Innovation, science and engineering are driving forces to mastering the global challenges of the next decades. The basis is education. ISEE stands for Innovation, Science, Engineering and education. This book summarises the presentations, discussions and Statements that were made during the ISEE-Africa conference held in Nairobi in 2019 from January 30 to February 1. The ISEE conference is a gathering of international researchers, scholars, and students, who came together to discuss jointly relevant topics related to better education for the engineers and architects of the future. Today, we know that the climate change is real. Many regions in the world are already suffering significantly, and the only way for humanity to overcome the challenges is to develop more sustainable technologies to the benefit of the entire global society. However, sustainable technologies require for deeper understanding, more conscious thinking, and smarter engineering. The only way how this can be achieved is to educate the developers, the decision makers, the engineers of tomorrow in a more knowledge driven way, and to equip them with the assertiveness required for the implementation. In this book, topics of construction and sustainable materials are linked to educational challenges. It addresses teachers, academic and political decision makers, and change drivers. The specific objective is to be critical, thought-provoking and inspiring. This way, we do hope that the book can deliver credible solution strategies for enhanced education for a new generation of decision makers with higher awareness of global and environmental challenges as well as innovation potentials.
In many regions of the world the urbanisation process is accelerating dramatically. This puts pressure on urban planners but also politics to develop strategies for sustainable city growth. With the rapidly increasing demand for living space in urban areas, cities typically grow vertically. This is largely driven by real estate markets and sometimes also by the desire for status symbols. Certainly, vertical urban growth makes sense, when horizontal growth destroys important flora and Fauna (e.g. in rain forest regions), but in many cases vertical growth is result of real-estate business and Expansion limitation due to state or country borders. However, economics and borders are made by humans. They follow human-made rules. Gravity does not. Therefore, from a point of view of sustainable materials and resourceuse, the trending vertical growth of cities may come under scrutiny. The following aspects should be considered, when a decision is taken between a new quarter with limited number of storeys or a new skyscraper.
This paper presents a pragmatic approach for reducing the environmental impacts of transport in the German Federal State Saxony. The aim is to use the potential of pricing measures for effectively reducing environmental impacts of transport. They are combined with less-effective but more accepted non-pricing measures in a policy package. The development of this approach starts with the calculation of the current external costs of transport in the case study area. Second, a policy package reducing these external costs is composed. Third, the development of the external costs is assessed and compared in two scenarios, a BAU-scenario and the policy scenario where measures reducing the environmental impacts of transport are implemented. Fourth, the public and political acceptability of this policy package are investigated. The results show that it is possible to develop a policy package that is effective for reducing the environmental impacts as well as acceptable to the public and politicians. Therefore, such a package approach is suitable to guide future political decisions and actions towards a more sustainable transport sector.
The African cement, concrete and construction business is growing at rapid pace. The cement sales are expected to grow rapidly until 2050. The number of newly built cement plants increases dramatically and in addition more cements are being imported from outside the continent, e.g. from Turkey, Pakistan, Indonesia, and China, driven by overcapacities in the countries of origin. This causes a high number of potentials and challenges at the same time. Newly built cement plants can operate directly at best technological state of the art and thus incorporate more sustainable technologies as well as produce new and more sustainable products such as cements blended with sustainable supplementary cementitious materials such as calcined clays, and industrial or agricultural by products. At the same time the new variety of binding agent as well as the international imports, which are driven by price considerations, make the cement market prone to quality scatter. This puts pressure on the quality control regulations and institutions to ensure safety of construction, healthy application, and environmental safety for the population. The paper presents possible solutions to build up the rapidly increasing African cement production more sustainably than in the rest of the world as well as the related challenges and obstacles that need to be overcome. Based on experiences with a series of pan-African cement testing laboratory proficiency schemes conclusions are made on technical, regulative and political level.
Gegenstand der Untersuchung ist die Analyse der externen Kosten von Verkehr in Sachsen sowie von Optionen einschließlich deren Wirkungen zur Reduzierung der externen Kosten. Zur Beantwortung der gestellten Fragen wurde Arbeit in die folgenden Arbeitsschritte gegliedert: - Quantifizierung verkehrlicher Umweltwirkungen im Freistaat Sachsen, - die Zusammenstellung von Maßnahmen zu deren Verringerung, - die Abschätzung von Auswirkungen der Maßnahmen auf die Umweltwirkungen von - Verkehr sowie das Aufzeigen von Wegen zur Umsetzung derartiger Maßnahmen. Ein erstes wichtiges Ergebnis der Arbeiten ist das eigentliche Maßnahmenpaket zur Verminderung verkehrlicher Umweltwirkungen. Dieses wurde primär aus Maßnahmen zusammengestellt, deren Umsetzung in der Kompetenz des Freistaates Sachsen oder nachgeordneter Verwaltungsebenen liegt. Einbezogen wurden preisliche und nicht-preisliche Maßnahmen. In beiden Bereichen verfügt der Freistaat Sachsen über Gestaltungsmöglichkeiten. Es gibt aber auch wichtige, vor allem preisliche Maßnahmen, die auf übergeordneter Ebene umgesetzt werden müssen. Zu Letzteren zählen eine CO2-Abgabe auf Kraftstoff sowie eine Erweiterung der Kfz-Haftpflicht. Das zusammengestellte Szenario kann zum einen als Grundlage einer Diskussion zu konkreten Schritten einer Verringerung verkehrsbedingter Umweltbelastungen im Freistaat Sachsen dienen. Zum anderen stellt es eine wichtige Eingangsgröße für die Wirkungsabschätzungen dar. Die zweite Eingangsgröße für die Wirkungsabschätzungen ist eine Analyse der Verkehrsentwicklung einschließlich der damit verbundenen Umweltwirkungen für Status quo und Trend: Die ungedeckten Kosten des Verkehrs werden im Trendszenario bis 2020 zurückgehen: Im Jahr 2020 werden sie ca. 1.300 € je Person und Jahr, das sind in Summe über 4,5 Milliarden €, betragen. Dabei ist der Straßenverkehr nach wie vor dominant. Er verursacht im Jahr 2020 94 Prozent der gesamten verkehrsbedingten externen Kosten. Betrachtet man die einzelnen Effekte, so sind die Unfallkosten, luftschadstoffbedingte Kosten sowie Lärmkosten die wichtigsten Kostenkomponenten. Diese Verteilung ist durch den Straßenverkehr geprägt und gilt für Status quo, Trend- und Internalisierungsszenario gleichermaßen. Die Umsetzung der Internalisierungsmaßnahmen führt zu einer Senkung der externen Kosten um 13 Prozent gegenüber dem Trendszenario. Dies ist auf eine Vielzahl von Einflussfaktoren zurückzuführen: Die Fahrleistungen aller Verkehrsträger, also die Anzahl der insgesamt benötigten Fahrzeugkilometer, sinkt im Internalisierungsszenario um 11% gegenüber dem Trend. Dabei werden Fahrleistungsverlagerungen vor allem auf Rad-, Fuß- und ÖV – Verkehre deutlich. Mit den Verhaltensänderungen geht eine deutliche Verbesserung der technischen Emissionsfaktoren einher, sodass dasselbe Verhalten kostengünstiger realisiert werden kann. Das Internalisierungsszenario erhält damit die Mobilität aller Einwohner und erreicht eine Vielzahl von Verbesserungen in vielen Lebensbereichen ohne gravierende Nachteile. Warum wird dann aber ein solcher Weg nicht ständig begangen? Der Grund liegt in der Akzeptanz eines solchen Paketes, welche im nächsten Schritt analysiert und Optionen zu deren Erhöhung gesucht wurden. Der Begriff der Akzeptanz beschreibt die Zustimmung der Hauptakteure zu Maßnahmen zur Internalisierung externer Kosten von Verkehr, einschließlich der Bereitschaft, ihr Verhalten entsprechend anzupassen. Das wichtigste Ergebnis der Akzeptanzbefragungen ist, dass sich die Konzeption der Internalisierung als Paketlösung bewährt hat. Bei der Entwicklung wurden alle Einzelmaßnahmen in ein Internalisierungskonzept integriert. Mit diesem Konzept als Paketlösung sind fast 40% der Befragten in der Bevölkerungsbefragung einverstanden, ein Wert, der sich am oberen Ende der in internationalen Studien ermittelten Akzeptanzwerte bewegt. Des Weiteren erwartet etwa die Hälfte der Befragten für sich eher Vorteile von der Einführung. Von den politischen Entscheidungsträgern erwarten sogar über die Hälfte Vorteile für die Bevölkerung. Damit stellt sich in Sachsen eine sehr positive Ausgangssituation für die Umsetzung einer Internalisierung externer Kosten dar, obwohl sich auch deutliche Widerstände abzeichnen. Für die Umsetzung der Internalisierung externer Kosten bedeutet das, dass im Umsetzungsprozess darauf geachtet werden muss, dass das resultierende Konzept ebenfalls eine Paketlösung darstellt. Das bedeutet, dass die Einführung effektiver (aber ggf. unpopulärer) Maßnahmen mit besser akzeptierten Maßnahmen kombiniert werden muss. Pull-Maßnahmen stellen die "Türöffner" für die wesentlich effektiveren, aber weniger akzeptierten Push-Maßnahmen und insbesondere die Preismaßnahmen dar. Eine Umsetzung von attraktivierenden Pull-Maßnahmen allein hätte vermutlich zur Folge, dass viel Zeit und Geld in ein verkehrspolitisches Konzept investiert wird, welches zwar gut angenommen wird, aber weitestgehend wirkungslos zur Lösung der dringenden verkehrsbezogenen Probleme bleiben wird.
Es wurden detaillierte Emissions- und Ausbreitungsberechnungen für die Zeppelinstraße in Potsdam für die Bezugsjahre 2015, 2018 und 2019 durchgeführt, weil hier eine sehr gute Datenlage vorlag. Die modellierten NOx- und NO2-Jahresmittelwerte wurden mit den Messdaten an der Messstation Zeppelinstraße verglichen. Die Ergebnisse der Modellrechnungen zeigten auf, dass bei optimaler Datenlage und Anwendung des dreidimensionalen prognostischen Strömungs- und Ausbreitungsmodells MISKAM mit HBEFA4.1 die NOx-Zusatzbelastung für das Jahr 2015 um 16% unterschätzt und für die Jahre 2018 und 2019 um 16% bzw. 15% überschätzt werden. In der NOx-Gesamtbelastung ergab dies Abweichungen zwischen -12% (2015) und +11% (2018) bzw. 10% (2019). Eine Ursache für die Überschätzungen 2018 und 2019 könnte ggf. in der im HBEFA4.1 nicht vorhandenen Berücksichtigung der Wirkung der freiwilligen Softwareupdates und/oder höherer Wirkungen der verpflichtenden Softwareupdates zu finden sein. Verwendet man zur Berücksichtigung der NO-NO2-Konversion das vereinfachte Chemiemodell nach Düring et al. (2011) in seinen Standardeinstellungen und unter Nutzung der NO2-Direktemissionsanteile aus HBEFA4.1, dann wird 2015 der NO2-Messwert (leicht) überschätzt (4%). Statistische Konversionsmodelle nach Romberg et al. (1996) bzw. Bächlin et al. (2008) zeigen tendenziell eine NO2-Unterschätzung. In den Bezugsjahren 2018 und 2019 werden mit dem vereinfachten Chemiemodell deutliche Überschätzungen der NO2-Messwerte berechnet, weil die NOx-Zusatzbelastung (NOx-Emission) zu hoch ist (16% bzw. 15%) und die NO-NO2-Konversion im vereinfachten Chemiemodell zusätzlich zu einer weiteren Überschätzung in der Gesamtbelastung führt. Auch die statistischen Konversionsmodelle zeigen NO2-Überschätzungen der Gesamtbelastung, die aber geringer sind als mit dem Chemiemodell berechneten. Es zeigt sich, dass mit einer Halbierung der NO2-Direktemissionsanteile des HBEFA4.1, wie aus Analysen der Immissionsdaten ableitbar, die mit dem Chemiemodell berechneten NO2-Gesamtbelastungen deutlich näher am Messwert liegen.
Das Vorhaben hat die mit EURAD für das Jahr 2015 in (2x2) km2 horizontaler Auflösung simulierten Hintergrundkonzentrationen mit gemessenen Konzentrationen an urbanen Hintergrundstationen und verkehrsnahen Messstationen in fünf Gitterzellen zeitlich aufgelöst und im Jahresmittel verglichen. Außerdem wurde ein Vergleich zu durchgeführten mikroskaligen Modellierungen der NO2-, PM10- und PM2.5-Konzentrationaten für zwei Messstationen für das Jahr 2015 (in bereits analysierten Gitterzellen) vorgenommen. In einem zweiten Schritt wurden für das WM- und das WAM-Szenario des nationalen Luftreinhalteprogrammes der Bundesrepublik Deutschland vom 22.05.20191 mikroskalige Modellierungen für das Jahr 2030 für die Zeppelinstraße in Potsdam durchgeführt. Dabei wurden die vorliegenden simulierten Hintergrundkonzentrationen des EURAD-CTM verwendet. Darüber hinaus wurde die zusätzliche lokale Emissionsminderung der nationalen Maßnahmen abgeschätzt. Abschließend wurden die Deltas der Konzentrationen zwischen jeweiligem Hintergrunddaten-satz und den analysierten weiteren Datenquellen für 2015 sowie der mikroskaligen Modellierung für das Jahr 2030 verglichen. Das vorliegende Gutachten gibt eine Einschätzung, ob Korrelationen vorliegen und wie sich die Belastung in 2030 an allen verkehrsnahen Messstationen aus dem Datensatz der simulieren Hintergrundkonzentrationen mittels eines einfachen Ansatzes abschätzen lässt.
Einträge von Luftschadstoffen stellen eine bedeutende Gefährdungsursache für die menschliche Gesundheit dar. Neben den bereits in der Luftqualitätsrichtlinie (EU-RL 2008/50/EC) geregelten Luftschadstoffen sind weitere luftgetragene Spurenstoffe in der wissenschaftlichen Diskussion, die der menschlichen Gesundheit Schäden zufügen können. In jüngeren Studien wurden Flughäfen als Quelle für erhöhte UFP-Konzentrationen in der Luft identifiziert. Es ist erforderlich, den Beitrag des Flughafens zur oberflächennahen UFP-Konzentration in der Außenluft durch Messen und Modellieren besser zu verstehen. In diesem Projekt wurde für die Region des Flughafens Frankfurt/Main die Gesamtkonzentration der UFP-Anzahl mithilfe einer Kombination aus etablierten Luftschadstoffausbreitungs-Modellen für die lokale (LASAT, LASPORT) und überregionale Ebene (EURAD, MADE) berechnet. Die Emissionen für den Flugzeugverkehr, den Straßenverkehr, den Flughafen-Bodenverkehr, sonstige Flughafeninfrastruktur und den regionalen bzw. mesoskaligen Hintergrund wurden anhand von nationalen und internationalen Emissionskatastern (HBEFA, ICAO, GRETA) und spezifischen, vom Flughafen ermittelten Daten bestimmt. Die Modellergebnisse (dreidimensionale, stündlich aufgelöste Konzentrationszeitreihen, in Summe und unterteilt nach Quellgruppen Flugbetrieb und Bodenabfertigung, Kfz d. Umlands sowie Hintergrundbelastung) wurden mit Messungen in der Nähe des Flughafens verglichen. In Bezug auf die Anzahl-Emission von UFP sind nach den Modellergebnissen die Haupttriebwerke von Flugzeugen die dominierende Emissionsquelle. Von ihnen stammen mehr als 90 % der vom Flughafen freigesetzten nichtflüchtigen UFP. Mehr als 50 % dieser Triebwerksemissionen sind auf Rollbewegungen am Boden zurückzuführen mit Partikeldurchmessern unter 20 nm. Die Langzeitmittelwerte der UFP-Anzahlkonzentration werden durch weiter vom Flughafen entfernte Hintergrundquellen dominiert, während der Beitrag des Flughafens zu den Stundenmittelwerten ausgeprägter sein kann. Ein wichtiges Ziel des Projekts war es, Defizite im derzeitigen Stand der Technik zur Emissions- und Konzentrationsmodellierung von UFP im Kontext von Flughäfen zu ermitteln. Hier sind inkonsistente UFP-Durchmesserbereiche in den Datenbanken, Modellen und Messungen von Bedeutung, ebenso Unterschiede in den betrachteten UFP-Bestandteilen, insbesondere flüchtig gegenüber nichtflüchtig. Die Modellergebnisse legen nahe, dass der Einfluss des Flughafens auf das Jahresmittel der Gesamt-Anzahlkonzentration von Ultrafeinpartikeln mit zunehmender Entfernung und in Abhängigkeit von der Hauptwindrichtung deutlich abnimmt. Die Modellierung ergab beispielsweise, dass der durch den Flughafen im Jahresmittel verursachte Anteil nördlich des Flughafens in ca. 1 km Entfernung bei ca. 25 % der Gesamtbelastung und in 2,5 km bei unter 10 % lag.
