There is a plethora of methods and tools that can be used for the assessment of Urban Metabolism. Nevertheless, there is no standardized method for accounting of material flows within and across the boundaries of urban systems. This thesis aims to provide a physical accounting model for monitoring material flows in urban areas that could potentially become the basis for the development of a standardized accounting method in the long term. The model is based on a Physical Input Output Table framework and builds upon the strengths of existing accounting methods but at the same time it demonstrates new features that can address their limitations. The functions of the model were explored and evaluated through its application to an urban neighbourhood in the Stockholm Royal Seaport. Bottom-up data were used for the application of the model in the case study. The application of the model provided a preliminary description of the material flows in the neighbourhood and most importantly provided information that underpinned the assessment of the strengths and limitations of the model. It was deduced, that on the one hand the model can describe successfully the physical interactions between the urban socioeconomic system and the environment or other socioeconomic systems and at the same it has the potentials to illustrate the intersectoral flows within the boundaries of the system. In addition, it can be used to structure available data on material flows and promote the study of an urban system with a life cycle perspective. On the other hand, the process of compiling the tables of the model can be considered as complex and moreover the data requirements for the compilation of the tables are significant. Especially, the compilation of the tables of the model with bottom-up data may require a laborious data collection and analysis process, which however may not address all data gaps. Thus, the combination of bottom-up data with top-down data is recommended. Moreover, it is recommended the development of integrated databases for data collection and management at the municipal level and the fostering of collaboration between stakeholders within the municipalities to facilitate dissemination of data and information. / Mer än hälften av den globala befolkningen bor numera i urbana områden och denna andel uppskattas öka under de kommande årtiondena. Urbana system förbrukar fysiska resurser och genererar stora mängder av rester vilket innebär påfrestningar på miljön samt hindrar en hållbar utveckling. Således kan förståelse av Urban Metabolism (UM) stödja insatserna för att effektivisera resursförbrukningen och avfallshanteringen. I detta sammanhang har en stor mängd av metoder och verktyg utvecklats och tillämpats i UM-studier, såsom Materialflödeanalys (Material Flow Analysis - MFA) och Input-output Analys (Input Output - IOA) baserat på fysiska input-output tabeller (Input Output Tables – PIOTs). Ändå saknas en standardiserad metod för redovisning av materialflöden inom och över gränserna av urbana system. I samband med detta examensarbete utvecklades en fysisk räkenskapsmodell för övervakning av materialflöden i urbana områden. Denna modell kan potentiellt bli grunden för en enhetlig metod för beräkning av materialflöden i urbana system. Modellen utvecklades i en stegvis process och baserades på litteraturgranskning. Grunden för modellen är ett omfattande PIOT ramverk som kan användas för registrering av materialflöden i urbana system. PIOT ramverket är annorlunda än de typiska PIOT-systemen. Det ger en tydligare avgränsning av systemgränserna, det visar tydligt ursprung och destination för materialflöden, och dessutom kan det erbjuda ett livscykelperspektiv på materialflödena. Modellen består av en uppsättning identiska PIOT. Varje deltabell innehåller materialflöden som tillhör i en specifik klass, medan huvudtabellen aggregerar materialet som strömmar för alla material från deltabellerna. Därigenom kan modellen avbilda materialflödena i ett aggregat-perspektiv och samtidigt ge fysiska räkenskaper för specifika materialtyper. Modellen användes i en nybyggd stadsdel i Norra Djurgårdsstaden (NDS), för att utforska och bedöma dess funktioner. För att kartlägga och kvantifiera flödena i stadsdelen genomfördes en MFA baserad på “bottom-up-data”. Insamlingen och analysen av data var emellertid en besvärlig process och dessutom kunde flera materialflöden inte kvantifieras på grund av databrister. Därför kunde modellens tabeller inte fyllas fullständigt och ett flödesdiagram skapades med både kvantitativa och kvalitativa flöden. Trots att det fanns databrister lyckades tillämpningen av modellen att avbilda UM i det avgränsade urbana systemet på ett adekvat sätt. Det visade tydligt att nästan 96% av de materiella insatserna är ackumulerade i lager. Dessutom fastställde modellen kvalitativt den fysiska växelverkan mellan det urbana systemet och den naturliga miljön, det nationella socioekonomiska och det globala socioekonomiska systemet. Emellertid var det inte möjligt att bedöma modellens fullständiga potential eftersom det inte var möjligt att upprätta intersektorala kopplingar. Dessutom beräknades indirekta flöden av flera importerade material baserat på koefficienterna för materialintensitet. Detta tillvägagångssätt kan erbjuda insikt om de uppströms påfrestningar som orsakas av materialproduktionen. Dock finns det endast koefficienter för specifika material. Därför kan de inte användas för att uppskatta de indirekta flödena för varje materialinflöde. Dock framhöll deras partiella tillämpning att indirekta flödena var 38% högre än direktflödena, vilket indikerar att påfrestningar som utövas till miljön på grund av produktion av importerade material är betydande. Tillämpningen av modellen möjliggjorde en bedömning av både styrkor och svagheter hos modellen. Å ena sidan kan modellen fastställa fysiska interaktioner mellan det urbana socioekonomiska systemet och naturmiljön, det nationella socioekonomiska systemet och det globala socioekonomiska systemet. Dessutom har det potential att beskriva intersektorala flöden inom gränserna för det urbana systemet och det kan erbjuda insikt om materialinflödenas ursprung och materialutflödenas destination. En annan styrka i modellen är att den erbjuder livscykelperspektiv genom att ta hänsyn till indirekta flöden av importerade material. Å andra sidan demonstrerades att sammanställningenav modellens tabeller kräver en stor mängd data, speciellt när data erhålls med ett ”bottom-up” tillvägagångssätt. Ändå är bottom-up data inte alltid tillgängliga för urbana områden. En annan svaghet är att sammanställningenav tabellerna i modellen med bottom-up-data kräver en mödosam process för datainsamling och analys. Dessutom kräver analysen av data många antaganden som ökar osäkerheten i resultaten. Ovanstående svagheter i modellen kan hindra tillämpningen av modellen för räkenskap av materialflöden på urbana områden. Således rekommenderas kombinationen av bottom-up-data med top-down data för tillämpning av modellen. Dessutom föreslås utvecklingen av integrerade databaser för datainsamling om materialflöden i urbana områden.

The limited amount of natural resources on our planet has been actively discussed during the past decade. Recycling materials is becoming increasingly important in order to benefit the economy and the environment. The purpose of this study is to conduct a material flow analysis of the construction and demolition waste in the Helsinki metropolitan area to find out whether or not the goals set by the EU Waste Framework Directive can be reached by 2020. The study aims to map out the flows and suggest improvements wherever needed. The study is conducted by using a case study, HSY Ekomo, the first fully operational circular economy hub in Finland. The results show that both the municipality and private sector are well over the required goal of 70% recyclability rate of construction and demolition waste with a steady positive improvement from the first year of operations. The improvements were over 10% between the year 2016 and 2017. The private sector experiences some turbulence regarding legislation issues such as noise- and environmental permits which limits the economic benefit of recycling construction and demolition waste. Continued monitoring and faster adaption to international standards (such as the EU Waste Framework Directive) is required in order to be able to benefit the most economically and environmentally out of circular economic initiatives. / Den begränsade mängden naturresurser som existerar på vår planet har diskuterats under det senaste decenniet aktivt. Återvinning av material blir allt viktigare i dagens samhälle och vi kan se en trend var utvecklingen strävar efter beslut som har rötterna i cirkulär ekonomiskaprinciper. Resultatet av diskussionerna har blivit höga måtsättningar för medlemsländerna i Europeiska Unionen gällande återvinning var målet är att uppnå en återvinningsgrad på 70% innan 2020 för bygg- och rivavfall. Studien använder materialflödes analys (MFA) som metod för att kartlägga och kvantifiera flödnena av bygg- och rivavfall. Materialflödes analysen använder data från årsrapporter och statistik som blivit tillgängligt av HSY (statligt ägt bolag) samt av intervjuerna som utfördes på fältet. För att kvantifiera flödena på basis av den konceptuella modellen avnändes mjukvaran STAN. Avhandlingen strävar efter att ta första steget för att kartlägga materialflöden av bygg- och rivavfall i huvudstadsregionen (Helsingfors). Målet är att skapa en modell som kan användas som botten i framtida undersökningar och att kvantifiera modellen med existerande data för att se ifall målsättningarna stadgade av Europeiska Unionen kommer att uppnås innan 2020. Studien utfördes på cirkulär ekonomi stationen Ekomo för att kunna göra upp modeller för den privata sektorn och den kommunalla sektorn eftersom båda är verksamma på Ekomo. Resultaten av anvhandlingen var följande: Den privata sektorn och staten uppnår en återvinningsgrad på över 90% vilket är väl över stadgan satt av den Europeiska Unionen under året 2017 med en stadig utveckling från året innan med en väldigt liten andel som placeras på soptipp. Resultaten visar en stark utveckling av intresse från hushåll och företag för återvinning eftersom antalet kunder och lastbilar som besökt stationen ökat starkt under de senaste fem åren. Även om målsättningarna inom återvinning är uppnådda finns det ärenden som måste behandlas för att försäkra en fortsatt positiv utveckling. Den privata sektorn upplever att begränsade möjligheter för återanvänd krossbetong minskar efterfrågan på produkten, vilket gör den finansiellt svår att integrera i deras försälning. Buller- och miljötillstånd tvingar för tillfället bolagen att transportera bygg- och rivmaterialet utanför rivmålet, t.ex till Ekomo, för att krossas vilket ytterligare skapar finansiella problem för den privata sektorn. Lösningar för att göra återvinning av riv- och byggnadsmaterial för den privata sektorn lukrativare behövs för att inspirera flera organisationer att ansluta sig till arbete mot ett mera cirkulärt samhälle. Monitorering och snabbare anpassningsförmåga för internationella standarder krävs för att kunna utnyttja cirkulär ekonomiska initiativ på bästa möjliga sättet. För att komplettera avhandlingen skulle det vara intressant att se resultaten av en livcykelanalys (LCA) gällande samma flöden för att identifiera miljörelaterade problem och för att optimera flöden.

<p dir="ltr">Precise measurement of the flowrate is crucial for both process control and energy consumption evaluation. The main aim of this work is to develop a methodology to calibrate mechanical flowmeters, designed to measure high viscosity fluids, in water. In order to accomplish this, a series of computational fluid dynamics (CFD) analysis are carried out to determine how the motion of the mechanical component varies with different flow rates of water and high viscosity fluids. This data is recorded and analyzed to develop calibration curves that relate the motion of the mechanical component the flow rates. From the calibration curves, it can be determined the required water flow rate to achieve the equivalent motion of the mechanical component in a specified viscosity. This method provides an efficient and cost-effective calibration process because it eliminates the need for calibrating using heated engine oil to achieve the fluid viscosity of the flow meter is designed. Flowmeter sensitivity analysis was also performed and it was observed that the motion of the mechanical component curves converges as the size of the flowmeter increases suggesting that the effect of viscosity on flowmeter sensitivity decreases as the size of the flowmeter is increased, likely due to reduced resistance to flow and smaller pressure drops. </p><p dir="ltr">The Kanbara Reactor ladle is a commonly used method in the steelmaking industry for hot-metal desulfurization pre-treatment. The impeller's configuration is pivotal to the reactor's performance, yet its precise function remains partially understood. This study introduces a 3-dimensional Volume-of-Fluid (VOF) model integrated with the sliding mesh technique, investigating the influence of five different impeller speeds. After Validating the model through experimental data, this numerical model is applied to investigate the typical developmental phenomena and the consequences of impeller speed variations on fluid flow characteristics, interface profile, and vortex core depth. The findings reveal that the rotational impeller induces a double-recirculation flow pattern in the axial direction due to the centrifugal discharging flow. With increasing impeller rotation speed, the vortex core depth also rises, emphasizing the substantial impact of impeller speed on vortex core depth.</p>

The electricity demand increases rapidly, and in order to mitigate climate change the power production needs to be renewable and free from green house gas emissions. When solar and wind power are introduced in the system, voltage instability might become a problem. This study aims to investigate voltage stability and the effects of reactive power compensation. It is done by performing power flow analysis on a simulated power system model in Jämtland, Sweden, with a large share of wind power and a relatively small share of sun power. The simulations are made in MATPOWER (MATLAB). The results reveal that the voltage levels in this study remain stable, with the reactive power being the limiting factor. The use of passive reactive power compensators, like shunt reactors, does not keep reactive power levels in the system within set limits. This study shows that in order to achieve that, active reactive power compensators are required. / Efterfrågan av elektricitet ökar snabbt, och för att kunna mildra klimatförändringarna behöver kraftproduktionen vara förnybar och fri från växtusgasutsläpp. När sol- och vindkraft introduceras kan spänningsstabilitet bli ett problem. Denna studie ämnar att undersöka spänningsstabilitet och effekterna av reaktiv effekt-kompensering. Det görs genom att utföra belastningsfördelningsberäkningar på en simulerad kraftsystem-modell i Jämtland i Sverige, med en stor andel vindkraft och en relativt liten andel solkraft. Simuleringarna görs i MATPOWER (MATLAB). Resultaten visar att spänningsnivåerna i denna studie hålls stabila, där reaktiv effekt är den begränsande faktorn. Användning av passiva reaktiv effekt-kompensatorer så som shuntreaktorer, håller inte de reaktiva effektnivåerna inom önskade gränser. Denna studie visar att, för att kunna uppnå det, så krävs det aktiv reaktiv effekt-kompensering. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2022, KTH, Stockholm

Cities are responsible for an increasingly large share of environmental impacts linked to their resource consumption and production of waste. Understanding how the flows of materials and energy in urban systems contribute to environmental impacts is fundamental for urban sustainability. The combination of Material and Energy Flow Analysis (MEFA) and Life Cycle Assessment (LCA) allows an in-depth evaluation of the city’s metabolism by quantifying the environmental impacts of these flows from a life cycle perspective. This method provides a global perspective on the environmental impacts of the studied system and helps avoiding unintended tradeoffs between life cycle stages or between different types of environmental impact.  This thesis aims to analyze the urban metabolism of the city of Umeå by using a simplified MEFA- LCA methodology. The simplified method aims to evaluate urban metabolism based on the available data, without requiring intensive data inventory, and thus can be a powerful tool to assess the sustainability of cities that have not previously been studied, and for which detailed data on material flows are not available, like in the case of Umeå. The MEFA method was used to identify and quantify the most important flows for 5 main sectors in Umeå’s metabolism: households, construction, transportation, wastewater and solid waste treatment. Then, the environmental impacts of these flows throughout their life cycles were quantified with the LCA methodology. Life cycle inventory data were taken from processes available on the Ecoinvent and Agri-footprint databases, and the impact assessment was done using the ReCiPe midpoint method, considering all impact categories to provide a broader view of the environmental impacts.  The results from the application of the MEFA-LCA methodology provided different but complementary information on the city’s metabolism. The households are responsible for most of the material flows, with water being the most relevant flow, while the transportation sector is responsible for most of the energy flows in the form of fuels. The LCA analysis showed that the households and the transportation sector are responsible for the largest share of the environmental impacts. The flow of manufactured materials is the most relevant for the households sector, followed by energy and foods and drinks. In the transportation sector, private passenger cars and air travel correspond to the largest share of impacts in all categories. Regarding the other three sectors, in the construction sector, concrete and cement represent the material flow with the most impact, while the solid waste and wastewater treatment have small contributions to the total environmental impacts.  The analysis performed in this thesis demonstrated that the MEFA-LCA methodology is a useful tool to evaluate the environmental sustainability of a city’s metabolism. It can assess how different sectors and flows contribute to environmental impacts, without requiring exhaustive data. Thus, it can identify key sectors and flows that should be prioritized when developing strategies or planning future research. / Städer står för en allt större del av miljöpåverkan kopplad till deras resursförbrukning och produktion av avfall. Att förstå hur flöden av material och energi i urbana system bidrar till miljöpåverkan är grundläggande för urban hållbarhet. Kombinationen av material- och energiflödesanalys (MEFA) och livscykelanalys (LCA) möjliggör en djupgående utvärdering av stadens metabolism genom att kvantifiera miljöpåverkan från dessa flöden ur ett livscykelperspektiv. Denna metod ger ett globalt perspektiv på miljöpåverkan från det studerade systemet och hjälper till att undvika oavsiktliga förskjutningar (trade-offs) mellan olika typer av miljöpåverkan eller mellan olika delar av livscykeln.  Detta examensarbete syftar till att analysera den urbana metabolismen i Umeå stad genom att använda en förenklad MEFA-LCA metod. Den förenklade metoden syftar till att utvärdera urban metabolism baserat på tillgängliga data, utan att kräva intensiv datainventering, och kan därmed vara ett kraftfullt verktyg för att bedöma hållbarheten i städer som inte tidigare har undersökts och för vilka detaljerade data om materialflöden inte finns tillgängliga, som i fallet med Umeå. MEFA-metoden användes för att identifiera och kvantifiera de viktigaste flödena för 5 huvudsektorer i Umeås urbana metabolism: hushåll, byggsektorn, transport, avloppsrening och avfallshantering. Sedan kvantifierades miljöpåverkan av dessa flöden under deras livscykel med LCA-metoden. Livscykelinventeringsdata togs från processer tillgängliga på Ecoinvent- och Agri- footprint-databaserna, och miljöpåverkansbedömningen gjordes med hjälp av ReCiPe- midpunktsmetoden, med hänsyn till alla påverkanskategorier för att ge en bredare bild av miljökonsekvenserna.  Resultaten från tillämpningen av MEFA-LCA-metoden gav olika men kompletterande information om stadens metabolism. Hushållen står för merparten av materialflödena, där vatten är det mest relevanta flödet, medan transportsektorn står för merparten av energiflödena i form av bränslen. LCA-analysen visade att hushållen och transportsektorn står för den största delen av miljöpåverkan. Flödet av tillverkat material är det mest relevanta för hushållssektorn, följt av energi samt mat och dryck. Inom transportsektorn motsvarar privata personbilar och flygresor den största andelen påverkan i alla kategorier. När det gäller de övriga tre sektorerna, inom byggsektorn representerar betong och cement det materialflöde som har störst påverkan, medan avloppsrening och avfallshantering har små bidrag till den totala miljöpåverkan.  Analysen som utfördes i denna avhandling visade att MEFA-LCA-metoden är ett användbart verktyg för att utvärdera den miljömässiga hållbarheten hos en stads metabolism. Den kan bedöma hur olika sektorer och flöden bidrar till miljöpåverkan, utan att kräva uttömmande data. Således kan den identifiera nyckelsektorer och flöden som bör prioriteras vid utveckling av strategier eller planering av framtida forskning.

The current use of natural resources within the industry generally constitutes of linear systems of raw material extraction to waste formation. However, an increased awareness of sustainability issues has resulted in engagements to try to minimise the impacts on the environment that these linear systems impose. Circular Economy is a concept for a strategy that strives towards closing loops of material in society, and therefore reduce the need of raw material extraction and waste formation. Although Cir- cular Economy strives towards increasing the sustainability of a system, recent research has shown that circularity of material does not necessarily have to lower the environmental impact. Therefore there is a need for a method that can assess circularity from a holistic perspective to ensure the contribution of the Circular Economy strategy to a more sustainable society. The aim of the study is to create a framework that accounts for both conventional circular economy indicators and environmental impacts, and that helps set a strategy for companies to transform towards sustainable Circular Economy. The findings of the performed literature study resulted in the gathering of the most used assessment tools for assessment of circular economy in previous studies: Material Flow Analysis, Cumulative En- ergy Demand and Life Cycle Assessment. This set of tools is used to identify hot spots of impact of a product throughout the product lifetime and to set a strategy toward better practices of manufacturing companies. The study gives an example of practical implementation of the framework on a case study of brake caliper remanufacturing at Autoexperten, a chain of franchise concept garages owned by the parent company KGK. A Material Flow Assessment and a Life Cycle Assessment is performed on a scenario modeled to represent the current state of the case of remanufacturing at Autoexperten, and an alternative scenario that do not include the practice of remanufacturing. The results of the performed assessments concluded that the current state scenario is the most preferable alternative regarding energy use, material use and environmental impact. Therefore, the main recommendation in regards to business strategies for Autoexperten and KGK is to continue the practice of remanufacturing. / Dagens användning av naturresurser inom industrin utgörs i allmänhet av linjära system från utvinning av råmaterial till produktionen av avfall. En ökad medvetenhet om hållbarhetsfrågor har dock resulterat i engagemang för att försöka minimera den miljöpåverkan som dessa linjära system skapar. Cirkulär ekonomi är ett koncept för en strategi som strävar efter att cirkulera flöden av material i samhället och därmed minska behovet av råmaterialutvinning och avfallsbildning. Även om den cirkulära ekonomin strävar efter att öka hållbarheten inom ett system har ny forskning visat att cirkularet av material inte nödvändigtvis behöver minska miljöpåverkan inom ett system. Därför har det skapats ett behov av en metod som kan undersöka cirkuläritet från ett holistiskt perspektiv för att säkerställa att den cirkulära ekonomin verkligen bidrar till ett mer hållbart samhälle. Syftet med studien är att skapa ett ramverk som undersöker både konventionella indikatorer av cirkulär ekonomi och miljöpåverkan, och som också skapar en strategi för företag för att uppå hållbar cirkulär ekonomi. Resultatet av en litteraturstudie genererade en uppsättning av de mest använda utvärderingsverktygen för analys av cirkulär ekonomi bland tidigare studier: Materialflödesanalys, kumulativt energibehov och livscykelanalys. Den här uppsättningen av verktyg används i studien för att identifiera processer med speciellt hög påverkan i en produkts livscykel och för att skapa en strategi för bättre prestanda av tillverkande företag. Studien ger ett exempel på en praktisk implementering av ramverket på en fallstudie av renovering av bromsok på Autoexperten, en kedja med franchisekonceptgarage som ägs av moderbolaget KGK. En materialflödesanalys och en livscykelanalys utförs i studien på ett scenario som modelleras för att representera det rådande omständigheterna för renovering av bromsok hos Autoexperten, och ett alternativt scenario som inte inkluderar renovering av bromsok. Slutsatsen som kunde dras av resultaten av materialflödesanalysen och livscykelanalysen var att scenariot med de rådande omständigheterna för renovering av bromsok är det som är mest fördelaktigt vad gäller energianvändning, materialanvändning och miljöpåverkan. Därför är den huvudsakliga rekommendationen för skapandet av en affärsstrategi för Autoexperten och KGK att fortsätta med renoveringen av bromsok.

The Photovoltaic Industry is at a crossroads for change. Improving the sustainability of this complex system requires a thorough understanding of the entire life cycle of the solar module production. The product life cycle is thereby divided into the value added steps of raw material extraction, outsourced production, in-house production, operation, and recycling. Furthermore, the following report distinguishes between social, ecological, and economic sustainability. The report offers a compacted matrix with all parts of sustainability and each life cycle stage in order toshow companies of the photovoltaic industry the sensible areas. This should be a first step for improving the sustainability in the whole life cycle of a solar module.

Controlling the temperature of the exhaust valves is paramount for proper functioning of engines and for the long lifespan of valve train components. The majority of the heat outflow from the valve takes place along the valve-seat-cylinder head-coolant thermal path which is significantly influenced by the thermal contact resistance (TCR) present at the valve/seat and seat/head interfaces. A test rig facility and experimental procedure were successfully developed to assess the effect of the valve/seat and seat/head interfaces on heat outflow from the valve, in particular the effects of the valve/seat interface geometry, seat insert assembly method, i.e. press or shrink fit, and seat insert metallic coating on the operating temperature of the valve. The results of tests have shown that the degree of the valve-seat geometric conformity is more significant than the thermal conductivity of the insert: for low conforming assemblies, the mean valve head temperature recorded during tests on copper-infiltrated insert seats was higher than that recorded during tests on noninfiltrated seats of higher conformance. The effect of the insert-cylinder head assembly method, i.e. shrink-fitted versus press-fitted inserts, has proved negligible: results have shown insignificant valve head temperature variations, for both tin-coated and uncoated inserts. On the other hand, coating the seat inserts with a layer of tin (20-22μm) reduced the mean valve head temperature by approximately 15°C as measured during tests on uncoated seats. The analysis of the valve/seat and seat/head interfaces has indicated that the surface asperities of the softer metal in contact would undergo plastic deformation. Suitable thermal contact conductance (TCC) models, available in the public domain, were used to evaluate the conductance for the valve/seat and seat/cylinder head interfaces. Finally, a FE thermal model of the test rig has been developed with a view to assess the quality of the calculated TCC values for the valve/seat and seat/head interfaces. The results of the thermal analysis have shown that predicted temperatures at chosen control points agree with those measured during tests on thermometric seats with an acceptable level of accuracy, proving the effectiveness of the used TCC models.

Urban emissions of antibiotics into the environment have the potential to adversely affect terrestrial and aquatic organisms. Developed standardized test methods allow the quantification of the resulting ecotoxicological risk, which strongly relies on a comprehensive situation analysis by predicting or measuring a representative antibiotic concentration of interest. Predicting the input loads of antibiotics to wastewater treatment plants using secondary input data (e.g. prescriptions) is a reasonable method if no analytical data is available. The absence of such data poses the question of an aquired reasonable sample quantity to capture local seasonal differences in prescriptions as well as flow conditions within the catchment area. Both, the theoretical and measurement based determination of environmental concentrations have been scarcely verified in practice. Hence, high resolution prescription data in combination with an extensive monitoring campaign at the wastewater treatment plant Dresden-Kaditz (WWTP) were used as a basis to evaluate the reliability of predicting and measuring urban antibiotic emissions. As expected, the recovery of antibiotic input loads strongly varies among substances. The group of macrolides as well as sulfamethoxazole and trimethoprim were almost fully recovered whereas nearly all substances of the beta-lactam family exhibit high elimination rates during the wastewater transport in the sewer system. Yet other antibiotics (e.g. fluoroquinolones) show distinct fluctuations through the year, which was not obvious from relatively constant prescriptions. The latter substances are an example that available data are not per se sufficient to predict the actual release into the environment which, in certain cases, emphasizes the necessity of adequate measuring campaings. The extensive data pool of this study was hence used to calculate the necessary number of samples to determine a representative annual mean load to the WWTP. Based on the applied approach, a minimum number of 20 to 40 samples per year is proposed to reasonably estimate a representative annual input load of antibiotics and other micropollutants. Regarding the WWTP, the mass flow analysis revealed that macrolides, clindamycin/ clindamycin-sulfoxide and trimethoprim were mainly released with the effluent, while penicillins, cephalosporins as well as sulfamethoxazole were partly degraded in the studied WWTP. Levofloxacin and ciprofloxacin are the only antibiotics under investigation with a significant mass fraction bound to primary, excess and digested sludge. In this context, the sludge concentrations are considered to be highly inconsistent which leads to questionable results. It remains unclear whether the inconsistencies are due to insufficiencies in sampling and/or analytical determination or if the fluctuations can be considered reasonable for digesters. Subsequently, verified antibiotic loads were evaluated regarding their ecotoxicological effects in the aquatic environment. Two approaches were applied (1) to address the ecological impact on individual trophic levels algae, daphnia and fish, and (2) to assess the possible synergistic potential of antibiotic combinations. Ciprofloxacin, levofloxacin and the group of cephalosporins showed to significantly affect the aquatic environment. They either have the highest impact on (one of) the lowest trophic level(s) or disproportionately increase the ecotoxicological risk due to their synergistic characteristics. In this regard, the deficiencies regarding the input prediction of these antibiotics is of particular concern. The underestimation of such critical mass flow conditions weakens the approach of assessing environmental risks on the basis of secondary data like prescriptions. Hence, efforts must be made to further develop the projection model by improving the quality of secondary data, identifying additional emitters and understanding possible retention and degradation dynamics of antibiotics within the sewer system. / In der Humanmedizin eingesetzte Antibiotika werden im menschlichen Körper nicht vollständig metabolisiert und gelangen über die Ausscheidungen in das kommunale Abwasser. In der Kläranlage erfolgt nur eine unvollständige Elimination dieser Stoffe, so dass der Kläranlagenablauf einen Hot Spot für Antibiotikaemissionen in die Umwelt darstellt. Das induzierte ökotoxikologische Risiko kann anhand standardisierter Testverfahren und allgemein anerkannter Bewertungsansätze für Einzelsubstanzen abgeschätzt werden. Erfolgt jedoch die Betrachtung von Antibiotikagemischen, wie es für den gereinigten Ablauf einer Kläranlage sinnvoll ist, sind aufgrund zumeist unspezifischer Wirkmechanismen und dem Mangel an repräsentativen Daten eine Reihe von Vereinfachungen und Annahmen zu treffen. Es besteht in der Folge die Gefahr einer Unterschätzung des durch Substanzgemische hervorgerufenen ökotoxikologischen Risikos. Eine vielversprechende Möglichkeit den Entscheidungsprozess über mögliche Vermeidungs- und Eliminationsmaßnahmen zu unterstützen besteht in der Priorisierung von Antibiotika entsprechend ihres Effektpotentials. Hierbei sind Substanzen zu identifizieren, die den größten Einfluss auf die Nahrungskette im Gewässer bzw. das höchste (negative) Synergiepotential mit anderen Substanzen aufweisen. Die Verringerung dieser Substanzen führt zu einer hohen ökologischen Effektivität und Effizienz der eingesetzten Mittel. Wie im Fall des klassischen Bewertungsansatzes, ist auch für den Priorisierungsansatz eine umfängliche und zuverlässige Situationsanalyse die Grundvoraussetzung für verwertbare Ergebnisse. Die Situationsanalyse beruht auf der analytischen Bestimmung bzw. der Abschätzung von emittierten Antibiotikafrachten zur Berechnung von repräsentativen Umweltkonzentrationen. Analytisch ermittelte Umweltkonzentrationen vieler Antibiotika weisen aufgrund saisonaler Verschreibungsmuster eine hohe zeitliche und räumliche Variabilität auf. Die für eine adäquate Erfassung der Situation notwendigen Messkampagnen sind kostenintensiv, wobei die tatsächlich notwendige Häufigkeit der Probenahme von zumeist nicht hinreichend bekannten substanzspezifischen Informationen, wie der chemischen Stabilität im Rohabwasser und der saisonal beeinflussten Applikation, abhängt. Alternativ können Antibiotikaeinträge in die Kanalisation anhand von Verschreibungsdaten abgeschätzt und mit Hilfe von Stoffflussanalysen (SFA) zur ökotoxikologischen Bewertung herangezogen werden. Eine vom Umfang befriedigende, direkte Gegenüberstellung von prognostizierten und analytisch ermittelten Frachten ist bisher jedoch nicht erfolgt, so dass die Verifizierung dieses Ansatzes noch aussteht. Für den Fall einer bestehenden Verschreibungspflicht für Antibiotika besitzen Verschreibungsdaten eine vergleichsweise hohe zeitliche und räumliche Informationsgüte. In Verbindung mit einer an diese Datenqualität angepassten Messkampagne, ergibt sich die Möglichkeit einer detaillierten SFA mit substanzspezifischer Bewertung der Eignung des Prognoseansatzes. Die am Beispiel der Stadt Dresden durchgeführte Bewertung des Prognoseansatzes fußt auf einer 15-monatigen Messkampagne und den für das Einzugsgebiet der Zentralkläranlage Dresden-Kaditz verfügbaren Verschreibungsdaten der AOK PLUS. Erwartungsgemäß ergibt der Abgleich von erwarteten und analytisch ermittelten Frachten eine starke Variation der für den Zulauf der Kläranlage ermittelten Wiederfindungsdaten verschiedener Substanzen. Die analytisch ermittelten Frachten von Sulfamethoxazol, Trimethoprim sowie der Gruppe der Makrolid-Antibiotika entsprechen nahezu den prognostizierten Mengen. Die Beta-Laktam-Antibiotika unterliegen bereits während des Abwassertransports einer umfänglichen, zumeist biologisch bedingten, Elimination, was zu hohen Unterbefunden im Zulauf der Kläranlage führt. Andere Substanzen hingegen (z.B. Fluorchinolone) weisen messtechnisch eine signifikante Jahresdynamik auf, die aufgrund der weitgehend konstanten Verschreibung in dieser Ausprägung nicht zu erwarten ist. Die Auswertung zuletzt genannter Substanzen zeigt deutlich, dass die Nutzung von Verschreibungsdaten nicht per se ausreicht, um die Emission von Antibiotika (und anderer Pharmazeutika) sowie die sich daraus ergebenden Umweltkonzentrationen mit ausreichender Sicherheit prognostizieren zu können. Für eine nachgelagerte ökotoxikologische Bewertung ist in diesen Fällen die Durchführung von Messungen unumgänglich. Zur effizienten Planung derartiger Kampagnen wurde der umfassende Datenpool dieser Studie hinsichtlich der erforderlichen Probenanzahl zur Bestimmung einer repräsentativen mittleren Jahresfracht ausgewertet. Es ergibt sich ein Minimum von 20 bis 40 homogen über das Jahr verteilten Proben, um die jährlich in die Kläranlage eingetragene Fracht an Antibiotika bzw. anderer Mikroschadstoffe mit ausreichender Sicherheit abschätzen zu können. Im Rahmen der SFA in der Kläranlage Dresden-Kaditz wird deutlich, dass Makrolide, Clindamycin und dessen Humanmetabolit Clindamycin-Sulfoxid sowie Trimethoprim in der nahezu keiner Elimination unterliegen, wohingegen Penizilline, Cefalosporine und auch Sulfamethoxazol teilweise bis vollständig abgebaut werden. Mit Levofloxacin und Ciprofloxacin handelt es sich um die einzigen untersuchten Antibiotika, welche zu einem signifikanten Massenanteil an Primär-, Überschuss- und Faulschlamm gebunden vorgefunden werden. Aufgrund der hohen Relevanz dieses Eliminationspfades für die zuvor genannten Antibiotika bedarf die Beobachtung von z. T. widersprüchlichen Schwankungen einer kritischen Betrachtung der Ergebnisse. Es ist nicht abschließend geklärt, ob die beobachteten Fluktuationen auf eine unzureichende Qualität der Probenahme und/oder der Analytik zurückzuführen sind oder sich die Schwankungen in einem für Faulbehälter tolerierbaren Bereich befinden. Im Anschluss an die verifizierten Antibiotikaemissionen erfolgte die Priorisierung der betrachteten Antibiotika nach ihrem ökotoxikologischen Effektpotential. Zum einen wurde der ökologische Einfluss auf verschiedene, die Nahrungskette bildende trophische Ebenen (Alge, Daphnie, Fisch) untersucht. In Anlehnung an die humanmedizinische Kombinationstherapie erfolgte im zweiten Ansatz die Beurteilung der Antibiotika hinsichtlich ihres möglichen Potentials zur Verstärkung von negativen Effekten durch das gleichzeitige Auftreten mit anderen Substanzen. Für Ciprofloxacin, Levofloxacin und die Gruppen der Makrolide und Cefalosporine konnten signifikante Beeinträchtigungen der aquatischen Umwelt nachgewiesen werden. Diese Stoffe und Stoffgruppen führten im Rahmen der untersuchten Substanzen entweder zur höchsten Schadwirkung gegenüber der niedrigsten trophischen Ebene oder besitzen das höchste Synergiepotential in Kombination mit anderen Substanzen. Die Auswertung der SFA bestätigt die grundsätzliche Eignung der Verschreibungsdaten sowie des entwickelten Prognosemodells zur Vorhersage von Antibiotikaemissionen im urbanen Raum. Die Stoffflussanalyse stellt somit ein strategisches, im Vergleich zur Messung kostengünstiges Instrument zur Identifikation von Hot Spots der Antibiotikaemission dar und erleichtert die Entscheidungsfindung für monetär aufwendige Reduktionsmaßnahmen am Ort der Entstehung oder in der Kläranlage (z.B. 4. Reinigungsstufe). Die Vorgehensweise zur Priorisierung von Substanzen hinsichtlich ihres ökotoxikologischen Effektpotentials eignet sich sehr gut, Antibiotika mit dem höchsten Schadpotential zu identifizieren. Die Verschneidung der Kenntnis dieser Substanzen mit den Ergebnissen der SFA macht deutlich, dass mit Ausnahme der Makrolide, alle ökotoxikologisch priorisierten Antibiotika eine mangelhafte Prognosefähigkeit aufweisen. Die unvollständige Abbildung kritischer Stoffströme, wie z.B. Frachtspitzen, führt insbesondere im Fall der ökotoxikologisch priorisierten Substanzen zu einer Minderung der Aussagekraft des auf Verschreibungsdaten beruhenden Prognoseansatzes. An diesem Punkt ist in zukünftigen Betrachtungen anzusetzen, um die Qualität von Verschreibungsdaten zu verbessern, potentiell nicht erfasste Emittenten in die Betrachtungen einzubeziehen, sowie die Dynamik der Rückhalte- und Eliminationsprozesse in der Kanalisation adäquat beschreiben zu können. Die ergänzende Betrachtung weiterer Anlagentechnologien (z.B. Festbettreaktoren) kann zur Bestätigung der am Beispiel der Kläranlage Dresden-Kaditz gewonnenen Ergebnisse beitragen bzw. Unterschiede bei der Elimination von Antibiotika das Potential, die Problematik der Antibiotika und anderer Mikroschadstoffe bereits während der Planung von Abwasseranlagen berücksichtigen zu können.

The thesis deals with the assessing of investment opportunity in the field of renewable natural resources. Fundamental analysis is carried out on First Solar which is a company producing solar modules. Thus, the work is focused on the area of photovoltaics. To determine the company's value, the method of discounted cash flow is used. The overall situation of the company is analyzed by the implementation of global, industry and company analysis.