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Im Forschungsprojekt "Landscaping" untersuchte das Wuppertal Institut die für Nordrhein-Westfalen aus heutiger Sicht denkbaren Technologieansätze, die dafür nötigen politischen Rahmenbedingungen sowie mögliche Innovationen entlang der Wertschöpfungsketten. Bestandteil des Berichts sind Steckbriefe, in denen die möglichen Technologien für treibhausgasneutrale Industrieprozesse samt offener Forschungsfragen und Infrastrukturbedarfe dargestellt sind. Das Projekt entstand im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde auf der Ebene von privaten Haushalten untersucht, in welchem Ausmaß eine Bedürfnisbefriedigung mit materiellen Gütern innerhalb der Randbedingungen von globaler Gerechtigkeit, einer nachhaltigen Rohstoffnutzung und einer umweltverträglichen Gesellschaft möglich ist. Zur Bestimmung des Rohstoffbedarfs langlebiger Haushaltsgüter wurden das methodische Konzept der Verfügungskorridore entwickelt und empirisch fundiert sowie global tragfähige Ausstattungen für verschiedene Haushalte prototypisch dargestellt. Das im Rahmen des Projekts entwickelte Webtool veranschaulicht wesentliche Ergebnisse des Forschungsvorhabens. Vor dem Hintergrund ihrer eigenen Haushaltsausstattungen wird den Nutzer/-innen des Webtools das Forschungsthema "Rohstoffverbrauch und Nachhaltigkeit" exemplarisch veranschaulicht, wodurch eine konkrete Reflexion des eigenen Konsumverhaltens ermöglicht wird.
Designguide background
(2013)
The data centre industry (DCI) has grown from zero in the 1980s, to enabling 60% of the global population to be connected in 2021 via 7.2 million data centres. The DCI is based on a linear economy and there is an urgent need to transform to a Circular Economy to establish a secure supply chain and ensure an economically stable and uninterrupted service, which is particularly difficult in an industry that is comprised of ten insular subsectors. This paper describes the CEDaCI project which was established to address the challenge in this unique sector; this ground-breaking project employs a whole systems approach, Design Thinking and the Double Diamond methods, which rely on people/stakeholder engagement throughout. The paper reviews and assesses the impact of these methods and project to date, using quantitative and qualitative research, via an online sectoral survey and interviews with nine data centre and IT industry experts. The results show that the project is creating positive impact and initiating change across the sector and that the innovative output (designs, business models, and a digital tool) will ensure that sectoral transformation continues; the project methods and structure will also serve as an exemplar for other sectors.
Good practices : ESSAY
(2008)
Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der Verknappung fossiler Ressourcen haben nachwachsende Rohstoffe in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Insbesondere die Bioenergie hat durch staatliche Fördermaßnahmen viel Aufmerksamkeit erfahren. Mit der Ausweitung der energetischen Nutzung von Biomasse sollen Beiträge zum Klimaschutz durch die Vermeidung von Treibhausgasen geleistet, die Versorgungssicherheit soll durch Ersatz der knapper werdenden fossilen Ressourcen erhöht und der ländliche Raum gestärkt werden. Die selben Argumente lassen sich auch für die stoffliche Nutzung von Biomasse heranziehen. Auch wenn diese etwas aus dem Blickfeld der energiebezogenen Diskussion geraten ist, kann hier in den nächsten Jahren ein erhebliches Marktwachstum erwartet werden. Biomasse als erneuerbare Ressource kann in Land- und Forstwirtschaft aber nur begrenzt bereitgestellt werden. Dies gilt umso mehr, als bestimmte Nachhaltigkeits-Anforderungen eingehalten werden müssen. Der zu erwartenden Nachfragesteigerung für nachwachsende Rohstoffe (Nawaro) steht damit eine limitierte Verfügbarkeit entgegen. Aus dieser leitet sich die Forderung nach einer möglichst effizienten Verwertung ab. In diesem Zusammenhang fällt immer häufiger der Begriff der Kaskadennutzung von Nawaro als möglicher Lösungsansatz. Dieses Konzept kann im Wesentlichen als eine Hintereinanderschaltung von (mehrfacher) stofflicher und energetischer Nutzung desselben Rohstoffs gesehen werden und schafft so eine Verbindung von Material- und Energiesektor. Das Prinzip der Kaskadennutzung ist damit ein Ansatz zur Steigerung der Rohstoffeffizienz von nachwachsenden Rohstoffen und zur Optimierung der Flächennutzung. Das Ziel des vorliegenden Berichts ist es, die Option "Kaskadennutzung" strategisch, differenziert und ganzheitlich zu beleuchten. Im Rahmen der Projektarbeit sind daher Anforderungen an eine nachhaltige Kaskadennutzung von Nawaro abgeleitet und Schlussfolgerungen zu deren Ausgestaltung gezogen worden, um die Potenziale von Biomasse hochwertig und erfolgreich zu nutzen.
Energie aus Biomasse spielt unter den erneuerbaren Energien eine zunehmend wichtigere Rolle. Biomasse kann industriell weiterverarbeitet werden oder der Erzeugung von Wärme, Strom und anderen Energieformen dienen. Daher ist bereits heute beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe eine massive Nutzungskonkurrenz zwischen stofflicher und energetischer Verwertung absehbar.
Aus der begrenzten Verfügbarkeit der Ressource und der steigenden Nachfrage nach Biomasse leitet sich die Forderung nach ihrer möglichst effizienten Verwertung ab. In diesem Zusammenhang fällt immer häufiger der Begriff der Kaskadennutzung von nachwachsenden Rohstoffen (Nawaro) als möglicher Lösungsansatz. Dieses Konzept kann im Wesentlichen als eine Hintereinanderschaltung von (mehrfacher) stofflicher und energetischer Nutzung desselben Rohstoffs gesehen werden und schafft so eine Verbindung des Material- und Energiesektors.
Das Prinzip der Kaskadennutzung ist damit ein Ansatz zur Steigerung der Rohstoffeffizienz von Nawaro und zur Optimierung der Flächennutzung.
Die Ansatzpunkte für Nutzungskaskaden sind vielfältig. Ob und inwieweit derartige Konzepte tragen, wie hoch deren Potenzial ist, welche Voraussetzungen für die Umsetzung zu erfüllen sind, ist aber noch nicht ausreichend untersucht.
Im vorliegenden Diskussionspapier wird zunächst eine Definition des vielfach und teils unterschiedlich verwendeten Begriffs Kaskadennutzung erarbeitet. Die folgenden Darstellungen von Kaskadennutzung integrieren sowohl landwirtschaftliche als auch forstwirtschaftliche Produkte und beziehen sich auf Beispiele der Kaskadennutzung aus beiden Bereichen, um die breite Anwendbarkeit des Konzepts zu verdeutlichen. Zudem werden Anforderungen an eine nachhaltige Kaskadennutzung von Nawaro abgeleitet und Schlussfolgerungen zu deren Ausgestaltung gezogen, damit Unternehmen der Land- und Forstwirtschaft die Potenziale von Nawaro hochwertig und erfolgreich nutzen können.
In this paper, we aim to present a comprehensive analysis on the emerging phenomenon of distributed innovation in commons-based peer production (CBPP) platforms. Starting with the exploration of the widely held belief on value-creation confined to industrial settings, we raise several questions regarding the feasibility of, and a need for, an inclusive innovation process that can tap grassroots capacity into both traditional (industrial research and development) and emerging (peer-to-peer) innovation models to yield sustainable solutions. In particular, we explore the emergence and structuration of digital innovations in the maker movement, as it presents an alternative construct of innovation wherein access to and sharing of knowledge is predominantly distributed. With innovation outcomes often freely revealed, its very structuration could pose a principal challenge to our conceptualizations of value creation and competitive advantage in the current economic model. Drawing from responses received from 200 collaborative innovation platforms, six semi‐structured interviews focusing on socio-technical innovation cases, as well as four in-depth narrative interviews with maker turned entrepreneurs, we present a detailed analysis on the topology of network, typology of actors, as well as the underlying innovation ecosystem in CBPP networks in Germany. In doing so, we contribute to the conceptualization of peer-to-peer distributed innovations in collaborative platforms.
Zukunftslabore, Küchen und Stadträume : wenn sich Kunst und (Nachhaltigkeits-)Wissenschaft begegnen
(2021)
At the heart of transition research lies the question of how to "scale up" sustainable alternatives from a protected niche to the creation of mainstream practices. While upscaling processes are often seen as an essential element that contributes to societal transformation, upscaling itself remains a fuzzy concept. We argue that some fundamental dilemmas of upscaling can be identified, for example, the different understanding of the concept by researchers and practitioners. The dilemmas should be addressed in a more reflexive way by those from the worlds of science and practice who are involved in collaborative research settings.
Transformative Forschung hat einen klaren normativen Transformationsanspruch, jedoch ist dieser oftmals weder einfach umzusetzen noch zu evaluieren. Denn auch in der Forschung muss die Komplexität der Transformation berücksichtigt werden. In der Nachwuchsgruppe UrbanUp wurden im Reallabor Wuppertal gemeinsam mit der Praxis Interventionen durchgeführt, die hier exemplarisch beschrieben werden und in denen Wissen über die Verstetigung von Nachhaltigkeitsnischen generiert werden sollte. Dabei wurden verschiedene Frei- und Lernräume geschaffen, die den Transformationsanspruch der Nachwuchsgruppe bilden.
In current German debates on sustainable urbanisation and urbanism, new urban actors reviving buildings, brownfields or whole neighbourhoods are discussed as potential drivers of urban transformation towards sustainability as well as potential co-producers for conventional actors in urban development and planning. These actor's projects can be understood as spatially confined niches for experimentation with (built) urban space itself. Building upon the concepts of niche entrepreneurship (Pesch et al., 2017) and the framework of strategic action field theory (Fligstein & McAdam, 2011; 2015), we ask how these actors secure support for their projects and how these projects in turn are altered in this process. Based upon a case study from Wuppertal, Germany, we show that in struggling for support of powerful actors, these actors often have to significantly compromise, and that these compromises can be understood as contextualisation in the project's spatial and institutional environment.
Eine nachhaltige Entwicklung erfordert eine umfassende Transformation unserer Gesellschaft. Klar ist: Klassische Politikmuster reichen dafür kaum aus. Auch verfügen einzelne Akteure meist nicht über ausreichende Mittel und Informationen, um Veränderungen alleine voranzutreiben. Daher kommt regionalen Nachhaltigkeitsnetzwerken und Kooperationen eine zentrale Bedeutung zu - insbesondere zwischen Unternehmen und anderen gesellschaftlichen Gruppen. Carolin Baedeker zeigt anhand eines Netzwerks zwischen Schulen und Unternehmen in Wuppertal wie regionale Netzwerke einen entscheidenden Beitrag für eine nachhaltige Entwicklung leisten. Sie bilden den Ankerpunkt einer Vernetzung im Mehrebenensystem - von der individuellen über die lokale und regionale bis zur gesamtgesellschaftlichen Ebene. Die Autorin identifiziert wesentliche Merkmale und Erfolgsfaktoren für regionale, innovationsorientierte Netzwerke und entwickelt daraus das Modell eines Lernenden Netzwerks mit kreativen Agenten. Deutlich wird, wie regionale Akteure von gegenseitigem Vertrauen, emotionaler Bindung, spezifischer Vor-Ort-Kenntnis und konkreter Ergebnisorientierung profitieren.
Die Umweltauswirkungen von Teil-, Miet- oder Tauschangeboten aus dem Bereich der Sharing Economy werden zumeist aus einer Nachhaltigkeitsperspektive betrachtet und dementsprechend mit einer Verminderung des Ressourcenverbrauchs sowie einer gesteigerten Ressourceneffizienz verbunden. Handelt es sich bei Sharing Economy tatsächlich um eine ressourcenschonende, energieeffiziente und für den "Massenmarkt" geeignete Konsumalternative oder haben wir es vielmehr mit einer kurzzeitigen Nischeninnovation einzelner Lifestyle-Communities zu tun?
Zahlreiche Untersuchungen prognostizieren einen erheblichen Anstieg des globalen Ressourcenverbrauchs in den nächsten Jahrzehnten, wenn es nicht zu grundlegenden Veränderungen der Wirtschaftsweise kommt. Gegensteuern ist möglich durch politische Maßnahmen und einem Umdenken sowohl in der Produkt-Dienstleistungs-Entwicklung, bei der Gestaltung von Wertschöpfungsketten als auch im Konsumverhalten. Das Projekt BilRess identifiziert und entwickelt Angebote für alle Bildungsbereiche zum Thema Ressourcenschonung und Ressourceneffizienz.
Die in diesem Artikel vorgenommene Bestandsaufnahme der verschiedenen Bildungsangebote und die Analyse der Bildungsbereiche zeigt eine Vielzahl von Verbesserungsmöglichkeiten und Anknüpfungspunkte zur Implementierung von Ressourcenschonung und -effizienz in die unterschiedlichen Bildungsbereiche. Dabei wird immer wieder deutlich, dass die einzelnen Bildungsbereiche nicht isoliert betrachtet werden können. Die herausgearbeiteten Handlungsempfehlungen fließen in die Erstellung einer "Roadmap Ressourcenbildung" ein.
Actor and network analysis
(2017)
Education for sustainability
(2005)
Ein Leben lang lernen
(2005)
Eine nachhaltige Entwicklung zielt auf den Erhalt der Umwelt unter weltweit sozialverträglichen und wirtschaftlich verlässlichen Bedingungen. Für den nötigen gesellschaftlichen Kurswechsel werden technologische, soziale und organisatorische Innovationen benötigt, die im privaten Umfeld (Familie, Vereine) wie im beruflichen Kontext (Unternehmen, Bildungseinrichtungen) von jedem einzelnen vorangebracht werden können. Um Zukunft durch Innovationen gestalten zu können, müssen junge Menschen zusätzlich zu ihrer beruflichen Qualifikation als Bürger zu gesellschaftlicher Teilhabe befähigt und motiviert werden. Mit entscheidend hierbei ist ein erfolgreicher Übergang von der Schule in den Beruf. Die Kooperation zwischen Schule und Wirtschaft und die damit zusammenhängende Öffnung der beiden unterschiedlichen Systeme kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten. Die Studie versucht, ausgehend von aktuellen bildungspolitischen Zielsetzungen und im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung, die Bedeutung der Kooperation von Schule und Wirtschaft herauszustellen sowie entsprechende Handlungsempfehlungen für deren Ausgestaltung und Weiterentwicklung zu geben.
Der Club of Wuppertal
(2005)
A continuing trend of global urbanization leads to a geographical concentration of population and social activities that causes a regional compression of concomitant resource and energy consumption. This paper argues that a Sustainable Living Lab infrastructure (SusLab) in urban areas facilitates a systematic integration of user's consideration in the design and development of Product-Service Systems (PSS) that enables changes of daily routines in favor of urban wealth development and conservation of ecosystem services. The authors build on the Sustainable Consumption and Production (SCP) Model of the Wuppertal Institute that provides a theoretical framework of sociotechnical rearrangements towards urban sustainability transition. Therefore, a reconfiguration of social practices and PSS in a desired direction according to social, ecological and economic concerns is reconsidered on the micro level in line with efficiency, consistency, and sufficiency strategies. The authors introduce an assessment framework for urban sustainable development and illustrate multifarious concepts of PSS that are aiming to decouple wealth development from resource and energy consumption in urban areas.
Nachhaltigen Konsum bewerten
(2006)
Many technical solutions have been developed to enhance the energy efficiency in buildings. However, the actual effectiveness and sustainability of these solutions often do not correspond to expectations because of the missing perspective of design, user's real needs, and unconsidered negative side effects of their use (rebounds). With the aim to help address these challenges, this paper presents results of a longitudinal living lab study and proposes a user-centered building management system (UC-BMS) as a prototype for office buildings. Based on mixed methods, UC-BMS was co-developed, tested, and evaluated in Germany in up to six office buildings, 85 offices, and within two heating periods. The results demonstrate that such user-oriented approach can save up to 20% of energy while maintaining or even improving comfort and work productivity. The findings show three main areas of intervention and elements of UC-BMS: (1) How interactive design and feedback systems (e.g., air quality) can stimulate ventilation practices and energy efficiency in offices and (2) supporting heating system optimization e.g., by better understanding office behavior. (3) Finally, an office comfort survey was conducted to enable communication between facility management and office users and thus limiting complaints and adapting the heating system towards actual office user needs.
Die Entwicklungspartnerschaft kompakt : Nachhaltigkeit durch Kooperation und Netzwerkbildung fördern
(2005)
Auf KURS in die Zukunft
(2006)
The Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy and the UNEP/Wuppertal Institute Collaborating Centre on Sustainable Consumption and Production (CSCP) set out to analyse Japanese dematerialisation and resource efficiency strategies within the 3R scope and searched for options of enhancing resource effi ciency strategies, commissioned by the German Federal Environment Agency. A further task of the project was to initiate a policy dialogue including stakeholders, academia, politics and Japanese and European environmental experts. The following paper summarises findings from the analyses, the results of the policy dialogues (Experts Workshop, 6 June 2007 and International Conference, 6 November 2007) and draws conclusions for a potential Japanese-European cooperation on the resource efficiency issue.
Die energieintensive Industrie kann zum Ausgleich volatiler Stromeinspeisungen und somit zum Gelingen der Energiewende beitragen.
Digitalisierungsprozesse ermöglichen die Flexibilisierung der Produktion, wodurch die Stromnachfrage steuerbarer wird.
Gegenwärtig sind die Anreize zur Flexibilisierung jedoch für die meisten Unternehmen aufgrund von Investitionsunsicherheiten und der Konkurrenz durch konventionelle Kraftwerke gering.
Im Rahmen der Transformation des Energiesystems und zunehmender Digitalisierung der Produktion wird die Flexibilisierung für Industrieunternehmen perspektivisch attraktiver.
Digitalisierung und Flexibilisierung haben Auswirkungen auf Beschäftigte. So werden bereits jetzt Tätigkeiten an eine Abschaltung von Anlagen zur Stabilisierung des Stromsystems angepasst.
Im Hinblick auf Digitalisierungsprozesse gilt es, Mitarbeiter frühzeitig zu beteiligen und Ängste sowie Anregungen der Beschäftigten ernst zu nehmen.
Die Akzeptanz von Veränderungsprozessen kann durch eine frühzeitige Einbindung der Beschäftigten und ihrer Vertretung gefordert werden.
Ein den Digitalisierungsaktivitäten entsprechendes Personalkonzept stellt sicher, dass Beschäftigte mit notwendigem Know-how ausgestattet werden.
Warum ist es so schwer, die Entwicklung von Regionen nachhaltig zu gestalten? Was blockiert die vielen Bemühungen? Inwiefern sind diese Blockaden auf dichotome Wahrnehmungs-, Denk- und Handlungsmuster zurückzuführen, die von Hierarchien durchzogen sind? Und wie lassen sich diese Blockaden überwinden? Zu diesen Fragen hat der Forschungsverbund "Blockierter Wandel?" in der Region Mulde-Mündung in Ostdeutschland Antworten erarbeitet, die in diesem Buch vorgestellt werden.
In der Zusammenarbeit der Forschenden mit zahlreichen Menschen der Region wurden in den Praxisfeldern Arbeit, Wasserver- und -entsorgung, Bildung, Landschaftsnutzung sowie im Hochwasserschutz Potenziale für Nachhaltigkeit ausgemacht, die sich zwischen bestehenden dichotomen Strukturen entfalten. In diesen Zwischenräumen werden Ziele und Prozesse einer sozial-ökologischen Transformation im gemeinsamen Lernen entworfen und gestaltet.
Nachhaltige Regionalentwicklung, so die Ergebnisse der kritischen Analyse und konstruktiven Perspektive des Forschungsverbundes, erfolgt über die Ermöglichung, Sicherung und Stabilisierung solcher Zwischenräume.
Ressourcenleichte Utopien
(2016)
Ziel dieses Berichts im Rahmen des Projekts "Erfolgsbedingungen für Systemsprünge und Leitbilder einer Ressourcenleichten Gesellschaft" ist es, eine solche Ressourcenleichte Gesellschaft zu definieren. Hierzu wird zunächst der Rahmen für eine Ressourcenleichte Gesellschaft durch Aufbereitung der relevanten Diskurse bestimmt. Kapitel 1 zeichnet die zeitgeschichtliche Entwicklung des ressourcenbezogenen Nachhaltigkeitsdiskurses von 1972 bis in die Gegenwart nach. Aus dieser Analyse werden relevante Gesichtspunkte für eine Ressourcenleichte Gesellschaft identifiziert und am Ende des Kapitels in einer Übersicht dargestellt. Das zweite Kapitel entwickelt darauf aufbauend den bereits genannten definitorischen Rahmen, d.h. es erfolgt eine grundsätzliche Erarbeitung der normativen Kriterien, die eine solche Gesellschaft ausmachen sollte. Kapitel 3 skizziert dann existierende Zugänge zur Ressourcenleichten Gesellschaft und zeigt wichtige Merkmale dieser Ansätze auf, welche zur Entwicklung der Ressourcenleichten Gesellschaft durch Kontrastierung oder Übernahme von Merkmalen beitragen können.
Ressourcenkooperation : Ressourceneffizienz in der Wertschöpfungskette durch Unternehmenskooperation
(2014)
The transdisciplinary research mode has gained prominence in the research on and for sustainability transformations. Yet, solution-oriented research addressing complex sustainability problems has become complex itself, with new transdisciplinary research formats being developed and tested for this purpose. Application of new formats offers learning potentials from experience. To this end, we accompanied fourteen research projects conceptualized as real-world labs (RwLs) from 2015 to 2018. RwLs were part of a funding program on "Science for Sustainability" in the German federal state of Baden-Württemberg. Here, we combine conceptual and empirical work to a structured collection of experiences and provide a comprehensive account of RwLs. First, we outline characteristics of RwLs as transformation oriented, transdisciplinary research approach, using experiments, enabling learning and having a long-term orientation. Second, we outline eleven success factors and concrete design notes we gained through a survey of the 14 RwLs: (1) find the right balance between scientific and societal aims, (2) address the practitioners needs and restrictions, (3) make use of the experimentation concept, (4) actively communicate, (5) develop a "collaboration culture", (6) be attached to concrete sites, (7) create lasting impact and transferability, (8) plan for sufficient time and financial means, (9) adaptability, (10) research-based learning, and (11) recognize dependency on external actors. Characteristics and success factors are combined to illustrate practical challenges in RwLs. Third, we show which methods could be used to cope with challenges in RwLs. We conclude discussing the state of debate on RwLs and outline future avenues of research.
A growing number of transformative research practices that redefine the role of science in engaging with local - mostly urban - transformation processes have emerged in recent decades. However, while education is considered a key driver for sustainability transformations, higher education has been slow to develop and implement dedicated, appropriate and effective transformative education programmes and learning modules. In this paper, we present a framework of design principles for transformative learning modules in higher education. These principles are derived from two growing discourses: higher education sustainability learning, and transdisciplinary and transformative research - both of which are centrally anchored in the field of sustainable development and sustainability science. The principles presented provide guidance for course leaders in higher education to create learning modules aimed at enabling students to become engaged in transdisciplinary and transformative research that fosters sustainability transitions in local and urban contexts. We use the Transformative Innovation Lab (TIL) - a learning course developed and tested at two German universities - as an example of how the design principles can be applied. The module, which runs over two semesters, supports Masters students in their process of developing real-world laboratories and exploring urban sustainability transitions through collaborative experimentation with local practice partners. We discuss the factors that enable and limit the implementation of transformative learning modules and outline aspects of the novel roles adopted by lecturers in transformative teaching environments. Moreover, we highlight the need for both institutional change and transformative teaching formats that go beyond transformative research as key for driving universities to take responsibility for collaboratively fostering sustainability transitions in their local contexts.
Reflecting trends in the academic landscape of sustainable energy using probabilistic topic modeling
(2019)
Background: Facing planetary boundaries, we need a sustainable energy system providing its life support function for society in the long-term within environmental limits. Since science plays an important role in decision-making, this study examines the thematic landscape of research on sustainable energy, which may contribute to a sustainability transformation. Understanding the structure of the research field allows for critical reflections and the identification of blind spots for advancing this field.
Methods: The study applies a text mining approach on 26533 Scopus-indexed abstracts published from 1990 to 2016 based on a latent Dirichlet allocation topic model. Models with up 1100 topics were created. Based on coherence scores and manual inspection, the model with 300 topics was selected. These statistical methods served for highlighting timely topic trends, differing thematic fields, and emerging communities in the topic network. The study critically reflects the quantitative results from a sustainability perspective.
Results: The study identifies a focus on establishing and optimizing the energy infrastructure towards 100% renewable energies through key modern technology areas: materials science, (biological) process engineering, and (digital) monitoring and control systems. Energy storage, photonic materials, nanomaterials, or biofuels belong to the topics with the strongest trends. The study identifies decreasing trends for general aspects regarding sustainable development and related economic, environmental, and political issues.
Conclusions: The discourse is latently adopting a technology-oriented paradigm focusing on renewable energy generation and is moving away from the multi-faceted concept of sustainability. The field has the potential to contribute to climate change mitigation by optimizing renewable energy systems. However, given the complexity of these systems, horizontal integration of the various valuable vertical research strands is required. Furthermore, the holistic ecological perspective considering the global scale that has originally motivated research on sustainable energy might be re-strengthened, e.g., by an integrated energy and materials perspective. Beyond considering the physical dimensions of energy systems, existing links from the currently technology-oriented discourse to the social sciences might be strengthened. For establishing sustainable energy systems, future research will not only have to target the technical energy infrastructure but put a stronger focus on issues perceivable from a holistic second-order perspective.
Since the middle of the 20th century, human society experiences a "Great Acceleration" manifesting in historically remarkable growth rates that create severe sustainability problems. The globally exploding potentials of information and knowledge exchange have been and are vital drivers for this acceleration. Society has now come to the point that it requires a "Great Transformation" towards sustainability to ensure the viability of the planet for a vital society. The energy transition plays a central role for this transformation. In this context, human society has developed a comparably good understanding of the necessary infrastructural changes of this transition. For transforming the patterns of energy production and use in an energy transition as part of the "Great Transformation", this process of change now needs to strengthen its focus on information, communication, and knowledge systems. Human society needs to establish a knowledge system that has the potential to create usable knowledge for sustainability solutions. This requires organizing a communication system that is sufficiently complex, interconnected, and, at the same time, efficient for integrating reflexive, open-ended, inter- and transdisciplinary learning, evaluation, and knowledge co-production processes across multiple levels. This challenge opens a wide field of research.
This cumulative dissertation contributes to research in this direction by applying a systemic sustainability perspective on the content and organization of communication in the field of research on sustainable energy and the operational level of municipal climate action as part of the energy transition. Regarding sustainability, this thesis uses strong sustainability and its principles as a frame for evaluating the content of communication. Regarding the systemic perspective, the thesis particularly relies on the following theories: (i) the human-environment system model by R. Scholz as an overarching framework regarding interactions between humans and nature, (ii) social systems theory by N. Luhmann to reflect the complexity of society, (iii) knowledge management to consider the human character of knowledge and a practice-oriented perspective, and (iv) management cybernetics, in particular, the Viable System Model by S. Beer as a framework to analyze and assess organizational structures. Furthermore, the thesis leverages the potential of text mining as a method to identify and visualize patterns in texts that reflect prevalent paradigms in communication.
The thesis applies the above conceptual and methodological basis in three case studies. Case Study 1 investigates the measures proposed in 16 municipal climate action plans of regional centers in Lower Saxony, Germany. It uses a text mining approach in the form of an Summary interpretation network analysis. It analyzes how different societal subsystems are connected at the semantic level and to what extent sustainability principles can be recognized. Case Study 2 analyzes and reflects paradigms and discursive network structures in international scientific publications on sustainable energy. The study investigates 26533 abstracts published from 1990 to 2016 using a text mining approach, in particular topic modeling via latent Dirichlet allocation. Case Study 3 turns again to the cases of municipal climate action in Lower Saxony examined in Case Study 1. It examines the involvement of climate action managers of these cities in multilevel knowledge processes. Using design principles for knowledge systems, it evaluates to what extent knowledge is managed in this field across levels for supporting the energy transition and to what extent local innovation potential is leveraged or supported.
The three case studies show that international research on sustainable energy and municipal climate action in Germany provide promising contributions to achieve a transformation towards sustainability but do not fully reflect the complexity of society and still support a growth paradigm, in contrast to a holistic sustainability paradigm. Further, the case studies show that research and local action are actively engaging with the diversity of energy technologies but are lagging in dealing with the socio-epistemic (communication) system, especially with regard to achieving cohesion. Using the example of German municipalities, Case Studies 1 and 3 highlight the challenges of achieving coherent local action for sustainability and bottom-up organizational learning due to incomplete or uncoordinated multilevel knowledge exchange. At the same time, the studies also point out opportunities for supporting the required coherent multilevel learning processes based on local knowledge. This can be achieved, for instance, by strengthening the coordinating role of intermediary organizational units or establishing closer interactions between the local operational units and the national level.
The thesis interprets and synthesizes the results of the three case studies from its systemic sustainability perspective. On this basis, it provides several generalized recommendations that should be followed for establishing viable communication systems, especially but not exclusively in policy-making:
Systemic holism: Consider matter, energy, and information flows as an integrated triplet in the context of scales, structures, and time in the various subsystems. Knowledge society: Focus on the socio-epistemic (communication) system, e.g., using the perspective of knowledge systems and associated design principles considering, for instance, working environments across horizontal and vertical levels, knowledge forms and types, and knowledge processes. Sufficiency communication: Emphasize sufficiency approaches, make it attractive, and find differentiated ways for communicating them. Multilevel cohesion and innovation: Achieve cohesion between the local and higher levels and leverage local innovations while avoiding isolated local action. Organizational interface design: Define the role of organizational units by the interactions they create at the interfaces with and between societal subsystems. Local transdisciplinarity: Support local transdisciplinary approaches integrating various subsystems, especially industry, while coordinating these approaches from a higher level for leveraging local innovation. Digital public system: Exploit existing digital technologies or infrastructures in the public system and recognize the value of data in the public sphere for achieving cohesion. Beyond the above recommendations, this thesis suggests that potential for further research lies in: Advancing nature-inspired systemic frameworks. Understanding the structure and creation of human knowledge. Developing text mining methodologies towards solution-oriented approaches.
Effective actions to mitigate climate change are urgently needed, especially in the context of cities, which are major sources of global CO2 emissions. Establishing and managing knowledge systems that integrate local knowledge can contribute to establishing more effective responses to climate change as well as transformative change towards sustainability. However, it is still unclear how new forms of urban governance should acquire, store, create, or disseminate knowledge for fostering sustainability transitions effectively. In this study, we present a multilevel knowledge system approach based on design principles informed especially by the knowledge management literature. These address (i) working environments across multiple levels, (ii) knowledge forms and types, and (iii) knowledge processes. We apply this approach to municipal climate action in the German energy transition. In particular, we focus on the operational work of municipal climate action managers of regional centers of Lower Saxony, one of the largest of the 16 federal states, and investigate their involvement in knowledge processes. Based on semi-structured interviews in 14 of the 17 regional centers, we show that structural pre-conditions for successful knowledge management and organizational learning are present. However, we also show that there is a need for improvement regarding (i) the multilevel coordination for accelerating routine operation, (ii) the persistence of local operational knowledge, and (iii) the exploitation of local innovations. Relying on these results, we offer general recommendations for municipal climate action and suggest that policies should (i) rely on local knowledge for effective decision-making, (ii) foster multilevel exchanges of explicit and tacit knowledge for implementation, and (iii) enable open-ended learning processes that leverage local innovations for creating usable transformational knowledge.
Bioökonomie für die Region Stuttgart : Kurzstudie für die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH
(2021)
Die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS) unterstützt die Transformation der Region Stuttgart in Richtung Nachhaltigkeit und sieht die Bioökonomie als eine wichtige Strategie zu diesem Zweck. Die WRS hat das Wuppertal Institut mit dieser Kurzstudie mit dem Fokus auf die industrielle Bioökonomie beauftragt, um eine Informationsgrundlage für die Spezifikation weiterer Aktivitäten der WRS im Kontext der Bioökonomie zu schaffen.
Die Studie gibt einen Überblick über definitorische Ansätze und Diskurslinien der Bioökonomie. Sie fasst Einschätzungen des deutschen Bioökonomierates zu Marktpotenzialen der Bioökonomie in verschiedenen Branchen zusammen, die u.a. für Automobil, Biotechnologie und IKT als gut eingeschätzt werden. Anschließend umreißt die Studie die Innovationsansätze Biomimikry und Biointelligenz. Für den Ansatz Biointelligenz zur biologischen Transformation der industriellen Wertschöpfung werden die in Studien von Dritten identifizierten Marktpotenziale der Biointelligenz zusammengefasst, u.a. in den Bereichen Unterstützungssysteme, Produktionssysteme/-technologien und Baumaterialien. Darüber hinaus stellt die Studie Schnittstellen relevanter Landesstrategien in Baden-Württemberg zu Bioökonomiethemen dar, die synergetisch genutzt werden könnten. Ergänzend gibt die Studie einen Überblick über die Akteurslandschaft in Baden-Württemberg. Der Überblick basiert insbesondere auf dem Bioökonomie Kompetenzatlas wissenschaftlicher Akteure, der von der Landeskoordinierungsstelle an der Universität Hohenheim herausgegeben wird, sowie einer Akteursanalyse aus dem Projekt "Bioökonomie in Baden-Württemberg", das am KIT durch das ITAS durchgeführt wurde und durch die BIOPRO Baden-Württemberg GmbH unterstützt wurde. Auf Basis dieser Informationssammlung entwirft die Studie weiterführende Fragen in Bezug auf mögliche weitere Aktivitäten der WRS im Kontext der Bioökonomie, u.a. die mögliche Nutzung von Innovationsansätzen aus dem Bereich der Living Lab und Reallaborforschung.
Die Kaskadennutzung von hochwertigen Materialien wie hochlegierten Metallen, also die Weiternutzung von Werkstoffen mittels Re-engineering beziehungsweise Reuse oder Re-manufacturing von Bauteilen oder Materialien, birgt in Kombination mit integrierten innovativen Produkt-Dienstleistungsmodellen ein hohes Potenzial für Ressourcenschonung und Klimaschutz. Denn über diesen Ansatz können hochwertige Materialien, die meist energieintensive Fertigungsverfahren unterlaufen, länger in der Nutzung gehalten werden. So kann der Zeitpunkt des Recyclings verzögert werden, welches insbesondere bei hochwertigen Materialien meist zu Qualitätsverlusten führt. Auf diese Weise kann der Bedarf an der Primärproduktion und entsprechend die ökologischen Wirkungen verringert werden. Gerade durch die regional hohe Dichte an produzierendem Gewerbe im metallbe- und -verarbeitenden Bereich bietet sich das Bergische Städtedreieck an für ein regional integriertes Ressourcenmanagement an.
Das Projekt RegRess trägt mit dazu bei, die Hürden zur Etablierung eines entsprechenden Ressourcenmanagements mit dem Fokus auf das Bergische Städtedreieck zu senken, um so ökonomische und ökologische Potenziale für die regionale Wirtschaft und Profilbildung der Unternehmen, insbesondere KMU, zu heben. Dieser Bericht dokumentiert die Ergebnisse einer Stakeholder-/Netzwerkanalyse von der regionalen bis zur nationalen Ebene als Basis für Kooperationen. Die Analyse identifiziert mittels Desktoprecherche 110 Netzwerke, von denen ca. 25 unmittelbar im Bergischen Städtedreieck tätig sind bzw. die Region abdecken. Darüber hinaus wird eine Methodik und deren Anwendung anhand von theoretischen Beispielen vorgestellt, um den ökologisch sinnvollen Einsatz von Kaskadennutzung aufzuzeigen und zu reflektieren. Die Methodik wurde auf die Beispiele der Kaskadennutzung ausgedienter Spiralbohrer sowie Kochtöpfe angewendet, wobei beide Beispiele tendenziell ökologische Einsparpotentiale aufweisen. Unter Vorbehalt einer detaillierteren Lebenszyklusanalyse wurden bei den Spiralbohrern bei einmaliger Kaskadierung Einsparungen in der Größenordnung von maximal 75 % beim Material Footprint und 60 % beim Carbon Footprint abgeschätzt. Aufgrund der aufwändigeren Form und höheren Reinigungsaufwänden liegen die Einsparungen beim Kochtopf geringer und wurden beim Material Footprint auf eine Größenordnung von maximal 26 % und beim Carbon Footprint von 25% geschätzt.
Responsible consumption and production is one of the Sustainable Development Goals of the United Nations. To achieve this goal the currently high extraction rates of natural resources, that our economy is based on, needs a transformation of the consumption and production system considering technological as well as social change. One of the promising transition approaches is seen in collaborative consumption with its many facets of socio-cultural innovations and fast growing number of participants and businesses. With a decreasing production of goods, due to a utilisation of underutilised assets, these offers might support an absolute reduction of the global resource use. However, a positive environmental effect depends on the setting and the social practices of such sharing offers and is not sustainable or resource efficient generally. Also, resource efficient practices with a low diffusion potential that stick in a niche offer no leverage to achieve sustainable consumption patterns. Thus, this paper describes a mixed method approach to analyse the resource efficiency and diffusion potential of 20 sharing offers in the area of mobility, housing & travel and everyday objects in Germany. Results show that the overall positive environmental connotation of sharing offers cannot be confirmed. We identified five clusters of offers that are all treated to be differently when it comes to deploying the positive potential and avoid unnecessary societal effort to achieve the mentioned Sustainable Development Goal.
Die Modellierungs-Studie "Reparaturkosten-Empfehlung" wurde vom Wuppertal Institut im Auftrag der Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen erstellt. Die Studie zielt auf die Berechnung von maximalen Reparaturkosten, die für eine Reparatur aus finanzieller Sicht sinnvoll für Verbraucherinnen und Verbraucher sind. Zusätzlich wird die ökologische Vorteilhaftigkeit von Reparaturen beispielhaft diskutiert.
The transformation processes towards a sustainable development are complex. How can science contribute towards new solutions and ideas leading to change in practice? The authors of this book discuss these questions along the energy transition in the building sector.
A transformative research that leaves the neutral observer position needs appropriate concepts and methods: how can knowledge from different disciplines and from practice be integrated in order to be able to explain and understand complex circumstances and interrelations? What role do complex (agent-based) models and experiments play in this respect? Which mix of methods is required in transformative science in order to actively support the actors in transformation processes?
Theses questions are illustrated by the example of the BMBF funded project "EnerTransRuhr".
Die Transformationsprozesse hin zu einer nachhaltigen Entwicklung sind komplex.
Wie kann Wissenschaft dazu beitragen, dass neue Lösungen und Ideen in der Praxis zu Veränderung führen? Dieser Frage gehen die Autorinnen und Autoren am Beispiel der Gebäudeenergiewende nach. Eine transformative Forschung, die den neutralen Beobachterposten verlässt, braucht entsprechende Konzepte und Methoden: Wie kann Wissen aus unterschiedlichen Disziplinen und aus der Praxis integriert werden, um komplexe Sachverhalte und Zusammenhänge zu erklären und zu verstehen? Welche Rolle spielen komplexe (agentenbasierte) Modelle und Experimente dabei? Wie sieht der Methodenmix einer transformativen Wissenschaft aus, die Akteure bei Transformationsprozessen aktiv unterstützt? Illustriert werden diese Fragen am Beispiel des vom BMBF geförderten Forschungsprojektes "EnerTransRuhr".
Der Oberbürgermeister der Stadt Wuppertal hat in seinem 100-Tage-Programm das Ziel ausgegeben, die Stadt bis 2035 auf den Weg Richtung Klimaneutralität zu bringen. Das Wuppertal Institut hat in einer Sondierungsstudie die zentralen Handlungsfelder zusammengestellt und hebt hervor, welche Herausforderungen damit verbunden sind. Deutlich wird: Wuppertal alleine kann das nicht schaffen. Es braucht dazu veränderte Rahmenbedingungen auch auf Landes- und Bundesebene, die dieses ambitionierte Ziel unterstützen. Doch bis dahin kann auch die Stadt selbst einiges anstoßen.
Es gibt keine "richtige" Nachhaltigkeit im "falschen" Denken : Nachhaltigkeit und Existenzsicherung
(2005)