There is a plethora of methods and tools that can be used for the assessment of Urban Metabolism. Nevertheless, there is no standardized method for accounting of material flows within and across the boundaries of urban systems. This thesis aims to provide a physical accounting model for monitoring material flows in urban areas that could potentially become the basis for the development of a standardized accounting method in the long term. The model is based on a Physical Input Output Table framework and builds upon the strengths of existing accounting methods but at the same time it demonstrates new features that can address their limitations. The functions of the model were explored and evaluated through its application to an urban neighbourhood in the Stockholm Royal Seaport. Bottom-up data were used for the application of the model in the case study. The application of the model provided a preliminary description of the material flows in the neighbourhood and most importantly provided information that underpinned the assessment of the strengths and limitations of the model. It was deduced, that on the one hand the model can describe successfully the physical interactions between the urban socioeconomic system and the environment or other socioeconomic systems and at the same it has the potentials to illustrate the intersectoral flows within the boundaries of the system. In addition, it can be used to structure available data on material flows and promote the study of an urban system with a life cycle perspective. On the other hand, the process of compiling the tables of the model can be considered as complex and moreover the data requirements for the compilation of the tables are significant. Especially, the compilation of the tables of the model with bottom-up data may require a laborious data collection and analysis process, which however may not address all data gaps. Thus, the combination of bottom-up data with top-down data is recommended. Moreover, it is recommended the development of integrated databases for data collection and management at the municipal level and the fostering of collaboration between stakeholders within the municipalities to facilitate dissemination of data and information. / Mer än hälften av den globala befolkningen bor numera i urbana områden och denna andel uppskattas öka under de kommande årtiondena. Urbana system förbrukar fysiska resurser och genererar stora mängder av rester vilket innebär påfrestningar på miljön samt hindrar en hållbar utveckling. Således kan förståelse av Urban Metabolism (UM) stödja insatserna för att effektivisera resursförbrukningen och avfallshanteringen. I detta sammanhang har en stor mängd av metoder och verktyg utvecklats och tillämpats i UM-studier, såsom Materialflödeanalys (Material Flow Analysis - MFA) och Input-output Analys (Input Output - IOA) baserat på fysiska input-output tabeller (Input Output Tables – PIOTs). Ändå saknas en standardiserad metod för redovisning av materialflöden inom och över gränserna av urbana system. I samband med detta examensarbete utvecklades en fysisk räkenskapsmodell för övervakning av materialflöden i urbana områden. Denna modell kan potentiellt bli grunden för en enhetlig metod för beräkning av materialflöden i urbana system. Modellen utvecklades i en stegvis process och baserades på litteraturgranskning. Grunden för modellen är ett omfattande PIOT ramverk som kan användas för registrering av materialflöden i urbana system. PIOT ramverket är annorlunda än de typiska PIOT-systemen. Det ger en tydligare avgränsning av systemgränserna, det visar tydligt ursprung och destination för materialflöden, och dessutom kan det erbjuda ett livscykelperspektiv på materialflödena. Modellen består av en uppsättning identiska PIOT. Varje deltabell innehåller materialflöden som tillhör i en specifik klass, medan huvudtabellen aggregerar materialet som strömmar för alla material från deltabellerna. Därigenom kan modellen avbilda materialflödena i ett aggregat-perspektiv och samtidigt ge fysiska räkenskaper för specifika materialtyper. Modellen användes i en nybyggd stadsdel i Norra Djurgårdsstaden (NDS), för att utforska och bedöma dess funktioner. För att kartlägga och kvantifiera flödena i stadsdelen genomfördes en MFA baserad på “bottom-up-data”. Insamlingen och analysen av data var emellertid en besvärlig process och dessutom kunde flera materialflöden inte kvantifieras på grund av databrister. Därför kunde modellens tabeller inte fyllas fullständigt och ett flödesdiagram skapades med både kvantitativa och kvalitativa flöden. Trots att det fanns databrister lyckades tillämpningen av modellen att avbilda UM i det avgränsade urbana systemet på ett adekvat sätt. Det visade tydligt att nästan 96% av de materiella insatserna är ackumulerade i lager. Dessutom fastställde modellen kvalitativt den fysiska växelverkan mellan det urbana systemet och den naturliga miljön, det nationella socioekonomiska och det globala socioekonomiska systemet. Emellertid var det inte möjligt att bedöma modellens fullständiga potential eftersom det inte var möjligt att upprätta intersektorala kopplingar. Dessutom beräknades indirekta flöden av flera importerade material baserat på koefficienterna för materialintensitet. Detta tillvägagångssätt kan erbjuda insikt om de uppströms påfrestningar som orsakas av materialproduktionen. Dock finns det endast koefficienter för specifika material. Därför kan de inte användas för att uppskatta de indirekta flödena för varje materialinflöde. Dock framhöll deras partiella tillämpning att indirekta flödena var 38% högre än direktflödena, vilket indikerar att påfrestningar som utövas till miljön på grund av produktion av importerade material är betydande. Tillämpningen av modellen möjliggjorde en bedömning av både styrkor och svagheter hos modellen. Å ena sidan kan modellen fastställa fysiska interaktioner mellan det urbana socioekonomiska systemet och naturmiljön, det nationella socioekonomiska systemet och det globala socioekonomiska systemet. Dessutom har det potential att beskriva intersektorala flöden inom gränserna för det urbana systemet och det kan erbjuda insikt om materialinflödenas ursprung och materialutflödenas destination. En annan styrka i modellen är att den erbjuder livscykelperspektiv genom att ta hänsyn till indirekta flöden av importerade material. Å andra sidan demonstrerades att sammanställningenav modellens tabeller kräver en stor mängd data, speciellt när data erhålls med ett ”bottom-up” tillvägagångssätt. Ändå är bottom-up data inte alltid tillgängliga för urbana områden. En annan svaghet är att sammanställningenav tabellerna i modellen med bottom-up-data kräver en mödosam process för datainsamling och analys. Dessutom kräver analysen av data många antaganden som ökar osäkerheten i resultaten. Ovanstående svagheter i modellen kan hindra tillämpningen av modellen för räkenskap av materialflöden på urbana områden. Således rekommenderas kombinationen av bottom-up-data med top-down data för tillämpning av modellen. Dessutom föreslås utvecklingen av integrerade databaser för datainsamling om materialflöden i urbana områden.

Cities are responsible for an increasingly large share of environmental impacts linked to their resource consumption and production of waste. Understanding how the flows of materials and energy in urban systems contribute to environmental impacts is fundamental for urban sustainability. The combination of Material and Energy Flow Analysis (MEFA) and Life Cycle Assessment (LCA) allows an in-depth evaluation of the city’s metabolism by quantifying the environmental impacts of these flows from a life cycle perspective. This method provides a global perspective on the environmental impacts of the studied system and helps avoiding unintended tradeoffs between life cycle stages or between different types of environmental impact.  This thesis aims to analyze the urban metabolism of the city of Umeå by using a simplified MEFA- LCA methodology. The simplified method aims to evaluate urban metabolism based on the available data, without requiring intensive data inventory, and thus can be a powerful tool to assess the sustainability of cities that have not previously been studied, and for which detailed data on material flows are not available, like in the case of Umeå. The MEFA method was used to identify and quantify the most important flows for 5 main sectors in Umeå’s metabolism: households, construction, transportation, wastewater and solid waste treatment. Then, the environmental impacts of these flows throughout their life cycles were quantified with the LCA methodology. Life cycle inventory data were taken from processes available on the Ecoinvent and Agri-footprint databases, and the impact assessment was done using the ReCiPe midpoint method, considering all impact categories to provide a broader view of the environmental impacts.  The results from the application of the MEFA-LCA methodology provided different but complementary information on the city’s metabolism. The households are responsible for most of the material flows, with water being the most relevant flow, while the transportation sector is responsible for most of the energy flows in the form of fuels. The LCA analysis showed that the households and the transportation sector are responsible for the largest share of the environmental impacts. The flow of manufactured materials is the most relevant for the households sector, followed by energy and foods and drinks. In the transportation sector, private passenger cars and air travel correspond to the largest share of impacts in all categories. Regarding the other three sectors, in the construction sector, concrete and cement represent the material flow with the most impact, while the solid waste and wastewater treatment have small contributions to the total environmental impacts.  The analysis performed in this thesis demonstrated that the MEFA-LCA methodology is a useful tool to evaluate the environmental sustainability of a city’s metabolism. It can assess how different sectors and flows contribute to environmental impacts, without requiring exhaustive data. Thus, it can identify key sectors and flows that should be prioritized when developing strategies or planning future research. / Städer står för en allt större del av miljöpåverkan kopplad till deras resursförbrukning och produktion av avfall. Att förstå hur flöden av material och energi i urbana system bidrar till miljöpåverkan är grundläggande för urban hållbarhet. Kombinationen av material- och energiflödesanalys (MEFA) och livscykelanalys (LCA) möjliggör en djupgående utvärdering av stadens metabolism genom att kvantifiera miljöpåverkan från dessa flöden ur ett livscykelperspektiv. Denna metod ger ett globalt perspektiv på miljöpåverkan från det studerade systemet och hjälper till att undvika oavsiktliga förskjutningar (trade-offs) mellan olika typer av miljöpåverkan eller mellan olika delar av livscykeln.  Detta examensarbete syftar till att analysera den urbana metabolismen i Umeå stad genom att använda en förenklad MEFA-LCA metod. Den förenklade metoden syftar till att utvärdera urban metabolism baserat på tillgängliga data, utan att kräva intensiv datainventering, och kan därmed vara ett kraftfullt verktyg för att bedöma hållbarheten i städer som inte tidigare har undersökts och för vilka detaljerade data om materialflöden inte finns tillgängliga, som i fallet med Umeå. MEFA-metoden användes för att identifiera och kvantifiera de viktigaste flödena för 5 huvudsektorer i Umeås urbana metabolism: hushåll, byggsektorn, transport, avloppsrening och avfallshantering. Sedan kvantifierades miljöpåverkan av dessa flöden under deras livscykel med LCA-metoden. Livscykelinventeringsdata togs från processer tillgängliga på Ecoinvent- och Agri- footprint-databaserna, och miljöpåverkansbedömningen gjordes med hjälp av ReCiPe- midpunktsmetoden, med hänsyn till alla påverkanskategorier för att ge en bredare bild av miljökonsekvenserna.  Resultaten från tillämpningen av MEFA-LCA-metoden gav olika men kompletterande information om stadens metabolism. Hushållen står för merparten av materialflödena, där vatten är det mest relevanta flödet, medan transportsektorn står för merparten av energiflödena i form av bränslen. LCA-analysen visade att hushållen och transportsektorn står för den största delen av miljöpåverkan. Flödet av tillverkat material är det mest relevanta för hushållssektorn, följt av energi samt mat och dryck. Inom transportsektorn motsvarar privata personbilar och flygresor den största andelen påverkan i alla kategorier. När det gäller de övriga tre sektorerna, inom byggsektorn representerar betong och cement det materialflöde som har störst påverkan, medan avloppsrening och avfallshantering har små bidrag till den totala miljöpåverkan.  Analysen som utfördes i denna avhandling visade att MEFA-LCA-metoden är ett användbart verktyg för att utvärdera den miljömässiga hållbarheten hos en stads metabolism. Den kan bedöma hur olika sektorer och flöden bidrar till miljöpåverkan, utan att kräva uttömmande data. Således kan den identifiera nyckelsektorer och flöden som bör prioriteras vid utveckling av strategier eller planering av framtida forskning.

Cette recherche s’intéresse aux transformations des pratiques de chauffage à Istanbul impulsées par l’arrivée d’une nouvelle ressource énergétique. À travers l’analyse d’une trajectoire heurtée et contestée de diffusion du gaz naturel en substitut de combustibles traditionnels (charbon/bois/fuel), ma thèse dévoile les spécificités et les contradictions d’un processus « ordinaire » de transition énergétique au regard des dynamiques inégales d’appropriation sociale des innovations technologiques, qui viennent conforter et parfois subvertir la nature même des projet techniques et politiques. Inspiré par des travaux sur la sociologie de l’énergie et d’écologie politique urbaine, je propose de suivre dans le temps et dans l’espace les modalités d’agencement d’un nouveau système sociotechnique (service de distribution en réseaux, équipements de chauffage prétendant à l’efficacité énergétique pour la dernière génération d’entre eux, panneaux solaires, etc.), de comprendre les logiques conflictuelles de territorialisation de ces dispositifs en lien avec d’autres dynamiques de transformations urbaines, et enfin de repérer les conditions matérielles, culturelles et socio-économiques, plus ou moins favorables, pour que ces infrastructures réussissent à s’encastrer dans le quotidien des habitants. Ce faisant, ma thèse répond à un double questionnement : comment expliquer la rapidité et la massivité du déploiement du gaz naturel étant donnée la nature des obstacles à surmonter dans le contexte d’une métropole émergente (étalement urbain, concentration de pauvreté, inadaptation d’un cadre bâti hérité à l’usage du chauffage centralisé) ? Comment interpréter les multiples formes de vulnérabilité produites par un processus de transition énergétique censé, paradoxalement, incarner la modernisation et accompagner l’internationalisation d’Istanbul ? / My research focuses on the transformations of heating practices in Istanbul driven by the arrival of a new energy resource. Through the analysis of a contested and non linear trajectory of natural gas diffusion, my dissertation reveals the specificities and the contradictions of an « ordinary » process of energy transition (natural gas being a substitute for traditional fuels such as coal/wood) in light of the unequal dynamics of social appropriation of technological innovations, which reinforce and sometimes subvert the very nature of technical and political projects. Inspired by works on the sociology of energy and urban political ecology, I propose to analyze the construction of a new socio-technical system (network distribution service, boiler devices which pretend to be efficient for the most recent ones, meters, solar panels, etc.), to understand the conflicting logics of territorialization of these artefacts in relation with other dynamics of urban transformations, and finally to identify the material, cultural and socio-economic conditions, though which these new energy amenities success or failed to connect differents categories of people and neighbourhoods. In doing so, my thesis answers a double questioning : given the nature of various obstacles to overcome in the context of Istanbul (urban sprawl, high rates of poverty, heritage of a built environment which is inapropriate with the installation of central heating system), how can we explain the quickness and the large scale development of natural gas demand in Istanbul ? How can we interpret the multiple forms of vulnerability produced by an energy transition process, which is paradoxically, supposed to embody the modernization of Istanbul and to foster its internationalization ?

L’alimentation et l’excrétion constituent deux besoins physiologiques fondamentaux de tout être humain. En analysant leur matérialisation depuis l’échelle cellulaire jusqu’à celle des grands cycles biogéochimiques planétaires, nous proposons de considérer que l’alimentation et l’excrétion humaines participent d’un système dont les modalités de réalisations dans les différentes sociétés humaines permettent de caractériser des régimes socio-écologiques. Nous avons plus particulièrement analysé les systèmes alimentation/excrétion des territoires urbains au regard de leur soutenabilité et proposons une méthodologie de caractérisation fondée principalement sur l’analyse du flux de la substance qui nous paraît la plus pertinente, à savoir l’azote, et sur les modalités de gestion des urines humaines qui représentent près des trois quarts de ce flux. Nous montrons que les systèmes alimentation/excrétion des différentes communautés humaines présentent une très grande variété selon les lieux et époques considérés et proposons de les distinguer entre autres en fonction de leur circularité, c’est-à-dire par le taux de retour sur des sols agricoles des excrétats. En prenant l’agglomération parisienne comme cas d’étude, nous montrons que son système alimentation/excrétion a été de plus en plus circulaire au cours du XIXe siècle, culminant au tout début du XXe siècle aux alentours de 50 % de circularité, avant de se linéariser progressivement au cours du XXe siècle. En ce début de XXIe siècle, nous caractérisons le système alimentation/excrétion de l’agglomération parisienne comme non soutenable car linéaire à plus de 95 %, intensif, inefficace et polluant aux échelles locales et globales. Ces caractéristiques sont généralisées au sein du monde occidental et interpellent sur la possibilité d’une transition socio-écologique vers des systèmes alimentation/excrétion soutenables. Or, depuis les années quatre-vingt-dix, une prise de conscience relative à l’urine a réémergé, principalement en Suède puis dans l’Europe germanique. Elle s’est traduite par de nombreuses réalisations et recherches autour de la séparation à la source des urines. Nous montrons que ce dispositif est actuellement le seul, dans le monde occidental, à avoir permis de nouveau la mise en œuvre de systèmes alimentation/excrétion circulaires. Pouvant être déclinée sous de multiples formes en fonction des contextes, la séparation à la source des urines bénéficie, malgré le verrouillage socio-technique de l’agglomération parisienne autour du tout-à-l’égout, d’un contexte favorable à son développement. Nous avons élaboré un scénario prospectif explorant ainsi la possibilité que l’agglomération parisienne dépasse, en quelques décennies, l’extremum de circularité qu’elle avait connu à la Belle Époque et que les acteurs de ce territoire réalisent, en cohérence avec une transition socio-écologique des autres systèmes énergétiques, hydrauliques et de transport, un régime socio-écologique soutenable de leur système alimentation/excrétion. Cette thèse fait partie du programme de recherche et action OCAPI (www.leesu.fr/OCAPI) / Nutrition and excretion are fundamental physiological needs for all human beings. Analysis of their materiality, from the cellular scale up to the great planetary-scale biogeochemical cycles, shows that nutrition and excretion form a system. The focus of our study is the sustainability of the nutrition/excretion systems of urban areas, which we have sought to assess by analysing substance flows. The most relevant of these substances seems to be nitrogen, so by assessing urban nitrogen flows we can characterise the different possible socioecological regimes and their sustainability. We identify a wide diversity of nutrition/excretion systems depending on the places and eras considered. We propose to distinguish them in terms of their circularity, in other words by the rate at which nitrogen from excreta returns to agricultural land. Using the Paris urban area as our case study, we show that its nutrition/excretion system became increasingly circular in the 19th century, reaching maximum circularity right at the start of the 20th century, before becoming steadily more linear in the course of the 20th century. In these early years of the 21st century, the nutrition/excretion system of the Paris urban area is essentially linear, and still generates significant pollution at both local and global scales. Its environmental footprint is exacerbated by a diet that is very protein rich, mostly animal in origin, and by the non-consumption of a significant proportion of the food produced. All these factors make it unsustainable. These characteristics are found throughout the Western world and raise questions about the possibility of a socioecological transition to sustainable systems of nutrition and excretion. Since the 1990s, initially in Sweden, followed by Nordic and German-speaking Europe, awareness has been growing of the role of urine. Urine is responsible for three-quarters of urban nitrogenous excretions and is a safe substance: following a period of storage, it can be used as agricultural fertiliser. This new awareness has been followed by extensive experimentation and research on urine source separation. We show that this is currently the only method in the Western world to have accomplished a return to circular systems of nutrition/excretion. Urine source separation can be done in multiple ways, depending on circumstances, and conditions in France are favourable to its development, despite the sociotechnical lock-in to mixed sewage management systems. In a forward-looking scenario, we therefore explore the possibility that the Paris urban area could return to, and within a few decades even surpass, the heights of circularity that it attained during the Belle Époque. In that case, alongside a socioecological transition in the other systems – water, energy, transport – the people of this territory could establish a sustainable regime for their system of nutrition/excretion. This thesis is part of the OCAPI research and action programme (www.leesu.fr/OCAPI)

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-13T18:57:47Z No. of bitstreams: 1 SIMONE DANIELLE ACIOLE MORAIS MARINHO – DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2018.pdf: 4272444 bytes, checksum: ab87e0aa45849dac81cd00105e341ab2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-13T18:57:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SIMONE DANIELLE ACIOLE MORAIS MARINHO – DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2018.pdf: 4272444 bytes, checksum: ab87e0aa45849dac81cd00105e341ab2 (MD5) Previous issue date: 2018-02-19 / Capes / O planejamento urbano integrado aos recursos hídricos não é uma realidade ainda difundida às cidades, embora necessária, considerando que os sistemas urbanos dependem, em sua maioria, de uma única fonte de abastecimento de água, geralmente externa aos seus limites. Campina Grande, cidade de médio porte do semiárido brasileiro, objeto de estudo da presente dissertação, é expressão dessa desarticulação, tendo, historicamente, vivenciado crises relativas à disponibilidade hídrica para os diversos usos urbanos. O objetivo deste trabalho é apresentar possibilidades de ampliação da sensibilidade urbana em relação aos recursos hídricos, a partir da compreensão do metabolismo urbano e dos impactos da produção do espaço sobre esse metabolismo. Foram realizadas duas análises do espaço urbano: a primeira delas é relativa ao desempenho hidrológico, onde são levantados os potenciais de diversificação hídrica por meio do desenvolvimento de indicadores quantitativos e da geração de cenários possíveis à diversificação; a segunda refere-se à produção do espaço, onde é realizado um levantamento histórico das condições de acesso à água na cidade estudada. É verificado como se deu o processo de produção do espaço e o impacto deste processo sobre os recursos hídricos. Mais detalhadamente, observa-se as correlações entre os agentes e as transformações espaciais, visando identificar as associações que comandam essas transformações, sendo o objeto desta análise o Bairro do Catolé, devido às expressivas transformações espaciais que apresentou nos últimos 20 anos. Os resultados apresentam um potencial de 243,60% para diversificação por uso de água de chuva, e 68,90% por reúso de água residuária. Ainda, por meio da combinação de possibilidades de diversificação hídrica, o sistema de abastecimento, que atualmente é totalmente centralizado, poderia ter esta centralização reduzida a até 57,19%. Sendo assim, ressalta-se a importância do papel do município na gestão dos recursos hídricos. No entanto, a análise realizada no Catolé revela uma crescente diminuição do papel do Estado, como regulador dos processos espaciais. Os promotores imobiliários e proprietários fundiários condicionam a dinâmica espacial a seus interesses especulativos. Tal contexto dificulta a melhoria do desempenho hidrológico urbano. Por fim, são apresentadas diretrizes que indicam possíveis medidas a serem adotadas na cidade para direcionar-lhe a uma maior sensibilidade aos recursos hídricos. / Urban planning integrated to water resources is still not widespread in cities, although it is necessary, considering that urban systems rely, mostly, on a single source of water supply, usually outside their boundaries. Campina Grande, a medium-sized city in the Brazilian semi-arid, object of study of this dissertation, is an expression of this disarticulation, having, historically, experienced crises related to the water availability for its various urban uses. The aim of this work is to present possibilities of increasing urban sensitivity in relation to water resources, from the understanding of urban metabolism and the impacts of space production on this metabolism. Two analyzes of the urban space were carried out: the first is related to the hydrological performance, in which the water diversification potentials are raised by developing quantitative indicators and by the generation of possible scenarios for diversification; the second refers to the space production, in which a historical survey of the access conditions to water in the studied city is carried out. The space production process is verified, and the impact of this process on the water resources. In more detail, it is noted the correlations between the agents and the spatial transformations, in order to identify the associations that command these transformations, being the object of this analysis Catolé neighborhood, due to the expressive spatial transformations that it presented in the last 20 years. Results showed a potential of 243.60% for diversification by using rainwater, and 68.90% by reusing wastewater. Also, by the combination of possibilities of water diversification, the supply system, which is currently fully centralized, could have this centralization reduced to 57.19%. Therefore, the importance of the municipality's role in the management of water resources is emphasized. However, the analysis carried out in Catolé reveals a growing decrease in the role of the state, as a regulator of space processes. Real-Estate Developers and landowners condition spatial dynamics to their speculative interests. This situation makes it difficult to improve urban hydrological performance. Finally, guidelines indicating possible measures to be adopted in the city to direct it to a greater sensitivity to water resources are presented.

Material flows in Urban Metabolism play a key role for the purpose of building urban areas and growing the economy. There is lack of standard method for accounting of material flows within and across the boundaries of urban systems. This thesis aims to assess the Urban Metabolism of small-scale urban area through the application of the Economic Wide Material Flow Analysis and enhance the scope of the method by adding water flows, which could potentially become a basis for the development of the method in the future. First, the application of the Economic Wide Material Flow Analysis in urban areas was studied through a literature review and then the enhanced Economic Wide Material Flow Analysis was applied to Stockholm Royal Seaport using bottom-up data. Using bottom-up data resulted in detailed information, however, full comparison between urban areas was not possible due to data gaps. The results showed the importance of the method for enhancing Urban Metabolism analysis and amending resource management. Spotting available secondary and recycled resources in the socioeconomic system as a part of application of the method is beneficial to sustain the natural resources use. Since still the method is developing for small-scale urban areas, a mixture of this method and other recommended methods by having focus on data collection is suggested for integrating databases and comprehensive analysis. / Under de senaste decennierna har stadsområden expanderat snabbare än tidigare. Genom att öka människors tendens att bo i stora städer kommer naturresurser att behövas för att tillgodose stadsområdens växande behov. Materialflöden i stadsmetabolismen spelar en nyckelroll för att bygga miljövänligt och växande ekonomin. Det saknas en standardmetod för redovisning av materialflöden inom och över gränserna för stadssystem. Denna avhandling syftar till att utvärdera stadsmetabolismen genom att använda tillämpning av bred ekonomisk materialflödesredovisning och förbättra metodens omfattning genom att lägga till vatten- och genomströmningsflöden som potentiellt kan bli bas för utvecklingen av metoden i framtiden. Först studerades tillämpningen av ekonomiskt bred materialflödesredovisning i urbana områden genom litteraturöversikt och sedan tillämpades den förbättrade analysen av ekonomiskt bred materialflöde på Norra Djurgårdsstaden med hjälp av bottom-up data. Att använda bottom-up-data resulterade i detaljerad information, men fullständig jämförelse mellan stadsområden var inte möjlig på grund av dataklyftan Resultaten visade vikten av materialflödesredovisning för att förbättra urban metabolismanalys och ändra resurshantering. Att hitta tillgängliga sekundära och återvunna resurser i det socioekonomiska systemet som en del av tillämpningen av metoden är fördelaktigt för att upprätthålla användningen av naturresurser. Eftersom metoden fortfarande utvecklas för småskaliga stadsområden föreslås en blandning av denna metod och andra rekommenderade metoder såsom, livscykelbedömning, genom att fokusera på datainsamling för att integrera databas och omfattande analys.

With a major share of the negative environmental impacts deriving from construction and its waste, ways to reduce the material and energy use in this sector have been the focus of studies for decades. Reuse of building elements and materials is gaining traction with researchers, architects, developers and real estate owners. However, it is rarely used in practice in Sweden. Barriers include fear of fluctuating supply, quality warranties, logistics, lack of experience in the design process and unknown availability. While many research projects are underway, a process of how to locate materials is still missing. Additionally, there is currently little connection between research and practice, and a lack of investigation into the long-term consequences that reuse will have on the design process and the role of the architect. Therefore, the aim of this study is to discover what heavy structural elements will be available for reuse in the Stockholm region and to explore which implications reuse will on the design process and the role of the architect. The study evaluated a new method for short-term mapping of available elements using demolition permits. It also intended to map available elements medium- term through detailed development plans, and long-term using comprehensive plans.  The results showed that the medium-term span mapping was not plausible as there are too many detailed development plans and no feasible way to review them due to how they are accessible to the public. The long-term mapping showed potential in identifying characteristics of different areas and indicating where demolitions or transformations might occur. Given there might be a paradigm shift in the way the industry manages resource, as policy and industry goals indicate, the areas where demolition is planned today might be transformed tomorrow. The short-term mapping was the most promising method developed. It showed that significant amounts of heavy structural elements will be available within two years. The buildings with heavy structural elements that are now up for demolition are mostly from the 1960-1980s and are principally all non-residential. 16 different structural typologies were identified and evaluated for reuse potential. Four typologies were highlighted as especially valuable for reuse: 1) cast in-situ reinforced concrete structure 2) prefabricated reinforced concrete elements structure 3) brick structure from before 1960 and 4) steel structure. The dominant structural material was concrete, which was the core material in 93% of the total area found. To test the method’s usefulness and reveal implications on the design process, it was used for an ongoing residential project by developer NREP and architects Tengbom and Lendager Group. The case study showed that suitable structural elements could be sourced for the project with the short-term mapping. A new design proposal for the structure was made with elements from the mapping, which was estimated to avoid significant environmental impact compared to a new structure. According to international studies on this type of reuse, over 90% of CO2-equiv. emissions for new buildings can be saved reusing prefabricated concrete panels. For the design process, the implication of reuse is often an elongated introductory phase. The case study showed that studying grids and proportions of the existing system was essential to transform it into a new one, allowing the process to be more material-driven. Considerations on how to use the elements to minimise waste and environmental impact from preparing the elements for reuse are imperative when designing the system.  It could be argued that waste is a design error, highlighting the need to educate new cohorts of architects and designers in designing for reuse. Potentials for reuse lie in maintaining the value of the structural elements, instead of paying to get rid of them, and to avoid large negative environmental impacts for raw material extraction and production. Projects realised today have shown large savings in CO2-equivalent and costs alike. Nevertheless, it requires innovative and non- conventional organisation and roles. Cooperation and trust amongst stakeholders is key. The design process needs to become more collaborative and iterative with higher frequency of information exchange. This requires designers, architects and engineers to look both backward, to understand the existing buildings and materials that we can use, and forward, in how to use them going forward with innovative strategies for project plausibility, the environment and great (longstanding) architecture. / Byggande och avfall står för en stor del av all negativ miljöpåverkan i världen. Sätt att minska material- och energianvändningen inom byggsektorn har därför varit i fokus för studier i årtionden. Återbruk av byggnadselement och material har ökat i intresse hos forskare, arkitekter, utvecklare och fastighetsägare senaste åren. Trots det implementeras det sällan i praktiken i Sverige. Barriärer för återbruk inkluderar rädsla för fluktuerande utbud, kvalitetsgarantier, logistik, bristande erfarenhet i designprocessen och brist på tillgänglighet. Många forskningsprojekt pågår men det saknas en process för hur man identifierar och lokaliserar material. Dessutom finns det för närvarande lite samband mellan forskning och praktik, och liten insikt i de långsiktiga konsekvenserna som återbruk kommer att ha på designprocessen och arkitektens roll. Därför är syftet med denna studie att ta reda på vilka tunga stomelement som kommer att finnas tillgängliga för återbruk i Stockholmsregionen och att undersöka konsekvenser för hur återbruk kommer att påverka designprocessen och arkitektens roll. Studien utvärderade en ny metod för kortsiktig kartläggning av tillgängliga stomelement med hjälp av rivningslov, samt utforskade kartläggning av tillgängliga stomelement på medellång sikt genom detaljplaner och på lång sikt med översiktsplaner.  Resultaten visade att kartläggningen på medellång sikt inte var möjlig eftersom det finns för många detaljplaner och inget genomförbart sätt att granska dem på grund av hur de är tillgängliga för allmänheten. Den långsiktiga kartläggningen visade potential för att identifiera egenskaper hos olika områden i Stockholm och indikera var rivningar eller omvandlingar kan inträffa. Med tanke på att det kan komma ett paradigmskifte i hur industrin hanterar resurser, som policy och branschmål indikerar, kan de områden där rivning planeras idag komma att transformeras i morgon. Den kortsiktiga kartläggningen var den mest lovande metoden som utvecklats. Den visade att betydande mängder tunga stomelement kommer att finnas tillgängliga inom två år. De byggnader med tunga stomelement som nu ska rivas är till största delen från 1960-1980-talet och är generellt kontor och industribyggnader. 16 olika stomtypologier identifierades och utvärderades för återbrukspotential. Fyra typologier lyftes fram som särskilt värdefulla för återanvändning 1) platsgjuten armerad betongkonstruktion 2) prefabricerad armerad betongelementkonstruktion 3) Tegelkonstruktion från före 1960 och 4) stålkonstruktion. Det dominerande konstruktionsmaterialet var betong som var kärnmaterialet i 93 % av den totala ytan som hittades. För att testa användbarheten av metoden och identifiera implikationer på designprocessen användes den i ett pågående bostadsprojekt av utvecklaren NREP och arkitekterna Tengbom och Lendager Group. Fallstudien visade att lämpliga stomelement kunde identifieras för projektet med den kortsiktiga kartläggningen. Ett nytt förslag för stommen gjordes med element från kartläggningen, vilket bedömdes undvika betydande miljöpåverkan jämfört med en ny stomme. Enligt en tysk studie kan denna typ av återbruk undvika 90 % av CO2-ekv. utsläpp under produktion och byggande genom att återanvända prefabricerade betongpaneler. Implikationen av återbruk på designprocessen är ofta en utdragen introduktionsfas. Fallstudien visade att det var viktigt att studera måttkedjor och proportioner i det befintliga systemet för att omvandla det till ett nytt, vilket gör att processen kan bli mer materialdriven. Överväganden om hur man använder elementen för att minimera avfall och miljöpåverkan från att förbereda elementen för återanvändning är absolut nödvändiga vid utformningen av systemet.  Avfall skulle kunna hävdas vara ett designfel, vilket understryker behovet av att utbilda nya arkitekter och designers i att designa för återbruk. Potential för återanvändning ligger i att bibehålla värdet på stomelementen, istället för att betala för att bli av med dem, och att undvika stora negativa miljöpåverkan för råvaruutvinning och produktion. Projekt som genomförs idag har visat på stora besparingar i både CO2-ekvivalenter och kostnader. Men det kräver et innovativ och icke-konventionell organisation och roller. Samarbete och förtroende mellan intressenter är centralt. Designprocessen måste bli mer kollaborativ och iterativ med högre frekvens av informationsutbyte. Detta kräver att konsulter ser både bakåt, förstår de befintliga byggnaderna och materialen som vi kan använda, och framåt, i hur man kan använda dem framåt med innovativa strategier för både genomförbarhet, miljö, bestående arkitektur.

Disasters due to war and conflict or natural forces are responsible for the 26 million people displaced across the world today. The crisis extends into the temporary, yet indefinite, displacement camps where people live in congested living arrangements, vulnerable to an increased risk of disease, death, and social violence (spousal abuse, rape). Even when chaos subsides, social and physical networks have frayed rendering the temporary displacement camp a permanent home for some. Often, despite this “permanence”, access to adequate services and infrastructure and hence social and economic growth remains in a state of emergency. This thesis proposes that water infrastructure is the key social catalyst for developing these displacement camps into permanent sustainable communities. An urban displacement camp in the town of Gulu, Northern Uganda, is the case study location for a speculative design intervention. During rebel activities from 1996 to 2004, the town of Gulu more than tripled in size, absorbing almost 100,000 displaced people forced to flee their land. These people settled in displacement camps next to, and within the wetlands that border the town on all sides. The urban metabolism of the town has become polluted as the displaced people use, alter and degrade the wetlands because they have no other alternatives. Following the instigation of a peace process in 2006, some people have begun the journey home. However, it is estimated that just over half of these people will continue to live in the squalid camps, without an opportunity to prosper. A strategy is proposed for addressing and subsequently re-defining this urban metabolism. By synthesizing the existing urban fabric with strategies for harnessing the natural landscape, varying scales of water infrastructure are proposed. New opportunities for agricultural production is supported, while the spatial relationships created by the physical structuring of the water infrastructure renews the influence that water collection and distribution has in creating the social locus of a community.

Disasters due to war and conflict or natural forces are responsible for the 26 million people displaced across the world today. The crisis extends into the temporary, yet indefinite, displacement camps where people live in congested living arrangements, vulnerable to an increased risk of disease, death, and social violence (spousal abuse, rape). Even when chaos subsides, social and physical networks have frayed rendering the temporary displacement camp a permanent home for some. Often, despite this “permanence”, access to adequate services and infrastructure and hence social and economic growth remains in a state of emergency. This thesis proposes that water infrastructure is the key social catalyst for developing these displacement camps into permanent sustainable communities. An urban displacement camp in the town of Gulu, Northern Uganda, is the case study location for a speculative design intervention. During rebel activities from 1996 to 2004, the town of Gulu more than tripled in size, absorbing almost 100,000 displaced people forced to flee their land. These people settled in displacement camps next to, and within the wetlands that border the town on all sides. The urban metabolism of the town has become polluted as the displaced people use, alter and degrade the wetlands because they have no other alternatives. Following the instigation of a peace process in 2006, some people have begun the journey home. However, it is estimated that just over half of these people will continue to live in the squalid camps, without an opportunity to prosper. A strategy is proposed for addressing and subsequently re-defining this urban metabolism. By synthesizing the existing urban fabric with strategies for harnessing the natural landscape, varying scales of water infrastructure are proposed. New opportunities for agricultural production is supported, while the spatial relationships created by the physical structuring of the water infrastructure renews the influence that water collection and distribution has in creating the social locus of a community.

La croissance de la consommation par les villes de ressources naturelles est un facteur déterminant dans l’altération de la biosphère. Pour comprendre le processus du changement du rapport entre la ville et la biosphère, transition socioécologique dans le cas particulier de la ville, nous avons caractérisé la ville comme étant tributaire de la ressource externe en termes matériel et écologique. On s'intéresse dans ce travail à la relation entre la demande en énergie de la ville, l'évolution du système d'approvisionnement urbain et extra urbain en énergie, et le bassin d'approvisionnement en ressource énergétique avec le cas de l'agglomération parisienne. Pour ce faire, nous avons d'une part tenté d'évaluer la pression environnementale effectuée pour la consommation énergétique urbaine, métabolisme urbain, en utilisant la méthode d'analyse de flux d'énergie et de matière (AFME). L'AFME s'intéresse à mesurer le métabolisme d'une société et inclut par conséquent la consommation énergétique technique (pour le chauffage, le transport, l'industrie) ainsi que l'alimentation humaine et animale consommée dans la ville. La consommation énergétique urbaine est évaluée par la demande énergétique totale (DET), indicateur de pression environnementale, dans le but de mesurer la consommation d'énergie primaire en amont pour l'approvisionnement en énergie finale du territoire. On essaie ensuite de mettre en parallèle l'évolution de la DET pour l'énergie technique et l'évolution du rayon d'approvisionnement de cette dernière au fur et à mesure de la croissance urbaine. / Increasing urban natural resource consumption and particularly fossil energy consumption is one of the important factors of global environment alteration. To understand the socioecological transition process for the city, we characterize it as a natural resource dependent system in material and ecological terms. Cities mobilize a technical system to draw the external natural resource. Therefore, externality is a fundamental character of urban metabolism. We focus in this work on the relationship between the energy demand of the city, the evolution of the urban and extraurban energy supply system, and the energy resource supply area of Paris. We used energy and material flow analysis (MEFA) to evaluate environmental pressure driven by city's energy consumption, urban metabolism. MEFA aims to evaluate social metabolism, therefore energy demand including both the energy for technical system and bioenergy for food and forage provision for a society. Particularly, total energy requirement (TER) refers ta primary energy consumption, an indicator to evaluate the environmental pressure. Furthermore, we try to view the energy demand for the technical energy increase of the city in parallel with its energy supply area tor three dates chosen during the 19th and 21th centuries.