Hanfkalk ist ein ökologischer Baustoff, der aus den Ausgangsmaterialien Hanfschäben, einem mineralischen Bindemittel – meist auf Kalkbasis – und Wasser hergestellt wird. Der Baustoff Hanfkalk hat durch seine negative CO2-Bilanz gepaart mit der leichten Verarbeitbarkeit und hervorragenden Dämmwirkung ein enormes Potenzial im Bausektor, einem der Hauptverbraucher von Ressourcen und Energie, ein ökologisches Umdenken herbeizuführen. Die hier für die Versuche herangezogenen Hanfkalkmischungen unterscheiden sich in der Verwendung verschiedener Bindemittel, um die Abhängigkeit von speziell für Hanfkalk hergestellten und bislang überwiegend verwendeten Bindemitteln zu schmälern, da diese lange Transportwege aufweisen. In einer vorhergehenden Arbeit wurden Probekörper mit jeweils 50 M-% Weißkalkhydrat und einem abweichenden Bindemittelanteil auf ihre mechanische Frühfestigkeit untersucht. Von den fünf dort betrachteten Mischungen wurden hier die drei mit ausreichender Festigkeitsentwicklung bei tolerierbaren Verformungen herangezogen. Die sich unterscheidenden Anteile bilden PROMPT, ein Naturschnellzement, CEM I, ein Portlandzement, und NHL 5, ein natürlich hydraulischer Kalk. Jeweils zwei Probekörper jeder Mischung werden dann bis zur Massekonstanz über fünf gesättigten Salzlösungen und einmal reinem Wasser in einem abgeschlossenen Exsikkator gelagert, um aus den gewonnen Ergebnissen Adsorptionsisotherme zu ermitteln. Die Resultate zeigen, dass das Feuchtigkeitsaufnahmeverhalten für alle drei Mischungen sehr ähnlich ist. Daraus lässt sich schließen, dass die Wahl des Bindemittels nur einen begrenzten Einfluss auf die Adsorptionseigenschaften des fertigen Baustoffs hat, vielmehr sind die Hanfschäben mit ihrem ausgeprägten Porensystem ausschlaggebend. Allerdings weisen die Isotherme der beiden Probekörper mit 50 M-% NHL 5 in Teilen große Unterschiede auf, sodass die Verlässlichkeit der Ergebnisse in diesem Fall etwas fragwürdig ist. Hier zeigt sich das Potential für anschließende tiefgreifende Untersuchungen.:Kurzfassung 2 Abstract 2 Abbildungsverzeichnis 5 Tabellenverzeichnis 6 Diagrammverzeichnis 6 Abkürzungsverzeichnis 6 Formelzeichen 7 1 Einleitung 8 2 Hanfkalk: Eine Verbindung von Hanfschäben und Kalk 10 2.1 Hanfschäben 10 2.1.1 Hanf als Nutzpflanze 11 2.1.2 Eigenschaften des Hanfes 13 2.1.2.1 Aufbau des Stammes 13 2.1.2.2 Für die Herstellung von Hanfkalk zentrale Eigenschaften der Schäben 15 2.2 Kalk als Bindemittel 16 2.2.1 Weißkalkhydrat 19 2.2.2 Natürlich Hydraulischer Kalk 20 2.3 Portlandzement 21 2.4 Romanzement 23 2.3 Hanfkalk als Dämmstoff 25 2.3.1 Verarbeitung unter besonderer Berücksichtigung des Wasserbedarfs 25 2.3.2 Aufbau und Funktionsweise 27 2.3.3 Eigenschaften 28 2.3.3.1 Thermische Eigenschaften und hygrothermisches Verhalten 28 2.3.3.2 Mechanische Eigenschaften 30 2.3.3.3 Akustische Eigenschaften 32 2.3.3.4 Brandverhalten 34 2.3.4 Ökologische Aspekte 34 2.3.4.1 CO2-Bilanz 35 2.3.4.2 Weitere Einflüsse auf die Umwelt 35 2.4 Feuchte 36 2.4.1 Feuchtetransportarten 36 2.4.2 Luftfeuchtigkeit 38 2.4.3 Hygroskopische Salze 39 2.4.4 Einfluss der Porosität auf das Feuchteaufnahmeverhalten 39 2.4.5 Ausgleichsfeuchte 41 2.4.6 Sorption 41 2.4.7 Arten von Sorptionsisothermen 42 2.4.8 Ableitbare Eigenschaften und Berechnungsverfahren 44 3 Eigene Untersuchungen 47 3.1 Versuchsaufbau 47 3.2 Verwendete Materialien 48 3.3 Rezepturen 49 3.4 Probekörperherstellung 52 4 Ergebnisse 53 4.1 Feuchtigkeitsaufnahme 54 4.1.1 NHL 5 54 4.1.2 CEM I 55 4.1.3 PROMPT 56 4.2 Einordnung der Isotherme in die Standardtypen 56 4.3 Auswertung der feuchtespezifischen Materialkennwerte 57 4.3.1 Wasseraufnahme 57 4.3.2 Spezifische Oberfläche 58 4.3.3 Porengefüge 59 4.4 Erklärung der Ergebnisse 60 4.4.1 Maximale Flüssigkeitsaufnahme 60 4.4.2 Poren 60 4.5 Diskussion der Ergebnisse 61 4.7 Weiterführende Forschung 63 5 Zusammenfassung und Ausblick 64 Literatur 66 Anhang 68 Selbstständigkeitserklärung 72 / This Bachelor thesis deals with the humidity adsorption of various hemp-lime (hempcrete) compositions. Hemp-lime is an ecological building material that consists of hemp shiv, a mineral binder – mostly lime-based – and water. Hemp-lime exhibits an negative CO2-balance which gives it together with its simple processing and excellent insulating effect an enormous potential to lighten the environmental effects of the building sector as one of the main consumers of resources and energy. The hemp-lime mixes for the experiments in this thesis consist of different binders, so there can be an independence of binders made especially for hemp-lime and come by a long transport route. In a previous thesis mixes with each 50 wt% white hydrated lime and a differing fraction of binder were tested for their early mechanical strength development. Of the five formulations tested three had a sufficient strength development combined with tolerable deformations. The differing fractions of the three mixes are PROMPT, a natural quick cement, CEM I, a Portland cement, and NHL 5, a naturally hydraulic lime. Two samples of each formulation were placed above five saturated salt solutions and one time pure water in closed desiccators until they reached a constant weight. From the gathered information, adsorption isotherms were created. The result showed that the humidity adsorption of all three mixes are very similar. This indicates that the choice of binder has a limited influence in adsorption properties of hemp-lime, but mainly the hemp shiv with its distinct pore system. However, in the case of the NHL 5 formulation the two isotherms differ greatly in parts so that the reliability of the results in this case are questionable. Here, the potential subsequent, more profound experiments.:Kurzfassung 2 Abstract 2 Abbildungsverzeichnis 5 Tabellenverzeichnis 6 Diagrammverzeichnis 6 Abkürzungsverzeichnis 6 Formelzeichen 7 1 Einleitung 8 2 Hanfkalk: Eine Verbindung von Hanfschäben und Kalk 10 2.1 Hanfschäben 10 2.1.1 Hanf als Nutzpflanze 11 2.1.2 Eigenschaften des Hanfes 13 2.1.2.1 Aufbau des Stammes 13 2.1.2.2 Für die Herstellung von Hanfkalk zentrale Eigenschaften der Schäben 15 2.2 Kalk als Bindemittel 16 2.2.1 Weißkalkhydrat 19 2.2.2 Natürlich Hydraulischer Kalk 20 2.3 Portlandzement 21 2.4 Romanzement 23 2.3 Hanfkalk als Dämmstoff 25 2.3.1 Verarbeitung unter besonderer Berücksichtigung des Wasserbedarfs 25 2.3.2 Aufbau und Funktionsweise 27 2.3.3 Eigenschaften 28 2.3.3.1 Thermische Eigenschaften und hygrothermisches Verhalten 28 2.3.3.2 Mechanische Eigenschaften 30 2.3.3.3 Akustische Eigenschaften 32 2.3.3.4 Brandverhalten 34 2.3.4 Ökologische Aspekte 34 2.3.4.1 CO2-Bilanz 35 2.3.4.2 Weitere Einflüsse auf die Umwelt 35 2.4 Feuchte 36 2.4.1 Feuchtetransportarten 36 2.4.2 Luftfeuchtigkeit 38 2.4.3 Hygroskopische Salze 39 2.4.4 Einfluss der Porosität auf das Feuchteaufnahmeverhalten 39 2.4.5 Ausgleichsfeuchte 41 2.4.6 Sorption 41 2.4.7 Arten von Sorptionsisothermen 42 2.4.8 Ableitbare Eigenschaften und Berechnungsverfahren 44 3 Eigene Untersuchungen 47 3.1 Versuchsaufbau 47 3.2 Verwendete Materialien 48 3.3 Rezepturen 49 3.4 Probekörperherstellung 52 4 Ergebnisse 53 4.1 Feuchtigkeitsaufnahme 54 4.1.1 NHL 5 54 4.1.2 CEM I 55 4.1.3 PROMPT 56 4.2 Einordnung der Isotherme in die Standardtypen 56 4.3 Auswertung der feuchtespezifischen Materialkennwerte 57 4.3.1 Wasseraufnahme 57 4.3.2 Spezifische Oberfläche 58 4.3.3 Porengefüge 59 4.4 Erklärung der Ergebnisse 60 4.4.1 Maximale Flüssigkeitsaufnahme 60 4.4.2 Poren 60 4.5 Diskussion der Ergebnisse 61 4.7 Weiterführende Forschung 63 5 Zusammenfassung und Ausblick 64 Literatur 66 Anhang 68 Selbstständigkeitserklärung 72

Das Bauwesen hat sich seit dem Bau der ersten antiken Großbauwerke in seiner Arbeitsteilung und Produktivität nur wenig entwickelt. Im Vergleich zu anderen Industriebereichen wie der Automobilbranche mit 760 % oder der Landwirtschaft mit 1.512 % Produktivitätssteigerung verzeichnet das Bauwesen lediglich 6 % in den vergangenen 80 Jahren. Eine hocheffiziente Bauproduktion ist jedoch essenziell, um klimagerecht, ressourcenschonend und wirtschaftlich zu bauen. Dafür sind neue, ressourceneffiziente Bauweisen und schlanke Produktionsverfahren notwendig, die sich an den Anforderungen der Gegenwart orientieren und ohne belastende Vorurteile ihr Potenzial entfalten können. Ein vielversprechender Ansatz liegt in der Adaption erfolgreicher Konzepte aus anderen Industrien, wie der Übertragung von Lean Management auf Lean Construction. Dies ist auch für die Etablierung neuer Technologien wie Carbonbeton von zentraler Bedeutung. Carbonbeton bietet als Material der Zukunft die Möglichkeit, Bauweisen effizienter, nachhaltiger und wirtschaftlicher zu gestalten. Diese Arbeit widmet sich der wirtschaftlichen Wertschöpfungskette von Carbonbeton und betrachtet sowohl die technische als auch die wirtschaftliche Perspektive. Nach einer Einführung zur Carbonbetonbauweise wird eine wirtschaftswissenschaftliche Sichtweise eingenommen. Mittels Instrumenten der Wettbewerbsanalyse und Marktforschung, insbesondere der multivariaten Verbundmessung, werden Strukturen im Bauwesen analysiert. Dabei liegt der Fokus auf der Anwenderseite: Anforderungen und der daraus hervorgehende Nutzen bestimmter Eigenschaften werden qualitativ erhoben. Experteninterviews dienen als Grundlage für die Erstellung eines Fragebogens zur Ermittlung der Zahlungsbereitschaft. Die erhobenen Daten werden genutzt, um Nutzenwerte für spezifische Anwendungen wie Wandkonstruktionen zu ermitteln. Diese Werte werden in ein digitales Werkzeug überführt, das eine Anpassung weiterer Baukonstruktionen an Anwenderanforderungen ermöglicht. Für eine ausgewählte Wandkonstruktion wurden auf Basis der Nutzenwerte die Zielkosten entlang der Wertschöpfungskette bestimmt. Die Verknüpfung der einzelnen Herstellschritte mit den geforderten Eigenschaften ermöglichte eine Optimierung der Wertschöpfungskette. Im Ergebnis konnte eine konkurrenzfähige Wertschöpfungskette für Carbonbeton nachgewiesen und ein Kostenvergleich mit der Stahlbetonvariante durchgeführt werden. Abschließend wird eine Prognose für das Marktpotenzial im Bereich der automatisierten Halbfertigteilproduktion von Carbonbetonbauteilen vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass Carbonbeton eine zukunftsfähige Alternative darstellt, die sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet.:Inhaltsverzeichnis Vorwort und Danksagung 3 Kurzfassung 6 Abstract 7 Inhaltsverzeichnis 9 1. Einleitung 11 1.1 Themenstellung 13 1.2 Forschungsfragen 13 1.3 Forschungsdesign 14 2. Grundlagen 17 2.1 Stand der Carbonbeton-Forschung 17 2.2 Einordnung der Wirtschaftlichkeit 19 3. Wirtschaftliche Wertschöpfungskette 24 3.1 Wertschöpfungskette und deren Abgrenzung 24 3.2 Wertschöpfungsanalyse 27 3.2.1 Vergleich der Zielanwendungen 29 3.2.1.1 Herausfiltern einer Zielanwendung für Carbonbeton 31 3.2.1.2 Vergleich von marktführenden Konkurrenzanwendungen 34 3.2.2 Funktions- und Anforderungsanalyse 52 3.2.2.1 Ermittlung der Eigenschaften und Merkmale 55 3.2.2.1.1 Ableiten der Eigenschaften aus der Anforderungsanalyse 55 3.2.2.1.2 Ableiten der Merkmale aus den relevanten Eigenschaften 57 3.2.2.1.3 Verknüpfung der Merkmale mit den Prozessschritten 58 3.3 Zahlungsbereitschaft 60 3.3.1 Methode: Conjoint-Analyse – Verbundmessung 62 3.3.1.1 Befragung von Fachexperten (qualitativ) 69 3.3.1.2 Auswertung der Interviews 71 3.3.2 Befragung Online (quantitativ) 72 3.3.2.1 Entwicklung des Fragebogens (quantitativ) 73 3.3.2.1.1 Durchführung der Befragung der einzelnen Zielgruppen 76 3.3.2.1.2 Bedeutung, Wichtigkeit und Zahlungsbereitschaft 80 3.3.2.1.3 Auswertung der Ergebnisse 81 3.3.2.1.4 Auswertung der Conjoint-Fragen 106 3.3.3 Nutzenorientierte Bewertung von Bauteilen 111 4. Zielkostenermittlung 113 4.1 Methode: Target Costing 113 4.1.1 Ermittlung der Zielkosten 114 4.1.1.1 Analyse der Kostentreiber 119 4.1.1.2 Prozesszeiten und Kostentreiber im Werksumfeld 125 4.1.2 Optimierung der Prozess- und Wertschöpfungskette 127 4.1.3 Kalkulatorisches Vergleichsverfahren 128 4.1.4 Kopplung von Eigenschaften und WSK-Schritten 143 4.1.5 Matrix der Zahlungsbereitschaft und Zielkosten 145 4.1.6 Die marktfähige Wertschöpfungskette für die Carbonbetonwand 149 4.2 Möglichkeit Carbonbetonwerk (C-Factory) 150 4.2.1 Wesentliche Schlüsselschritte im Werk 151 4.2.1.1 Ermittlung des Marktpotenzials (Massenmarktanwendungen) 152 5. Zusammenfassung und Ausblick 157 5.1 Zusammenfassung 157 5.2 Ausblick 163 Beantwortung der Forschungsfragen 164 Literaturverzeichnis 166 Anhang 177 A.1 Auszug Liste der realisierten Vorhaben in Textil- und Carbonbeton 177 A.2 Interviewleitfaden Anwendungsgebiete 179 A.3 Datenbanken Amadeus 181 A.4 Interviewleitfaden 182 A.5 Aufbau und Konzeption des Fragebogens 189 A.6 Erläuterung der Anwendungsbeispiele der Conjoint-Befragung 195 A.7 Annahmen und Berechnung der Carbonbewehrungsherstellung 196 A.8 Erläuterung zu Angebotskalkulation Wandvergleich 198 A.9 Zielkostenerreichung und Vergleiche 204

Undichte Abwassersysteme sind in unserer urbanisierten Welt allgegenwärtig, und aufgrund ihrer versteckten Infrastruktur und der schwierigen Überwachung bleiben ihre Leckagen oft in der Anfangsphase unbemerkt. Trotz der umfangreichen technologischen Entwicklung bei den Kanalinspektionsmethoden und den dazugehörigen Techniken ist die Überwachung von Abwasserkanälen auf städtischer Ebene nach wie vor kostspielig und schwierig. Daher werden ein Empfehlungsverfahren und eine Methodenklassifizierung benötigt, um einen nachhaltigen und kosteneffizienten Kanalinspektionsplan auf Stadtebene zu erstellen. In diesem Zusammenhang kann diese Studie im Wesentlichen in drei Teile gegliedert werden. Zunächst wurde eine umfassende Literaturstudie zu den verfügbaren Kanalinspektionsmethoden durchgeführt, um ein umfassenderes Verständnis für deren Wirkungsbereich und technischen Grad zu erhalten. Darüber hinaus wurden diese Inspektionsmethoden auf der Grundlage ihres Wirkungsbereichs in drei Stufen eingeteilt, wobei Stufe 1 die Methoden mit dem größten Wirkungsbereich umfasst, wie z. B. die Verschlechterungsmodellierung, die ein umfassendes und dennoch zuverlässiges Verständnis der Integrität des Abwassersystems ermöglicht. Stufe 2 bietet intermediäre Inspektionsmethoden wie Wärmebildaufnahmen aus der Luft und geoelektrische Inspektionstechniken, die eine zerstörungsfreie Inspektion, der von Stufe 1 vorgeschlagenen Bereiche ermöglichen. Bei den Methoden der Stufe 3 handelt es sich in erster Linie um Inspektionstechniken in der Rohrleitung, die häufig eine Rohrentwässerung erfordern und im Gegenzug für eine hohe Erkennungsgenauigkeit kostspielig zu implementieren sind. Zweitens wurde als Beitrag zu den Tier-1-Methoden das Vulnerability Hotspot Mapping entwickelt, ein GIS-gestütztes Modell, das die am häufigsten von den Entleerungsmodellen verwendeten Faktoren berücksichtigt und Bereiche des Abwassersystems anbietet, die besonders anfällig für Leckagen sind. Die Validierungs- und Sensitivitätsanalysen ergaben, dass die Fließgeschwindigkeit, das Rohralter und die Oberflächenvegetation die sinnvollsten Faktoren für das Modell sind. Darüber hinaus ergab das lineare Modell einen Wirkungsgrad von 76 % und einen mittleren quadratischen Fehler von 0,918, während es durch den Random-Forest-Algorithmus mit 400 Bäumen verbessert wurde, was auf das Potenzial der Schwachstellen-Kartierung als frühzeitige Methode zur Kanalinspektion auf Stadtebene hinweist. Drittens wurden die Tier-2-Methoden aktualisiert, indem das Potenzial der elektrischen Widerstandstomographie und der Mise-la-masse-Techniken als geoelektrische und zerstörungsfreie Methoden hervorgehoben wurde, die experimentell in einem Holzrahmen mit einer Matrix aus Sensoren und Elektroden getestet wurden. Der Versuchsbehälter besteht aus drei Schichten von Elektroden in gesättigten und ungesättigten Zonen, in denen verschiedene Leckageszenarien durchgeführt wurden, um die Sichtbarkeit von Leckagen mit diesen Methoden zu untersuchen. Trotz der Fähigkeit dieser Methoden zur Leckageerkennung wurde festgestellt, dass die elektrische Widerstandstomographie eine höhere Leckageerkennungsempfindlichkeit als die Mise à la masse hat, während sie eine geringere Flexibilität bietet, was ein wichtiger Punkt bei der Methodenauswahl ist. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Mise à-la-masse empfindlicher auf das Vorhandensein von Leckagen reagiert als auf Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen, was zu einem Pearson's r und R2 von 0,8 bzw. 0,7 im Vergleich zu den während der Leckageszenarien gesammelten Daten führte. Insgesamt schlägt diese Studie vor, dass mindestens zwei (vorzugsweise drei) Inspektionstechniken, die zu verschiedenen Ebenen gehören, eingesetzt werden sollten, um einen nachhaltigen Inspektionsplan auf Stadtebene zu haben. Der vorgeschlagene Ansatz hilft dabei, ein Gleichgewicht zwischen Kosten und Präzision sowie ein Gleichgewicht zwischen Zeit und Einwirkungsbereich herzustellen, was einen dezentralisierten und nachhaltigen Inspektionsplan ermöglicht.:List of Abbreviations .......................................................................................... IX List of Peer-Reviewed Publications on the Ph.D. Topic .................................. X List of Co-authored Peer-Reviewed Publications on the Ph.D. Topic ............ X 1 General Introduction........................................................................... 1 1.1 Background ....................................................................................................... 1 1.2 Aim and Objectives .......................................................................................... 3 1.3 Structure of the Document ............................................................................. 3 2 Towards a Decentralized Solution for Sewer Leakage Detection .............................................................................................. 8 2.1 Introduction ...................................................................................................... 10 2.2 Sewer inspection methods (SIMs) overview ................................................. 11 2.2.1 Tier-one (T-I) ................................................................................................................. 11 Deterioration models ....................................................................................................... 12 Hotspot mapping .............................................................................................................. 14 2.2.2 Tier-two (T-II) methods ............................................................................................... 15 Aerial thermal imaging (ATI) ............................................................................................ 15 Ground penetration radar (GPR) .................................................................................... 16 Electrical resistivity tomography (ERT) ........................................................................... 17 Mise-à-la-masse method (MLM)...................................................................................... 18 Soil Sampling ..................................................................................................................... 18 2.2.3 Tier-three (T-III) methods ........................................................................................... 20 General approaches ......................................................................................................... 20 Laser scanning ................................................................................................................... 21 Visual inspection ............................................................................................................... 21 Acoustic methods ............................................................................................................. 22 Ultrasonic inspection ........................................................................................................ 24 Multi-sensor robots .......................................................................................................... 24 Electromagnetic Inspection ............................................................................................. 26 Thermography Inspection ............................................................................................... 26 Tracer Test ......................................................................................................................... 27 VII 2.3 Discussion.......................................................................................................... 30 2.4 Conclusion and outlook ................................................................................... 33 2.5 References ......................................................................................................... 34 3 Vulnerability Hotspot Mapping (VHM) of Sewer Pipes based on Deterioration Factors .................................................................... 42 3.1 Introduction ...................................................................................................... 43 3.2 Materials and Methods.................................................................................... 44 3.2.1 Overview of the sewer deterioration factors. .......................................................... 45 Pipe Age .............................................................................................................................. 46 Pipe Material ...................................................................................................................... 47 Sewer Type ......................................................................................................................... 48 Flow Velocity ...................................................................................................................... 48 Node Degree...................................................................................................................... 49 Surface Vegetation ............................................................................................................ 50 Criticality class and weighting matrix ............................................................................. 50 3.3 Case study ......................................................................................................... 52 3.4 Results and discussions ................................................................................... 54 3.4.1 Network assessment .................................................................................................. 54 3.4.2 Validation and sensitivity analysis ............................................................................ 56 3.5 Summary and conclusion ................................................................................ 61 3.6 Reference........................................................................................................... 63 4 Laboratory Application of the Mise-à-la-Masse (MALM) for Sewer Leakage Detection as an intermediary inspection method. ................................................................................................ 67 4.1 Introduction ...................................................................................................... 68 4.2 Methodology ..................................................................................................... 70 4.2.1 Mise-à-la-Masse method (MALM) .............................................................................. 70 4.2.2 Experimental setup ..................................................................................................... 70 4.2.3 Measurement principles ............................................................................................ 72 4.2.4 Assessed Scenarios ..................................................................................................... 73 4.3 Results and discussions ................................................................................... 74 VIII Inhaltsverzeichnis 4.3.1 Contour Visualization ................................................................................................. 74 First Leakage scenario ...................................................................................................... 74 Other leakage scenarios .................................................................................................. 75 4.3.2 Trend Analyses ............................................................................................................ 77 Leakage proximity ............................................................................................................. 77 Vertical Assessment .......................................................................................................... 78 4.3.3 Data Validation and Sensitivity Analyses ................................................................. 79 Data Validation .................................................................................................................. 79 Sensitivity Analyses ........................................................................................................... 80 4.3.4 Application in practice ................................................................................................ 82 4.4 Summary and Conclusion ............................................................................... 83 4.5 References ......................................................................................................... 85 5 Conclusions and Outlooks .................................................................. 88 5.1 Discussion and Conclusions ............................................................................ 88 5.2 Outlooks ............................................................................................................ 89 6 Supplementary Information ............................................................... 92 / Leaky sewer systems are present in our urbanized world and due to their hidden infrastructure and monitoring challenges, their leakages tend to remain unnoticed often at initial stages. Despite an extensive technological development in sewer inspection methods and their implemented techniques, sewer monitoring at the city scale remains costly and challenging. Therefore, a recommendation procedure and method classification are needed to have a sustainable and cost-effective sewer inspection plan at the city scale. In this context, this study can be mainly divided into three parts. First, an extensive study literature was conducted on available sewer inspection methods to have a wider understanding on their area of impacts and technicality levels, Furthermore, these inspection methods were categorized into three tiers based on their area of impact where Tier-1 consists of largest area of impact methods such as deterioration modelling, which provide a vast yet reliable understanding of the sewer system integrity. Tier-2 offers intermediatory inspection methods such as aerial thermal imagery and geo-electrical inspection techniques, which can provide a non-destructive inspection on areas suggested from Tier-1 techniques. Following the area of impact, Tier-3 methods are mostly in-pipe inspection techniques, which often demand pipe dewatering and are costly to implement in returns of a high detection precision. Second, as a contribution to Tier-1 methods, Vulnerability Hotspot Mapping was developed, which is a GIS-based model according to the most frequently used factors by deterioration models and offers areas of the sewer system more prone to leakage. The validation and sensitivity analyses revealed that flow velocity, pipe age, and surface vegetation are the most sensible factors to the model respectively. Furthermore, the linear model resulted in 76% of efficiency and mean squared error of 0,918 while it was improved with random forest algorithm with 400 trees, which points out the vulnerability mapping potential as an early sewer inspection method at the city scale. Third, Tier-2 methods were updated by emphasizing on the potential of Electrical Resistivity Tomography and Mise à-la-masse techniques as geo-electrical and non-destructive methods, which were experimentally tested within a wooden frame with a matrix of sensors and electrodes implemented. The experimental tank consists of three layers of electrodes in saturated and unsaturated zones, when various leakage scenarios were conducted to investigate on leakage visibility by these methods. Despite the capability of these methods for leakage detection, it was assessed that Electrical Resistivity Tomography has higher leakage detection sensibility than Mise à-la-masse while offering less mobility, which is a considerable point in method selection process. Moreover, it was observed that Mise à-la-masse is more sensitive to leakage presence rather than humidity and temperature variations and resulted in 0.8 and 0.7 in Pearson’s r and R2 respectively in comparison to sampled data during the leakage scenarios. All over, this study suggests that at least two (preferably 3) inspection techniques belonging to different tiers should be implemented to have a sustainable inspection plan at the city scale. The proposed approach helps to have a balance between cost and precision as well as an equilibrium between time and area of impact, which provides a decentralized and sustainable inspection plan.:List of Abbreviations .......................................................................................... IX List of Peer-Reviewed Publications on the Ph.D. Topic .................................. X List of Co-authored Peer-Reviewed Publications on the Ph.D. Topic ............ X 1 General Introduction........................................................................... 1 1.1 Background ....................................................................................................... 1 1.2 Aim and Objectives .......................................................................................... 3 1.3 Structure of the Document ............................................................................. 3 2 Towards a Decentralized Solution for Sewer Leakage Detection .............................................................................................. 8 2.1 Introduction ...................................................................................................... 10 2.2 Sewer inspection methods (SIMs) overview ................................................. 11 2.2.1 Tier-one (T-I) ................................................................................................................. 11 Deterioration models ....................................................................................................... 12 Hotspot mapping .............................................................................................................. 14 2.2.2 Tier-two (T-II) methods ............................................................................................... 15 Aerial thermal imaging (ATI) ............................................................................................ 15 Ground penetration radar (GPR) .................................................................................... 16 Electrical resistivity tomography (ERT) ........................................................................... 17 Mise-à-la-masse method (MLM)...................................................................................... 18 Soil Sampling ..................................................................................................................... 18 2.2.3 Tier-three (T-III) methods ........................................................................................... 20 General approaches ......................................................................................................... 20 Laser scanning ................................................................................................................... 21 Visual inspection ............................................................................................................... 21 Acoustic methods ............................................................................................................. 22 Ultrasonic inspection ........................................................................................................ 24 Multi-sensor robots .......................................................................................................... 24 Electromagnetic Inspection ............................................................................................. 26 Thermography Inspection ............................................................................................... 26 Tracer Test ......................................................................................................................... 27 VII 2.3 Discussion.......................................................................................................... 30 2.4 Conclusion and outlook ................................................................................... 33 2.5 References ......................................................................................................... 34 3 Vulnerability Hotspot Mapping (VHM) of Sewer Pipes based on Deterioration Factors .................................................................... 42 3.1 Introduction ...................................................................................................... 43 3.2 Materials and Methods.................................................................................... 44 3.2.1 Overview of the sewer deterioration factors. .......................................................... 45 Pipe Age .............................................................................................................................. 46 Pipe Material ...................................................................................................................... 47 Sewer Type ......................................................................................................................... 48 Flow Velocity ...................................................................................................................... 48 Node Degree...................................................................................................................... 49 Surface Vegetation ............................................................................................................ 50 Criticality class and weighting matrix ............................................................................. 50 3.3 Case study ......................................................................................................... 52 3.4 Results and discussions ................................................................................... 54 3.4.1 Network assessment .................................................................................................. 54 3.4.2 Validation and sensitivity analysis ............................................................................ 56 3.5 Summary and conclusion ................................................................................ 61 3.6 Reference........................................................................................................... 63 4 Laboratory Application of the Mise-à-la-Masse (MALM) for Sewer Leakage Detection as an intermediary inspection method. ................................................................................................ 67 4.1 Introduction ...................................................................................................... 68 4.2 Methodology ..................................................................................................... 70 4.2.1 Mise-à-la-Masse method (MALM) .............................................................................. 70 4.2.2 Experimental setup ..................................................................................................... 70 4.2.3 Measurement principles ............................................................................................ 72 4.2.4 Assessed Scenarios ..................................................................................................... 73 4.3 Results and discussions ................................................................................... 74 VIII Inhaltsverzeichnis 4.3.1 Contour Visualization ................................................................................................. 74 First Leakage scenario ...................................................................................................... 74 Other leakage scenarios .................................................................................................. 75 4.3.2 Trend Analyses ............................................................................................................ 77 Leakage proximity ............................................................................................................. 77 Vertical Assessment .......................................................................................................... 78 4.3.3 Data Validation and Sensitivity Analyses ................................................................. 79 Data Validation .................................................................................................................. 79 Sensitivity Analyses ........................................................................................................... 80 4.3.4 Application in practice ................................................................................................ 82 4.4 Summary and Conclusion ............................................................................... 83 4.5 References ......................................................................................................... 85 5 Conclusions and Outlooks .................................................................. 88 5.1 Discussion and Conclusions ............................................................................ 88 5.2 Outlooks ............................................................................................................ 89 6 Supplementary Information ............................................................... 92

Die Bioökonomiestrategien der EU zielen auf nachhaltige Landnutzung, Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft ab, um den Herausforderungen des Klimawandels und der wirtschaftlichen Entwicklung zu begegnen. Erstgenerationen-Bioraffinerien, die auf Agrarrohstoffe zur Bioenergieproduktion setzen, stehen jedoch aufgrund ihrer Auswirkungen auf Landnutzung und Ernährungssicherheit in der Kritik. Diese Dissertation untersucht integrierte Bioraffinerien, die Restgrasbiomasse aus Naturschutzgebieten nutzen und zur Erreichung der EU-Ziele in Kreislaufwirtschaft und Energieeffizienz beitragen. Mit dem Multilevel-Perspektive-Framework werden Forschungslücken zu sozioökonomischen Effekten und Multi-System-Interaktionen geschlossen, um Übergangspfade zu einer nachhaltigen Bioökonomie zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die langsame Entwicklung von Bioraffinerien auf unzureichende nationale Strategien zurückzuführen ist, was die Notwendigkeit kohärenter Strategien, eines stärkeren öffentlichen Bewusstseins und ausgewogener politischer Rahmenbedingungen verdeutlicht. Drei Nutzungsansätze – kaskadische, ergänzende und substituierende Nutzung – werden identifiziert, die eine enge Zusammenarbeit der Akteure und systemübergreifende Integration erfordern. Der kaskadische Ansatz etwa setzt auf industrielle Partnerschaften zur Verarbeitung von Abfallströmen, wobei die Landwirtschaft eine zentrale Rolle bei der Biomasseversorgung spielt. Die Dissertation empfiehlt kontinuierliche Technologiebeobachtung, gezielte politische Maßnahmen und detaillierte regionale Studien, um eine nachhaltige und skalierbare Entwicklung von Bioraffinerien zu fördern. Sie betont die Notwendigkeit, politische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Dimensionen zu integrieren, und fordert einen kombinierten Top-down- und Bottom-up-Ansatz, um Barrieren zu überwinden und Innovationen im Bioökonomiesektor voranzutreiben. / The EU’s bioeconomy strategies prioritize sustainable land use, resource efficiency, and circularity to address climate and economic challenges. However, first-generation biorefineries, which rely on crop-based biofuels, face criticism for their impact on land use and food security. This research examines integrated biorefineries that utilize residual grass biomass from conservation areas, supporting EU objectives of circularity and energy efficiency. Applying the Multi-Level Perspective framework, the study addresses gaps in understanding socio-economic impacts and multi-system interactions, analyzing transition pathways to a sustainable bioeconomy. Findings indicate that slow biorefinery development stems from inadequate national strategies, highlighting the need for cohesive governance, public awareness, and balanced policies. Three pathways—cascading, supplementary, and substitution use—are identified, each requiring strong stakeholder collaboration and system integration. For instance, cascading use relies on industrial partnerships to process waste streams, with the agricultural sector playing a key role in biomass supply. To enable scalable and sustainable biorefineries, this study recommends continuous technology monitoring, targeted policy measures, and regional assessments. It underscores the necessity of integrating political, economic, and societal factors, advocating for a combination of top-down and bottom-up approaches to overcome barriers and drive innovation in the bioeconomy sector.

Children growing up in poor areas with high crime rates are shown to easily get involved in violent actions and criminal gangs. In South Africa, despite considerable efforts to reduce youth delinquency, youth crime rates are still disturbingly high – specifically, in the townships of the Cape Flats. This paper points out an important aspect previously unaddressed by most youth crime prevention: the subconscious roots of youth crime. What if we could develop youth crime prevention programs that manage to impact the subconscious behavioral patterns of youth in high crime areas? This paper proposes a  promising and cost-effective approach that has great potential to affect multipe causes of crime: mindfulness meditation. Built upon newest findings in Neuroscience, this paper suggests that mindfulness meditation classes are associated with a reduction in aggressive behavior, a risk factor for youth crime, and an increase in self-efficacy, a protective factor. The impact of mindfulness classes at a high school in Khayelitsha, a poor and violent-stricken township of Cape Town, is analyzed. Self-reported aggression and self-efficacy are measured via a psychometric survey questionnaire created from two well-tested and validated scales. Regression analyses of 384 survey answers provided mixed results. Whilst novice meditators were not associated with higher self-efficacy and lower aggression, long-term meditators performed better in several dimensions of self-efficacy and aggression, yet no significant relationship was found. Further research specifically needs to investigate the moderating effect of age (a proxy for psychological development) on meditation. This study aims to bridge the gap between the outdated paradigms of youth crime prevention and ancient wisdom via ground-breaking new evidence from the field of Neuroscience. This study furthermore hopes to point policy makers toward developing new, integrative and sustainable approaches to youth crime prevention – approaches that give back agency to our youth. / <p>Anders Westholm har inget med betygssättningen att göra annat än i rent formellt hänseende (examinator). Det är han som rapporterar in och skriver under men i sak är det seminarieledaren som har beslutet i sin hand. Statsvetenskapliga institutet har som princip att skilja på handledning och examination vilket innebär att handledaren inte får vara seminarieledare. Seminarieledare och personen som satt betygget var i det här fallet Sven Oskarsson: Sven.Oskarsson@statsvet.uu.se</p>