Das aktuell vorherrschende lineare Wirtschaftsprinzip ist für viele Umweltprobleme verantwortlich. Neben der immensen Umweltverschmutzung sorgt der stetig wachsende Ressourcenverbrauch für eine zunehmende Verknappung vieler wertvoller Rohstoffe. Ein intelligentes Kreislaufwirtschaftskonzept wie Cradle-to-Cradle kann diesen Problemen entgegenwirken. Für eine erfolgreiche Umsetzung von Cradle-to-Cradle werden unternehmerische Ansätze benötigt. Im Rahmen dieses Artikels werden vier Konzepte untersucht, die in einer Kreislaufwirtschaft implementiert werden können. Diese sind Design für Demontage, Produkt-Service-Systeme, Take-back Strategien und Reverse Logistics. Für jeden dieser vier Ansätze werden die Voraussetzungen sowie Barrieren hinsichtlich der Umsetzung innerhalb eines Kreislaufwirtschaftssystems aufgezeigt. Zudem wird dargelegt, dass sie im Cradle-to-Cradle-System realisierbar sind. Weiterhin werden reale Beispiele in Form von Unternehmen vorgestellt, die die verschiedenen Modelle bereits erfolgreich umgesetzt haben. Alle vier untersuchten Konzepte sind für ein Kreislaufwirtschaftssystem unter Beachtung der Cradle-to-Cradle-Kriterien geeignet. / The currently prevailing linear economic principle is responsible for many environmental problems. In addition to the immense environmental pollution, the constantly growing consumption of resources is causing an increasing shortage of many valuable raw materials. An intelligent circular economy concept such as Cradle to Cradle can counteract these problems. Entrepreneurial approaches are needed for a successful implementation of Cradle to Cradle. This article examines four concepts that can be implemented in a circular economy. These are design for disassembly, product service systems, take-back strategies, and reverse logistics. For each of these four approaches, the prerequisites as well as barriers regarding the implementation within a circular economy system are shown. In addition, it is shown that they can be implemented in a cradle-to-cradle system. Furthermore, real examples are presented as companies that have already successfully implemented the various models. All four concepts examined are suitable for a circular economy system in compliance with the Cradle to Cradle criteria.

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In this thesis, a conceptual framework and related methodological approaches for complex system design are developed and tested. The approaches are based on insights from the fields of Systems Engineering (SE) and System-of-Systems Engineering (SoSE), as well as Natural Resources Management (NRM). The focus of this thesis is on: 1) the development of the System-of-Systems Design Framework “FRESCO”, 2) the development of a methodological framework for participatory systems design, 3) the application of the framework in two case studies, and 4) the development of an evaluation scheme to qualitatively measure the effectiveness of the methodological framework. The overall objectives of this doctoral dissertation are to highlight synergies between SE and NRM and to develop a methodological framework for designing decision making processes in a human-nature-technology context. The complexity of coupled and complex adaptive systems (CAS) such as the Water-Energy-Food Nexus (WEF-Nexus) and sustainability strategies, influences the design of decision-making processes and strategy building. Integrated process design which is promoted by the developed frameworks can assist in such tasks on an urban, regional, and national level.

Ziel der Arbeit ist die Methodenentwicklung zur Berechnung des Solarenergiepotenzials auf Dachflächen für sämtliche Gebäude eines großen Gebiets (Stadt, Landkreis) auf Grundlage von Laserscandaten. Die Methode zur Solarpotenzialberechnung wurde mit dem Hintergrund des notwendigen Handlungsbedarfs an Maßnahmen für den Klimaschutz entwickelt. Die Ausgabe des Solarpotenzials auf Dachflächen für alle Gebäude einer Verwaltungseinheit liefert flächendeckende und neutrale Informationen für den Bürger und die Verwaltung. Insbesondere die solare Nutzung auf den keiner Flächenkonkurrenz unterliegenden Dachflächen birgt enormes Potenzial und liefert einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Das Ergebnis dieser Arbeit präsentiert eine Methode, über die eine automatisierte Berechnung des Solarpotenzials auf Dachflächen auf Basis von Laserscandaten mit hoher Genauigkeitsausgabe für große Region realisierbar ist. Die Methode besteht aus sechs Prozessschritten. Es handelt sich um die Datenaufbereitung, die Selektion der homogenen Dachteilflächenbereiche, die Einstrahlungsanalyse, die Verschattungsableitung und die Berechnung des Solarpotenzials. Zudem wird eine Rohdatenkontrolle zur Qualitätsbewertung der Laserscandaten umgesetzt. Zentraler Verfahrensschritt ist die Ableitung der homogenen Dachteilflächen, die unter Berücksichtigung möglichst vieler auch kleiner Dachstrukturen gebildet werden. Das entwickelte Mehrfach-Thresholding Verfahren ermöglicht über die Auswertung der Dachneigung und Dachausrichtung die Separierung von planaren Dachteilflächen. Über den r.sun Algorithmus von GRASS GIS wird die Einstrahlungsanalyse umgesetzt, die den Sonnenstand über den Tag und das Jahr für den Betrachtungsort simuliert und die direkte, diffuse und Globalstrahlung auf die Dachfläche für unterschiedliche Zeitperioden ausgeben lässt. Die Jahressumme der Globalstrahlung wird für jede Dachteilfläche unter Ausschluss stark verschatteter Bereiche errechnet und dient als Grundlage für die Potenzialberechnung. Im Ergebnis enthält jedes Dachteilflächenpolygon Angaben zur geeigneten Modulfläche, zur Höhe der Globalstrahlung, zum potenziellen Stromertrag, zur potenziellen kW-Leistung und zur CO2-Einsparsumme. Datengrundlage sind Laserscandaten, die die Oberflächensituation mit sämtlichen Strukturen abbilden, sowie Gebäudeumringe aus den Liegenschaftsdaten zur Lokalisierung des Gebäudes beziehungsweise des Daches. Laserscandaten eignen sich, abhängig von der Qualität, sehr gut, um im Modell den Betrachtungs- und Einflussraum, der für die Ausgabe des Solarpotenzials auf Dachflächen wichtig ist, flächendeckend und realitätsnah abzubilden. Hier sind insbesondere das Dach insgesamt und die Dachstrukturen sowie die Vegetation, insbesondere Bäume und die Umgebungstopographie die wichtigen Elemente, die flächendeckend und in möglichst hoher Auflösung im Modell vorliegen und berücksichtigt werden sollen, da sie möglicherweise die ertragreiche und wirtschaftliche Nutzung einer Solaranalage verhindern. Über eine rasterbasierte Modellierung ermöglichen diese Daten die Berechnung der Standortparameter wie Dachneigung, Dachausrichtung, Verschattung, Einstrahlungsenergie und Dachflächengröße. An die Laserscandaten werden bestimmte qualitative Anforderungen gestellt, um eine Genauigkeit der Potenzialwerte zu garantieren. Das relativ junge Verfahren wurde in den vergangenen Jahren stark weiter entwickelt, die Lage- und Höhengenauigkeit und Punktdichte wurden deutlich erhöht. Zahlreiche Laserscandatensätze unterschiedlicher Qualität wurden ausgewertet. Die Arbeit beschreibt Mindestanforderungen an die Qualität der Daten, die für eine hohe Qualitätsausgabe des Solarpotenzials benötigt werden. Die Genauigkeit der Solarpotenzialergebnisse wurden über Gebäudepläne realer Objekte, Vor-Ort Messungen und Erträge von bestehenden PV-Anlagen evaluiert. Erzielbare Abweichungen von 2% in der Neigung und 1% in der Ausrichtung sind über die entwickelte Methode auf Grundlage von Laserscandaten mit ausreichender Qualität erreichbar. Größere Abweichungen mit 6% Prozent wurden bei der Dachflächengröße errechnet. Die Bewertung über Referenzanlagen und dessen spezifischem Stromertrag lieferte eine Abweichung von 1,2%. Die Evaluierungsergebnisse bestätigen den Methodenansatz und liefern gute Resultate in der Genauigkeit der Solarpotenzialwerte.

Modern agriculture is causing a wide range of environmental problems. By regulating the agricultural sector, human societies try to find a balance between enabling the production of food and public goods and preventing negative consequences for the environment. In the European Union this is mainly achieved through the Common Agricultural Policy (CAP). Since many of the environmental indicators are still showing negative trends, an ongoing evaluation and adaptation of the policy instruments included in the CAP is asked for. At the same time, the field of policy evaluation is more and more incorporating a behavioral economic perspective on human behavior, one that deviates from the homo oeconomicus model that has long dominated research in this area. This thesis presents a study on “Behavioral Economics of Agri-Environmental Policies” by combining themes from agricultural and environmental economics with methods and perspectives from behavioral and experimental economics. It thereby contributes to the emerging field of behavioral agricultural economics. Specifically, it aims to shed light on the behavioral drivers of pro-environmental decisions of farmers and how these insights can be used to evaluate and adapt the CAP. With a lab-in-the-field experiment with farmers from Lower Saxony in Germany, an influence of the framing of the farmers’ societal role, their self-identity, as well as control aversion and feelings of warm glow on farmers’ behavior was uncovered. From a policy perspective, the results of this thesis provide a case for the continued use of both mandatory and voluntary policy instruments. Furthermore, with a Principal Components and Cluster Analysis, a multi-facetted picture of different farmer self-identities prevalent in the sample population was revealed. Based on a literature review, the thesis also provides an analysis of how behaviorally-informed interventions might increase the environmental performance of the CAP in the future.

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Livestock grazing is the most important type of land-use in arid and semi-arid regions. In these regions, uncertain and highly variable climate conditions cause scarce and spatio-temporally variable resource availability. The major challenge to livestock grazing is the efficient utilisation of these resources without running the risk of degradation. Therefore, well adapted grazing strategies that consider both local environmental characteristics and the farmers' individual needs and perceptions are crucial for sustaining human livelihoods. Particularly, rotational grazing is presumed to render adaptation to spatio-temporal heterogeneities possible. A systematic investigation, however, that analyses the interrelations between the major components of rotational grazing systems on appropriate spatial and temporal scales was missing so far. This doctoral thesis investigates different management strategies for sustainable livestock grazing in semi-arid rangelands. Using an integrated modelling approach, it enters into the question: how to adapt grazing systems to spatio-temporal heterogeneous rangeland conditions, variable and changing climate conditions, and different individual needs and goals of livestock farmers? In order to address these issues, the taken approach tackles both methodical challenges and applied concerns. In the first part of this study, a generic modelling framework is developed that incorporates important components of grazing systems on appropriate spatial and temporal scales. To parameterise the model, a pattern-oriented approach is developed that uses qualitative patterns to derive a broad range of plausible parameter sets supporting a general model analysis. In the second part, a variety of management strategies is explored under different climatic, ecological, and economic conditions. The research focuses in particular on combined effects between and relative importance of different management components. The question how the results of different management strategies depend on the type of vegetation is investigated. Furthermore, the performance of rotational grazing strategies is analysed under different economic requirements and rainfall conditions. The study also identifies management strategies that are suitable to adapt a grazing system to spatio-temporally variable rangeland conditions. Overall, this thesis contributes to a general understanding of basic principles for adaptation to spatio-temporal heterogeneities as well as the interplay of different management components. The results allow an evaluation of management strategies for specific situations and the identification of strategies that are robust to a broad range of situations including different aspects of global change.

Die Forschungsarbeit „Ich sehe nur, wie sich die Menschen plagen“: Gesundheitsvorstellungen, -risiken und -verhalten von Berufspolitikern – Eine empirische Analyse befasst sich aus medizinsoziologischer Perspektive mit potentiellen Gesundheitsvorstellungen, -risiken sowie gesundheitsförderlichen bzw. -riskanten Verhaltensweisen deutscher Berufspolitiker. Der Einfluss gesundheitsrelevanter persönlicher Erfahrungen auf gesundheitspolitische Entscheidungen auf Bundesebene stellt einen ergänzenden Fokus dar. Grundlage der Forschungsarbeit ist die subjektiv zunehmende krankheits- und krisenbedingte (medial vermittelte) Belastung der Mandatsträger in der Öffentlichkeit. Die Arbeit stützt sich u.a. auf die Modelle der Salutogenese nach Antonovsky, der Gratifikationskrise nach Siegrist, auf das Anforderungs-Kontroll-Modell nach Karasek sowie die kognitiv-transaktionale Stresstheorie nach Lazarus. Weitere Basis ist das biopsychosoziale Krankheitsmodell. Das empirische Vorgehen der qualitativ angelegten Studie wurde an die Grounded Theory angelehnt. Eine teilnehmende Beobachtung, die Durchführung und Auswertung von 21 Interviews samt sich anschließender Typenbildung wurde angestrebt und vollzogen. Das Interviewsample setzte sich aus Berufspolitikern aller in der 17. Wahlperiode des deutschen Bundestages vertretenen Parteien (CDU/CSU, SPD, FDP, Bündnis 90/die Grünen, Die Linke) zusammen. In der Ergebnisdarstellung werden besonderer Wert auf die individuellen Gesundheitsvorstellungen der einzelnen Politiker gelegt, zudem gesundheitsförderliche Verhaltensweisen eruiert. So scheint Gesundheit durch persönliche Prioritätensetzung und zurückliegende Erfahrungen geprägt. Es können hierzu 14 Themenbereiche und drei zentrale Phänomene ermittelt werden. Krankheitsbilder und Krisenerfahrungen des Interviewsamples werden samt ihrer Einbettung in den sozialen Kontext dargestellt. So werden offensichtliche und allgemeingehaltene Krankheitsbilder durch die Mandatsträger oft am eigenen Beispiel geschildert, lebensbedrohliche im Gegenzug fast ausnahmslos an Kollegen illustriert. Deutlich werden krisen- und krankheitsbedingte Auswirkungen auf politische Akzente. Es können sechs klar voneinander abgrenzbare Typen der Berufspolitiker bezüglich ihres Gesundheitsverhaltens im beruflichen Alltag eruiert werden (Extrempole: Das Opfer vs. Der Abgesicherte). Weiterhin werden besondere Risikofaktoren des arbeitsreichen Mandats illustriert, im Gegenzug Optimierungsmöglichkeiten aufgezeigt. Es zeigt sich ein berufsbedingtes Ungleichgewicht zwischen Risiko- und Schutzfaktoren zulasten der Ressourcen. Hier sind Ansätze zur (Verhaltens-/Verhältnis)Prävention und Gesundheitsförderung zu finden. Der Link zwischen Gesundheitspolitik im Allgemeinen sowie Gesundheitsverhalten im Speziellen wird geschaffen. Abschließend erfolgt eine Kategorisierung der zentralen Themen der Studie. Hierbei werden der Grounded Theory und dem offenen, axialen und selektiven Kodieren folgend Kategorien, Subkategorien sowie eine Kernkategorie ermittelt. Es zeigt sich eine Schwerpunktverlagerung bezüglich In- und Output der Leitfadenthemen (Stigmatisierbarkeit, Tabuisierung). Abschließend werden weiterführende Forschungsperspektiven aufgezeigt.