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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.
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.
Mit "InnovationCity Ruhr - Modellstadt Bottrop" soll ein typisches Stück Ruhrgebiet mit rund 70 000 Einwohnern bis zum Jahr 2020 klimagerecht umgebaut werden. Benjamin Best rekonstruiert den Partizipationsprozess des Projektes, er analysiert seine Begrenzungen und zeigt Weiterentwicklungsmöglichkeiten auf. Die empirische Studie basiert auf qualitativen Methoden der empirischen Sozialforschung, auf teilnehmenden Beobachtungen in der Modellstadt und der Teilnahme an ausgewählten Beteiligungsveranstaltungen. Mittels Interviews mit Expertinnen und Experten identifiziert der Autor kulturelle Faktoren, die die Form der Partizipation im Kontext von InnovationCity sowie den Verlauf des Gesamtprojektes bestimmt haben.
The transformation of cities towards sustainable and inclusive development is a key objective of the New Urban Agenda (United Nations 2017). Transport infrastructure is a critical factor in shaping cities, determining the energy intensity of mobility and providing access to essential social and economic opportunities. The sector also plays an important role in global climate change mitigation strategies, as it currently accounts for about 23% of global energy-related greenhouse gas emissions (IPCC 2014).
There is substantial potential to improve urban access, air quality, safety and the quality of life in cities along with reducing Greenhouse Gas Emissions if an integrated policy approach is applied that combines all intervention areas for transport policy and involves all levels of government. A package that achieves low-carbon transport and fosters sustainable developed includes avoided journeys through compact urban design and shifts to more efficient modes of transport, uptake of improved vehicle and engine performance technologies, low-carbon fuels, investments in related infrastructure, and changes in the built environment. From a governance perspective, all relevant political institutions at the local and national level need to be involved in the coalition building along with key societal actors, such as unions, industry and civil society organisations. Bringing the policy objectives of these actors together with an integrated policy package is a vital step towards a low-carbon, sustainable mobility system.
Policy design and governance are critically interlinked as the ability of institutions to find a political consensus and to maintain policy stability heavily influences the success of measures to shape the transformation pathway towards sustainable mobility. This thesis aims to analyse these linkages and highlight the role of different policy and governance approaches. This analysis builds on transport and urban development research, but takes a transdisciplinary research perspective, building on the Multi-Level-Perspective on sustainability transitions (Geels 2002) and aims to highlight the potential for a consensus oriented policy approach (Lijphard 1999) that builds on co-benefits among key policy objectives and coalitions among key political actors, which leads to the main question for this thesis and the focus areas for the analysis.
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.
In der Dissertation wird eine Methodik entwickelt, welche die Berechnung des Redispatcheinsatzes im deutschen Übertragungsnetz ermöglicht. Dabei wird die Auswirkungen einer Integration der Flexibilität aus dezentralen Anlagen in das elektrische Energiesystem dargestellt. Durch die Integration von dezentralen Flexibilitäten können geringere Brennstoff- und CO2-Zertifikatskosten bei relativ konstanten CO2-Emissionen erreicht werden. Bei einem Redispatcheinsatz, welcher die Leistungserhöhung aus konventionellen thermischen Kraftwerken weitgehend vermeidet, kann bei der Berücksichtigung dezentraler Flexibilitäten bis zu 99 Prozent der benötigten Redispatcherhöhung aus konventionellen Kraftwerken mit Hilfe dezentraler Alternativen ersetzt werden. Diese Übernahme der Redispatchaufgaben durch dezentrale Anlagen ist allerdings mit einer signifikanten Erhöhung der Redispatchkosten verbunden.
Um den ungebremst fortschreitenden Klimawandel zu begrenzen, ist eine stufenweise Dekarbonisierung des Energiesystems notwendig, die bereits bis zur Mitte dieses Jahrhunderts schon weitgehend erreicht sein muss. Neben Unsicherheiten gehen von der Energiewende gleichzeitig Investitionsimpulse für Innovationen aus, wobei Systeminnovationen eine zentrale Treiberfunktion zur Dekarbonisierung des Energiesystems einnehmen.
Diese Arbeit fokussiert die Rolle von Innovationskaskaden in der Energiewende und analysiert die Überführung von Systeminnovationen in strategische Geschäftsmodellinnovationen vor dem Hintergrund der Frage, wie die Dekarbonisierung des Energiesystems für Unternehmen der Energiewirtschaft und THG-intensiven Industrie rentabel ausgestaltet werden kann.
Die Dissertation leistet einen substanziellen Beitrag zur Entscheidungsfindung im strategischen (Innovations-)Management für Unternehmen der Energiewirtschaft und der THG-intensiven Sektoren - Bereiche, die von einem erheblichen Transformationsdruck gekennzeichnet sind. Insbesondere für Unternehmen, die bedingt durch den Wandel des Energiesystems großen Herausforderungen gegenüberstehen, leistet diese Arbeit einen Beitrag zur Ableitung neuer, nachhaltiger und ökonomisch tragfähiger Geschäftsmodelle. Im Mittelpunkt stehen die Systeminnovationen Power-to-Gas (P2G) und Algae-to-X (A2X). Dabei wird der Begriff Algae-to-X erstmalig in die wissenschaftliche und praktische Diskussion eingeführt und konzeptionell fundiert. Mit einer ganzheitlichen Untersuchung der Innovationsprozesse, den damit verbundenen Chancen, Potenzialen, Unsicherheiten, Hemmnissen und visionären Zukunftsbildern von Power-to-Gas und Algae-to-X werden konkrete Handlungsansätze zur Förderung von Systeminnovationen und der Überführung in Geschäftsmodellinnovationen im window of opportunity der Energiewende herausgearbeitet.
Diese Forschungsarbeit trägt zur Weiterentwicklung der wirtschafts-wissenschaftlichen Theoriebasis in den Disziplinen des strategischen Managements und des strategischen Innovationsmanagements bei: Aufbauend auf einer breiten und tiefgreifenden Analyse bestehender Ansätze wird die Bedeutung von Systeminnovationen und Geschäftsmodellinnovationen herausgestellt und die tragende Rolle des in der Theorie noch relativ jungen Konzepts der Innovationskaskaden für die Umsetzung des systemischen Transformationsprozesses der Energiewende theoretisch fundiert und empirisch gestützt. Hervorzuheben ist, dass die Unsicherheiten, die mit der Entwicklung von tragfähigen Geschäftsmodellinnovationen einhergehen, ökonomisch fundiert sind, in den Beispielen in Abhängigkeit des Neuigkeitsgrades und damit der Entwicklungsstufe der Innovationskaskade aber technologisch (A2X) bzw. regulatorisch (P2G) bedingt sind. Bei der Überführung von Systeminnovationen in strategische Geschäftsmodellinnovationen über die Ableitung von Innovationskaskaden stellt diese Arbeit zwei neue, theoretisch fundierte und empirisch überprüfte innovationsauslösende Stimuli vor: Die systeminduzierten Impulse des system-push und des system-pull.
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.