Vor dem Hintergrund demographischer Entwicklungen, der zunehmenden Nutzung von Informationstechnologien in unserem Alltag (Stichwort „Digitales Leben“) und einem begrenzten Maß natürlicher Ressourcen ist die Wissenschaft zunehmend gefordert, das Verhältnis aus Informationstechnologie, menschlichem Verhalten und unserer Umwelt neu zu hinterfragen. Gegenstand des Dissertationsvorhabens ist daher die Untersuchung von Informationssystemen im Hinblick auf deren ökologische Nachhaltigkeit. Dabei zeigt sich auf der einen Seite, dass Informationssysteme aufgrund der genutzten physischen IT-Infrastruktur (PCs, Server, Mobiltelefone etc.) als Ursache von Umweltproblematiken in Erscheinung treten können. Neben dem Stromverbrauch bei der Nutzung von IT steht dabei vor allem der Verbrauch seltener Metalle wie Gold, Palladium und Tantal sowie das Problem der Entsorgung von Altgeräten im Fokus. Auf der anderen Seite werden Informationssysteme zunehmend auch als Mittel zur Lösung von Umweltproblematiken gesehen. So können Informationssysteme dazu beitragen, Geschäftsprozesse effizienter und damit umweltfreundlicher zu gestalten, Konsumenten von Produkten und Dienstleistungen sowie Entscheider im Unternehmen für Umweltprobleme zu sensibilisieren oder neue umweltfreundliche Produktinnovationen zu unterstützen. Zur Untersuchung des Themenkomplexes werden etablierte Ansätze zur Untersuchung physischer Systeme auf Informationssysteme übertragen. Zum einen werden Methoden und Softwaretools aus dem Bereich ereignisdiskreter Simulationen (Materialflusssimulationen, Simulation von Supply Chains, Produktionsabläufen etc.) genutzt. Ereignisdiskrete Simulationen erlauben es, die Auswirkungen von Informationssystemen auf ein physisches System (z. B. eine Fabrik oder ein öffentliches Transportsystem) realitätsnah in einem Simulationsmodell abzubilden. Hierdurch ist es möglich eine Verbindung zwischen virtuellen Informationen und physischen Prozessen (z. B. Entstehung von CO2-Emission) herzustellen. Zum anderen werden Methoden und Softwaretools aus dem Bereich Ökobilanzierung (engl. Life Cycle Assessment) eingesetzt, um die ökologischen Auswirkungen von Informationssystemen messbar zu machen. Dabei wird der Einfluss physischer Prozesse, die durch Informationssysteme beeinflusst werden, auf ein ökologisches System (z. B. das Klima) abgeschätzt.

Die Ökobilanz hat unter den in Anwendung befindlichen Umweltbewertungsmethoden einen besonderen Stellenwert und ist zwischenzeitlich bereits in einigen Gesetzen in Deutschland verankert. Für die Bewertung der Flächennutzung in Ökobilanzen ist eine allgemein anerkannte methodische Lösung bislang allerdings noch nicht vorhanden. Zwar gibt es erste Ansätze, doch wird dabei der Bedarf an methodischer Erweiterung und insbesondere die Verbesserung der Datengrundlagen herausgestellt. Dieser Beitrag thematisiert eine Methodenentwicklung am Umweltbundesamt zur Bewertung von temporärer Flächenbelegung und direkter sowie indirekter Flächennutzungsänderung von Produkten und Dienstleistungen im Rahmen der Ökobilanzierung. Zentraler Bestandteil ist die qualitative Bewertung der Flächennutzung und ihrer Änderung anhand von Charakterisierungsfaktoren auf Basis eines erweiterten Hemerobieansatzes. Die bisher erarbeitete Methode wurde u. a. zur Bewertung des Energiesystems in Deutschland angewendet. Weitere Erprobungen erfolgen. Dieser Beitrag stellt den bisherigen Arbeitsstand vor.

To evaluate CO2 emission mitigation potential and cost effectiveness of rice husk utilization, Life Cycle Analysis was conducted for 9 scenarios. The results showed that, gasification is the most efficient CO2 mitigation. From cost analysis, the cost mitigation can be achieved by replacing the current fossil fuels in cooking scenarios. Among the power generation scenarios, it was found that 30MW combustion and 5MW gasification power generations were the most economically-efficient scenarios. The briquette combustion power generation appeared less cost-competitive than direct combustion, whilst the large-scale gasification scenarios and the pyrolysis scenarios give the increase in cost from the baseline. From the viewpoints of both CO2 and cost, it was indicated that the win-win scenarios can be the rice husk use for cooking, for large-scale combustion power generation, and for small-scale gasification. / Để đánh giá tiềm năng giảm thiểu phát thải CO2 và hiệu quả chi phí của việc sử dụng trấu, phương pháp đánh giá vòng đời sản phẩm đã được thực hiện cho 9 kịch bản. Kết quả cho thấy, khí hóa trấu để sản xuất điện có tiềm năng giảm phát sinh khí CO2 nhiều nhất. Kết quả phân tích chi phí cho thấy việc giảm thiểu chi phí có thể đạt được khi thay thế sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong kịch bản dùng trấu cho nấu ăn. Giữa các kịch bản về sản xuất điện, hiệu quả kinh tế cao nhất trong trường hợp đốt trực tiếp trấu để sản xuất điện ở quy mô công xuất lớn (30MW) và khí hóa ở quy mô trung bình (5MW). Trường hợp dùng củi trấu không mang lại hiệu quả kinh tế so với dùng trực tiếp trấu để phát điện. Hai trường hợp dùng trấu để sản xuất dầu sinh học và khí hóa gas công suất lớn (30MW) cho thấy chi phí tăng cao so với điều kiện biên. Kịch bản cho kết quả khả thi về hiệu quả kinh tế và giảm phát thải CO2 là dùng trấu để nấu ăn, đốt trực tiếp để phát điện công suất lớn và khí hóa công suất trung bình.

Mit Ökobilanzen werden Umwelteigenschaften von Produkten und Dienstleistungen analysiert und zunehmend bei der Bewertung von Milchproduktionssystemen eingesetzt. Um konsistente Berichterstattung und Vergleichbarkeit von produktbezogenen Treibhausgasemissionen im Milchsektor zu gewährleisten hat die International Dairy Federation (IDF) Berechnungsgrundlagen publiziert. Allerdings werden die Effekte von Variabilität betrieblicher Kennzahlen und Unsicherheit von Emissionsfaktoren unzureichend betrachtet. Diese Arbeit hat es zum Ziel diese Lücke zu schließen. In der ersten Studie wurden verschiedene Definitions- und Berechnungsmöglichkeiten des Referenzflusses und der funktionellen Einheit für die Klimabilanz von Milchproduktion verglichen. Eine hohe Bandbreite an möglichen Ergebnissen – bei gleichen Eingangsdaten – ermöglicht eine große Ergebnisunsicherheit. Die Voraussetzungen für zeitliche Repräsentativität wurden in der zweiten Studie untersucht. Über 6 aufeinanderfolgende Jahre wurde auf einem ökologischen Milchviehbetrieb in Norddeutschland die Klimabilanz mit einem detaillierten Stoffflussmodel analysiert. Dabei zeigte es sich, dass für den untersuchten Betrieb mindestens 4 aufeinanderfolgende Jahre untersucht werden müssen um belastbare Ergebnisse zu erzielen. Die dritte Studie befasst sich mit der Forderung mindestens ein Stufe 2 Verfahren der Methodik des IPCC zu verwenden. Mit Daten von 20 norwegischen Milchviehbetrieben wurde die Unsicherheit der Klimabilanz auf Basis von Tier 1 Berechnungen bei bodenbürtigen Emissionen mit dem FARM Modell ermittelt. Von allen 190 direkten Vergleichen von zwei Betrieben miteinander waren 78 % signifikant unterschiedlich Aus den drei Studien wird geschlossen, dass die existierenden Regeln zur Erstellung von Klimabilanzen von Milchproduktion teilweise zu unpräzise und teilweise zu streng sind, und damit sowohl Erstellung als auch Interpretation von betrieblichen Klimabilanzen in der Milchproduktion erschwert werden. / Life cycle assessment (LCA) analyses the environmental performance of products and services and has become increasingly important also for the environmental assessment of dairy systems. In order to create consistent results for communication, declaration and comparison, the International Dairy Federation (IDF) provides a guideline for the calculation of product-related greenhouse gas (GHG) emissions in the dairy sector. However, the effects of farm data variability and emission factor uncertainty on the comparability of GHG assessments on the farming level are seldom considered. This thesis aims to fill this gap. In the first study, different settings in the definition of energy corrected milk (ECM) and the reference flows were compared in a calculation example based on average farming data. A high bandwidth of the carbon footprint result indicated a severe uncertainty when calculation procedures are not well documented. The second case study examined the production data from six consecutive milk years in an organic dairy farm in northern Germany and its effect on the estimation of product-related GHG emissions. It was shown that data from at least four years is needed to provide reliable results for that farm. The third study dealt with the demand of the IDF guidelines to use at least Tier 2 in the methodology of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Using data from 20 Norwegian dairy farms, the uncertainty of the carbon footprint using Tier 1 of the IPCC guidelines within the FARM model was assessed. From all 190 direct comparisons of two farms in the study, 78 % of the comparisons were significantly different with a relative difference of 8.7 % being enough to establish significance of the difference. From the three studies it was concluded that existing rules may partly not be precise enough to allow for comparison of farms or farming systems, or partly too strict and thereby hindering the execution of carbon footprint studies.

Purpose Life cycle costing (LCC) is a state-of-the-art method to analyze investment decisions in infrastructure projects. However, uncertainties inherent in long-term planning question the credibility of LCC results. Previous research has not systematically linked sources and methods to address this uncertainty. Part I of this series develops a framework to collect and categorize different sources of uncertainty and addressing methods. This systematization is a prerequisite to further analyze the suitability of methods and levels the playing field for part II. Methods Past reviews have dealt with selected issues of uncertainty in LCC. However, none has systematically collected uncertainties and linked methods to address them. No comprehensive categorization has been published to date. Part I addresses these two research gaps by conducting a systematic literature review. In a rigorous four-step approach, we first scrutinized major databases. Second, we performed a practical and methodological screening to identify in total 115 relevant publications, mostly case studies. Third, we applied content analysis using MAXQDA. Fourth, we illustrated results and concluded upon the research gaps. Results and discussion We identified 33 sources of uncertainty and 24 addressing methods. Sources of uncertainties were categorized according to (i) its origin, i.e., parameter, model, and scenario uncertainty and (ii) the nature of uncertainty, i.e., aleatoric or epistemic uncertainty. The methods to address uncertainties were classified into deterministic, probabilistic, possibilistic, and other methods. With regard to sources of uncertainties, lack of data and data quality was analyzed most often. Most uncertainties having been discussed were located in the use stage. With regard to methods, sensitivity analyses were applied most widely, while more complex methods such as Bayesian models were used less frequently. Data availability and the individual expertise of LCC practitioner foremost influence the selection of methods. Conclusions This article complements existing research by providing a thorough systematization of uncertainties in LCC. However, an unambiguous categorization of uncertainties is difficult and overlapping occurs. Such a systemizing approach is nevertheless necessary for further analyses and levels the playing field for readers not yet familiar with the topic. Part I concludes the following: First, an investigation about which methods are best suited to address a certain type of uncertainty is still outstanding. Second, an analysis of types of uncertainty that have been insufficiently addressed in previous LCC cases is still missing. Part II will focus on these research gaps.

Die vorliegende Thesis befasst sich mit der Mischungsentwicklung eines zementreduzierten Ökobetons für die Verwendung in einem ökologisch verbesserten Deckensystem. Dafür wurden mithilfe eines in Microsoft Excel aufgestellten physikalischen Analysemodells – dem Compaction-Interaction Packing Model nach FENNIS – Rezepturen entwickelt, die durch eine optimierte Packungsdichte einen geringeren Zementleimbedarf aufweisen. Dabei gelang es, Zement teilweise durch feine Kalksteinmehle zu ersetzen und eine CO2-sparende Mischung mit einem reduzierten Zementgehalt von 150 kg je Kubikmeter Beton herzustellen, welche die an sie gestellten Anforderungen erfüllt – u. a. bezogen auf Festigkeit (Festigkeitsklasse C 20/25), Verarbeitbarkeit (Konsistenzklasse C3) und Alkalität (pH-Wert > 10). Diese Eigenschaften wurden experimentell geprüft. Zwar wurden bei der auf empirischen Daten beruhenden Prognose von Festigkeit und Konsistenz im Modell nur teilweise realitätsnahe Werte ermittelt, das Modell stellte sich insgesamt jedoch als zielführendes Instrument bei der Mischungsentwicklung von Ökobetonen heraus.:1 Einleitung 2 Verringerung der Umwelteinwirkungen bei der Betonherstellung 3 Methodik der Mischungsentwicklung zementreduzierter Ökobetone 4 Packungsdichteberechnung mit dem Compaction-Interaction Packing Model nach FENNIS 5 Mischungsentwicklung eines Ökobetons im Rahmen des Forschungsvorhabens GRO-COCE 6 Herstellung der Auswahlmischungen und experimentelle Ermittlung von Betoneigenschaften 7 Eingrenzung einer Zielmischung 8 Diskussion der Ergebnisse 9 Zusammenfassung und Ausblick / The present thesis deals with the mix development of a cement-reduced eco-concrete for the use in an ecologically improved ceiling system. For this purpose, a physical analysis model built in Microsoft Excel – the Compaction-Interaction Packing Model according to FENNIS – was used to develop recipes which, due to an optimised packing density, have a low cement paste requirement. It was possible to partially replace cement with fine limestone powders and to produce a CO2-saving mixture with a reduced cement content of 150 kg per cubic metre of concrete, which meets the requirements placed on it – among other things with regard to strength (strength class C 20/25), workability (consistency class C3) and alkalinity (pH-value > 10). These properties were tested experimentally. Although only partially realistic values were determined in the model for the prediction of strength and consistency based on empirical data, the model turned out to be a suitable instrument for mix developments of eco-concretes.:1 Einleitung 2 Verringerung der Umwelteinwirkungen bei der Betonherstellung 3 Methodik der Mischungsentwicklung zementreduzierter Ökobetone 4 Packungsdichteberechnung mit dem Compaction-Interaction Packing Model nach FENNIS 5 Mischungsentwicklung eines Ökobetons im Rahmen des Forschungsvorhabens GRO-COCE 6 Herstellung der Auswahlmischungen und experimentelle Ermittlung von Betoneigenschaften 7 Eingrenzung einer Zielmischung 8 Diskussion der Ergebnisse 9 Zusammenfassung und Ausblick

Life cycle costing (LCC) is the state-of-the-art method to economically evaluate long-term projects over their life spans. However, uncertainty in long-range planning raises concerns about LCC results. In Part I of this series, we developed a holistic framework of the different types of uncertainty in infrastructure LCCs. We also collected methods to address these uncertainties. The aim of Part II is to evaluate the suitability of methods to cope with uncertainty in LCC. Part I addressed two research gaps. It presented a systematic collection of uncertainties and methods in LCC and, furthermore, provided a holistic categorization of both. However, Part I also raised new issues. First, a combined analysis of sources and methods is still outstanding. Such an investigation would reveal the suitability of different methods to address a certain type of uncertainty. Second, what has not been assessed so far is what types of uncertainty are insufficiently addressed in LCC. This would be a feature to improve accuracy of LCC results within LCC, by suggesting options to better cope with uncertainty. To address these research gaps, we conducted a systematic literature review. Part II analyzed the suitability of methods to address uncertainties. The suitability depends on data availability, type of data (tangible, intangible, random, non-random), screened hotspots, and tested modeling specifications. We identified types of uncertainties and methods that have been insufficiently addressed. The methods include probabilistic modeling such as design of experiment or subset simulation and evolutionary algorithm and Bayesian modeling such as the Bayesian latent Markov decision process. Subsequently, we evaluated learning potential from other life cycle assessment (LCA) and life cycle sustainability assessment (LCSA). This analysis revealed 28 possible applications that have not yet been used in LCC. Lastly, we developed best practices for LCC practitioners. This systematic review complements prior research on uncertainty in LCC for infrastructure, as laid out in Part I. Part II concludes that all relevant methods to address uncertainty are currently applied in LCC. Yet, the level of application is different. Moreover, not all methods are equally suited to address different categories of uncertainty. This review offers guidance on what to do for each source and type of uncertainty. It illustrates how methods can address both based on current practice in LCC, LCA, and LCSA. The findings of Part II encourage a dialog between practitioners of LCC, LCA, and LCSA to advance research and practice in uncertainty analysis.

Es erfolgt ein ganzheitlicher Vergleich der Systeme Luftwärmepumpe und Sole-Wasser-Wärmepumpe für ein Bestandsgebäude. Für die Bewertung der Umweltfreundlichkeit bzw. Klimaschutzwirksamkeit werden die CO2-äquivalenten Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) und der nicht-erneuerbare Primärenergiebedarf (KEV) der Systeme bilanziert. Für den fairen Vergleich werden Systeme mit investkostengleichen Gesamtinvestitionen gebildet, indem die Luftwärmepumpe zusätzlich um eine PV-Anlage ergänzt wird.

In den vergangenen Jahren hat die zunehmende Knappheit von Ressourcen, insbesondere im Bereich der Gesteinskörnung im Bauwesen, sowie die Anerkennung der Notwendigkeit von Kreislaufwirtschaft im Betonbau dazu geführt, dass der Fokus verstärkt auf der Nutzung von Recyclingmaterialien liegt. Vor allem rezyklierte Gesteinskörnungen werden vermehrt eingesetzt. Da diese jedoch Auswirkungen auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften haben können, ist es wichtig, ihren Einfluss zu untersuchen. Dieser Artikel befasst sich daher mit der Herstellung, dem mechanischen Verhalten, den Dauerhaftigkeitseigenschaften sowie dem Brandverhalten von Betonen, die rezyklierte Gesteinskörnung enthalten. Zusätzlich werden wissenschaftliche Begleitprogramme wie ein AiF Verbundforschungsprojekt am VDZ/KIT vorgestellt. Da eine positive Ökobilanz das Ziel bei der Verwendung von Recyclingmaterialien ist, wird dieser Aspekt ebenfalls in diesem Beitrag beleuchtet. Weil vor allem der Zement entscheidend für die Ökobilanz von Betonen ist, wird zudem der Ansatz der Verwendung von Recyclingmehlen als Zementhauptbestandteil betrachtet. / In recent years, the increasing scarcity of resources, particularly in the area of aggregates in the construction industry, as well as the recognition of the need for a circular economy in concrete construction, has led to a greater focus on the use of recycled materials. Recycled concrete aggregates in particular are increasingly being used. However, as these can have an impact on the properties of fresh and hardened concrete, it is important to analyse their influence. This article therefore deals with the production, mechanical behaviour, durability properties and fire behaviour of concretes containing recycled aggregates. In addition, accompanying scientific programmes such as an AiF joint research project at the VDZ/KIT are presented. As a positive environmental impact is the goal when using recycled materials, the life cycle assessment of concrete with recycled aggregates is highlighted in this article. As cement in particular is decisive for the environmental impacts of concrete, the approach of using recycled concrete fines as a cement main constituent is also addressed.

Die vorliegende Ausgabe beschäftigt sich mit den Herausforderungen der ökologischen Leistungsmessung durch das Instrument der Ökobilanz. Der Fokus wird insbesondere auf Unsicherheiten gelegt. In einer einführenden Betrachtung werden Problemfelder von Ökobilanzstudien erläutert, die in den verschiedenen Phasen der Ökobilanz auftreten. Die weiteren Ausführungen konzentrieren sich auf den Bereich der Unsicherheiten. Nach einer Definition werden die Auswirkungen der Probleme systematisiert und anschließend praktische Möglichkeiten zum Umgang mit diesen erarbeitet. Eine besondere Rolle spielen dabei Datenunsicherheiten, da Ökobilanzstudien als sehr datenintensive Verfahren der Lebenszyklusanalyse bekannt sind. Insgesamt 17 Forschungsfragen, die sich aus den theoretischen Betrachtungen ableiten, wurden anhand einer Literaturstichprobe überprüft. Diese Literaturstichprobe wurde mit dem Verfahren der computergestützten Inhaltsanalyse auf die Forschungsfragen hin untersucht, bei der insgesamt 2.000 Textstellen kodiert worden sind. Bei dieser Analyse werden zunächst allgemeine, definitorische Grundcharakteristika wie die Definition der funktionellen Einheit oder die Angabe des Allokationsverfahrens überprüft. Die tiefergreifende Untersuchung der Studien betrachtet vor allem das generelle Erkennen von Unsicherheiten im Verlauf einer Ökobilanzstudie und den Einsatz von Verfahren, um den Einfluss der Unsicherheiten auf das Ökobilanzergebnis zu verdeutlichen. Dabei stellt sich heraus, dass in weniger als 50 Prozent der Studien eine Aussage kodierbar war, die auf das Erkennen der Unsicherheiten schließen lässt. Dennoch wurden in 37 Prozent der analysierten Studien Verfahren eingesetzt, die in der Lage sind, den Einfluss von Unsicherheiten auf die Ökobilanzergebnisse zu verdeutlichen und somit den Entscheider vor Fehlentscheidungen zu bewahren.