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Um die Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erreichen sind im Rahmen der Energiewende die CO2-Emissionen besonders in den Sektoren Strom und Wärme durch geeignete Maßnahmen zu reduzieren. Aus diesem Grund liegt der Fokus auf einer Steigerung des Anteils regenerativer, CO2-freier Erzeugungsanlagen an der Energieversorgung. Kann man im Stromsektor bereits auf ein beachtliches Wachstum des Anteils erneuerbarer Energien in der Erzeugung zurückblicken, so stagnieren die Werte im Wärmebereich, obwohl dieser ein hohes Einsparpotenzial aufweist.
Zur Aktivierung der Wärmewende ist eine Vielzahl an Maßnahmen von Nöten. Eine Möglichkeit, erneuerbare Wärme in die Wärmeversorgung dicht besiedelter Stadtgebiete zu integrieren, stellen Wärmenetze dar. Die verlustarme Verteilung über weite Strecken ermöglicht eine verbrauchsferne Erzeugung, wodurch auch Gebiete ohne verfügbare Flächen beispielsweise mit solarthermischer Wärme versorgt werden können. Des Weiteren vereinfachen Wärmenetze die Kopplung der Sektoren Strom und Wärme, da sie durch die Brennstoff- und Erzeugungstechnologieoffenheit verstärkt durch Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) und Power-to-heat-Systeme gespeist werden können. Die fluktuierende, nichtregelbare Erzeugung und Einspeisung erneuerbarer Energien stellt die Netzbetreiber allerdings vor neue Herausforderungen zur Sicherstellung eines stabilen Netzbetriebes.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen der vermehrten Einspeisung erneuerbarer Wärme auf alle weiteren Komponenten eines Energiesystems, welches aus Erzeugungs-, Verteilungs- und Speicherungsinfrastruktur besteht. Erneuerbare Wärmeerzeuger, insbesondere Solarthermieanlagen, sind durch eine fluktuierende, dargebotsabhängige Erzeugung charakterisiert. Aus diesem Grund sind der konventionelle Betrieb sowie bei Neubauprojekten die Auslegung der regelbaren KWK-Anlagen dahingehend anzupassen, dass ein möglichst hoher Anteil erneuerbare Wärme in die Versorgung integriert werden kann, ohne dass es zu wirtschaftlichen Einbußen für den Versorger kommt. Ebenso ist ein effizienter und stabiler Netzbetrieb zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Versorgungssicherheit von höchster Priorität. Zu diesem Zweck erfolgt im Rahmen dieser Arbeit die Erarbeitung von zwei Simulationsprogrammen, mit denen zum einen Wärmenetze verschiedenster Größe und Topologie sowie zum anderen regelbare und regenerative Erzeugungsanlagen sowie alle weiteren Komponenten eines Energiesystems zur Betriebssimulation abgebildet werden können.
Die Auswahl von drei geeigneten Simulationsszenarien und aussagekräftigen technischen sowie ökonomischen und ökologischen Kennzahlen ermöglicht neben einer umfassenden Bewertung ebenso die Ableitung von Handlungsmaßnahmen, die eine verstärkte Einbindung der Wärmewende in die Energiewende ermöglichen.
The earth as we know it can only continue to exist if humanity finds a way to switch to a sustainable use of energy and resources. This work contributes to the research carried out to achieve this goal by improving the coating of adsorptive materials. These are used in heat transformation and drying processes that allow for efficient temperature and humidity control in buildings. A central component of these adsorptive coatings is the binder that acts as "glue" in the manufacturing of the coating. In this work the methods to evaluate binder performance regarding their thermal stability under the process conditions, their mechanical stability and their influence on the adsorptive properties of the coating were established. The coatings have to meet special requirements due to the thermal stresses and low pressure atmosphere they experience in these applications. A selection of silicone binders was then characterized with the established tests according to these requirements. Additionally a selection of inorganic binders was investigated because they allow for the use of high desorption temperatures and thus a high energy efficiency of the process. Out of these binders Silres® MP50E emerged as the most promising one due to very good adsorptive properties of the coating, its good temperature stability and ease of use. While some of the inorganic binders showed very good adsorptive properties and temperature stability the mechanical stability of all inorganic binders was not sufficient for their use in adsorption heat transformation technology. This is the first time that a broad selection of binders was evaluated with regards to adsorptive coatings and the results published in literature. With a suitable binder identified, the next step was to optimize the coating of the heat exchangers in order to work out how to manufacture the most efficient and powerful heat exchangers. Samples with different coating thicknesses were manufactured in small scale and full scale and their adsorption behavior was characterized. It could be shown for the first time that it is possible to increase energy efficiency by improving the mass ration of adsorber to coating and increase the delivered power at the same time. This was shown for small and full scale samples. It was shown that under the corresponding conditions the heat transfer from the coating layer to the adsorber metal substrate is the limiting step in the process. These results can now be used for the planning and construction of adsorbers. With knowledge of a suitable binder and how to coat efficient, powerful adsorbers, the coating process itself was improved to allow for industrial scale manufacturing. A central point here is the ability to control slurry rheology. Out of many rheology additives those that are suited for the application in adsorption heat transformation were identified and their influence on the slurry rheology thoroughly characterized. Additionally the process of slurry preparation could be simplified for several different adsorbents. Here it was shown that the supersonic deagglomeration step is not necessary to prepare a slurry. Extending the possible coating techniques and in addition to the dip coating process used so far, the spray coating of adsorptive coatings was established for the first time in literature. This process is widely used in the industry and allows for easier plugin into existing coating processes. For the coating of high resolution patterns a proof of concept of the screen printing process was carried out.
Enhancing cross-functional integration in new product development becomes increasingly important for industrial players to keep up with shorter product life cycles in technological innovation dynamics. Abundant research reflects the topic's significance, yet ambiguity in empirical results persists and industrial adoption of existing methods remains incremental. This thesis employs a qualitative approach to build a case study at the design-manufacturing interface of new product development of electrified cars. Cross-functional coopetition, as the joint occurrence of cooperation and competition, is adopted to generate an in-depth understanding of integration dynamics. Socio-organizational and contextual aspects are found to shape integration in a new product development context substantially. A model of interface dynamics is developed which provides for analysis and prediction of these aspects' impact on effective integration. A grounded theory approach to enhance integration is explored that introduces constraints as stimuli to consider manufacturability aspects in the design process. Constraint introduction is found to positively impact both cross-functional integration and creativity, with eight characteristics of constraint quality identified as moderating factors. A theoretical model is contributed which outlines cause-effect relationships of constraints' impact on antecedents of new product development success. It substantiates constraints' role in innovation contexts and encourages application for design-manufacturing integration as well as for other interfaces or purposes.
Der Umbau des Bahnhofsbereichs in Wuppertal und die damit verbundene dreijährige Vollsperrung der Hauptverkehrsstraße Bundesstraße 7 wird in dieser Dissertation als ein urbanes Mobilitätslabor genutzt. Darin wird untersucht, wie sich eine Verkehrssystemstörung auf die Resilienz des Systems Stadtverkehr auswirkt. Insgesamt analysiert diese Arbeit die Auswirkung dieser Sperrung auf ein Konglomerat von zusammenhängenden Systemelementen. Die Herangehensweise zur Ermittlung des Gesamtbildes geschieht mit einem Multi-Methoden-Mix. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählt, dass die B7-Sperrung trotz anfangs gegenteiliger Befürchtungen zu keinem Verkehrszusammenbruch führte und die Resilienz des Systems Stadtverkehr dafür verantwortlich zu machen ist. Das Nicht-Eintreffen eines Verkehrszusammenbruchs ist bedingt durch die Anpassungs- und Lernfähigkeit, die Robustheit und die Gewöhnung des Systems Stadtverkehr. Die B7-Sperrung war ein Auslöser für die Re-Evaluation des eigenen Mobilitätsverhaltens. Die Auswirkung auf die Luftqualität wird an Hand von Stickstoffdioxid beurteilt. Die Zu- und Abnahmen der NO2-Werte kongruieren mit den Zu- und Abnahmen der Verkehrsstärken. Dies kann darauf hindeuten, dass sowohl die Sperrung als auch die Wiedereröffnung einen Effekt auf die Luftqualität haben könnten. Das Interesse der lokalen Medien ließ parallel zur Eingewöhnung nach. Die Forschungsarbeit zeigt einen in den Verkehrswissenschaften neuartigen Ansatz, Verhaltensbeobachtungen während eines widrigen Ereignisses durchzuführen und messbar zu machen. Mit dieser Arbeit lässt sich belegen, dass nachhaltige Transformationsprozesse im Verkehr im Hinblick auf die Autonutzung gestaltbar sind - eine wichtige Erkenntnis mit hoher Bedeutung für die Raum- und Verkehrsplanung.
Zukunft ist keine Tatsache, die sich einstellt, sie wird imaginiert, ermöglicht, durchgesetzt. Doch während das Ringen um eine lebenswerte Zukunft die visionäre Verständigung der Vielfalt der Verschiedenen, mitunter Fremden braucht, drückt eine ökonomisch beförderte Fantasielosigkeit der Gegenwart zunehmend die Luft ab.
Bestimmte Wissenschaften hingegen, die der Fantasie Futter geben, was warum wie wo noch möglich ist, können einen visionären und reflektierten Boden für ein lebenswertes Zusammenleben schaffen. Solche Wissenschaften sind "Möglichkeitswissenschaften" (Reinhard Pfriem).
Dieses Buch versammelt zur Feier des 70. Geburtstages von Reinhard Pfriem fachübergreifende Erkundungen dazu, was es heißen kann, Ökonomie mit Möglichkeitssinn zu betreiben.
Fondos autogestionados para la transición agroecológica : el caso de Asproinca, Riosucio, Caldas
(2019)
This doctoral research is located in the branch of sustainability sciences that has the realisation of sustainable development as its core subject of research. The most broadly accepted notion of sustainable development is that which evolves along the resolutions, declarations, and reports from international processes in the framework of the United Nations (UN). The consensual outputs from such processes feature global-generalised and context-free perspectives. However, implementation requires action at diverse and context-rich local levels as well. Moreover, while in such UN processes national states are the only contractual parties, it is increasingly recognised that other ("nonstate") actors are crucial to sustainability. The research presented here places the attention on bottom-up initiatives that are advancing innovative ways to tackle universal access to clean energy and to strengthen small-scale family farmers. This means, the focus is on bottom-up initiatives advancing local implementation of global sustainability targets, more precisely, targets that make part of the Sustainable Development Goals two and seven (SDG 2 and SDG7). The research asks how such bottom-up initiatives can contribute to the diffusion of sustainability innovations, thereby also contributing to social change.
Die Dekarbonisierung des deutschen Wohngebäudebestandes stellt einen wichtigen Baustein zum Gelingen der Energiewende dar. Politisches Ziel ist ein "nahezu klima-neutraler" Gebäudebestand bis 2050. Trotz Erfolgen in der Vergangenheit und eines umfangreichen Policy-Mix verbleibt die energetische Sanierungstätigkeit sowohl hinichtlich der Sanierungstiefe als auch der Sanierungsbreite unterhalb des politisch geforderten und ökologisch notwendigen Maßes. Die Arbeit widmet sich daher der Frage, unter welchen individuellen und quartiersbezogenen Rahmenbedingungen Immobilieneigentümer energetische Sanierungsmaßnahmen durchführen und wie die energetische Sanierungstätigkeit durch Multi-Level-Governance gesteigert werden kann. Die Analyse erfolgt fallstudienbasiert für die Eigentümergruppe der privaten Kleinvermieter, die rund 37 Prozent des deutschen Wohnungsbestandes bewirtschaften. Anhand eines mixed method-Ansatzes wird zunächst durch problemzentrierte Interviews ein Modell zur Beschreibung des Investitionsentscheidungsprozesses entwickelt, was anschließend durch eine schriftlich-postalische Befragung und ihre regressions-analytische Auswertung bewertet wird. Durch die Triangulation können förderliche und hemmende Einflussfaktoren identifiziert werden. Aufbauend auf den theoretischen Vorüberlegungen sowie den empirischen Ergebnissen werden anschließend politische Handlungsempfehlungen abgeleitet.
Was ist synthetisches Gas?
(2019)
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.
Nowadays, the main impetus to apply additive manufacturing (AM) of metals is the high geometric flexibility of the processes and its ability to produce pilot or small batch series. In contrast, resource and energy intensities are often not considered as constraints, even though the turnout of additive manufacturing is high, at least compared to chip removing processes.
The study at hand analyses the material characteristics and environmental impacts of a hose nozzle as an example of a commercial product of simple geometry. The production routes turning (conventional manufacturing) and laser beam melting (additive manufacturing) are compared to each other in terms of natural resource use, climate change potential and primary energy demand. It is found, that the product shows a lower demand for natural resources when produced via AM, but higher carbon emissions and energy demand when using a steel, that is mainly (80%) produced from high-alloyed steel scrap. However, different case studies during the sensitivity analyses showed that a number of factors highly influence the results: the steel source as well as the source of electricity play a major role in determining the environmental performance of the production routes. The authors also found that other production processes (here cold forging of tubes) might be an eco-friendly alternative to both routes, if feasible from an economic point of view.
In regard to the material characteristics, experimental testing revealed that the material advantages of AM produced hose nozzles (in particular higher yield strength) are reduced after a solution heat treatment is applied to the as-produced material, in order to increase corrosion resistance. However, products that do not require this production step might benefit from the higher yield strength, as a lower wall thickness could be realised.
To contribute to a better understanding of consumer food leftovers and to facilitate their reduction in out-of-home settings, our study analyzes the effects of two common intervention strategies for reducing leftovers in a holistic behavioral model. Based on a quasi-experimental baseline-intervention design, we analyzed how the display of information posters and the reduction of portion sizes take an effect on personal, social and environmental determinants in a structural equation model. Applying data from online surveys and observations among 880 guests (503 baseline, 377 intervention) during two weeks in a university canteen, the suggested model allows to assign effects from the two interventions on plate leftovers to specific changes in behavioral determinants. Portion size reductions for target dishes are found to relate to lower levels of plate waste based on conscious perception, represented in smaller portion size ratings. Effects from seeing information posters are found to base on changed personal attitudes, subjective norms and perceived behavioral control. However, depending on how an individual reacts to the information (by only making an effort to finish all food or by making an effort and additionally choosing a different dish in the canteen) there are opposite effects on these determinants and consequently also on plate leftovers. Overall, the differentiated results on intervention effects strongly support the benefits of more holistic and in-depth analyses of interventions to reduce plate leftovers and therefore to contribute to more sustainable food consumption in out-of-home settings.