Durch immer knapper werdende Ressourcen, steigendes ökologisches Bewusstsein der Konsumenten und nicht zuletzt gesetzlichen Vorgaben sind produzierende Unternehmen über den gesamten Lebenszyklus ihrer Produkte für diese verantwortlich. Dies gilt im Besonderen für Hersteller elektronischer Produkte. Stetige Innovationen und kurze Nutzungszyklen führen dazu, dass noch funktionierende Geräte ungenutzt in den Haushalten lagern oder im Restmüll entsorgt werden. Mit der WEEE-Richtlinie verpflichtete die EU 2003 die Hersteller elektronischer Produkte dazu, nachhaltiger zu produzieren, Ressourcen effizienter zu nutzen, die Schadstoffbelastung und allgemein das durch die elektrischen Geräte induzierte Müllaufkommen zu reduzieren. Mit der Aufgabe diese Ziele zu erreichen, stellen sich die Hersteller somit einer großen Herausforderung. Auf der einen Seite steigt der Druck des Wettbewerbs, die Konsumenten werden zunehmend kritischer und die Rohstoffkosten steigen. Auf der anderen Seite müssen sie eine adäquate Verwertung ihrer Altprodukte finden und deren Rückführung sicherstellen. Dabei sind sie maßgeblich abhängig von der Entscheidung der Konsumenten. Diese können das Produkt kostenfrei entsorgen, jedoch fehlt es ihnen häufig an entsprechenden Anreizen. Diese Dissertation klärt daher u.a. folgende Forschungsfragen: Welche Möglichkeiten gibt es, die Vorgaben des Gesetzgebers (WEEE) profitabel umzusetzen und wie kann der Konsument in die Planung einer Closed Loop Supply Chain (CLSC) einbezogen werden. Zudem diskutiert sie die Optionen die Handlungen der Konsumenten aktiv zu beeinflussen. Mit Hilfe der spieltheoretischen Modellierung wird ein komplexes dynamisches Modell entwickelt, welches sowohl für den Hersteller als auch für die Endkunden elektronischer Produkte die bestmögliche Lösung vorschlägt. Mit dem entwickelten Modell ist es den Herstellern möglich, ein optimales Produktionsprogramm für mehrere Perioden unter Beachtung einer optimalen Rücknahmestrategie aufzustellen.

Globale Krisen, Rohstoffengpässe oder Preisschwankungen stellen die globalisierten Lieferkettensysteme der westlichen Produzenten vor große Herausforderungen. Das Konzept der Kreislaufwirtschaft ist eine Möglichkeit, sich angesichts dieser Herausforderungen robuster zu positionieren, um weniger abhängig von äußeren Einflüssen zu sein. Die größte Hürde bei dem Aufbau von Netzwerken für Kreislaufwirtschaftsprozesse ist die Identifikation von potentiellen Partnern auf Basis von Stoffstrommodellen. Ein erfolgreiches Mapping ist von vielen Faktoren abhängig. Aktuell existiert kein Ansatz, um die Stoffströme so zu modellieren, dass die Darstellung und Berechnung für eine Partnersuche in der Kreislaufwirtschaft geeignet ist. Um der Komplexität, sowohl der Stoffstrommodellierung, als auch der Partnersuche gerecht zu werden, wird hier ein MBSE-Ansatz gewählt - ein überlegener Modellierungsansatz im Detaillierungsgrad und der Adaptionsfähigkeit. Das Modell verknüpft die 3 Hauptelemente der Wertstromanalyse (Produktionsprozess, Materialfluss und Geschäftsprozess) und ermöglicht dadurch neuartige Kennzahlen zu ermitteln. Diese Kennzahlen und die detaillierte Modellierung schaffen eine verbesserte Informationslage, auf Basis derer die Effektivität der Partnersuche in der Kreislaufwirtschaft signifikant gesteigert wird. Nach einer theoretischen Herleitung der Modellierungslogik und der Erweiterung des bestehenden Ansatzes der nachhaltigen Wertstromanalyse (engl. Sustainable Value Stream Mapping – Sus-VSM) wird anhand eines Beispiels das MBSE-Modell implementiert und validiert. Dieser MBSE-Ansatz besitzt das Potential, die Beschreibung industrieller Produktions- und Herstellungsprozesse erheblich zu verfeinern und dadurch Analysen und Berechnungen zu optimieren, was zu einer besseren Vernetzung der Industrie führt. Die dadurch identifizierten industriellen Symbiosen fördern die Kreislaufwirtschaft maßgeblich und helfen Ressourcen nachhaltiger zu nutzen.

Kreislaufwirtschaft ist ein Konzept, um den Rohstoff- und Ressourcenverbrauch wirksam zu reduzieren. Hierbei sollen bestehende Produkte und Ressourcen so lange wie möglich in wertschöpfenden Kreisläufen gehalten werden. Im Rahmen der Repurpose (Wiederverwendung) Strategie werden Bauteile und Ressourcen von ausrangierten Produkten in neue Produkte mit anderer Funktion wiederverwendet. Hierzu müssen Rohlinge für neue Produkte in Sekundärrohstoffen angeordnet und herausgetrennt werden. Bedingt durch den nicht standardisierten Zustand von Sekundärrohstoffen, wird ein intelligentes Nesting Verfahren eingesetzt, die Ressourceneffizienz zu verbessern. Der Einsatz von intelligentem Nesting im Rahmen der Kreislaufwirtschaft zeigt, dass der Einsatz von Sekundärrohstoffen gesteigert und die benötigte Energie für die nachfolgenden Fertigungsverfahren eingespart werden kann.

The quest for sustainable industrial development demands the transition from the current linear to the circular economy. An inter-firm approach to drive this transition to a circular economy at a local or regional scale is industrial symbiosis, which refers to the exchange or sharing of underutilized resources between industrial plants to reap economic and environmental benefits. There is a widespread consensus in the scientific community on the merits and (anticipated) benefits of information systems and information technology (IT) to support and accelerate the emergence of industrial symbiosis by aiding all involved parties. Though the conceptualization and development of IT, in particular IT platforms, to support industrial symbiosis has gained momentum in recent years to facilitate industrial symbiosis, current research provides little insight and scarce guidance for the design, diffusion and continued operation of IT-supported industrial symbiosis. Especially, experiences and viewpoints of (potential) users and providers of such tools are hardly captured. On the one hand, this thesis elaborates on the status quo of research as well as practice of IT-supported industrial symbiosis and on the other it examines the potential contribution of IT platforms to facilitate industrial symbiosis and its IT support, by applying perspectives of knowledge management and platform as well as ecosystem theory to the field. Based on the gathered insights and a design science research process, this thesis proposes the Digital Industrial Symbiosis Ecosystem concept as proposal to overcome current issues and facilitate industrial symbiosis and the respective platforms.

Durch immer knapper werdende Ressourcen, steigendes ökologisches Bewusstsein der Konsumenten und nicht zuletzt gesetzlichen Vorgaben sind produzierende Unternehmen über den gesamten Lebenszyklus ihrer Produkte für diese verantwortlich. Dies gilt im Besonderen für Hersteller elektronischer Produkte. Stetige Innovationen und kurze Nutzungszyklen führen dazu, dass noch funktionierende Geräte ungenutzt in den Haushalten lagern oder im Restmüll entsorgt werden. Mit der WEEE-Richtlinie verpflichtete die EU 2003 die Hersteller elektronischer Produkte dazu, nachhaltiger zu produzieren, Ressourcen effizienter zu nutzen, die Schadstoffbelastung und allgemein das durch die elektrischen Geräte induzierte Müllaufkommen zu reduzieren. Mit der Aufgabe diese Ziele zu erreichen, stellen sich die Hersteller somit einer großen Herausforderung. Auf der einen Seite steigt der Druck des Wettbewerbs, die Konsumenten werden zunehmend kritischer und die Rohstoffkosten steigen. Auf der anderen Seite müssen sie eine adäquate Verwertung ihrer Altprodukte finden und deren Rückführung sicherstellen. Dabei sind sie maßgeblich abhängig von der Entscheidung der Konsumenten. Diese können das Produkt kostenfrei entsorgen, jedoch fehlt es ihnen häufig an entsprechenden Anreizen. Diese Dissertation klärt daher u.a. folgende Forschungsfragen: Welche Möglichkeiten gibt es, die Vorgaben des Gesetzgebers (WEEE) profitabel umzusetzen und wie kann der Konsument in die Planung einer Closed Loop Supply Chain (CLSC) einbezogen werden. Zudem diskutiert sie die Optionen die Handlungen der Konsumenten aktiv zu beeinflussen. Mit Hilfe der spieltheoretischen Modellierung wird ein komplexes dynamisches Modell entwickelt, welches sowohl für den Hersteller als auch für die Endkunden elektronischer Produkte die bestmögliche Lösung vorschlägt. Mit dem entwickelten Modell ist es den Herstellern möglich, ein optimales Produktionsprogramm für mehrere Perioden unter Beachtung einer optimalen Rücknahmestrategie aufzustellen.

This dissertation examines the state of development of the environmental cost accounting method material flow cost accounting (MFCA). To counter the ever more serious environmental problems such as resource depletion and climate change, environmental management research is searching for solutions on how companies can use the Earth's resources more efficiently. Unlike financial data, resource efficiency data is rarely used for corporate management. Managers have limited attention and specific goals, which is why MFCA links financial data with resource consumption data, making quantities of waste and emissions more visible and controllable. Regardless of its 30-year history, from a theoretical point of view there is no clear picture regarding the accounting method MFCA. While there are some MFCA case studies that demonstrate that MFCA works for its intended purposes, such as detecting inefficiencies, the rather limited number of individual case studies is not sufficient for a general assessment of the method. In addition, practitioners lack a systematic classification of MFCA into categories of conventional accounting methods in order to evaluate the applicability of MFCA in existing accounting systems. Moreover, in spite of a clear exemplification of the accounting method in DIN EN ISO Standard 14051, there is a lack of knowledge about the reasons behind the low diffusion of MFCA in business practice. With this in mind, the dissertation applies the elements of the constructive approach, an approach to solving practical problems, to investigate to what extent MFCA is suitable for addressing the problem, namely the inefficient use of materials in companies, by considering the theoretical connections and contributions as well as the practical relevance and functionality of the MFCA method. To this end, this dissertation examines the relation of MFCA with traditional methods and principles of cost accounting by means of a survey and a literature review. Furthermore, the contribution of MFCA to improving environmental sustainability is explored. Moreover, this dissertation analyzes the practical relevance of MFCA through a meta-synthesis of MFCA case studies. In addition, to better understand the practical functioning of MFCA, the dissertation uses a survey to investigate how MFCA is embedded in the control systems of environmental management which aim to improve and widen the circular economy. The contribution of this dissertation to knowledge about MFCA in theory and practice is diverse. The theoretical classification of MFCA in traditional cost accounting relativizes earlier points of criticism of MFCA and improves the theoretical basis of MFCA. In addition, the meta-synthesis of the case studies enables generalized statements about the ecological and economic effects of MFCA for the first time. Furthermore, the examination of the relationship between MFCA and environmental management control systems in the company reveals the importance of personnel controls in the application of MFCA. In addition, MFCA has been shown to contribute to the Sustainable Development Goals. Based on these findings, researchers and practitioners should be able to better understand the MFCA method and thereby improve the use and diffusion of innovative management instruments such as MFCA. As a result, researchers can contribute to economic and ecological improvements of products and production processes and thus to more sustainable consumption and production, as required in Sustainable Development Goal No. 12.:Summary I Table of Contents III List of Figures IV List of Tables V Abbreviations VI 1 Introduction 1 2 Research articles of the cumulative dissertation 3 2.1 Overview of the research articles 3 2.2 Material flow cost accounting in the light of the conventional cost accounting understanding: attempt at rapprochement (Materialflusskostenrechnung im Lichte eines klassischen Kostenrechnungsverständnisses: Versuch einer Annäherung) (Article 1) 12 2.3 What effects does material flow cost accounting have for companies? Evidence from a case studies analysis (Article 2) 14 2.4 Enhancing the circular economy: Incorporating material flow thinking into business through environmental management control systems (Article 3) 17 2.5 Human needs and Sustainable Development Goals in science and in management accounting (Article 4) 21 3 References 24 Appendix A: Article 1 Appendix B: Article 2 Appendix C: Article 3 Appendix D: Article 4 / Die vorliegende Dissertation untersucht den Entwicklungsstand der Umweltkostenrechnungsmethode Materialflusskostenrechnung (MFKR). Um den immer größer werdenden Umweltproblemen wie Ressourcenverknappung und Klimawandel zu begegnen, sucht die Umweltmanagementforschung nach Lösungen, wie Unternehmen die Ressourcen der Erde effizienter nutzen können. Im Gegensatz zu Finanzdaten werden Daten zur Ressourceneffizienz nur selten für die Unternehmensführung genutzt. Manager haben nur begrenzte Aufmerksamkeit und spezifische Ziele. Deshalb verknüpft MFKR Finanzdaten mit Daten zum Ressourcenverbrauch und macht so Abfallmengen und Emissionen sichtbarer und kontrollierbarer. Ungeachtet ihrer 30-jährigen Geschichte gibt es aus theoretischer Sicht kein klares Bild über die Rechnungslegungsmethode MFKR. Zwar gibt es einige MFKR-Fallstudien, die zeigen, dass MFKR für die beabsichtigten Zwecke funktioniert, z. B. zum Aufspüren von Ineffizienzen, doch reicht die recht begrenzte Zahl von Einzelfallstudien nicht für eine allgemeine Bewertung der Methode aus. Darüber hinaus fehlt den Praktikern eine systematische Einordnung der MFKR in die Kategorien der herkömmlichen Rechnungslegungsmethoden, um die Anwendbarkeit der MFKR in bestehenden Rechnungslegungssystemen zu bewerten. Darüber hinaus fehlt es trotz einer eindeutigen Veranschaulichung der Rechnungslegungsmethode in der DIN EN ISO-Norm 14051 an Wissen über die Gründe für die geringe Verbreitung der MFKR in der betrieblichen Praxis. Vor diesem Hintergrund untersucht die Dissertation mit den Elementen des konstruktiven Ansatzes, einem Ansatz zur Lösung praktischer Probleme, inwieweit die MFKR geeignet ist, das Problem des ineffizienten Materialeinsatzes in Unternehmen zu adressieren, indem sie die theoretischen Zusammenhänge und Beiträge sowie die praktische Relevanz und Funktionalität der MFKR-Methode berücksichtigt. Zu diesem Zweck wird in dieser Dissertation das Verhältnis der MFKR zu den traditionellen Methoden und Prinzipien der Kostenrechnung mittels einer Umfrage und einer Literaturübersicht untersucht. Außerdem wird der Beitrag der MFKR zur Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit untersucht. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit die praktische Relevanz von MFKR durch eine Metasynthese von MFKR-Fallstudien analysiert. Um die praktische Funktionsweise der MFKR besser zu verstehen, wird in der Dissertation außerdem anhand einer Umfrage untersucht, wie die MFKR in die Kontrollsysteme des Umweltmanagements eingebettet ist, die auf die Verbesserung und Ausweitung der Kreislaufwirtschaft abzielen. Der Beitrag dieser Dissertation zum Wissen über MFKR in Theorie und Praxis ist vielfältig. Die theoretische Einordnung der MFKR in die traditionelle Kostenrechnung relativiert frühere Kritikpunkte an der MFKR und verbessert die theoretischen Grundlagen der MFKR. Darüber hinaus ermöglicht die Meta-Synthese der Fallstudien erstmals generalisierte Aussagen über die ökologischen und ökonomischen Auswirkungen von MFKR. Die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen MFKR und Umweltmanagement-Kontrollsystemen im Unternehmen zeigt zudem die Bedeutung von Personalkontrollen bei der Anwendung von MFKR. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass MFKR einen Beitrag zu den Zielen der nachhaltigen Entwicklung leisten. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse sollten Forscher und Praktiker in der Lage sein, die MFKR-Methode besser zu verstehen und dadurch die Anwendung und Verbreitung innovativer Managementinstrumente wie MFKR zu verbessern. Auf diese Weise können Forscher zu ökonomischen und ökologischen Verbesserungen von Produkten und Produktionsprozessen und damit zu nachhaltigerem Konsum und nachhaltigerer Produktion beitragen, wie dies im Ziel Nr. 12 für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals) gefordert wird.:Summary I Table of Contents III List of Figures IV List of Tables V Abbreviations VI 1 Introduction 1 2 Research articles of the cumulative dissertation 3 2.1 Overview of the research articles 3 2.2 Material flow cost accounting in the light of the conventional cost accounting understanding: attempt at rapprochement (Materialflusskostenrechnung im Lichte eines klassischen Kostenrechnungsverständnisses: Versuch einer Annäherung) (Article 1) 12 2.3 What effects does material flow cost accounting have for companies? Evidence from a case studies analysis (Article 2) 14 2.4 Enhancing the circular economy: Incorporating material flow thinking into business through environmental management control systems (Article 3) 17 2.5 Human needs and Sustainable Development Goals in science and in management accounting (Article 4) 21 3 References 24 Appendix A: Article 1 Appendix B: Article 2 Appendix C: Article 3 Appendix D: Article 4

aus dem Inhalt: „Designer:innen stehen heute vor der komplexen Aufgabe ihre Designdienstleistungen transparent und nachvollziehbar Richtung Kreislaufwirtschaft auszurichten. Ein neu entwickeltes Toolkit für Circular Design hilft alle Dimensionen der Produktgestaltung zu berücksichtigen und einen Dialog auf Augenhöhe mit den Hersteller:innen zu führen....”

In this article, we argue that the software “Fab City OS” fosters circular design. Our methodology is that we first define circular design from literature and then explain how “Fab City OS” fosters it. We argue from the context of the widespread availability of computer-aided design (CAD) tools and fabrication machines (CNC, 3D printer…). We see this in combination with increasing ease of access to places of production (Fab-, Textile-, Bio-, … Labs). If combined via Fab City OS, the two can leverage the potential of design for a circular economy. As the name says, Fab City OS is meant to be the operating system for “Fab Cities” (Díez, 2018). Fab City OS builds upon the work of Dr.-Ing. Tobias Redlich .

“We are symbionts on a symbiotic planet, and if we care to, we can find symbiosis everywhere.” — Lynn Margulis, 1999

Circular Economy (CE) aims at improving the resource efficiency of our society and decoupling economic growth from resource use. However, entropy and residues are still generated in CE, and resources such as energy, raw materials and water are used throughout the CE processes. The methodology developed in this thesis aims at evaluating and communicating the resource efficiency and environmental impacts of CE systems. Firstly, a digital twin of the system is created using process simulation to obtain detailed mass and energy balances. Then, a set of indicators is obtained for the evaluation of the material recoveries, residues and emissions generated, resource use and environmental impacts (LCA). Exergy indicators such as exergy dissipation and cost are also obtained from the simulation using a dedicated tool developed and implemented within this thesis. This methodology has been applied in three case studies within metallurgy and CE to evaluate, optimize and communicate their resource efficiency and environmental impacts. These case studies are the evaluation of the copper value chain, the comparison between different zinc production routes and the industrial symbiosis between the copper, zinc and cement value chains.