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The mining, processing, and use of finite natural resources is associated with significant interventions in the natural environment. Thus, these and other negative consequences make it necessary to reduce resource consumption. An important field of action is the more efficient use of biogenic residues as secondary raw materials. However, high water containing biomasses are still a problem since they need an energy- and cost-intensive pre-treatment for many conversion processes, which can make their use uneconomical. Hydrothermal processes (HTP) seem to be promising, since they require an aqueous environment for optimal processing anyway. Although technological progress within the industry is recognisable, however, to date HTP have not been established in industrial continuous operation in Germany. The core of this work is identifying reasons for this sluggish development and deriving appropriate recommendations for action. Based on the hypothesis that HTP can contribute to the efficient utilisation of biogenic residues in the future, potentials and obstacles for the development of HTP in Germany are identified using a literature review, expert survey, expert workshop, and SWOT analysis. To estimate the future potential of HTP in a systematic and structured way, a multi-criteria technology assessment approach is developed based on the results. To this end, assessment criteria for HTP are derived, weighted by expert judgment, and integrated into a transparent and structured procedure. In addition, mainly based on a Delphi-survey key factors of HTP development by 2030 in Germany are identified and three development alternatives for HTP in Germany by 2030 are derived. Using a system analysis and a comparative multi-criteria analysis at plant level, these scenarios are analysed for their possible future impact. Based on this methodology, the work shows that the production costs for the end products, the energy efficiency of the process, and the proportion of recycled phosphorus are of high relevance to the techno-economic success of HTP compared to reference systems, and they are therefore of high importance for its future development on the plant level. In addition, further key factors for the future development of HTP in Germany on the system level are found to be mainly in the political-legal (e.g. legal waste status of products from HTP) and techno-economic (e.g. cost-effective process water treatment) areas. According to this, important fields of action are the identification and use of cost reduction potentials (e.g. heat waste use), the development of system integrated decentralised plant concepts with integrated nutrient recycling (e.g. phosphorus), and the development of cost-effective ways to treat process water. System integration, cost-effective process water treatment, and nutrient recycling are all closely linked to production costs, investment costs, and potential revenues, and can contribute to improved process economics. For these areas, there is promising future potential to achieve higher competitiveness with reference technologies that are currently more economical.:Bibliographic description Curriculum Vitae Selbstständigkeitserklärung Danksagung List of Publications Contribution to the Publications Contents List of Acronyms List of Tables List of Figures Part I Introductory Chapters 1 Introduction and Background Hydrothermal processes: Introduction and status quo State of the art in the research field and knowledge gaps Objective and research framework Expected value added of this work 2 Materials and methods Derivation of HTP evaluation metrics and technology assessment tool Derivation of key HTP development factors and scenarios Performing the system-level scenario analysis Plant-level scenario analysis and test application of the assessment tool Derivation of core recommendations 3 Results and discussion Key development factors for HTP in Germany and scenarios System-level scenario analysis Test application of the assessment tool on plant level scenarios Recommendations Discussion 4 Conclusion and outlook Future research Further fields for the application of the developed methods 5 References Part II Appended Articles Paper I Paper II Paper III Paper IV Paper V Paper VI ; Der Abbau, die Verarbeitung und die Nutzung endlicher natürlicher Ressourcen sind mit erheblichen Eingriffen in die natürliche Umwelt verbunden. Diese und andere negative Folgen machen es daher erforderlich, den Ressourcenverbrauch zu senken. Ein wichtiges Handlungsfeld ist die effizientere Nutzung biogener Reststoffe als Sekundärrohstoffe. Stark wasserhaltige Biomassen sind jedoch ein Problem, da sie für viele Umwandlungsprozesse eine energie- und kostenintensive Vorbehandlung benötigen, was ihre Verwendung unwirtschaftlich machen kann. Hydrothermale Prozesse (HTP) scheinen für diese Reststoffe allerdings vielversprechend zu sein, da sie ohnehin eine wässrige Umgebung für eine optimale Verarbeitung benötigen. Obwohl der technologische Fortschritt innerhalb der Branche erkennbar ist, wurde HTP in Deutschland bisher nicht im industriellen Dauerbetrieb etabliert. Der Kern dieser Arbeit besteht darin, Gründe für diese schleppende Entwicklung zu ermitteln und geeignete Handlungsempfehlungen abzuleiten. Basierend auf der Hypothese, dass HTP in Zukunft zur effizienten Nutzung biogener Reststoffe beitragen können, werden Potenziale und Hindernisse für deren Entwicklung in Deutschland anhand einer Literaturrecherche, einer Expertenumfrage, eines Expertenworkshops und einer SWOT-Analyse ermittelt. Um das zukünftige Potenzial von HTP systematisch und strukturiert abzuschätzen, wird basierend auf den Ergebnissen ein multi-kriterieller Technologiebewertungsansatz entwickelt. Zu diesem Zweck werden Bewertungskriterien für HTP abgeleitet, nach Expertenmeinung gewichtet und in ein transparentes und strukturiertes Verfahren integriert. Darüber hinaus werden hauptsächlich auf der Grundlage einer Delphi-Umfrage Schlüsselfaktoren für die HTP-Entwicklung bis 2030 in Deutschland identifiziert und drei Entwicklungsalternativen für HTP in Deutschland bis 2030 abgeleitet. Mithilfe einer Systemanalyse und einer vergleichenden multi-kriteriellen Analyse auf Anlagenebene werden diese Szenarien auf ihre möglichen zukünftigen Auswirkungen hin analysiert. Basierend auf dieser Methodik zeigen sich als Ergebnisse, dass die Produktionskosten für die Endprodukte, die Energieeffizienz der Prozesse und der Anteil an recyceltem Phosphor für den techno-ökonomischen Erfolg von HTP im Vergleich zu Referenzsystemen von hoher Relevanz und daher auch von hoher Bedeutung für die zukünftige Entwicklung auf Anlagenebene sind. Darüber hinaus liegen weitere Schlüsselfaktoren für die künftige Entwicklung von HTP in Deutschland auf Systemebene hauptsächlich im politisch-rechtlichen (z. B. legalen Abfallstatus von Produkten aus HTP) und techno-ökonomischen (z. B. kostengünstige Prozesswasseraufbereitung)) Bereichen. Wichtige Handlungsfelder sind demnach die Ermittlung und Nutzung von Kostensenkungspotentialen (zB Abwärmenutzung), die Entwicklung systemintegrierter dezentraler Anlagenkonzepte mit integriertem Nährstoffrecycling (z.B. Phosphor) und die Entwicklung kostengünstiger Wege zur Prozesswasserbehandlung. Systemintegration, kostengünstige Prozesswasseraufbereitung und Nährstoffrecycling hängen eng mit Produktionskosten, Investitionskosten und potenziellen Einnahmen zusammen und können zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der Prozesse beitragen. Für diese Bereiche besteht ein vielversprechendes Zukunftspotenzial für eine höhere Wettbewerbsfähigkeit zu Referenztechnologien, die derzeit noch wirtschaftlicher sind.:Bibliographic description Curriculum Vitae Selbstständigkeitserklärung Danksagung List of Publications Contribution to the Publications Contents List of Acronyms List of Tables List of Figures Part I Introductory Chapters 1 Introduction and Background Hydrothermal processes: Introduction and status quo State of the art in the research field and knowledge gaps Objective and research framework Expected value added of this work 2 Materials and methods Derivation of HTP evaluation metrics and technology assessment tool Derivation of key HTP development factors and scenarios Performing the system-level scenario analysis Plant-level scenario analysis and test application of the assessment tool Derivation of core recommendations 3 Results and discussion Key development factors for HTP in Germany and scenarios System-level scenario analysis Test application of the assessment tool on plant level scenarios Recommendations Discussion 4 Conclusion and outlook Future research Further fields for the application of the developed methods 5 References Part II Appended Articles Paper I Paper II Paper III Paper IV Paper V Paper VI

Der Ausstieg aus der Braunkohle löst in den betroffenen Revieren einen grundlegenden Strukturwandel aus. Für die Kommunen in den Regionen stellt diese Entwicklung eine enorme Herausforderung dar. Es ist daher verständlich, dass Strukturpolitik und strukturpolitisches Handeln vor Ort zuerst darauf abzielen, die ökonomischen und sozialen Folgen des Strukturwandels abzumildern. Aufgrund sich ändernder Rahmenbedingungen (z.B. ⁠Klimawandel⁠) scheint es dennoch dringend angebracht, politische Strategien und konkretes praktisches Handeln vor Ort auf Synergien zwischen ökonomischer und sozialer Stabilisierung einerseits und ökologischen Zielsetzungen andererseits auszurichten. Diese Handreichung fokussiert daher auf zentrale Strategieelemente einer nachhaltigen Kommunalentwicklung im Strukturwandel, und benennt Ansatzpunkte und gute Umsetzungsbeispiele, die im Gestaltungsspielraum kommunaler Akteure liegen.

Städte und ihr Umland sind "Hot-Spots" der Ressourceninanspruchnahme. Gebäude und Infrastrukturen verursachen beispielsweise in der Bau- und Nutzungsphase einem hohen Bedarf an Rohstoffen, Energie, Fläche und Wasser, was negative Umwelteffekte verursacht. Stadtplanung und -entwicklung können wichtige Beiträge leisten die Ressourceninanspruchnahme zu reduzieren, da sie direkten Einfluss auf Bautätigkeiten und die Infrastrukturversorgung haben. Dieses Hintergrundpapier formuliert Empfehlungen an die Bundes- und Landesebene zur Stärkung des Ressourcenschutzes in Stadtplanung und -entwicklung. Im Fokus stehen Möglichkeiten durch Gesetze, Verordnungen, Strategien und Fördermechanismen.

With this strategic research agenda, UBA identifies future research priorities for the development of urban areas which are based on environmental quality goals. Interfaces between disciplines and knowledge gaps in environmentally-oriented, socially responsible and health-promoting urban development are identified.

Life cycle assessments (LCA) are an essential tool to explore the environmental impacts associated with a product or service over the course of the entire life cycle. For accurate modelling, data on all relevant potential environmental impacts should be included in an LCA. To consider land in the context of an LCA, the quality of the land used to supply a product or service is a key factor. The brochure introduces an approach to include land use in LCA in a comprehensive and user-friendly manner. In the following, a summary of the wide-ranging results of the project is presented in compact form. It is aimed first and foremost at LCA experts, but also at stakeholders and policy-makers charged with implementing strategies and measures for the protection, conservation and sustainable use of land, bio-diversity and ecosystems.

Städte und urbane Agglomerationsräume gehören weltweit zu den größten Energie- und Ressourcenverbrauchern. Die anhaltenden Urbanisierungsprozesse und wirtschaftliches Wachstum führen zu weiter steigendem Bedarf an Rohstoffen. Durch die Optimierung von Stoffkreisläufen kann der Ressourcenverbrauch reduziert und somit nachhaltiger gestaltet werden. Ziel des vom Umweltbundesamt beauftragten Forschungsvorhabens war es, zu untersuchen, inwieweit stadtplanerische Instrumente auf urbane Stoffströme Einfluss nehmen können und welche Möglichkeiten zur nachhaltigen Einflussnahme von Stoffströmen bestehen. Zentrale Fragen waren: Wie werden urbane Stoffströme in der gegenwärtigen Planungspraxis berücksichtigt?Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei der Einflussnahme auf urbane Stoffströme durch stadtplanerische Instrumente? Die Beantwortung dieser Fragen soll dabei helfen, einen Beitrag für eine nachhaltige Entwicklung urbaner Räume und Regionen zu leisten. In diesem Zusammenhang wurden für Kommunen und dem Bund sowie teilweise für die Länder Handlungsempfehlungen erarbeitet.

Städte und ihr Umland sind "Hot-Spots" der Ressourceninanspruchnahme. Gebäude und Infrastrukturen verursachen beispielsweise in der Bau- und Nutzungsphase einem hohen Bedarf an Rohstoffen, Energie, Fläche und Wasser. Stadtplanung und -entwicklung können wichtige Beiträge leisten die Ressourceninanspruchnahme zu reduzieren, da sie direkten Einfluss auf Bautätigkeiten und die Infrastrukturversorgung haben. Diese Broschüre richtet sich an die kommunale Verwaltungspraxis und zeigt mittels theoretischer und praktischer Fallkonstellationen Möglichkeiten auf, wie der Ressourcenschutz durch den gezielten Einsatz von Instrumenten der Stadtplanung und -entwicklung unterstützt werden kann.

Welche Rolle spielen Belange der Ressourcenschonung in der Stadt- und Infrastrukturentwicklung? Wo liegen geeignete Handlungsfelder, vielversprechende Potentiale und was sind zentrale Stellschrauben zur Stärkung dieses Umweltaspekts in der kommunalen Planungspraxis? Dieses Hintergrundpapier widmet sich diesen Fragen, indem es die Schnittstelle von Ressourcenschonung, Infrastrukturentwicklung und Stadtentwicklung betrachtet. Ziel des Papiers ist es, anhand von Praxisbeispielen und aktuellen Forschungsergebnissen aufzuzeigen, wo Möglichkeiten liegen, um die Ressourcenschonung im Kontext der Stadt- und Infrastrukturentwicklung stärker zu berücksichtigen, und welche Umweltschutzpotentiale vorliegen. Zielgruppen sind ein Fachpublikum aus Planungspraxis und Wissenschaft sowie Entscheidungsträger*innen auf Bundes-, Landes- und kommunaler Ebene.

Das Vorhaben "Urbane Umweltziele" entwickelte einen Vorschlag für ein Set an Kenn- und Zielgrößen für eine umweltschonende Siedlungsentwicklung. Für ausgewählte Kenngrößen wurden Zielgrößen bestimmt, die statistisch und qualitativ geprüft sowie anhand von drei Beispielstädten validiert wurden. Diese Zielgrößen bilden die Grundlage, um geeignete Maßnahmen für einen umfassenden urbanen Umweltschutz zu ermitteln und den Akteur*innen sowie politischen Entscheidungsträger*innen in Kommunen, aber auch in Bund und Länder vorzuschlagen. Das entwickelte Set von Zielgrößen reflektiert die Gesamtheit von qualitativ formulierten Zielsetzungen, quantitativen Kenn- und Zielgrößen, potenziellen Zielkonflikten in und zwischen Handlungsfeldern sowie Maßnahmenvorschlägen zu ihrer Umsetzung. Damit setzen die vorgeschlagenen Zielgrößen Orientierungsmarken für Akteur*innen in Politik und Verwaltung auf den verschiedenen föderalen und räumlichen Ebenen sowie in Wirtschaft und Zivilgesellschaft und sollen zur Bestimmung eigener, orts- und bedarfsspezifischer Zielgrößen anregen.

Durch die gemeinsame Verlegung und Bündelung von verschiedenen Infrastrukturen für Strom, Wasser, Gas, Informations- und Kommunikationsdienste, Fernwärme, Abwasser u. a. in einer Trasse werden geringere Umweltbelastungen sowie soziale und ökonomische Vorteile erwartet. Bündelungsgebote bzw. Bündelungsmöglichkeiten sind zum Teil auch rechtlich verankert, etwa im Naturschutzrecht oder im Raumordnungsrecht. INTEGRIS hat die Klärung von Verfahrensfragen zur Planung und Zulassung und die Bewertung der Nachhaltigkeit im Rahmen der Regionalentwicklung mit Blick auf zukünftige Anforderungen an Infrastrukturen zum Ziel. Die im Projekt durchgeführte Nachhaltigkeitsbewertung am Beispiel des Bauvorhabens der Kommunalen Netze Eifel (KNE) hat gezeigt, dass prinzipiell eine gebündelte Verlegung von Infrastrukturen einer ungebündelten Verlegung vorzuziehen ist. Aus den Vergleichsergebnissen der Umweltwirkungen gebündelter und ungebündelter Infrastrukturen sowie aus der rechtlichen Einordnung leiten sich abschließend Empfehlungen für die Planungspraxis ab. Eine Betrachtung von möglichen Zukunftsszenarien macht die Notwendigkeit einer gestaltenden Politik deutlich. Aktuell wird gerade im IKT-Bereich eine klare Koordination aller Akteure und Maßnahmen als unbedingt notwendig erachtet, um einen gleichmäßigen Ausbau zu erreichen. Die einzelnen Sektoren sind zukünftig enger miteinander verzahnt; Knotenpunkte als Punkte der Umwandlung verschiedener Energieträger werden wichtiger. Eine Strategie, die eine sektorübergreifende Planung beinhaltet und bspw. mindestens Knotenpunkte vorsieht, an denen sich verschiedenen Infrastrukturen "treffen", ist daher sinnvoll und notwendig.

The aim of this study is to contribute to a process of learning about innovative and successful approaches to tackle problems and challenges of urban environmental protection. For this purpose, a detailed overview of the importance of environmental challenges, political priorities and successful solutions in selected countries and cities is provided. On this basis, the study analyses factors of success and it discusses, to what extent such success factors found in the case studies can be transferred to and replicated in other cities. Finally, recommendations are provided to cities, countries and the international community how to further strengthen environmental protection at the urban level. The role of German cities and institutions is discussed as well. The cases which are analysed are Belo Horizonte in Brazil, Moscow in Russia, Kochi in India, Beijing in China, Cape Town in South Africa and Jakarta in Indonesia. These cities were selected because they already implemented successful policies, measures and other initiatives in the past and the aim of this study is to find and discuss such successful activities. For each city, the study analyses the policy documents to describe challenges and political priorities. These documents are urban land-use plans (cross-sectoral), sectoral master plans as well as concrete urban policies and by-laws. The analysis aims to understand the effectiveness of the plans and instruments and also takes into account the national policy environment. Although taking a cross-sectoral perspective, the analyses each focus on certain sectors to receive in-depth results. The factors of success are deducted in a way the sectoral perspective can be opened up to a more holistic view about success factors.

Das Projekt Nachhaltige Kommunalentwicklung im Strukturwandel (NaKESt) wurde von Oktober 2019 bis April 2022 vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie zusammen mit dem TRAWOS Institut für Transformation, Wohnen und soziale Raumentwicklung und dem ifo Institut für Wirtschaftsforschung durchgeführt. Das Forschungsvorhaben begleitete den ersten Aufruf der Förderrichtlinie "Kommunale Modellvorhaben zur Umsetzung der ökologischen Nachhaltigkeitsziele in Strukturwandelregionen" (KoMoNa). Mit ihr fördert das Bundesumweltministerium auf kommunaler Ebene vornehmlich eine ökologisch nachhaltige Entwicklung in Strukturwandelregionen. Die Förderrichtlinie zielt darauf ab, kommunale Verwaltungen und weitere Akteure und Akteurinnen in Strukturwandelregionen dabei zu unterstützen, ökologische Nachhaltigkeitsziele und den Einstieg in einen langfristig umweltverträglichen Entwicklungspfad zu verwirklichen. Das Forschungsvorhaben befasste sich mit Entwicklungsperspektiven der vom Braunkohleausstieg betroffenen Kommunen und Regionen. Das Forschungsvorhaben setzt an der Prämisse an, dass sich Strukturpolitik verändern muss, um einerseits dem komplexen Geflecht aus Zielen der ökonomischen und sozialen Stabilisierung und gleichzeitig ökologischen Erfordernissen aus Natur- und Klimaschutz, Klimaanpassung und Ressourcenverknappung gerecht zu werden. In einem ersten Analyseschritt wurden historische Strukturwandelprozesse in Deutschland aufbereitet. Im Erkenntnisinteresse stand dabei, welche förderpolitischen Schwerpunkte gesetzt wurden, welche Akteure und Akteurinnen in den jeweiligen Prozessen eine wichtige Rolle spielten und welche Erfolgsfaktoren und potenzielle Hemmnisse für die Gestaltung aktueller Strukturpolitik und ihrer Umsetzung von Bedeutung sein könnten. Darauf aufbauend befasste sich das Projektteam mit einer Bestandsaufnahme der Nachhaltigkeitsagenda von der internationalen bis zur kommunalen Ebene. In der Verbindung der ersten beiden Analyseschritte wurde der Frage nachgegangen, wie eine stärkere Verbindung der Nachhaltigkeitsagenda mit strukturpolitischen Zielsetzungen erfolgen kann. Untersucht wurden zudem drei strukturpolitische Fallbeispiele aus der jüngeren Vergangenheit hinsichtlich der Frage, wie dort die Verknüpfung dieser beiden Politikbereiche bereits gelungen ist. Eine ausführliche Analyse von Akteuren und Akteurinnen für die deutschen Braunkohlereviere stellt die Verbindung zur aktuellen praktischen Umsetzung einer nachhaltigen Strukturpolitik im Rahmen des Kohleausstiegs dar. Begleitet durch einen Expert*innen-Kreis und auf Basis von Interviews und Workshops wurde vertiefend analysiert, welche Akteure und Akteurinnen für einen nachhaltigen Strukturwandel in den Braunkohlerevieren berücksichtigt werden müssen und wie ihnen Hilfestellung bei der Zielpriorisierung sowie der Implementierung konkreter Maßnahmen geboten werden kann. Abschließend wurde herausgearbeitet, welche Ansatzpunkte für eine stärkere Verankerung der Nachhaltigkeitszieldimensionen in strukturpolitischen Förderprogrammen auf Bundesebene bestehen. Diese Empfehlungen sind im Rahmen eines UBA-Leitfadens veröffentlicht: (https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/den-strukturwandel-oekologisch-gestalten)