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Zusammenfassung
Ansatz der vorliegenden Arbeit ist es, mit Blick auf den in einer großen Variationsbreite existierenden Brauprozess in Brauereien mit unterschiedlichster jährlicher Produktionsmenge und technologischem Stand, die wesentlichen charakteristischen Teilprozessschritte hinsichtlich Ihrer Bedarfe an den thermischen Energieformen Wärme und Kälte, unter Berücksichtigung der jeweils in den Teilprozessen herrschenden Temperaturniveaus, darzustellen. Dies ist in Kapitel 2 sowohl für die in Trocknungsprozessen vorbehandelten feststofflichen Braukomponente Gerstenmalz und Hopfen, sowie für die mit dem Beginn der Erwärmung von frischem Brauwasser startenden Prozesse des Einmaischens, Läuterns, Kochens, Gärens bis hin zur Reifung des Jungbieres, erfolgt. Zunächst wurde das jeweilige Temperaturniveau der einzelnen Phasen des Brauvorgangs, trotz seiner unterschiedlichen verfahrenstechnischen Realisierung, abgesteckt. In Kapitel 5 wird der rein für den Prozess notwendige Wärme- und Kältebedarf, auf der Basis der wesentlichen Zustandsänderungen des entstehenden Produktes, bestimmt. Dabei liegt bei jedem Prozessschritt entweder ein Wärme- oder ein Kältebedarf vor. Die Teilprozesse bilden eine zeitliche Abfolge innerhalb des Brauprozesses, welche die Vorstufen des Bieres nacheinander durchläuft. Die in den Kapiteln 3 zum Thema Kälte und in Kapitel 4 zum Thema Wärme dargestellten Grundlagen, liefern die Grundlagen für das Verständnis, des Verhaltens eines Systems im Umfeld von thermischer Energie und bilden die thermodynamischen Kenntnisse, die für die Beurteilung des Transportes, der Erzeugung und der Speicherung von Wärme und Kälte ergeben. Die Wärme und Kältebedarfe in ihrer zeitlichen Abfolge ermöglichen uns unabhängig von gängigen technischen Realisierungen in der Praxis noch einmal in Kapitel 6 die Frage zu stellen, in wie weit zunächst für jeden einzelnen Teilprozess Energieeffizienzverbesserungen durch Eingriff in den Prozess möglich sind. Die Frage der Heranführung der Wärme bei Wärmebedarf des Produktes an das Produkt hat in der Entwicklung der Brauereitechnologie sehr verschiedenen konstruktiven Ausführungen der Maischgefäße und der Gefäße für die Würzebehandlung geführt. An dieser Stelle ist der Einfluss von Veränderungen, welche den Transport von Wärme verbessern könnten, auch auf das Produkt zu hinterfragen. Die modernen Ausführungen der Maisch- und Würzepfannen sind auf ein produktschonendes Verfahren ausgelegt. Änderungen im Anlagenpark erfordern von jeder Brauerei einen langerprobten Umgang, um trotz der Veränderungen an diesen Prozesshilfsmitteln, dennoch die geschmackliche Qualität des Bieres nicht unerwünscht zu beeinflussen. Die Rückführung der Verdampfungswärme beim Kochen und teilweise Verdampfen der Würze in der Pfanne, in den Prozess, unter Beibehaltung des höchstmöglichen Temperaturniveaus dieser Wärme, ist ein Beispiel aus Kapitel 6 für die Effizienzsteigerung des Teilprozesses. Stärker in den produktbeeinflussenden Teilprozess des Maischens greift die Wahl zwischen den zwei etablierten Wärmezufuhrverfahren, dem traditionellen Dekoktionsverfahren und dem in letzter Zeit deutlich überwiegenden Infusionsverfahren. Hier liegt mit der Wahl des letzteren Verfahrens, innerhalb des Teilprozesses Maischen ein Effizienzsteigerungspotential in der Praxis.
Die teilprozessübergreifende Kopplung der einzelnen Verfahrensschritte erlaubt den Transport von Wärme und Kälte, zwischen diesen Teilprozessen, unter Berücksichtigung der zeitlichen Versetzung der einzelnen Teilprozesse. Damit lassen sich Wärme- und Kältebedarfe untereinander bedienen, wenn eine Speichervorrichtung für Wärme auf den jeweiligen Temperaturniveaus vorhanden ist. Das Temperaturniveau der thermischen Energien ist, wie bereits in der Theorie in den Kapitel 3 und 4 gesehen, wo großer Bedeutung. Denn es geht bei der Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtprozesses um die Erhaltung des Potentials der Wärme und Kälte trotz naturbedingter Einbußen, welche die Übertragung der Wärme aufgrund eines notwendigen Temperaturgefälles mit sich bringt. Die Kopplung der Teilprozesse entlang des Brauprozesses führt nach der Analyse in Kapitel 6 dazu, dass Energiezufuhr von außen am heißesten Ort entlang der Prozesskette erforderlich ist, da an dieser Stelle des Würzekochens und Verdampfens innerhalb des Gesamtprozesses keine Wärme auf diesem Temperaturniveau „ausgeliehen“ werden kann. Als Resultat erhält man, das eine Dampferzeugung zur Wärmebereitstellung mit einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von 100°C erforderlich ist, sowie Kältebereitstellung für die kühlen Prozessschritte Gären und Reifen, bei denen die Aufrechterhaltung einer Temperatur bei knapp 0°C gegenüber der wärmeren Umgebung über eine längere Zeitdauer erforderlich ist.
Hiermit kommt man zu der zweiten Fragestellung aus der Einleitung, welche Szenarien der Bereitstellung der Energie, ggf. in Form einer Selbstversorgung der Brauerei sinnvoll ist.
Energetisch ist die Erzeugung von Wärme auf einem vergleichsweise moderaten Temperaturniveau von benötigten 120 bis 140°C durch die Verbrennung des Primärenergieträgers Erdgas im Dampferzeuger nicht optimal. Es bietet sich an, das Gas bei der Verbrennung einen guten Teil seiner Exergie in Reinform zur Verfügung stellen zu können, in dem es z.B. in einem Gasmotor mechanische Arbeit leisten darf, die über einen Generator zu elektrischem Strom veredelt wird, und die Wärmebedarfe in der Brauerei aus dem Abgas und dem Kühlwasser des Motors gedeckt werden. Diese Form des gasbetriebenen Blockheizkraftwerkes (BHKW) ist in der Industrie seit einiger Zeit weit verbreitet. Der Strom deckt Bedarfe durch Elektromotorenantriebe, Kälteerzeugung mit Kompressions-Kältemaschinen, Lüftungsventilatoren, Pumpen und Beleuchtung. Überschüssiger Strom kann ggf. an den Stromversorger verkauft werden.
Der Wärmebedarf für den Brauprozess, sowie für die Wärme im Flaschen- und Fassreinigungsprozess, sowie zur Pasteurisierung des Bier (bei Rückgewinnung eines Teils der Wärme auf leicht niedrigerem Temperaturniveau) wird durch eine Wärmebedarfsauslegung des BHKW weitestgehend gedeckt. In der Ausführung des BHKW sollte berücksichtigt sein, dass die Wärme in ausreichender Menge bei höherer Temperatur durch optimale Nutzung des heißen Abgases entnommen wird, um auf jeden Fall den Dampfbedarf in der Würzepfanne zu decken.
This thesis presents the perspective and basis for modeling of retail electricity price components in Germany. Detailed Python models are developed to provide predictions for yearly development of average network charges, EEG, StromNEV-19 and KWK surcharges for the period 2015-2035. For network charges and EEG surcharge, scenario-B (2035) from NEP2015 has been chosen as the model scenario. For KWK surcharge, the 2025 KWK share target, set by KWKG-2016, has been chosen as the model scenario. Individual component model results are validated against available academic literature and institutional reports. Model results for EEG surcharge, indicate an increasing yearly EEG costs till 2024, after which the expiring EEG plants of past will unburden the related high costs and EEG surcharge will drop but still be around 99% of 2015 level in 2035. Model results for network charges indicate a consistently increasing yearly trend owing to high grid investments needed for reaching the target RE share of 57%. KWK model results also indicate a growing KWK surcharge until 2020 which then would remain stagnant at that level onwards. All model results are collected under three consumption categories, namely, households, privileged and nonprivileged industries. The final results indicate that the average German household will face an overall increase of around 3.37 Cents/kWh in retail electricity prices (excluding VAT) till 2028, after which the retail prices will drop a little due to dropping EEG surcharge. The similar but slightly reduced trend can be seen for nonprivileged industrial consumption. The increment effect, however, is only minute for privileged industrial consumption due to high exemptions in EEG & KWK surcharges and reduced individual network charges.
Human civilization has a great history of managing Water, Sanitation, and Hygiene (WaSH) services. But such services in rural areas have been neglected throughout our history. Numerous multimillion dollars WaSH interventions have been implemented in rural areas to eradicate open defecation, but most of them failed to create a demand for sanitation. Lack of equity and fair participation in approaches to change behavior and mindset, rather than habits, has made it hard for governments to achieve their WaSH related targets. Participatory rural sanitation approaches that focus on behavior change and ownership building among the community members have helped in the transition to open defecation free (ODF) societies. A justice-focused sanitation approach shows potential in fast-tracking this transition. Just transition is a concept that has not been endured in the sanitation discussion yet but shows the potential of sustainable WaSH solutions. This social empirical research has explored the feasibility of a justice-based sanitation approach guiding a transition towards societies with universal access to sanitation services. A just sanitation transition framework was adapted from the considered theoretical foundations and was used to map the capability and justice dimensions of two rural sanitation approaches being implemented in schools in the Mukuyu community in Trans-Nzoia county, Kenya. The adapted framework has been able to compute both sanitation approaches on a scoring tool, quantitatively assessing the productivity and justice dimensions of both approaches. This research has helped in establishing the viability of a just sanitation transition framework to produce an informed understanding of the potential of rural sanitation approaches to produce desired results while being just. Study findings help in filling research gaps and laying the foundation to the just transition debate in the sanitation sector and opens a window to further researches on the same, in the future.
Circular economy (CE) has received considerable interest in recent years as a strategy to resolve some of our modern urban resource challenges, and circular city models often incorporate systems of urban agriculture in their design. Much work has analyzed the benefits of urban agriculture for creating a resilient food system and as a strategy for supporting urban green space and social cohesion, however, the contributions from business models that operate within urban agriculture have not been thoroughly studied. Many urban agriculture businesses often claim high levels of resource recycling and material circularity, though whether a resource efficiency throughout the entire product lifetime (including energy and material footprint for the cultivation equipment) in comparison to current industrial strategies is truly feasible or even possible is still to be debated. This thesis builds upon work that incorporates social dimensions of CE definitions and begins to research whether the potential resource efficiency contradiction can be justified as to make urban agriculture a valid approach for circular city design. This study examined an urban mushroom farm that implements a circular business model. A qualitative summary of the business operations and resource flows were unpacked and sorted into 24 socio-economic contributions based on their interpreted relevance. The interpreted data shows that an urban agriculture business model can contribute to the building blocks of a CE through economic, ecological, social, and spatial contributions. While these contributions can contribute positively to the operationalization of CE, potential trade-offs regarding resource efficiency, use of urban space, and investment priorities need to be considered and addressed to avoid a possible watering down or greenwashing of the CE concept.
In 2015, the adoption of the 2030 Agenda for Sustainable Development, including the 17 Sustainable Development Goals (SDGs), and the Paris Agreement provided a basis for considerable optimism for the fight against climate change and efforts to promote sustainable development, but their implementation remains an enormous challenge. Finance, in turn, plays a key role in implementation. This thesis thus seeks to provide new insights into the challenge of implementing the Paris Agreement and the 2030 Agenda by examining pertinent financial flows while taking into considering that making use of thematic overlaps between these two agendas can help to leverage synergies, especially if financial flows take adequate account of these overlaps. Since energy plays an essential role in both the goals of the Paris Agreement and the 2030 Agenda (in SDG 7 and beyond it), this thesis focuses on countries’ energy-related national commitments. Against this background, this thesis investigates the question which role energy plays in the Nationally Determined Contributions (NDCs) under the Paris Agreement and to what extent climate finance is considered in the context of the energy system transition. The key finding is that financial flow for renewable energy and energy efficiency improves globally with an unchanged track of non-renewable energy in the post-NDC period.
As the number and intensity of environmental challenges increase, more faiths have initiated religiously motivated change within their communities or have been involved in cooperation projects with NGOs or GOs dedicated to conservation. Even though a lot of quantitative research had been done on the correlation of religiosity and concern for the environment, no scientific study dealt about the argumentation lines that drive or discourage believers to get involved in environmental conversation. As a basis for the research the Theory of Planned Behavior of Ajzen was modified into a model. By the means of Semi-Standardized Interview guidelines 15 members and leaders of different church communities in Amman were interrogated to retrieve meaning of and cause-effect-chains between the different components of the model. Their answers were coded and analyzed with cross tables to identify interconnections and their tendencies.
The results show that interviewees’ religious convictions about God and the world were the strongest influencer, whereas the community and leaders rarely gave a reason for people to adapt water saving measures. External factors such as governmental, societal, political or economic mostly discouraged people to adapt environmentfriendly behaviors. Approaches by the GIZ have already started catering to those challenges and potentials, however the range of impact did not reach until most of the interviewees.
Desarrollo de Competencias para la Sustentabilidad, a través del Aprendizaje Basado en Escenarios
(2018)
La sustentabilidad, planteada como concepto y solución estratégica frente a la crisis contemporánea, supone diversos retos para la humanidad entre los que se encuentra la formación de individuos capaces de afrontar la complejidad de la problemática ambiental, así como de visualizar y desarrollar una sociedad libre, justa y en equilibrio.
Con el propósito de coadyuvar a dicho cambio, el presente trabajo se propuso investigar la contribución del Aprendizaje Basado en Escenarios al desarrollo de competencias para la sustentabilidad, tanto desde el punto de vista conceptual como práctico, diseñando un recurso educativo y realizando una prueba piloto en estudiantes de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Los objetivos específicos fueron: (1) Identificar, seleccionar y formular el análisis sistémico de dos casos, uno en México y otro en Alemania, para mostrar la complejidad de la relación entre dimensiones de la sustentabilidad y los desafíos a los que se enfrentan los actores en la gestión de esta y, (2) Diseñar y probar un recurso educativo en torno a su contribución al desarrollo de las competencias de pensamiento crítico y pensamiento sistémico.
La prueba piloto del recurso educativo se realizó con un grupo multidisciplinario, integrando estudiantes de las licenciaturas: Ciencias de la Comunicación, Ciencias Ambientales y Salud, Ingeniería Agroindustrial, Psicología y Psicopedagogía.
Con base en entrevistas de valoración se llegó a la conclusión de que el aprendizaje basado en escenarios si permitió contribuir al desarrollo de competencias para la sustentabilidad. Los dos casos seleccionados: Río Rin y Río Verde resultaron eficaces al evidenciar la complejidad, así mismo, advirtieron los desafíos que resultan de la gestión de la sustentabilidad de ambos, mostrándose análogos. Por último, cabe mencionar que el desarrollo de la competencia interpersonal (diálogo y colaboración principalmente) que no estaba dentro de los objetivos de la tesis, se evidenció a partir de las entrevistas la valoración.