Promotionen, Master- und Bachelorarbeiten

Das CESR vergibt aktuell folgende Themen für Qualifikationsarbeiten, die Bezug zu unseren Forschungsschwerpunkten und laufenden Projekten haben:

Masterarbeit: Entwicklung eines integrativen Modellkonzepts für Ökobilanzierung und dynamischer Modellierung: Grundlagen einer vorrausschauenden Bewertung von Umweltwirkungen

Hintergrund:
Die ökologische Bewertung von Produkten und Dienstleistungen über ihrem kompletten Lebensweg ist eine zentrale Aufgabe für die Erreichung der globalen Nachhaltigkeitsziele. Obwohl die Ökobilanzierung (engl. Life Cycle Assessment LCA) eine eingeführte Methode zur Bestimmung der Umweltwirkungen pro funktioneller Einheit darstellt, hat sie eine Reihe von Nachteilen. Insbesondere aufgrund einer unzureichenden zeitlichen und räumlichen Zuordnung der Daten können die Ergebnisse meist nur eingeschränkt verwendet werden. In ihrer originären Form ging die Ökobilanz davon aus, dass die Sachbilanz und Wirkungsabschätzung unabhängig von einer zeitlichen und räumlichen Differenzierung erfolgen kann. Für bestimmte Wirkungskategorien wie bspw. Globale Erwärmung ist der Ort der Emissionen tatsächlich in guter Näherung zu vernachlässigen. Jedoch ist auch bei der Bewertung der Wirkungskategorie Globalen Erwärmung die Wahl zeitabhängiger Charakterisierungsfaktoren, wie bspw. GWP20, GWP100 oder GWP500, erforderlich. Die Berücksichtigung der zeitlichen Entwicklung ist vor allem dann erforderlich, wenn Produkten mit einer langen Lebensdauer oder technologische Entwicklungen über einen längeren Zeitraum bewertet werden sollen.   

Zielstellung:
Mit der vorliegenden Masterarbeit wird das Ziel verfolgt, ein integratives Modellkonzept zu entwickeln, das die Ökobilanzierung mit einer dynamischen Modellierung auf Grundlage von System Dynamics verbindet. Die dynamische Modellierung muss dabei die zentralen zeitabhängigen Parameter wie Sachbilanzdaten, Charakterisierungs- oder Normierungsfaktoren berücksichtigen. Die Praxistauglichkeit des entwickelten Modellkonzepts soll anhand eines Anwendungsbeispiels unter Berücksichtigung der Wirkungsabschätzungsmethode Produktmaterialfußabdruck (PMF) gezeigt werden.

Arbeitsschritte:

  • Literatur-Recherche bisheriger Ansätze für eine vorrausschauende Bewertung von Umweltwirkungen (prospective LCA)

  • Analyse (Stärken-Schwächen) bestehender prospektiver Ansätze zur ökologischen Bewertung

  • Entwicklung eines integrativen Modellkonzepts für Ökobilanzierung und systemdynamischer Modellierung (mit System Dynamics)

  • Erprobung des entwickelten Modellkonzepts anhand eines Anwendungsbeispiels

  • Schriftliche Dokumentation der Ergbenisse 

Dauer:
ca. 6 Monate 

Betreuer:
Prof. Dr. Stefan Bringezu/Dr. Clemens Mostert

Kontakt:
Dr.-Ing. Clemens Mostert
Tel:   +49 561 804-6131
Mail: mostert@uni-kassel.de

Masterarbeit: Ökologische Bewertung von Carbonbeton unter Bestimmung des Klima-, Material-, Energie- und Wasser-Fußabdrucks


Hintergrund:

Die Baubranche trägt einen nicht zu vernachlässigenden Anteil an der Klimaerwärmung und dem Ressourcenverbrauch. Allein durch die Zementherstellung wurden 2016 in Deutschland rund 19 Mio. Tonnen CO2 emittiert. Stahlbeton ist der weltweit bedeutendste Baustoff und mit über 100 Millionen verbauten Kubikmetern pro Jahr zugleich auch der wichtigste Baustoff in Deutschland. Beton wird aus Zement, Sand, Kies und Wasser hergestellt. Weltweit werden für den Bau neuer und die Sanierung alter Gebäude und Infrastrukturen rund 1,6 Milliarden Tonnen Zement, 10 Milliarden Tonnen Gesteinskörnung (Sand und Kies) und 1 Milliarde Tonnen Wasser pro Jahr verwendet.

Um in Zukunft ressourceneffizient und klimaverträglich zu bauen, sind innovative Technologien und die Substitution von Werkstoffen gefragt. Letzteres umfasst beispielsweise den Austausch konventioneller Materialien durch neue Werkstoffe. Carbonbeton ist ein Verbundwerkstoff aus Beton und einer Bewehrung aus Kohlenstofffasern (Carbon). Die nichtrostende und hochtragende Bewehrung aus Carbon lässt eine Lebensdauer erwarten, die weit höher ist als die von heutigen Konstruktionen. Zusätzlich ist die Zugfestigkeit von Kohlenstofffasern etwa sechsmal höher als die von Stahl, so dass der Carbonbeton mit einem relativ geringeren Betonanteil ausgelegt werden kann und weniger Zement und Gesteinskörnung benötigt werden. Er könnte somit eine rohstoffeffiziente Alternative im Bauwesen darstellen. Während die Herstellung der Kohlenstofffasern bisher noch weitgehend aus Erdöl erfolgt, wäre sie auch auf Basis von rezykliertem CO2 möglich, welches zuvor der Atmosphäre entzogen wurden (Carbon Capture and Use). 

Ziel und Aufgabenstellung:
Ziel dieser Arbeit ist es, Carbonbeton hinsichtlich seines Klima-, Material-, Energie- und Wasser-Fußabdrucks über die gesamte Lebensdauer (cradle-to-grave) zu analysieren und zu bewerten. Zur Ermittlung der Fußabdrücke findet die Methode der Ökobilanz gemäß DIN EN 14040 und 14044 Anwendung. Die Analyse wird zu Vergleichszwecken für Stahlbeton geführt. Die Ergebnisse werden anschließend gegenübergestellt, bewertet und für ein konkretes Praxisbeispiel angewendet. 

Arbeitsschritte:
1) Erarbeitung und Darstellung der technischen Eigenschaften und Charakteristiken der relevanten Prozesse von Stahl- und Carbonbeton über den kompletten Lebensweg

2) Anwendung der Methodik der ökobilanzierenden Fußabdruck-Analyse auf eine vergleichbare funktionelle Einheit für Stahl- und Carbonbeton und Modellierung in openLCA mit geeigneten LCA-Datenbanken

3) Bestimmung und Vergleich der Klima-, Material-, Energie- und Wasser-Fußabdrücke

4) Berücksichtigung von Unsicherheiten duch die Variation wichtiger Parameter mit Hilfe der Monte-Carlo Simulation

5) Anwendung der berechneten Baustoffprofile auf ein konkretes Praxisbeispiel

6) Abschätzung der CO2-Speicherpotenziale bei einem Umstieg von Stahl- auf Carbonbeton

7) Dokumentation der Ergebnisse


Betreuer:

Prof. Dr. Stefan Bringezu/Dr. Clemens Mostert/Husam Sameer MSc.

Kontakt:
Dr.-Ing. Clemens Mostert
Tel:   +49 561 804-6131
Mail: mostert@uni-kassel.de

Bachelor-/Masterarbeit: Entwicklung der Berechnungsgrundlagen für die Berücksichtigung von Unsicherheiten bei der ökobilanziellen Bestimmung des Produkt-Materialfußabrucks mittels Monte-Carlo Simulation


Hintergrund:

Zur Berücksichtigung von Unsicherheiten in der Datenbasis von Ökobilanzen stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Hierbei kann zwischen den analytischen Verfahren der Fehlerrechnung, wie z.B. dem Gaußschen Fehlerfortpflanzungsgesetz, und der Simulation von Unsicherheiten, wie z.B. der Monte-Carlo Simulation, unterschieden werden.

Die Monte-Carlo Simulation hat den Vorteil, dass sie die Unsicherheiten im Ergebnis über den Berechnungsalgorithmus der Ökobilanz berechnet, so dass keine vereinfachenden Annahmen zu treffen sind. Vergleichende Untersuchungen haben gezeigt, dass gerade bei großen Unsicherheiten die Monte-Carlo Simulation zu deutlich genaueren Ergebnissen als andere Verfahren führt. Mögliche Probleme hinsichtlich der hohen Anforderungen an die Hardwareressourcen bestehen aufgrund der Leistungssteigerung der Rechner und der Softwareentwicklung nicht mehr.

Zur Bestimmung des abiotischen Anteils des Produkt-Materialfußabrucks (PMF) wurden für 43 abiotischen Materialien die Werte der Charakterisierungsfaktoren CF RMI zu Berechnung des Raw Material Input (RMI) bestimmt (Mostert und Bringezu, 2019). Für 10 Metallen erfolgte die Berechnung der globalen Medianwerte der CF RMI, Metall i auf Grundlage einer globalen Minendatenbank. Grundlage der Berechnung sind minenspezifische Werte CF RMI, Metall i, Mine j, deren Verteilungsfunktionen nach einer ersten Analyse des CF RMI, Kupfer, Mine j mit einer logarithmischen Normalverteilung approximiert werden können. 

Aufgabenstellung:
Die geplante Arbeit soll das bestehende Berechnungsverfahren für den PMF mittels ökobilanzieller Methoden um die Berücksichtigung von Unsicherheiten mittel Monte-Carlo Simulation erweitern. Dazu ist die Berechnungsgrundlage zur Approximation der Verteilungsfunktion des CF RMI, Kupfer, Mine j zu validieren und auf weitere Metalle zu übertragen. Diese erfolgt mit der Anwendung einer Statistik-Software (bspw. SPSS). Die ermittelten Daten werden in das Bewertungsverfahren PMF in openLCA mit der Datenbank ecoinvent integriert, um bei der Bestimmung der Materialintensität von Produkten und Dienstleistungen die Unsicherheiten hinischtlich der Charakterisierungsfaktoren berücksichtigen zu können. Der erweiterte PMF soll mit einer Fallstudie erprobt und gegebenenfalls angepasst werden. 

Arbeitsschritte:
1) Einarbeitung in die Grundlagen der Bestimmung von Charakterisierungsfaktoren CF RMI zur Berechnung des Raw Material Input (RMI),

2) Erarbeitung der Theorie für die Durchführung von „Goodness-of-fit“ Tests für empirische kumulative Verteilungsfunktionen mit Hilfe von Statistik-Softwarelösungen

3) Auswertung und Dokumentation der Approximation der Verteilungsfunktion des CF RMI, Kupfer, Mine j und die Bestimmung der Approximation für die Verteilungsfunktion der CF RMI, Metall i, Mine j für neun weitere Metalle

4) Erweiterung des Bewertungsverfahrens PMF um die Berücksichtigung von Unsicherheiten in der Bestimmung des RMI mittels Monte-Carlo Simulation in openLCA mit der Datenbank ecoinvent

5) Berechnung des Produkt-Materialfußabdrucks in openLCA mit der Datenbank ecoinvent unter Berücksichtigung von Unsicherheiten mittels Monte-Carlo Simulation für eine Fallstudie

6) Dokumentation der Ergebnisse.

Betreuer:
Prof. Dr. Stefan Bringezu/Dr. Clemens Mostert

Kontakt:
Dr.-Ing. Clemens Mostert
Tel:   +49 561 804-6131
Mail: mostert@uni-kassel.de

Literatur:
Mostert, C.; Bringezu, S. Measuring Product Material Footprint as New Life Cycle Impact Assessment Method: Indicators and Abiotic Characterization Factors. Resources 2019, 8, 61.

Masterarbeit: Entwicklung einer ökobilanziellen Methodik zur Bestimmung des agrarischen Anteils des Produktmaterialfußabdrucks: Bestimmung der Charakterisierungsfaktoren und Implementierung in die Software openLCA

Hintergrund:
Der Abbau, die Weiterverarbeitung und der Einsatz von Rohstoffen für die Bereitstellung von Produkten, Dienstleistungen und Infrastrukturen führen zu Umweltbelastungen auf der In und Output-Seite der Technosphäre. Aufgrund des globalen Wirtschaftswachstums und einer steigenden Weltbevölkerung wird für die Zukunft ein ansteigender Rohstoffbedarf erwartet.
Europäische und nationale Initiativen, wie z.B. Resource-efficient Europe oder ProgRess II, haben Maßnahmen formuliert, um die Herstellung, Nutzung und das Recycling von Produkten so zu gestalten, dass möglichst wenig Primärrohstoffe aus der Umwelt für ein Produkt oder eine Dienstleistung, gemessen als Funktionelle Einheit (FE), aufgewendet werden müssen.

Für die Bestimmung der Materialaufwendungen sind drei Materialflüsse von Bedeutung. Erstens, der direkte Materialeinsatz in die verwendeten Produkte. Dieser Materialeinsatz wird als Ergebnis der Sachbilanz einer Lebenszyklusanalyse (LCA) ermittelt z.B. als Menge an Kupfer, Holz etc. die für die Bereitstellung der FE erforderlich ist. Zweitens der Input an Primärrohstoffen, d.h. die Menge an Rohstoffen, die zur Bereitstellung des bilanzierten Materialeinsatzes der Natur entnommen werden, z.B. das Kupfererz oder das Schnittholz. Dieser Prozessschritt wird auch als genutzte Extraktion bezeichnet. Drittens ist zu beachten, dass für die Entnahme von Primärrohstoffen immer auch Primarmaterialien entnommen werden müssen, die keinen ökomischen Wert besitzen (ungenutzte Extraktion). Sie werden
daher nicht weiterbearbeitet und verbleiben im Naturraum i.e. das Deckgebirge der Kupfermine oder das Geäst und die Borke des Baumes.

Zur Bestimmung des Materialfußabdrucks von Produkten und Dienstleistungen werden, wie bei der ökonomieweiten Materialflussanalyse, zwei Indikatoren verwendet:
(1) Total Material Requirement (TMR) misst die Menge an Primärextraktionsmaterial (genutzte und ungenutzte Extraktion)
(2) Raw Material Input (RMI) misst den Input an Primärrohstoffen (genutzte Extraktion)

Aufgabenstellung:
Grundlage für die softwaregestützte Berechnung von RMI und TMR ist ihre Implementation als Wirkungsindikatoren in openLCA unter Verwendung von LCA-Datenbanken wie bspw. ecoinvent. Hierzu müssen die Charakterisierungsfaktoren der Indikatoren mit den Elementarflüsse verknüpft werden, die den Transfer der Materialien von der Natur in die Technosphäre beschreiben. In der Berechnung des Produktmaterialfußabdrucks werden bisher nur die abiotischen Anteile der Indikatoren RMI abiotisch und TMR abiotisch berücksichtigt. Zukünftig sollen auch die biotischen Anteile RMI biotisch und TMR biotisch berechnet werden, die sich wiederum sich aus einem agrar-, forst- und fischereiwirtschaftlichen Anteil zusammensetzen. Elementarflüsse und Charakterisierungsfaktoren für die Bestimmung dieser Anteile der Indiaktoren liegen bisher nur in Ansätzen vor. Die vorliegende Arbeit soll die konzeptionelle Grundlage entwicklen und die notwendigen Daten bereitstellen, um für die in der LCA-Datenbank ecoinvent berücksichtigten agrarischen Materialien den Produktmaterialfußabdruck berechnen zu können.

Arbeitsschritte:

  • Bestimmung der zu berücksichtigenden agrarischen Materialien mit Fokus auf die verwendete Datenbasis in ecoinvent (Version 3.1)

  • Ermittlung des Stands der Technik zur Bestimmung der Materialanteile bei der Ernte agrarischer Güter (Literatur- und Datenrecherche)

  • Entwicklung der ökobilanziellen Methodik zur Bestimmung des agrischen Anteil des Produktmaterialfußabdrucks

  • Berechnung der Charakterisierungsfaktoren CF RMI agrarisch und CF TMR agrarisch für die in ecoinvent berücksichtigten agrarischen Materialien

  • Implementierung der softwaregestützten Berechnung der agrarischen Anteile von RMI biotisch und TMR biotisch in openLCA unter Berücksichtigung von Unsicherheiten

  • Einordung der Daten und Ergebnisse

Dauer:
6 Monate

Betreuer:
Prof. Dr. Stefan Bringezu/Dr. Clemens Mostert

Kontakt:
Dr.-Ing. Clemens Mostert
Tel: +49 561 804-6131
Mail: mostert@uni-kassel.de

Für Psychologie-Studierende:

Das Fachgebiet Umweltpsychologie/Umweltsystemanalyse (Prof. Dr. Andreas Ernst, Dr. Laura Henn) betreut Bachelor- und Masterarbeiten für Psychologiestudierende im Bereich Umweltpsychologie. Themen werden idealerweise aufgrund eigener Motivation selbst gewählt und in Abstimmung mit dem Betreuer oder der Betreuerin vorbereitet. Manche Themen werden auch gezielt ausgeschrieben.

Schreiben Sie uns (Prof. Dr. Andreas Ernst, Dr. Laura Henn) gerne an, wenn Sie Interesse an einer umweltpsychologischen Arbeit, Fragen zum Thema Abschlussarbeit in der Umweltpsychologie oder auch schon konkretere Ideen oder Fragestellungen für eine eigene Arbeit haben.

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der von uns betreuten Bachelor- und Masterarbeiten sowie der Dissertationen.

Bachelorarbeiten seit 2018

  • Untersuchung einer psychologisch fundierten Umweltintervention - ein Feldexperiment zur Reduzierung des Papierhandtuchverbrauchsin einem Café

  • Akzeptanz unterschiedlicher Varianten von Citymaut unter Berücksichtigung der Reaktanzneigung

  • Einfluss eines Decoys auf die Akzeptanz von Citymaut - Eine Szenarienstudie

  • Einfluss von Goalframing und prospect theory auf die Akzeptanz der Citymaut

  • Der Zusammenhang von Umweltbelastung, Umweltbewusstsein und Umweltverhalten - ein internationaler Vergleich am Beispiel der Luftverschmutzung

  • Der Mensch muss an die Luft! Fördern Outdoor-Aktivitäten über Umweltwissen und Naturerleben umweltgerechtes Verhalten?

  • Haben grafische und textliche Warnhinweise vor Plastikkonsum einen Einfluss auf unsere Kaufentscheidung?

  • Modellempirische Untersuchungen der Dynamik von Normen und Motiven im sozialen Dilemma

  • Selbstrechtfertigung des Ernährungsstils: Vegan, vegetarisch, omnivor

  • Entwicklung eines diagnostischen Fragebogens zu einem Stufenmodell der Veränderung von Umweltverhalten

  • Umweltrelevante (simulierte) Kaufentscheidungen und deren Beweggründe - Eine Frage der Identität?

  • Einfluss der Empathie mit Haus- und Nutztieren und Ernährungsverhalten

  • „Ich schaue in die Welt“: Der Zusammenhang zwischen Sozialverträglichkeit, dem Besuch einer Waldorfschule, Naturerleben und Umwelteinstellung

  • Die Rolle von Normen und Zielen im sozialen Dilemma. Ein Vergleich zweier Szenarien im Spiel von Versuchspersonen mit simulierten Agenten.

  • Wahrgenommene Risiken von Covid-19 und dem Klimawandel - Eine Gegenüberstellung anhand verschiedener Risikodimensionen

  • Lernen im Lockdown - Auswirkungen der Corona-Pandemie auf das Erlernen neuer Fähigkeiten anhand des Beispiels Kochen

Masterarbeiten seit 2018

  • Erstellung und Prüfung eines Fragebogens zur indirekten Erfassung von Copingstilen im Kontext des Klimawandels

  • Motivation und Coping bei der Akzeptanz von Climate Engineering und Mitigation

  • Umweltpsychologische Charakterisierung von foodsharing-Aktivismus

  • Freizeitmobilität und Naturempfinden

  • Mögliche Determinanten der Informationssuche und -vermeidung beim Thema "Klimawandel"

  • Der Einfluss von Unsicherheit auf die Rezeption von Stellungnahmen zu Climate Engineering

  • Evaluation der Einführung des KlimaTellers in Kombination mit Nudgingmethoden in der Außer-Haus-Verpflegung

  • Co-benefits of climate change mitigation

  • Public Acceptance towards the Energy Transition

  • Motive des Minimalismus als Ansatzpunkte für Suffizienz?

  • Social Influence on Air Travel: Development of a Cosmopolitan Identity Scale and Exploration of Related Effects

  • Enstehung von Aktivismus am Beispiel des Hambacher Forsts

  • Der Einfluss von sozialen Kompetenzen auf die Bereitschaft zum Klimaschutzverhalten in einem sozialen Dilemma bei unterschiedlichen Informationsdarbietungen

  • Akzeptanz von verkehrspolitischen Maßnahmen zur Umverteilung des öffentlichen Raums

  • Risikowahrnehmung des Klimawandels: Die Rolle psychologischer Distanz und des Affekts – eine Szenarienstudie

  • 36 Grad und es wird noch heißer: Psychologische Betrachtung des Hitzeerlebens und -verhalten in Abhängigkeit vom Wetter

  • Experteninterviews mit lokalen Einzelhändler*innen zum Thema Umweltwahrnehmung

  • Zwischen Wandel und Wachstum: Einfluss der COVID-19-Pandemie auf suffiziente Verhaltensweisen und Lebensstilerwartungen in Deutschland

  • Persönlichkeit und Rebound in der Krise: Der Einfluss von Stress auf nachhaltiges Verhalten

  • Einfluss des Essverhaltens auf umweltrelevante Verhaltensweisen - Rebound-Effekt durch fleischreduzierte Ernährung?

Dissertationen

  • Klaus, Geraldine (2020):
    Psychologische Determinanten der Akzeptanz von Climate Engineering in Deutschland : Wahrnehmung und Beurteilung neuartiger Technologien.
    Dissertation. Universität Kassel, Kassel.

  • Joschko, Iris-Lahaar (2019):
    Zielgruppenspezifische Interventionen zur Energiereduktion.
    Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden. Online verfügbar unter https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-658-25256-4.

  • Holzhauer, Sascha (2017):
    Dynamic Social Networks in Agent-based Modelling.
    Dissertation. Universität Kassel, Kassel. Online verfügbar unter https://dx.doi.org/doi:10.19211/KUP9783737602631.

  • Gellrich, A. (2016):
    Von der Minderheit zur Mehrheit? Psycho-soziale Einflüsse bei der Verbreitung klima-schonender Innovationen.
    Dissertation. Universität Kassel, Kassel. Online verfügbar unter https://kobra.uni-kassel.de/handle/123456789/2016122151775.

  • Förster, Nikos (2015):
    Determinanten der häuslichen Wassernachfrage.
    Theorie und empirische Evidenz zur raum-zeitlichen Nachfragedynamik. Zugl.: Kassel, Univ., Diss., 2014. Hamburg: Kovač (Schriftenreihe Studien zum Konsumentenverhalten, 61).

  • Krebs, F. (2013):
    Decision-Making in Public Good Dilemmas: Theory and Agent-Based Simulation.
    Dissertation. University of Kassel, Kassel. Online verfügbar unter https://kobra.uni-kassel.de/handle/123456789/2013051442711.

  • Bernedo Schneider, Gordon (2010):
    Wenn Agenten sich streiten.
    Ein Agentenmodell zur Erforschung sozialer Konflikte.

  • Seidl, R. (2009):
    Eine Multi-Agentensimulation der Wahrnehmung wasserbezogener Klimarisiken.
    Dissertationsschrift. Marburg: Metropolis Verlag (Social Science Simulations, 7).

  • Schwarz, N. (2007):
    Umweltinnovationen und Lebensstile.
    Eine raumbezogene, empirisch fundierte Multi-Agenten-Simulation. Dissertation.