sea study thus exemplifies the possibilities to integrate experiments, observations and stakeholder input into integrative assessments of marine ecosystems under climate change. Based on the insights gained from processa based modelling and stakeholder participation, it is described how understanding and projections of climate change impacts on marinea human systems can be advanced, pointing out the importance of improved interdisciplinary cooperation and communication and an integrative perspective to link across scales and subsystems a tasks to which purposefully designed models can contribute substantially.

Bio-based and biodegradable plastics (BBPs) are innovative materials, wholly or partially produced from biomass, with the potential to enhance the circulation of resources in the biological cycle of the Ellen MacArthur Foundation’s butterfly diagram. Although BBPs are generally considered more environmental-friendly than conventional plastics, robust scientific evidence is still missing. The lack of tools and metrics to assess the circularity and sustainability of the BBPs industry poses relevant challenges for its upscaling and contribution to climate neutrality goals in Europe. It calls for adopting system and life cycle thinking, guided by multi-level and multi-dimensional examinations, which led researchers to build a comprehensive picture of trends, gaps and future orientations that may boost a sustainable circular bioeconomy in the sector. The value- chain based and multi-faceted SWOT analysis that emerged from the intersection of system and corporate data reveals the need to establish a combined circular bioeconomy strategy where incentives to integrated local supply chain, dedicated EPR scheme, eco-design guidelines, revised EoL standards, new clear labelling schemes and harmonised sustainability criteria should be prioritized and conjointly pursued to accelerate the transition towards a sustainable circular bioeconomy of the BBPs value chain. European Journal of Social Impact and Circular Economy, V. 4 N. 2 (2023)

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Ressourcen stellen die Basis für eine erfolgreiche industrielle und technologische Entwicklung dar und somit auch für den Wohlstand heutiger und zukünftiger Generationen. Mit steigender Ressourcennutzung nehmen auch die (physische und sozio-ökonomische) Verfügbarkeit abiotischer und biotischer Ressourcen, die Umweltverschmutzung und die sozialen Auswirkungen durch den Abbau und Nutzung der Ressourcen zu. Um den Erfolg implementierter Strategien (und deren Maßnahmen) hinsichtlich ihres Beitrags zu einem effizienten und nachhaltigen Umgang mit Ressourcen zu bewerten, bedarf es an entsprechenden Bewertungsmethoden. Diese Dissertation stellt vier Methoden bereit um die Bewertung abiotischer und biotischer Ressourcennutzung im Kontext der Nachhaltigkeit auf Produkt- und regionaler Ebene in konsistenter Weise zu bewerten. Die Methode zur Bewertung abiotischer Ressourcen auf Produktebene betrachtet insgesamt 21 relevante Aspekte und stellt Indikatoren zur Quantifizierung bereit. Für die Bewertung der sozio-ökonomischen Einschränkungen von Lieferketten ist eine neuer Ansatz entwickelt, der geopolitische, politische und regulative Aspekte berücksichtigt. Des Weiteren sind Screening-Indikatoren verfügbar, die die gesellschaftliche Akzeptanz der Ressourcennutzung adressieren. Um die Verfügbarkeit terrestrischer biotischer Ressourcen in Produktsystemen zu bewerten, wurde eine umfassende Methode mit 25 Indikatoren erstellt. Des Weiteren wird ein Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht eine konsistente Zusammenführung und somit auch Bewertung verschiedener Ressourcentypen zu ermöglichen. Er findet bei der Zusammenführung der entwickelten Methoden zur Bewertung abiotischer und biotischer Ressourcen Anwendung. Da die Nutzung von Ressourcen auch auf Macro-Ebene betrachtet werden muss, wurde eine Methode zur Bewertung abiotischer Ressourcen auf regionaler Ebene entwickelt, die 25 Indikatoren für die Bewertung der Kritikalität (Verfügbarkeit von Ressourcen und Vulnerabilität der Region) und der gesellschaftlichen Akzeptanz zur Verfügung stellt. Verschiedene Fallstudien wurden durchgeführt um die Anwendbarkeit der entwickelten Methoden aufzuzeigen und zu verdeutlichen, warum eine umfassende Bewertung der Ressourcennutzung notwendig ist. Die Fallstudien umfassen u.a. die Bewertung eines Smartphones, Pkw-Herstellung und Biokraftstoffe. Die Anwendbarkeit der Methoden wird zudem erhöht, indem Indikatorwerte für 36 Metalle und 4 fossile Rohstoffe zur Verfügung gestellt werden. Die Bewertung der Nutzung abiotischer und biotischer Ressourcen auf Produkt- und regionaler Ebene wird mit dieser Dissertation signifikant verbessert, indem vier wissenschaftliche Methoden zur robusten und umfassenden Bewertung aller drei Nachhaltigkeitsdimensionen bereitgestellt werden. Resources are the basis for a thriving industrial and technological development and therefore for prosperity of present and future generations. With increasing resource use, challenges with regard to (physical and socio-economic) availability of abiotic and biotic resources and raw materials, pollution of the environment as well as social impacts associated with resource extraction and use arise. To evaluate the success of strategies managing resource use more efficiently and sustainably methodologies are required to comprehensively assess resource use and related impacts. This thesis provides four methodologies to improve the assessment of abiotic and biotic resource use in the context of sustainability on product and regional level. For the method to assess abiotic resources use on product level overall 21 aspects are considered as relevant and indicator for quantification are provided. In order to determine socio-economic supply chain restrictions a new approach is developed, considering geopolitical, political and regulatory aspects affecting resource extraction and use. Further, screening indicators are established to evaluate the societal acceptance of resources with regard to compliance with social and environmental standards. To assess the availability of terrestrial biotic resources in product systems a comprehensive methodology is established, which includes 25 indicators. Further, an approach is proposed to combine assessment methodologies in a consistent way. This approach is applied to the developed method of this thesis leading to a combined methodology. The use of resources also has to be considered on macro-economic. Thus, a methodology is developed providing 25 indicators for the two dimensions criticality, consisting of the sub-dimensions (physical and socio-economic) availability and vulnerability, as well as societal acceptance. Several case studies are carried out to demonstrate the applicability of the developed methods and to confirm the need for a comprehensive assess of resource use on micro and macro level, e.g. case studies for smart phones and cars, for biofuels produced from rapeseed and soybean. The applicability of the methodologies is further enhanced by providing indicator results for 36 metals and four fossil raw materials. The assessment of abiotic and biotic resource use on product and regional level is improved significantly by establishing four scientifically robust yet applicable methodologies, which consider multiple aspects of resource use in all three sustainability dimensions.

We report a new measurement of the exclusive $e^+ e^- \to D^{(*) \pm} D^{*\mp}$ cross sections as a function of the center-of-mass energy from the $D^{(*) \pm} D^{* \mp}$ threshold through $\sqrt{s}=6.0$ GeV with initial-state radiation. The analysis is based on a data sample collected with the Belle detector with an integrated luminosity of $951$ fb$^{-1}$. The accuracy of the cross section measurement is increased by a factor of two over the first Belle study. We perform the first angular analysis of the $e^+ e^- \to D^{* \pm} D^{* \mp}$ process and decompose this exclusive cross section into three components corresponding to the $D^*$ helicities.

The anaerobic bioavailability of two types of solid slaughterhouse waste (poultry and pig wastes) was studied after the application of thermal pretreatment. Both wastes were characterized by different proportions between fats, proteins and carbohydrates. The thermal pretreatments selected (70ºC for 60 min, and 133ºC and 3 bars for 20 min) were included in the European regulations 1774/2002 & 92/2005 for higienization purposes. These pretreatments had a remarkable effect on the solubilization of organic matter and on protein hydrolysis. No negative effects in methane or biogas yields were found in both pretreated wastes, but the bioavailibity of organic matter after the pretreatment depended on the composition of each waste, basically the presence of carbohydrates which could react with protein hydrolysis products (amino acids) giving slowly or not anaerobically biodegradable products (Maillard compounds).

Die Metropolregion Santiago (MRS) verzeichnete in den letzten Jahren ein großes Bevölkerungswachstum und einen Anstieg des Lebensstandards. Als Folge davon hat sich das Aufkommen von Siedlungsabfällen fast innerhalb von 10 Jahren verdoppelt. Die Daten für den aktuellen Zustand des Abfallmanagements wurden durch Feldforschungen, Fragebögen, Feldbesuche und durch eine systematische Auswertung von bereits vorliegender Literatur erhoben. Das integrative Nachhaltigkeitskonzept der Helmholtz-Gemeinschaft diente als konzeptioneller Rahmen für die Studie. Zur Bewertung des aktuellen Zustands des Abfallmanagements wurden Nachhaltigkeitsindikatoren identifiziert, deren aktuelle Werte bestimmt und Zielwerte festgelegt. Die Nachhaltigkeitsanalyse zeigt, dass die größten Defizite darin liegen, dass nahezu die gesamte Abfallmenge ohne jegliche Vorbehandlung deponiert wird. Damit verbunden sind lang andauernde Emissionen von Treibhausgasen. Um herauszufinden, wie der informelle Sektor im Abfallmanagement zur Nachhaltigkeit beiträgt, wurden veröffentlichten Erfahrungen mit informellen Müllsammlern in Lateinamerika analysiert. Dabei wurden die entsprechenden Akteure sowie etablierte Allianzen zwischen diesen Akteuren identifiziert. Schlüsselfaktoren für ein nachhaltiges Abfallmanagement unter Einbeziehung des informellen Sektors sind die Legalisierung der Schattenwirtschaft und feste Verträge mit Partnerunternehmen. Relevante Akteure für die Gestaltung der Arbeitsbedingungen des informellen Sektors sind Vertreter privater und öffentlicher Unternehmen, einzelne gesellschaftliche Gruppen sowie Vertreter von Nichtregierungsorganisationen. Schließlich wurden drei explorative Szenarien für das Bezugsjahr 2030 entwickelt: Business as Usual (BAU), Collective Responsibility (CR) und Market Individualism (MI). Das BAU-Szenario enthält eine getrennte Sammlung von Bioabfall und von Wertstoffen; hervorgerufen durch einen verstärkten Organisationsgrad der informellen Müllsammler und den Ausbau von Bring-Systemen. Die Errichtung mechanischer Sortierungsanlagen trägt zur Verwertung der Materialien und zum Recycling bei. Das entstehende Deponiegas und Biogas wird als erneuerbare Energiequelle genutzt. Das CR-Szenario enthält eine getrennte Sammlung von Bioabfall und Wertstoffen. Dies wird erreicht durch eine verstärkte Zusammenarbeit mit den jetzt organisierten Müllsammlern und durch den Ausbau von Bring-Systemen. Mechanische Sortierungsanlagen tragen zur Verwertung von Materialien und zum Recycling bei. Durch Abtrennung einer heizwertreichen Fraktion in mechanisch biologischen Anlagen werden Sekundärbrennstoffe produziert. Darüber hinaus werden, das entstehende Deponiegas sowie das in Vergärungsanlagen erzeugte Biogas energetisch genutzt. Im MI-Szenario sind Wiederverwertungsstrategien von untergeordneter Bedeutung. Es gibt kein Interesse an einer Zusammenarbeit mit den informellen Müllsammlern und keine Anreize für einen verstärkten Organisationsgrad in diesem Bereich. Deshalb bleibt die Branche weitgehend informell. Technologische Entwicklungen in diesem Szenario enthalten die mechanische Sortierung von gemischtem Abfall und die energetische Verwertung von Deponiegas. Die Ergebnisse zeigten, dass das Pro-Kopf-Aufkommen an Siedlungsabfällen im Jahr 2030 in allen Szenarien deutlich höher als im Jahr 2007 ist und der festgelegte Zielwert von 1,6 kg/Kopf/Tag nicht erreicht wurde. Den höchsten Wert (2,0 kg/Kopf/Tag) weist das MI-Szenario auf, der niedrigste Wert (1,8 kg/Kopf/Tag) wurde im CR-Szenario gefunden. Eine Vorbehandlung der gesammelten gemischten Siedlungsabfälle findet nur im CR-Szenario statt, der entsprechende Wert beträgt 18 %, der Zielwert wird damit nicht erreicht. Die höchsten Treibhausgasemissionen treten im MI-Szenario (295 kg CO2-eq/Kopf/Jahr) auf, den niedrigsten Wert (155 kg CO2-eq/Kopf/Jahr) findet man im CR-Szenario. All diese Werte sind, verglichen mit dem festgelegten Zielwert von 71 kg/Kopf/Jahr, deutlich zu hoch. Der Zielwert für die Wiederverwertungsquote wurde im CR-Szenario erreicht (43 %), den niedrigsten Wert zeigt das MI-Szenario (20 %). Die Zielwerte für das Einkommen der Müllsammler wurden im CR-Szenario erreicht (128 %). Im MI-Szenario beträgt dieser Wert lediglich 51 %. Die Kosten für das Abfallmanagement im Verhältnis zum Bruttoinlandsprodukt sinken in den drei Szenarien. Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass ein Einbeziehen von mehreren Faktoren erforderlich ist, um die Nachhaltigkeit des Abfallmanagementsystems in den drei Szenarien zu steigern und dass es von wesentlicher Bedeutung ist, schon vorhandene und gut funktionierende Subsysteme, wie das der informellen Müllsammler, zu nutzen und zu stärken. Ebenso ist die Umsetzung robuster Behandlungstechnologien, die einen Beitrag zur Reduktion negativer Umweltauswirkungen leisten, zu forcieren. Diese Technologien sollten preiswert sein, um ihren Einsatz auch unter wirtschaftlich vertretbaren Gesichtspunkten zu ermöglichen. The Metropolitan Region of Santiago (MRS) has experienced a large growth in population in recent years and a rise in the standard of living. Therefore, its municipal solid waste (MSW) has almost doubled in 10 years. Data about the current situation of MSW management in MRS were collected during field research, interviews, field visits and by a systematic evaluation of existing documentary literature. The Integrative Sustainability Concept of the Helmholtz Association provided a conceptual framework for the study. The sustainability analysis showed that the largest deficits are in the current amount of MSW deposited at sanitary landfills without any pre-treatment, and the emission values of greenhouse gases associated with waste treatment and final disposal. To find out if and how the informal waste sector contributes to sustainability, experiences of organization of informal primary collectors in Latin America were analyzed. The key factors which have an influence on their working conditions were identified. These factors include the existence of a legal framework for the informal waste sector; the existence of alliances with production companies guaranteeing a reliable industrial market for secondary raw materials and expansion of activities beyond collection of recyclables. Key stakeholders included people from the public and the private sector, from the civil society and from NGOs. Three explorative scenarios were developed for the year 2030: Business as Usual (BAU), Collective Responsibility (CR), and Market Individualism (MI). Waste generation, waste composition and different practices of waste collection, recovery and treatment were taken into account for the scenarios formulation. The BAU scenario incorporated separate collection of biowaste, recyclable materials with some participation of organized primary collectors and an expansion of drop-off systems. The mechanical sorting of mixed waste was introduced. The utilization of landfill gas as an energy source was promoted and the production of biogas in anaerobic digestion plants was implemented. The CR scenario incorporated separate collection of biowaste, commitment to work together with the primary waste collectors and an expansion of drop-off systems. The mechanical and mechanical biological treatment of mixed waste was introduced. The utilization of landfill gas as an energy source is promoted and the production of biogas in anaerobic digestion plants was implemented. In the MI separate collection of biowaste and recyclable materials was irrelevant. An organization of the informal primary collectors did not take place. Mechanical sorting of mixed waste was introduced. Utilization of landfill gas as an energy source was promoted. The results showed that the generation flux of MSW is at least 50% larger in all scenarios in 2030 compared to the year 2007, exceeding the limit value proposed. The highest value (2.0 kg/(person•day) is obtained in the MI scenario, and the lowest (1.8 kg/(person•day)) in the CR scenario. Pre-treatment of mixed MSW collected is only achieved in the CR scenario with a value of 18%, however, the target value is not achieved. The highest greenhouse gas emission value is obtained in the MI scenario with 295 kg CO2eq/(person•year), the lowest value of 155 kg CO2-eq/(person•year) is obtained in the CR scenario; a value that is still very high in comparison with the suggested target. The largest recycling rate is obtained in the CR scenario (43%), which is better than the target value proposed, the lowest recycling rate is obtained in the MI scenario (20%). The income of primary collectors in comparison with the income of one individual household is improved significantly in the CR scenario (128%), in the MI scenario, earnings of primary collectors decreased to 51%. The share of GDP spent on MSW management is lower in 2030, compared to the year 2007, in all scenarios the largest value of 0.17% is obtained in the CR scenario, and the lowest value of 0.14% is obtained in the MI scenario. The results of the evaluation of the scenarios showed that the largest sustainability deficits are the amount of mixed MSW which undergoes pre-treatment, the greenhouse gas emissions associated to MSW treatment and disposal, as well as the share of GDP spent on MSW management. The results obtained suggested that an integration of several factors is required to increase sustainability. It is essential to strengthen and take advantage of the subsystems which are working within the waste management system, as in the case of the informal sector. In addition to the implementation of flexible treatment technologies which help to decrease negative environmental impacts. Moreover, the costs of these technologies should be affordable, allowing a better financial management.

Eines der größten Probleme bei der kontrollierten Kernfusion ist die immense thermische Belastung der mit dem Plasma in Berührung kommenden Materialien. Um den Energiefluß aus dem Plasma auf eine möglichst große Fläche zu verteilen, werden die betroffenen Komponenten in der Regel so angebracht, da"s das magnetische Feld annähernd parallel zur Oberfläche verläuft. Im Rahmen dieser Arbeit wurden ein spezieller drehbarer Meßkopf zur winkelabhängigen Messung des Strom- und Energieflusses entwickelt und ausführliche experimentelle Untersuchungen zur Winkelabhängigkeit der Teilchen- und Energieflüsse auf eine Fläche durchgeführt. Zum Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen wird basierend auf den Gyrationsbahnen der Teilchen ein analytisches Modell entwickelt und dessen qualitative Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden festgestellt. Die Durchführung der Experimente erfolgte am Plasmagenerator PSI-2, einem linearen Divertor-Simulator mit einem moderaten magnetischen Feld. Der Aufbau des Meßkopfes als ebene Sonde in einer isolierten Fläche enspricht dabei in etwa der einer sogenannten ,,flush-mounted probe''''. Die äußeren Maße der Sonde sind dabei vergleichbar mit dem Ionengyroradius ri}. Während die Elektronen bei den Experimenten stark magnetisiert sind, variieren die Bedingungen für die Ionen zwischen unmagnetisiert und magnetisiert je nach Ionenmasse und Magnetfeldstärke. Bei den Experimenten wurden verschiedene Größen der Plasmarandschicht als Funktionen des Winkels zwischen der Oberflächennormale der Sonde und dem Vektor des magnetischen Feldes bestimmt. In fusion experiments, the energy flux to the target plates is an important issue. In order to spread the heat load, surfaces are usually designed to intersect magnetic field lines at very shallow angles. In the course of this work, a sensitive probe allowing simultaneous measurements of energy flux and current density as functions of a bias voltage was developed. Extensive experimental data on the particle and energy flux densities as functions of the angle between a surface and the confining magnetic field are provided. An analytical model is developed in order to reveal the physics involved; it is in good qualitative agreement with the experimental results. The experiments were conducted at the PSI-2 facility, a linear divertor simulator with moderate magnetic field strength. The probe was rotated in a spatially homogeneous plasma. The active area, a tungsten covered Peltier module, was immersed in a ceramic surface, closely resembling the geometry of a flush mounted probe. Its dimensions were comparable to the ion gyro radius ri. While the electrons were strongly magnetized, the ion conditions varied between unmagnetized and magnetized depending on the ion species. Sheath parameters were determined as functions of the angle alpha between the probe surface normal and the magnetic field.