• Energy Research
• 7. Clean energy close
• 11. Sustainability close
• 12. Responsible consumption close
• German close

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.

Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der Bedeutung, die Nachhaltigkeitsmanagement für die anstehende weitere Reorganisation der Medienwirtschaft haben kann. Dazu wurde in zwei explorativen Studien einerseits die "interne" Selbstberichterstattung verschiedener Industrien in Bezug auf Sustainable Development Goals (SDGs) der Vereinten Nationen untersucht, andererseits die "externe" Medienberichterstattung zu diesem Thema. Beide Studien liefern interessante Einblicke, die sowohl in Bezug auf Nachhaltigkeitskommunikation als auch auf Nachhaltigkeitsmanagement interessante neue Erkenntnisse liefern. Besonders deutlich werden diesbezüglich zahlreiche Defizite bezogen auf die kritische Selbstreflexion gerade in der Medienindustrie. This article deals with the significance that sustainability management can have for the upcoming further reorganization of the media industry. To this end, two explorative studies were conducted to examine, on the one hand, the "internal" self-reporting of various industries with regard to Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations and, on the other hand, the "external" media reporting on this topic. Both studies provide interesting insights that yield interesting new findings with regard to both sustainability communication and sustainability management. In this regard, numerous deficits related to critical self-reflection become particularly clear, especially in the media industry. Reorganization of Media Industries: Digital Transformation, Entrepreneurship and Regulation

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.

Gestützt durch die dynamische Entwicklung im Bereich mobiler Antriebe und eine Vielzahl von Demonstrationsprojekten in der stationären Anwendung sind in die Brennstoffzellen-Technologie hohe Erwartungen hinsichtlich der zukünftigen Energiebereitstellung gelegt worden. Die z. T. euphorische Diskussion mag auch darin begründet sein, dass praktisch alle Bereiche des Energiesystems von ein und derselben Technologie profitieren können und die Brennstoffzelle zudem als erster Schritt von einer zunehmend in der Kritik stehenden fossilen Energiewirtschaft in Richtung nachhaltigerer Energieversorgungsstrukturen gesehen wird. Vor diesem Hintergrund ist es Ziel dieser Arbeit, einen Beitrag zur realistischen Einschätzung der kurz- und mittelfristigen Möglichkeiten und Grenzen der Brennstoffzellentechnik in der stationären Energiewandlung zu leisten sowie Ansatzpunkte für interessante Anwendungsbereiche auch hinsichtlich einer gegebenenfalls gewünschten forcierten Markteinführung dieser neuen Technologie zu identifizieren. Dazu ist es erforderlich, detaillierte, betriebswirtschaftlich orientierte Einsatzanalysen repräsentativer Versorgungsaufgaben in den einzelnen Teilsegmenten des Energiesystems in Baden-Württemberg konsistent mit einer volkswirtschaftlich orientierten systemaren Gesamtoptimierung zu verknüpfen. Grundlage dafür bilden die technischen und ökonomischen Entwicklungstrends der verschiedenen stationären Brennstoffzellensysteme, die im Rahmen einer allgemeinen Technikanalyse anhand der Erfahrungen mit aktuellen Pilot- und Demonstrationsanlagen abgeleitet werden. Diese werden ergänzt um die zeitlich und strukturell differenzierte Bedarfs- und Laststruktur in der Industrie und den Haushalten Baden-Württembergs, wozu eine Methodik zur Verknüpfung verschiedener statistischer Datengrundlagen erarbeitet wird. Abgeleitet werden repräsentative Einsatzfälle, für die mit Hilfe eines neu entwickelten edv-gestützten Simulationstools ein ökonomischer Vergleich der Brennstoffzellentechnologie mit den alternativen Versorgungsvarianten durchgeführt wird. Aufgrund der zunehmenden Liberalisierung der Energiemärkte ist dazu eine detaillierte Analyse der bestehenden und zukünftigen Energiepreisstrukturen erforderlich, auch vor dem Hintergrund, dass mit Öffnung der Märkte die verschiedenen Preiskomponenten individuell betrachtet werden müssen. Die Ergebnisse des objektbezogenen Systemvergleichs werden dann in den gesamtenergiewirtschaftlichen Kontext gestellt, d. h. im Rahmen eines Systemmodells in die technologische und topologische Struktur der Energieversorgung Baden-Württembergs eingebettet. Mit Hilfe dieses Modells werden schließlich Modellrechnungen über die Entwicklung des Energiesystems durchgeführt. Die betrachteten Szenarien werden dabei so gewählt, dass einerseits die technologiespezifischen Auswirkungen eines verstärkten Einsatzes stationärer Brennstoffzellen auch im zeitlichen Verlauf deutlich werden, andererseits der mögliche Beitrag der Technologie zum Erreichen nachhaltiger Versorgungsstrukturen dargestellt wird. Based on the dynamic development in the field of automotive applications and numerous stationary demonstrations the fuel cell technology was faced with high expectations regarding the future provision of energy. Reasons for the partly euphoric discussion may be that about any segment of the energy system may profit from this one technology, and fuel cells are seen as a first step from an increasingly criticized energy supply based on fossil fuels towards more sustainable energy supply structures. Against this background, the objective of this work is to contribute to a realistic assessment of the short and medium term options and limits of stationary fuel cell systems and to identify starting-points for interesting deployment cases in view of a possibly wanted enforced market penetration of this new technology. This requires the consistent integration of detailed business oriented analysis regarding its use in representative housing and industry supply cases with an overall optimization of the energy system in Baden-Württemberg based on economic theory. The basis for this form the technical and economic development trends of stationary fuel cells, which are derived from experiences with the current demonstration plants in the scope of a general technical analysis. These are supplemented by the industrial and housing demand and load structures of Baden-Württemberg in high temporal and structural resolution, derived by an elaborated methodology for the integration of different statistical databases. Deduced are representative application cases, for which an economic comparison of the fuel cell technology with the alternative supply variants is conducted with help of a newly developed simulation tool. Due to the ongoing liberalization of the energy markets this requires the detailed analysis of the existing and future energy price structures, as with the opening of the markets the different price components have to be looked upon individually. The outcome of the object oriented system analysis is then integrated into the context of the overall energy economy, which means that in the scope of an energy system model the results are imbedded in the technological and topological structure of the energy supply of Baden-Württemberg. Finally, with help of this tool, model calculations for the possible future development of the energy system are carried out. The scenarios looked upon are chosen by means that on the one hand the technology specific effects of an increased use of stationary fuel cell systems become evident also in the chronological development, and on the other hand the possible contribution of the technology for achieving sustainable supply structures is depicted.

Viele Fragestellungen, die sich in Bezug auf die Entwicklung von urbanen R��umen ergeben, erfordern den Einsatz verschiedener Fachdisziplinen. Daher besch��ftigt sich das Projekt URBEM (Urbanes Energie- und Mobilit��tssystem) mit der ganzheitlichen Betrachtung von m��glichen Ver��nderungen urbaner Gebiete und deren Auswirkungen. URBEM wurde als Doktoratskolleg an der TU Wien in Kooperation mit den Wiener Stadtwerken konzipiert und eingerichtet. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer interaktiven Umgebung, um Szenarien zu einer -nachhaltig versorgungssicheren, leistbaren und lebenswerten Stadt- am Beispiel der Stadt Wien zu erforschen. Um dieses Ziel erreichen zu k��nnen, erfordert es die Zusammenarbeit und Interaktion von vielen verschiedenen wissenschaftlichen Fachbereichen. Als Basis f��r die Untersuchungen dienen drei entwickelte URBEM-Szenarien, die m��gliche zuk��nftige Pfade von Ver��nderungen abbilden. Die Analyse der Auswirkungen auf die thermische Energieversorgung durch politische, gesellschaftliche, wirtschaftliche und technologische Ver��nderungen stellt einen wesentlichen Teil der Untersuchungen dar. Infolgedessen befasst sich die vorliegende Arbeit mit dem Themenfeld der thermischen Netze und der Gasnetze urbaner Gebiete. Um die Fragestellungen bez��glich dieser Versorgungsnetze in einem interdisziplin��ren Kontext ad��quat beantworten zu k��nnen, erfolgt eine eigenst��ndige Entwicklung von Berechnungsmethoden f��r die Ermittlung von Betriebskenngr����en gro��er vermaschter Netze. Bei der Betrachtung eines Fernw��rmenetzes steht die Abbildung des thermohydraulischen Verhaltens bei ver��nderten Randbedingungen im Vordergrund. Deshalb erfolgt die Umsetzung einer quasistation��ren hydraulischen Berechnung in Kombination mit einer transienten thermischen Berechnung. Die Anwendung dieser Methodik hat den Vorteil, dass das thermische Verhalten eines Fernw��rmenetzes sehr detailliert abgebildet werden kann. Die Gasnetze sollen hinsichtlich hydraulischer Ver��nderungen, unter der vereinfachten Ber��cksichtigung der Kompressibilit��t von Gasen, untersucht werden. Unter Anwendung der weiterentwickelten Berechnungsmethoden erfolgt zun��chst die Untersuchung der Auswirkungen auf das prim��re Fernw��rmenetz und das Niederdruck-Gasnetz von Wien durch die Ver��nderungen, die sich aufgrund der definierten Szenarien ergeben. In weiterer Folge werden die Einfl��sse einer dezentralen Einspeisung und der Einsatz von Speichern im Fernw��rmenetz analysiert. Eine andere Fragestellung bezieht sich auf die Anbindungsm��glichkeiten von Stadterweiterungsgebieten. Dazu erfolgen Simulationen unterschiedlicher Variationen hinsichtlich des Anschlusses an das Gasnetz und das Fernw��rmenetz, unter Einbeziehung des Themenfeldes der elektrischen Netze. Die Gegen��berstellung zwischen der weiterentwickelten hydraulischen Berechnungsmethode und der kommerziellen Software PSS R SINCAL anhand eines Testnetzes, zeigt die numerischen Vorteile der Eigenentwicklung in Hinblick auf die Konvergenzgeschwindigkeit. Many questions that arise with regard to the development of urban areas, require the use of different disciplines. Therefore, the project URBEM (Urban Energy and Mobility System) deals with the holistic view of possible changes in urban areas and their effects. URBEM was founded as doctoral programme at the TU Wien in cooperation with the Wiener Stadtwerken. The aim of the project is the development of an interactive environment to analyse scenarios to a sustainable, secure supply, affordable and liveable city- on the Example of the city of Vienna. In order to achieve this goal, it requires the collaboration and interaction of many different scientific fields. The basis for the investigations are three developed URBEM scenarios, which describe the possible future paths of change. The analysis of the effects on the thermal energy supply by political, social, economic and technological changes is an important part of the investigations. As a result, the present thesis deals with the subject of the thermal networks and the gas networks of urban areas. To be able to give answers in an interdisciplinary context, a separate development of calculation methods for the determination of operating parameters of large meshed networks was realised. Considering a district heating network, the modeling of the thermohydraulic behavior in the case of modified boundary conditions is in focus. Therefore, a quasi-steady state hydraulic calculation is combined with a transient thermal calculation. The application of this methodology has the advantage, that the thermal behavior of a district heating network can be simulated very detailed. The analysis of the gas networks should be done with regard to the hydraulic changes considering the compressibility of gases. By using the developed calculation methods, the impact due to the changes, resulting from the defined scenarios, on the primary district heating network and the low-pressure gas network of Vienna should be analysed. Subsequently, the influences of a decentralized feed and the use of thermal storages in the district heating network are investigated. Another question relates to the connection possibilities of urban expansion areas. For this purpose, simulations are carried out by vary the connection to the gas network and the district heating network, taking into account the electrical networks. The comparison between the further developed hydraulic calculation method and the commercial software PSS SINCAL using a test network, shows the numeric advantages of self-development with regard to convergence speed.

Die Knappheit der Ressourcen, die gro��en Mengen an Kohlendioxidemissionen und der stark ansteigende Preis des Stromes sind nur einige der Faktoren welche seit einigen Jahren die Stromerzeugung immer mehr in Richtung der erneuerbaren Energiequellen verlagert haben. Dabei spielt Photovoltaik eine zentrale Rolle, da Sonnenenergie eine unersch��pfbare Ressource darstellt. Ziel dieser Arbeit ist die Auswirkungen des Ausbaus dieser Photovoltaik in Deutschland und ��sterreich zu analysieren und den Einfluss dieser auf die Strompreise und den Kraftwerkseinsatz zu untersuchen. Ausgehend von Strahlungsdaten welche repr��sentativ f��r die analysierte Region ausgew��hlt wurden, wird ein lineares Optimierungsmodell zur Abbildung des Strommarktes erstellt und damit Ausbauszenarien mit +40, +70 und +100 GW simuliert. Die Ergebnisse aus dem Modell zeigen, dass mit wachsendem Ausbau von Photovoltaik die konventionellen Kraftwerke vom Markt verdr��ngt werden, es kommt sogar an manchen Tagen vor, dass die ganze Last durch erneuerbare Energiequellen abgedeckt wird. Der Marktwert der Anlagen wird jedoch bei einem Ausbauszenario von +100 GW in Frage zu setzen, da dieser bis zu 40% geringer ausf��llt als derjenige im 40-GW Szenario. Der Ausbau von Photovoltaik stellt keine alleinige L��sung dar, eine Verflechtung mehrerer Technologien w��rde mehr Stabilit��t, Reserve und Rentabilit��t sichern. The scarcity of resources, the large amounts of carbon dioxide emissions and the steeply rising price of electricity are just some of the factors that have shifted power generation for the last years towards renewable energy sources. In this process photovoltaics play a central role, as solar energy is an inexhaustible resource. The aim of this thesis is to analyze the effects photovoltaics development in Germany and Austria and to examine the influence of it on the electricity prices and the power plants operation. Starting out from solar radiation data selected for the analyzed region, a linear optimization model for the representation of the electricity market is created and the expansion scenarios of +40, +70 and +100 GW are simulated. Results of the model show that with the growing expansion of photovoltaics, the conventional power plants are being pushed out of the market and even on some days the whole load is covered by renewable energy sources. However, the market value of the plants is to be questioned with an increase of +100 GW as this is up to 40% lower than in the case of the +40 GW scenario. The development of photovoltaics is not the only solution, a linkage of several technologies would ensure more stability, reserve and profitability.

Anl��sslich der Diskussion, welche Baustoffe die optimalsten und umweltfreundlichsten Eigenschaften f��r das Bauwesen bieten, wird in dieser Arbeit ein ��berblick ��ber nachhaltiges Bauen gegeben. Es wird gekl��rt, welche Vor- und Nachteile bestimmte Baustoffe und tragende Bauteile besitzen, indem ihre ��kologischen und mechanischen Eigenschaften verglichen werden. Im Hinblick auf Konstruktionsmaterialien beinhalten z.B. Holzbaustoffe das gr����te Potenzial bei erneuerbarem Prim��renergiebedarf im Vergleich zu allen anderen untersuchten Konstruktionen. Zudem hat Holz aufgrund des hohen Recyclingpotenzials den geringsten Anteil an nicht erneuerbarem Prim��renergiebedarf, wohingegen den h��chsten nicht erneuerbaren Prim��renergiebedarf mineralische Baustoffe verursachen. Beton entwickelt mit steigender Druckfestigkeitsklasse auch dementsprechend mehr Umweltwirkungen, wohingegen die Umweltwirkungen bei Ziegelformaten von der Art der F��llung abh��ngen. W��hrend Betonaufbauten in der Kategorie f��r das Treibhauspotenzial und das Ozonabbaupotenzial mit die h��chsten Werte besitzen, verursachen mineralische Bauweisen die wenigsten Umweltwirkungen in den Kategorien f��r das Photochemische Ozonbildungspotenzial, das Versauerungspotenzial sowie das Eutrophierungspotenzial. Stahl und Glas haben im Gegensatz zu den anderen ��blichen Baumaterialien sehr viel h��here Umweltwirkungen in allen Kategorien, v.a. in Bezug auf den Prim��renergieinhalt und auf das Treibhauspotenzial. Aus den gesamten Untersuchungen geht hervor, dass es keine eindeutig bessere Bauweise gibt. Je nach gegebenen Bedingungen m��ssen Aspekte wie Standort, klimatische Verh��ltnisse, Verf��gbarkeit erneuerbarer Energietr��ger, Nutzerverhalten oder spezielle Bed��rfnisse des Bauherrn bei der Baustoffwahl ber��cksichtigt werden. Denn im Kontext des Geb��udes gibt es viele Aspekte, die zu beachten sind; letztendlich stehen Baustoffe in einem funktionalen Zusammenhang untereinander und mit dem Baugef��ge. Einfluss auf die Beurteilung der Auswirkungen der Bauteile auf die Umwelt hat in gro��em Ma��e sowohl die Wahl des Konstruktionsmaterials als auch die Wahl des D��mmstoffes und die Art der Konstruktion im Allgemeinen. Ein idealer Baustoff steht somit in einem ausgewogenen Verh��ltnis zwischen ��kologischen Aspekten und bautechnischen Anforderungen und ist je nach ��u��eren Gegebenheiten zu w��hlen. Durch die Auswahl von angemessen umweltgerechten Baustoffen und F��getechniken ist zumindest ressourcenschonendes und nachhaltiges Bauen realisierbar. Langfristiges Denken und eine Abstimmung der Lebensdauern von Baustoffen mit gewissem Ma�� an Nutzungsflexibilit��t ist essenziell f��r das ��kologische Bauen. Wie in der Arbeit au��erdem gezeigt wird, gibt es kein einheitliches, internationales Zertifizierungssystem, auf dessen Grundlage eine allgemeine nachhaltige Entwicklung aufbauen k��nnte. Jedem Bewertungssystem und jeder Datenbank liegen andere Kriterien und Ziele zugrunde, die sich in den Ergebnissen widerspiegeln. Daher ist es ratsam, sich schon fr��h im Planungsprozess damit auseinanderzusetzen und die Ziele der Bauplanung daran anzupassen. Durch den in dieser Arbeit vorgelegten Baustoffkatalog und Bauteilvergleich soll eine bessere ��bersichtlichkeit in diese Thematik gebracht werden. As a contribution to the discussion about what building materials offer the most optimal and environmentally friendly properties for the construction industry, this paper gives an overview of sustainable construction. It illustrates the advantages and disadvantages of certain building materials and structural components by comparing their ecological and mechanical properties. As far as construction materials are concerned, e.g. wood materials have the greatest potential in terms of renewable primary energy demand compared to all other constructions studied. Moreover, due to the high recycling potential, wood has the lowest share of non-renewable primary energy demand, whereas the highest non-renewable primary energy demand is caused by mineral building materials. Concrete also develops correspondingly higher environmental impacts as the compressive strength class increases, whereas the environmental effects of brick formats depend on the type of filling. While concrete structures have the highest rates in the category of global warming potential and ozone depletion potential, mineral structures have the least environmental impact in the categories of ozone generation potential, acidification potential and eutrophication potential. Steel and glass, in contrast to the other common building materials, have much higher environmental impacts in all categories, especially in terms of primary energy level and global warming potential. All these studies show that there is no clear preferential construction. Depending on the given conditions, aspects such as location, climatic conditions, availability of renewable energy sources, user behavior or the client's special needs must be taken into account when selecting the building material. There are many aspects in the context of the buildung which have to be considered; Ultimately, building materials are in a functional relationship with each other and with the construction structure. The assessment of the effects of the components on the environment is influenced to a great extent by both the choice of construction material and the choice of insulating material and the type of construction in general. An ideal building material is thus in a well-balanced relation between ecological aspects and structural engineering requirements and should be selected depending on external conditions. By choosing environmentally friendly building materials and joining techniques, at least resource-efficient and sustainable construction can be achieved. Long-term thinking and matching the lifespan of building materials with a certain degree of flexibility of use is essential for ecological construction. As is also shown in the paper, there is no single, international certification system on which to build universal sustainable development. Each rating system and database is based on different criteria and objectives, which are reflected in its rating. Therefore, it is advisable to deal with this problem early on in the planning process and to adapt the objectives of the construction planning accordingly. The goal of the material catalog and component comparison presented in this paper is to get a better overview of this issue.

After the introduction of the German Renewable Energies Act (EEG), a real boom in the biogas sector in Germany took place. As most biogas plants have, until now, been an integrated part of a farm, the biogas produced is converted directly on site. This often leads to an insufficient use of the heat produced due to the isolated location of farms. However, if the biogas is upgraded, fed into a nearby natural gas grid and transported to a location with an existing heat sink, the heat produced can be used in an optimal way. Using the example of the biogas plant in Darmstadt-Wixhausen, the present study analyses how energy and climate efficient biogas plants are, which factors have the greatest influence on the results of energy and greenhouse-gas balances and finally how uncertain the results of life cycle assessments can be. As a first step I carried out a life cycle assessment of the biogas plant mentioned above, in which the focus was on the calculation of the energy and greenhouse gas balance. Subsequently, I accomplished sensitivity- and uncertainty-analyses.As a result of its sophisticated heat utilization concept, the Darmstadt-Wixhausen biogas plant comes off very well from the point of view of the energy balance. The net energy gain is 4.5, the specific cumulative energy demand amounts to 2.14 MJ/MJend energie and the energetic amortization time is 4.46 years. Regarding the greenhouse gas balance, this plant comes off rather badly due to greenhouse gas savings of only 46.8 % and due to specific greenhouse gas emissions of 72.51 g CO2eq/MJend energie, which range in scales similar to those of natural gas fired block heat and power plants. Amongst the most sensitive parameters related to the energy balance is the electricity consumed by the plant itself, especially the electricity demand of the upgrading technology, the silage losses and the methane yield of the used substrate. The greenhouse gas balance is additionally strongly influenced by the parameters methane losses , nitrous oxide-emissions and grassland ploughing . If the methane losses are reduced to a minimum by closing the digistate storage, the plant already reaches greenhouse gas savings of approx. 71.5 %. The uncertainty analysis was carried out by using the Latin-Hypercube-Sampling method. It showed that the span of LCA results can be substantial. Depending on the parameter combinations used in the calculations, the net energy gain varies between 1.07 and 5.81 with a mean value of 2.06. The relative greenhouse gas savings, achieving values between 151 and 83 %, are characterized by a huge span, while the variation of the specific greenhouse gas emissions range between 20 and 331 g CO2eq/MJ. The mean relative greenhouse gas saving is only 6 % and the mean specific greenhouse gas emissions are approx. 130 g CO2/MJ. However, the greenhouse gas balance of such biogas plants can be improved enormously if the digistate storage is closed and if no grassland ploughing takes place. If these two aspects are taken into account, the mean relative greenhouse gas savings increase from 6 to approx. 45.5 % and the specific greenhouse gas emissions decrease from 130 to 70 g CO2eq/MJ.In the region of South Hessen, 443.000 t of maize could be produced yearly, if the prices for maize substrate were at a relatively high level of approx. 32.5 /t. These maize amounts would be sufficient to supply biogas plants (incl. upgrading technology) with an entire installed capacity of 20 MW. Those plants could produce a total amount of electricity and heat of approx. 0.4 TWh (gross), 0.3 TWh (net) respectively and they could therefore save approx. 141.000 t CO2eq per year. This corresponds to approx. 30 % of the greenhouse gas savings, which have to be achieved in that region. Nach der Einführung des EEG im Jahr 2000 hat Deutschland einen regelrechten Boom der Biogasbranche erlebt. Bisher sind die meisten Biogasanlagen in landwirtschaftliche Betriebe integriert. Das produzierte Biogas wird dabei vor Ort verstromt, jedoch kann die anfallende Wärme aufgrund der peripheren Lagen der Betriebe oftmals nicht ausreichend genutzt werden. Wird das Biogas jedoch aufbereitet, in ein Erdgasnetz eingespeist und zu einem Ort mit Wärmesenke transportiert, kann die Wärme optimal ausgenutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb am Beispiel der Biogasanlage in Darmstadt-Wixhausen untersucht, wie Energie- und Klima-effizient solche Anlagen sind, welche Faktoren die Energie- und Treibhausgasbilanz am stärksten beeinflussen und wie unsicher die Ergebnisse solcher ökobilanziellen Bewertungen sind. Methodisch wurde zunächst eine ökobilanzielle Bewertung vorgenommen und im Anschluss wurden Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen durchgeführt. Aus Sicht der Energiebilanz schneidet die Anlage dank des umfangreichen Wärmekonzepte gut ab, denn sie erreicht einen Erntefaktor von 4,5, der spezifische kumulierte Energieaufwand beträgt 2,14 MJ/MJEndenergie und die energetische Amortisationszeit liegt bei 4,46 Jahren. Aus Sicht der Treibhausgasbilanz schneidet die Anlage eher schlecht ab, denn die prozentuale Treibhausgaseinsparung beträgt lediglich 46,8 % und die spezifischen Treibhausgasemissionen liegen mit 72,51 g CO2eq/MJEndenergiein einer ähnlichen Größenordnung wie diejenigen erdgasbetriebener Blockheizkraftwerke. Zu den sensitivsten Parametern in Bezug auf die Energiebilanz zählen der Eigenstromverbrauch der Anlage, insbesondere der Stromverbrauch der Druckwasserwäsche, die Silageverluste und der Methanertrag des Substrates. Die Treibhausgasbilanz wird zusätzlich noch wesentlich von den Parametern Methanschlupf , Lachgasemissionen und Grünlandumbruch beeinflusst. Wird der Methanschlupf durch die Abdeckung des Gärrestlagers auf ein Minimum reduziert, kann die Anlage bereits eine Treibhausgaseinsparung von 71,5 % erreichen.Die mittels Latin-Hypercube-Sampling durchgeführte Unsicherheitsanalyse hat gezeigt, dass die Spannweite der Ergebnisse erheblich sein kann. Je nach verwendeter Parameterkombination schwankt der Erntefaktor zwischen 1,07 und 5,81, wobei im Mittel ein Erntefaktor von 2,06 erreicht wird. Die prozentuale Treibhausgaseinsparung erreicht mit Werten zwischen -151 und 83 % eine sehr große Spannweite ebenso wie die spezifischen Treibhausgasemissionen, die zwischen 20 und 331 g CO2eq/MJ schwanken. Die mittlere Treibhausgaseinsparung liegt lediglich bei ca. 6 % und die mittleren spezifischen Treibhausgasemissionen liegen bei ca. 130 g CO2eq/MJ. Die Treibhausgasbilanz solcher Biogasanlagen kann jedoch deutlich verbessert werden, wenn die Gärrestlager gasdicht abgedeckt und Grünlandumbruch vermieden wird. Unter diesen Voraussetzungen beträgt die mittlere Treibhausgaseinsparung bereits 45,5 % und die spezifischen Treibhausgasemissionen liegen bei ca. 70 g CO2eq/MJ. In der Region Südhessen könnten bei entsprechend hohen Preisen für Maissubstrat ca. 443.000 t Mais pro Jahr erzeugt werden. Diese Menge reicht aus, um insgesamt Biogasanlagen (mit Gasaufbereitung) mit einer installierten Leistung von 20 MW zu betreiben. Diese könnten jährlich etwa 0,4 TWh (Brutto) bzw. 0,3 TWh (Netto) an Strom und Wärme erzeugen und dadurch 141.000 t CO2eq einsparen. Dies entspricht 30 % der Einsparungen, die in der Region erreicht werden müssen.

Die intensive Nutzung in Landwirtschaft und Forstwirtschaft und damit einhergehende Bodendegradation stellen eine enorme Herausforderung für die menschliche Gesellschaft dar. Insbesondere die Übernutzung reduziert die Ernährungssicherheit, führt zur Emission von Treibhausgasen und Aerosolen, treibt den Verlust der biologischen Vielfalt an, verschmutzt das Wasser und untergräbt eine Vielzahl von Ökosystemdienstlei - stungen, die über die Nahrungsmittelversorgung sowie die Wasser- und Klimaregulierung hinausgehen. Die direkten Emissionen durch Entwaldung, Düngung, Reisanbau und Wiederkäuer belaufen sich derzeit auf etwa 25% aller menschlichen Treibhausgasemissionen. Der intensiven Landnutzung zugrunde liegen sowohl das Bevölkerungswachstum, der Anstieg im pro-Kopf-Verbrauch an Kalorien, Holz und Fasern sowie verstärkter Konsum von Fleisch- und Milchprodukten. Dieses Kapitel fasst diese soziökonomischen Aspekte kurz zusammen und führt in die grundsätzlichen Prozesse ein, die der Emission von CO2, CH4 und N2O zugrunde liegen. In verschiedenen Kapiteln in diesem Buch werden diese Prozesse wieder aufgegriffen und unter verschiedenen Gesichtspunkten detaillierter beleuchtet. Socioeconomic aspects of land use change, effects on biogeochemical cycles and greenhouse gas emissions: Intensive agriculture and forestry and associated land degradation, pose an enormous challenge to human society. Overuse of land ecosystems reduces food security, leads to emissions of greenhouse gases and aerosols, drives biodiversity loss, pollutes water, and undermines a wide range of ecosystem services beyond food supply and water and climate regulation. Direct emissions from deforestation, fertilization, rice cultivation, and ruminants currently amount to about 25% of all human greenhouse gas emissions. Drivers of intensive land useare population growth, together with increases in per capita consumption of calories, wood, and fiber, and a shift towards consumption of meat and dairy products. This chapter briefly summarizes these socioeconomic aspects and introduces the basic processes underlying the emission of CO2, CH4, and N2O. Various chapters in this book revisit these processes and examine them in more detail from different perspectives. Aspectos socioeconómicos del cambio de uso de la tierra, efectos en los ciclos biogeoquímicos y emisiones de gases de efecto invernadero: El uso intensivo del suelo en la agricultura y la silvicultura asi como la asociada degradación del suelo representan un enorme desafío para la sociedad humana. En particular, el sobreuso hace peligrar la seguridad alimentaria, conduce a la emisión de gases de efecto invernadero y aerosoles, incrementa la pérdida de biodiversidad, contamina el agua y socava una variedad de servicios de los ecosistemas más allá del suministro de alimentos y la regulación del agua y el clima. Las emisiones directas de la deforestación, la fertilización, el cultivo de arroz y los rumiantes representan actualmente alrededor del 25% de todas las emisiones antrópicas de gases de efecto invernadero. El uso intensivo de la tierra se basa en el crecimiento de la población, el aumento del consumo per cápita de calorías, madera y fibra y un mayor consumo de carne y productos lácteos. Este capítulo resume brevemente estos aspectos socioeconómicos e introduce los procesos fundamentales que subyacen a la emisión de CO2, CH4 y N2O. Estos procesos se retoman en varios capítulos de este libro y se examinan con más detalle desde varias perspectivas.