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Der anhaltende Anstieg der anthropogenen Treibhausgasemissionen führt zu einer erheblichen Verschärfung des Klimawandels und bedroht damit zunehmend die Integrität der Biosphäre und Gesellschaften weltweit. Negative Emissions-Technologien (NETs) wie die Pyrogene Kohlenstoffbindung und -speicherung (PyCCS) bieten potenzielle Lösungsansätze zur Minderung dieser Bedrohung. Diese Dissertation umfasst drei Studien, in denen das Vegetationsmodell LPJmL angewendet wird, um die globalen biogeochemischen Potenziale von PyCCS unter verschiedenen Implementierungsszenarien zu analysieren und die damit verbundenen Landnutzungsdynamiken zu evaluieren, die zu den kritischsten Zielkonflikten gehören. Zunächst zeigt die erste Studie mithilfe einer bedarfsorientierten Analyse, dass die Speicherung von Pflanzenkohle im Boden das Potenzial aufweist, NE von einem Umfang zu liefern, der laut klima-ökonomischen Szenarien zur Begrenzung der globalen Klimaerwärmung auf 1,5°C erforderlich wäre, was als besonders schwer vereinbar mit Naturschutz identifiziert wird. Die zweite Studie untersucht darauffolgend einen PyCCS-Ansatz, der den Landnutzungsdruck reduziert, indem Ackerflächen für PyCCS freigegeben werden, während die Kalorienversorgung auf den verbleibenden Anbauflächen durch Ertragssteigerungen mittels Pflanzenkohlezuführung aufrechterhalten wird. Dieser Ansatz könnte NE aus Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung—eine wichtige NET in ökonomischen Mitigationsszenarien—ersetzen und Flächen freigeben, die alternativ die Kalorienproduktion oder Naturschutzflächen fördern könnten. Im Rahmen der dritten Studie baut die Dissertation das Verständnis über das Potenzial von LCN-PyCCS als Instrument zur Klimastabilisierung durch die zusätzliche Darstellung der sich verbreitenden Praxis der Pflanzenkohle-basierten Düngung und Sensitivitätsanalysen der angenommenen Pyrolyseparameter und Bewirtschaftungsintensitäten weiter aus. / The ongoing rise in anthropogenic greenhouse gas emissions is significantly exacerbating climate change, which poses an increasing threat to the integrity of the biosphere and societies worldwide. Negative emission technologies (NETs) like Pyrogenic carbon capture and storage (PyCCS) offer potential mitigation solutions. This dissertation comprises three studies that apply the Dynamic Global Vegetation Model LPJmL to estimate global biogeochemical potentials of PyCCS under different deployment scenarios and evaluate the associated land use dynamics, which are among the most critical potential trade-offs. The first study is a demand-driven analysis aiming to achieve NEs projected to be required for limiting global warming to 1.5°C by PyCCS deployment. It finds that that biochar application has the potential to deliver these NEs — yet only under significant land use expansion, posing a significant threat to areas identified as particularly relevant for conservation. Subsequently, a novel approach to PyCCS deployment was assessed that reduces land pressure by releasing cropland to PyCCS feedstock production while maintaining calorie supply through biochar-mediated yield increases on remaining cropland. Based on this allocation scheme and LPJmL-computed biomass yields, a sequestration potential of 0.44–2.62 Gt CO2 yr−1 was quantified alongside calculating the potential benefits of replacing NE from BECCS (bioenergy with carbon capture and storage — a prominent NET in stabilization scenarios of climate economics) with PyCCS for nature restoration and calorie production. The understanding of the potential for LCN-PyCCS as a strategy for climate stabilization was further expanded by the representation of the emerging practice of biochar-based fertilization (i.e., biochar applied as mixtures with fertilizer at lower rates than the previously evaluated soil amendment) and sensitivity analyses of assumed pyrolysis parameters and management intensities in the third study.

Die Umweltveränderungen durch den Menschen sind auf unserer Erde allgegenwärtig. Entwaldung und Waldschädigung beeinflussen das System Erde entscheidend, denn Wälder bieten wichtige Ökosystemleistungen und sind Kernelement der Debatte um den Klimawandel, speziell hinsichtlich der globalen Kohlenstoffbilanz. Veränderungen der Waldbedeckung zu quantifizieren ist daher von herausragendem wissenschaftlichen Interesse. Ziel dieser Arbeit ist es, Waldbedeckungsveränderungen in den Westlichen Karpaten grenzübergreifend zu bestimmen, sowie Dynamiken der Biomasse von Nadelwäldern und deren Auswirkungen auf die oberirdische Kohlenstoffspeicherung abzuleiten. Die Karpatenwälder zeichnen sich durch ein hohes Maß an Biodiversität, einen großen Holzvorrat und als wichtiger Kohlenstoffspeicher für Europa aus. Jedoch sind diese Wälder auch geprägt von einer bewegten Geschichte der Landnutzung, hoher Luftverschmutzung und einer andauernden Waldabnahme. Mittels Methoden der Fernerkundung wurden Veränderungen in der Waldbedeckung für die Jahre 1985 bis 2010 abgeleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere das frühere Forstmanagement sowie die starke Luftverschmutzung zu Zeiten des Kommunismus gemeinsam die erhebliche Schädigung von Nadelwäldern bedingen. Fichtendominierte Bestände offenbaren dabei eine geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber biotischen sowie abiotischen Belastungen, z.B. Schädlingen und Extremwettersituationen. Seit 2005 verwandelten sich die Nadelwälder infolge eines weit verbreiteten Biomasseverlustes von einer Netto-Kohlenstoffsenke in eine Netto-Kohlenstoffquelle. Die Analysen betonen den Einfluss bestimmter Standortfaktoren wie Waldtyp, vorherrschende Baumart, topographische Gegebenheiten, Brennpunkte der Umweltverschmutzung, Mikroklima und deren Interaktion auf die Waldabnahme. Die Arbeit legt eine komplexe sozio-ökologische Geschichte dar und erbringt Schätzungen über die Veränderung des oberirdischen Kohlenstoffvorrates der Wälder der Westlichen Karpaten. / Human-induced environmental change is evident across the globe. Deforestation and forest degradation are among the most critical impacts of humanity on the Earth system, as forests provide crucial ecosystem services, and are a key element in the global climate change discussion, specifically considering the global carbon balance. Therefore, monitoring and quantifying forest changes are of prime scientific interest. The main goals of this thesis were to monitor forest change across country borders in the Western Carpathians, and to assess coniferous forest biomass dynamics and their impact on aboveground forest carbon storage. Generally, Carpathian forests provide outstanding biodiversity levels, high growing stocks, and an important European carbon sink. However, the Western Carpathian forests are exceptional, with a turbulent land-use history, high airborne pollution loads, and ongoing forest decline. Forest change between 1985 and 2010 was quantified using remote sensing techniques. Results show that the synergistic effect of unsustainable forest management in the past and high pollution levels during communist times significantly damaged coniferous forests. Spruce-dominated stands exhibit lower resistance against biotic and abiotic impacts, and are more susceptible to pests and extreme weather events. Widespread biomass loss since 2005 has converted coniferous forests from a net carbon sink into a net carbon source. Cross-border analysis emphasized the role of site characteristics such as forest type, predominant species, topographic conditions, pollution hotspots, microclimate, and their interactions for forest decline. Summarizing, this thesis tells a complex socio-ecological story and provides estimates of aboveground carbon stock changes in Western Carpathian forests.

Die vorliegende Dissertationsschrift widmet sich dem Thema der Folgenutzung von Verfügungsflächen durch Dienstleistungen. Im Zuge struktureller Veränderungen der Wirtschaft entstehen zunehmend innerstädtische Verfügungsflächen. Die Städte verzeichnen gleichfalls eine Schwerpunktverlagerung wirtschaftlicher Tätigkeiten hin zum Dienstleistungssektor. Die vorliegende Arbeit untersucht am Beispiel Berlins die Folgenutzung innerstädtischer Verfügungsflächen durch Dienstleistungen. Im Hinblick auf die Flächennachfrage können für den Dienstleistungsbereich mit Hilfe einer statistischen Clusteranalyse zehn Verfügungsflächentypen identifiziert werden, welche durch Dienstleistungen folgegenutzt werden. Die Unterscheidung in die drei Bereiche wissens- und nicht-wissensintensive, konsumentenorientierte und technologiebasierte Dienstleistungen ermöglicht die Berücksichtigung jeweiliger Standortanforderungen und räumlicher Verteilungsmuster. Dabei konnten weitestgehende Übereinstimmungen mit den auf theoretischen Annahmen beruhenden Standortverteilungen festgestellt werden. Am Beispiel des Fallstudiengebiets Spreeraum Friedrichshain-Kreuzberg erfolgt eine tiefergehende Analyse zu den Einflussfaktoren auf die Standortwahl von wissensintensiven Dienstleistern auf Verfügungsflächen. Dabei können Standortfaktoren der Verfügungsfläche identifiziert werden, welche in direktem Zusammenhang mit der Standortwahl der Nachfrager stehen. Die Betrachtung der Mikro-Ebene und speziell der Verfügungsflächen wurde bisher in der empirischen Standortforschung vernachlässigt. Daher werden in einem abschließenden Schritt die gewonnen Erkenntnisse in einem Bewertungsansatz integriert, welcher die Folgenutzungseignung einer Verfügungsfläche am Beispiel von Dienstleistungen bestimmt. Dieser Ansatz dient der bedarfsgerechten Flächenentwicklung im Rahmen des Flächenmanagements. / This economic and urban geography doctoral thesis deals with the subject of the re-use of potential sites with services. Due to structural economic changes, an increasing number of innerurban potential sites develop within the city. Simultaneously a shift of emphasis within the urban economy takes place towards the service sector. The present thesis studies the re-use of innerurban potential sites with services, using the example of Berlin. // With regard to the demand for potential sites with services, ten types of potential sites could be identified using a statistical cluster analysis. As a result of the distinction in knowledge-, commercial and technology-based services, the respective location factors and spatial patterns could be considered. The data revieled a consistency between the patterns based on theory assumed and the actual spatial patterns. // Using the case study Spree-area Friedrichshain-Kreuzberg, an in-depth analysis is made to identify the influencing factors on the location of knowledge-based services on potential sites. Some of the characteristics of the potential sites are crucial for the location of knowledge-based services on potential sites. The consideration of the micro-level and specifically potential sites was disregarded for a long time in empirical location research. Finally the findings are integrated into an evaluation instrument, which indicates the suitability of a potential site for a re-use with services. This approach provides the basis for a development of potential sites, which is adjusted to the need of the demand.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Einflussfaktoren auf eine Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen in Peking. Neben den politischen, technischen und wirtschaftlichen Faktoren, liegt der Fokus auf einer Analyse von Nutzerdaten und einer räumlichen Auswertung der Wohn- und Parkplatzsituationen in Peking in Bezug auf die Errichtung einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge. Der Hauptteil der Arbeit analysiert die städtebauliche Struktur Pekings und kombiniert diese Erkenntnisse mit der Analyse von realen Fahrprofilen von Elektrofahrzeugen. Auf Grund der geringen Anzahl von Parkplätzen sowohl im öffentlichen Raum als auch in den geschlossenen Wohnsiedlungen (Compounds), gestaltet sich die Installation von Ladesäulen, an denen EVs mehrere Stunden laden müssen, als schwierig. Dies betrifft sowohl poly-zentrische als auch mono-zentrische Stadtbezirke im Zentrum. Die Analyse der Fahrprofile basiert auf einem zweiwöchigen Zeitraum mit 60 E-Fahrzeugen, die von Nutzern in Peking gefahren wurden. Ladevorgänge fanden circa 2-3 mal die Woche statt, fanden auf privat Grundstücken statt und dauerten meistens über 10 Stunden. Auf Grund der aufgenommenen GPS-Daten konnte der genaue Aufenthaltsort der Park- und Ladevorgänge untersucht werden. Dabei zeigte sich, dass Fahrzeugführer immer nachts an denselben Orten parkten und luden. Mit den gewonnen Daten konnte auch festgestellt werden, dass home-charging, also das Laden daheim, für die aller meisten Fahrten gänzlich ausreicht. Ergänzt werden kann es durch destination-charging, dem Laden am Zielort, oder on-the-go-charging, dem Laden auf dem Weg zum Zielort. Dabei sind die beiden letzteren Optionen in Peking im halb-öffentlichen Raum anzuordnen, weil reines, öffentliches Laden an Straßenrändern oder Parkplätzen auf Grund von mangelndem Platz nicht möglich sind. / The dissertation deals with the analysis of factors of influence on an implementation of a charging infrastructure for electric vehicles in Beijing. Next to the political, technical and economic factors, the focus is on an analysis of user data and on a spatial analysis of residential housing and parking situations in Beijing. All analyses were done in relation to the implementation of a charging infrastructure for electric vehicles. The main part of the work analyzes the urban structure of Beijing and combines its findings with the analysis of driving profiles of electric vehicles. Due to the small number of parking spaces in public spaces as well as in closed housing estates, the installation of charging stations, becomes a challenge. This concerns both poly-centric and mono-centric city districts in the center of the city. This applies especially to compounds from the 1960s to 1980s, because they were built without adequate parking lots in those days. These properties cannot accommodate the current number of vehicles by far, resulting in the fact that public and semi-public space for parking has to be used. An analysis of the driving profiles is based on a two-week period with 60 electric vehicles driven by real users in Beijing. The investigated vehicles could be charged with alternating current, which prolongs the charging time compared with direct current charging considerably. It was found that most of the parking events took place with relatively full batteries and the distances could be overcome by a single battery charge. Due to the recorded GPS data, the exact location of the parking and charging events could be examined. It was found that EV drivers always parked and charged at night at the same locations. Furthermore it was discovered that home-charging is sufficient for most tracks of the user. This charging type can be extended by destination-charging, or on-the-go-charging.

In der vorliegenden Arbeit wird analysiert, wie die Innovationsnetzwerke von Informationstechnologieunternehmen in Portugal räumlich strukturiert sind und welche Bedeutung räumliche Nähe für die InnovationsfŠhigkeit derselben hat. Als Ergebnis lassen sich zwei wesentliche Beobachtungen machen: Einerseits lässt sich eine deutliche Konzentration der portugiesischen IT-Branche auf die Metropolregion Lissabon (mehr als 80 %) und in großer räumlicher Nähe dazu auch zu den meisten Innovationspartnern feststellen. Es weist auf die gro§e Bedeutung von Urbanisationsvorteilen (urbanization economies) für die wissensintensive(n) Branche(n) hin und zeigt, dass im Fall kleiner und retardierter Volkswirtschaften nur eine oder wenige Regionen im internationalen Wettbewerb bestehen können. Andererseits wird klar sichtbar, dass räumliche Nähe kein hinreichender Faktor für die Innovationsfähigkeit von Unternehmen ist. Vielmehr wird deutlich, dass die IT-Unternehmen zwar untereinander und zu Ähnlich wissensintensiven Wirtschaftsbranchen gut vernetzt sind, aufgrund eines gesellschaftlich niedrigen ''generalisierten Vertrauens'' (generalized trust) aber nur unzureichend zu den traditionellen portugiesischen Industriebranchen (Textil, Bekleidung, Leder, Schuhe) Kontakt haben. Die Existenz von Vertrauen wird ursächlich durch kulturelle Einflussfaktoren wie Traditionen, weltanschaulich-religiöse Überzeugungen und gemeinsame geschichtliche Erfahrungen beeinflusst. Dies kann auch als kulturelle Einbettung (cultural embeddedness) der Wirtschaftsakteure bezeichnet werden und drückt damit aus, dass die Handelnden durch ihr Umfeld beeinflusst werden. Da ein signifikanter Zusammenhang zwischen Bildungsniveau und generalisiertem Vertrauen statistisch belegt werden kann, eröffnet sich für Portugal die Möglichkeit, durch verstärkte Bildungsanstrengungen das gesamtgesellschaftliche Vertrauen zu erhöhen und damit den für Innovationen wichtigen Wissens- und Informationsaustausch zu intensiveren. / The present thesis analyses how the innovation networks of IT-firms in Portugal are spatially structured and what role the spatial proximity plays for the innovative ability. The following two essential conclusions can be drawn: First, there is a considerable spatial concentration of the Portuguese IT-sector in the metropolitan area of Lisbon (more than 80%) and also a clear proximity to most innovation network partners. This emphasises the importance of agglomeration economies for the knowledge-based branches and shows also that in the case of small economies only one or two metropolitan regions can survive in the worldwide competition. Second, the innovative ability of firms does not depend exclusively on spatial proximity. In fact it is clear, that Portuguese IT-firms while being well networked to firms of the same sector or similar knowledge-based branches, are insufficiently networked with traditional Portuguese branches (leather, textile, shoes). The reason for this is the low generalised trust in Portuguese society.The existence of trust is rooted fundamentally in cultural factors like traditions, beliefs and common historical experiences. This can also be described as cultural embeddedness of the economic actors. Due to the significant connection between generalised trust and the level of education, Portugal is in a position to increase its generalised trust by strengthening its educational efforts. This would increase its potential for more knowledge networks in the economy and therefore more innovation.