Technische Universität Dresden: Qucosa
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Design und Kontingenz: Was leisten sozialkonstruktivistische Perspektiven für Theorie und Praxis?
Get PDFIMPACT AND MEASUREMENT – MANAGING RISK?:Gesellschaft und Design
Hergestellte Wirklichkeit und Design
Vom Gegebensein zum Gemachtsein
Vom Gemachtsein zur Gestaltbarkeit
Vom Gemachtsein zur Reflexion der Disziplin
Ausblick
ReferencesDesigner:innen finden in ihrer Umwelt oftmals ganz selbstverständlich Anlässe zur Gestaltung und orientieren ihre Entwürfe sowie Artefakte an aktuellen gesellschaftlichen Themen. Um dies durch ein begriffliches Vokabular zu vertiefen und auch auf theoretischer Ebene begleiten zu können, zieht der Artikel Verbindungslinien zur theoretischen Brille der Soziologen Peter L. Berger und Thomas Luckmann und ihrer Idee einer ‹gesellschaftlich konstruierten Wirklichkeit›. Dabei plädiert der Text insbesondere für
eine sozialkonstruktivistische Perspektive, die sich aus der Skepsis gegenüber ‹Naturalismen›, ‹Essenzialismen› und ‹Letzt-Wahrheiten› speist.:Gesellschaft und Design
Hergestellte Wirklichkeit und Design
Vom Gegebensein zum Gemachtsein
Vom Gemachtsein zur Gestaltbarkeit
Vom Gemachtsein zur Reflexion der Disziplin
Ausblick
Reference
Untangling More-Than-Human Design Words and Worlds: Cautionary Insights and Considerations
Get PDFSHIFTING PERSPEKTIVES – EXPLORING THE UNKOWN:1 Introduction
2 Collectivity and the politics of participation
3 Imploding the More-Than-Human here and now
4 The More-Than-Human is not only here and not only now
5 Resisting the spell of words
Acknowledgements
ReferencesMore-than-human design endeavours are expressions of a crisis of design amidst far wider onto-epistemological tensions. While driven by a desire to create alternatives to the Western dualist ontology of separation that finds its roots in the modern/colonial project, uncritically adopting posthuman concepts and vocabularies into design
practices risks reinforcing the very logics it aims to challenge. Do nonhumans do, or are they made to do? This paper does not focus on how to design with nonhumans but instead explores whether terms like ‹multispecies collaboration› and ‹more-than-human collective› accurately describe these relationships. To this end, it examines power
dynamics within more-than-human design experiments, emphasising the importance of addressing issues of provenance, consent, and labour. Attending to these concerns and refraining from assumptions of collectivity in more-than-human design activities may help prevent the theory from fully collapsing in practice.:1 Introduction
2 Collectivity and the politics of participation
3 Imploding the More-Than-Human here and now
4 The More-Than-Human is not only here and not only now
5 Resisting the spell of words
Acknowledgements
Reference
Vergleich der Transkatheter-Mitralklappenimplantation bei primärer chirurgischer Rekonstruktion bzw. Klappenersatz - postoperativer Verlauf und Langzeitergebnisse
Get PDFDiese Studie analysiert die klinischen Ergebnisse und Überlebensraten nach kathetergestützten Mitral-Valve-in-Valve (ViV)- und Valve-in-Ring (ViR)-Prozeduren. Retrospektive Daten von insgesamt 54 Patienten, welche im Zeitraum vom September 2011 bis Dezember 2021 am Herzzentrum Dresden einen elektiven Zweiteingriff der Mitralklappe im Sinne der oben genannten Verfahren erhielten, wurden ausgewertet, um insbesondere die langfristige Mortalität, Komplikationsraten sowie die Effektivität der Verfahren zu vergleichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Valve-in-Valve Verfahren im Vergleich zum Valve-in-Ring Verfahren mit einer signifikant niedrigeren Mortalitätsrate und geringeren Komplikationen assoziiert ist und somit für inoperable Patienten mit hohem perioperativem Risiko und frailty eine akzeptable Alternative darstellt. Dennoch bleibt die Wahl zwischen kathetergestützten Eingriffen und chirurgischen Reoperationen stark von der individuellen Patientencharakteristik abhängig. Für Patienten mit gutem Allgemeinzustand und geringerem operativem Risiko wird die chirurgische Reoperation als bevorzugte Option betrachtet, da sie eine nachhaltigere und langfristig effektivere Lösung darstellt. Im Gegensatz dazu stellen kathetergestützte Verfahren eine lebensqualitätsverbessernde Alternative für ältere Hochrisiko-Patienten dar, bei denen chirurgische Eingriffe mit einem deutlich erhöhten Risiko verbunden sind.
Die Studie unterstreicht die Notwendigkeit einer differenzierten Behandlungsstrategie, die sowohl die individuellen anatomischen Gegebenheiten als auch den allgemeinen Gesundheitszustand berücksichtigt. Sie liefert wichtige Erkenntnisse zur Weiterentwicklung kathetergestützter Techniken bei Mitralklappeneingriffen und bietet eine fundierte Grundlage für die individuelle Therapieentscheidung in einem anspruchsvollen Patientenkollektiv
Auswirkungen einer endoskopischen Nasennebenhöhlenoperation auf das Riechvermögen bei chronischer Rhinosinusitis mit nasalen Polypen
Get PDFHintergrund: Die CRS mit und ohne Polypen ist mit einer Prävalenz von ca. 10 % eine der häufigsten chronischen Erkrankungen in Europa, welche durch eine Vielzahl von Symptomen zu einer hohen individuellen Belastung der Betroffenen mit teilweise langen Therapieverläufen, Arbeitsausfällen und daraus resultierenden hohen klinischen und sozioökonomischen Herausforderungen gekennzeichnet ist. Ein Kardinalsymptom der CRS ist die Riechstörung. In dieser Studie wurde am Modell der Patientengruppe mit CRScNP die Auswirkungen einer FESS auf das Riechvermögen sowie die damit verbundene krankheitsspezifische Lebensqualität untersucht, insbesondere hinsichtlich Veränderungen der neuronalen Prozesse nach OP. Ziel war es, postoperative Veränderungen des Riechvermögens zu objektivieren und quantifizieren, um die neuronalen Funktionen vorhersagen zu können, die zu einer Verbesserung des Riechvermögens nach FESS führen und künftig individualisierte Therapieempfehlungen formulieren zu können. Methoden: 25 CRS-Patienten im Alter von 30 bis 64 Jahren (CRS-Gruppe) und 20 gesunde Kontrollpersonen im Alter von 23 bis 54 Jahren (Kontrollgruppe) wurden eingeschlossen. Beide Gruppen wurden an je 2 Terminen mit einem Abstand von 3 bis 6 Monaten untersucht, wobei der Ersttermin für die CRS-Gruppe wenige Tage vor OP stattfand. Zu den eingesetzten Testmethoden zählten Fragebögen (Anamnesefragebögen inkl. subjektiver Olfaktion und Nasenatmung, SNOT-20 GAV-Fragebogen), psychophysische Testverfahren zur Untersuchung des Riechvermögens (SDI) und der Nasenatmung (PNIF), elektrophysiologische Verfahren (ERP-Messungen und ZFA-Analyse), präoperative klinische Untersuchung und präoperative CT-Scans. Ergebnisse: 3 bis 6 Monate nach OP kam es bei der CRS-Gruppe zu deutlichen Ver-besserungen der subjektiven und objektiven Riechfunktion, Nasenatmung und Lebensqualität. Bei der Kontrollgruppe zeigten sich keine Verlaufsunterschiede. Die postoperativen Ver-besserungen konnten elektrophysiologisch nicht quantifiziert und objektiviert werden. Vielmehr wurden bei der CRS-Gruppe nach OP geringere Amplituden und Powers als präoperativ gemessen, was sich widersprüchlich zu den Erwartungen anhand bisheriger Studien präsentiert. Die geringe Fallzahl bei den elektrophysiologischen Messungen (11 paarige EEG-Datensätze für die CRS-Gruppe) limitieren die Aussagekraft der vorliegenden Ergebnisse. Fazit: Die meisten CRS-Patienten profitierten von der Operation in Bezug auf subjektives und objektives Riechvermögen, Nasenatmung sowie krankheitsbezogener Lebensqualität für den Zeitraum von 3 bis 6 Monaten nach dem Eingriff. Eine elektrophysiologische Quantifizierung ist nicht gelungen. Hierfür sollten weitere Studien mit größeren Fallzahlen durchgeführt werden
Identifikation sensibler anatomischer Strukturen in der roboterassistierten Kolorektalchirurgie mittels maschineller Lernverfahren
Get PDFDas Kolorektale Karzinom zählt zu den häufigsten malignen Erkrankungen und ist verbunden mit einer hohen Letalität. Die Therapie des KRK beinhaltet häufig chirurgische Herangehensweisen, welche sich in den letzten Jahren zunehmend in Richtung minimalinvasiver und roboterassistierter Verfahren entwickeln. Die operative Versorgung bringt, auch aufgrund der engen anatomischen Lagebeziehungen, ein Verletzungsrisiko für verschiedene anatomische Strukturen mit sich. Hierzu zählen neben seltenen Organverletzungen auch Schädigungen der Nerven, welche in die Lebensqualität oft stark beeinträchtigenden urogenitalen Dysfunktionen resultieren können. Daraus können Komplikationen folgen, deren Vermeidung stets angestrebt wird. Maschinelle Lernverfahren erleben in den letzten Jahren eine zunehmende Popularität und werden auf eine wachsende Vielzahl von Arbeitsbereichen mit Erfolg angewendet. Darunter findet sich auch die Medizin. Da die mangelhafte Erkennung von abdominellen Strukturen einen relevanten Risikofaktor verschiedener Operationen darstellt, der einen großen Einfluss auf die Prognose und Lebensqualität der Patient*innen hat, bietet sich hier großes Potential. An dieser Stelle soll durch eine KI-basierte Assistenz eine Lücke geschlossen werden, deren Relevanz bisher noch nicht ausreichend untersucht wurde. Auch wenn sich bereits zeigte, dass maschinelle Lernverfahren das Potential haben, optisch differenzierbare Strukturen im chirurgischen Kontext zu erkennen, bleibt die klinische Bedeutung dessen bislang unklar. In dieser Arbeit wird untersucht, inwiefern die Erkennung anatomischer Strukturen durch Bilderkennungsalgorithmen auf intraoperativem Bildmaterial möglich ist. Dies ist eine notwendige Grundlage für die Entwicklung weiterführender Technologien für die Erleichterung von operativen Eingriffen, die Vermeidung von Komplikationen oder die Erkennung morphologisch sichtbarer Pathologien. Hierbei soll sich künftig nicht nur auf die Anwendung in roboterassistierten Rektum- bzw. Sigmaresektionen beschränkt werden, sondern eine Anwendung für alle minimalinvasiven OPs ermöglicht werden. Damit können Kosten und Dauer von Eingriffen ebenso sinken wie die kognitiven Anforderungen an die Operateur*innen und eine Verbesserung der postoperativen Ergebnisse und Lebensqualität für die Patient*innen erreicht werden. Es wurden 43 zwischen Februar 2019 und März 2021 an der Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus in Dresden durchgeführte roboterassistierte Sigma- bzw. Rektumresektionen und -exstirpationen einbezogen. Diese wurden hinsichtlich der Sichtbarkeit 6 verschiedener anatomischer Strukturen untersucht. Für die Kategorien Leber, Magen, Milz, Nerven, Pankreas und Ureter wurden jeweils zwischen 1023 und 1754 Einzelbilder aus 18 bis 23 OPs verwendet. Damit wurden sowohl anatomische Strukturen geringerer als auch höchster Komplexität betrachtet. Auf den Schritt der temporalen Annotation folgte nach der Einzelbildextraktion die semantische Segmentierung eines jeden Bildes. Dabei wurden alle Bereiche, in denen die jeweilige Struktur zu sehen ist, in ihren exakten Grenzen markiert. Diese segmentierten Bilder stellten die Grundlage für den anschließenden deep learning Prozess mittels eines CNNs dar. Das Resultat dessen war für jede Struktur ein Bilderkennungsalgorithmus, der sie automatisiert erkennen und semantische Segmentierungen anfertigen kann. Die Evaluation der Erkennungsleistung erfolgte mittels Intersection over Union, F1- Score, Precision Score, Recall Score, Specificity und Accuracy. Des Weiteren wurde die Performance des Algorithmus am Beispiel von 35 Bildern, von denen 16 das Pankreas zeigten, hinsichtlich der IoU für dieses Segment mit derjenigen von 28 Proband*innen verschiedener Wissens- und Ausbildungsstände verglichen. Dabei wurde das Konzept der Bounding box–Annotation verwendet. Die Ergebnisse der erarbeiteten Bilderkennungsalgorithmen bewegten sich für die 6 untersuchten Strukturen bei einer durchschnittlichen IoU, welche den Grad an Überlappung zweier Segmente beschreibt, zwischen 0,744 ± 0,275 und 0,255 ± 0,147. In der klinischen Evaluation wurden durch den auf das Pankreas trainierten Algorithmus Ergebnisse erzielt, die sich im Vergleich mit den 28 Proband*innen mit 0,31 an zweiter Stelle hinter einer Person von höchster Expertise eingliederten. Die von den Teilnehmenden erzielte durchschnittliche IoU betrug 0,100 ± 0,097. Die in dieser Arbeit erreichten Ergebnisse stellen einen guten Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung KI-basierter Assistenzfunktionalitäten für den chirurgischen Alltag dar. Trotz einiger Limitationen hinsichtlich der Generalisierbarkeit einer eher kleinen und monozentrischen Untersuchung und Verbesserungspotential bezüglich der Generierung der Segmentierungen konnte ein hochwertiger Datensatz erarbeitet und publiziert werden. Insgesamt betrachtet lässt sich aus den Ergebnissen der darauf basierenden Bilderkennungsalgorithmen schließen, dass Methoden künstlicher Intelligenz bereits jetzt das Potential haben, viele Organe sehr gut und zuverlässig zu erkennen und abzugrenzen. Dadurch besitzen sie das Potential einer relevanten Unterstützung im chirurgischen Alltag. Bis zum Erreichen des Ziels einer klinischen Anwendung sind jedoch noch einige Schritte zu gehen, insbesondere die Übertragung des Erreichten auf Bewegtbildmaterial steht hierbei im Vordergrund. Zudem zeigte sich, dass die etablierten Metriken nicht ideal geeignet sind, um die klinische Relevanz der Prädiktionen abzubilden. Damit ist es notwendig, weiterhin über geeignete Metriken für die praktische Anwendung zu diskutieren und an der Entwicklung neuer Maßzahlen zu arbeiten. Allerdings kann bereits jetzt eine wertvolle Hilfestellung, besonders für Personen ohne langjährige chirurgische Erfahrung, geleistet werden. Dies stellt eine hervorragende Grundlage für die Weiterentwicklung der Algorithmen und deren Implementierung als Grundlage weiterführender Technologien im Bereich der intraoperativen Assistenzsysteme dar.Colorectal cancer (CRC) is one of the most common malignancies and is associated with a high mortality rate. The treatment of CRC often involves surgical approaches, which in recent years have increasingly evolved towards minimally invasive and robotic-assisted procedures. Surgical treatment entails a risk of injury to various anatomical structures, in part due to the narrow surgical field and close anatomical positioning. In addition to rare organ injuries these include the more common nerve lesions which often result in urogenital dysfunction affecting patients' quality of life tremendously. Consequently, complications can occur and the aim is always to avoid them. In recent years, machine learning techniques have become increasingly popular and are being successfully applied in a growing variety of fields. One such area is medical applications. Since the inadequate detection of anatomical structures represents a relevant risk factor in various surgical procedures with a high impact on patient prognosis and quality of life, there is great potential here. At this point, AI-based assistance aims to fill a gap whose practical relevance has not yet been sufficiently investigated. Although machine learning has already been shown to identify optically differentiable structures in a surgical context, its clinical significance remains unclear to date. This work examines the possibility of using image recognition algorithms to identify anatomical structures on intraoperative image material. This research is fundamental to the development of future technologies that facilitate surgical interventions, reduce the likelihood of complications or identify morphologically visible organ pathologies. This technique is intended to be used in the widespread field of minimally invasive surgery, rather than being limited to robot-assisted rectal and sigmoid resections. This could result in a decrease in the expenses and duration of surgery, as well as a reduction in the cognitive demands on the surgeons. Additionally, it could lead to improvements in post-operative outcomes and quality of life for patients. Between February 2019 and March 2021, 43 robot-assisted rectal and sigmoid resections and extirpations performed at the Clinic for Visceral, Thoracic and Vascular Surgery of the University Hospital Carl Gustav Carus in Dresden were included in this work. The surgery recordings were examined with regard to the visibility of 6 different anatomical structures. For the categories liver, stomach, spleen, nerves, pancreas and ureter, between 1023 and 1754 individual frames from 18 to 23 surgeries were used in each case. Thus, both anatomical structures of lower as well as highest complexity were considered. After performing temporal annotation and extracting single frames, each frame underwent semantic segmentation. In this step, all areas displaying the respective structure were marked with their exact boundaries. The resulting segmented images provided as input to the subsequent deep learning process using a CNN. As a result, we have obtained an image recognition algorithm for each structure considered capable of automatic detection and semantic segmentation. The recognition performance was evaluated using metrics including Intersection over Union, F1- Score, Precision Score, Recall Score, Specificity and Accuracy. Additionally, the algorithm's performance was compared with the organ recognition skills of 28 individuals with varying levels of medical knowledge and training. A clinical evaluation was performed using the example of the pancreas, which had to be highlighted by bounding boxes. For this purpose, a sample of 35 images, 16 of which included the pancreas, was used to examine the IoU for this segment. The developed image recognition algorithms produced results regarding the average IoU, which describes the degree of overlap between two segments, ranging from 0.744 ± 0.275 to 0.255 ± 0.147 for the 6 anatomical structures investigated. During the clinical validation, the algorithm's results for the generation of bounding boxes for the segment pancreas achieved the second-highest score, at an IoU of 0.31. This ranking placed it second among the 28 individuals, surpassed only by a single person with the highest level of expertise. The average IoU obtained by the participants was 0.100 ± 0.097. The results of this work provide a good starting point for the development of further AI-based assistance functionalities for everyday surgical practice. Despite some limitations regarding the generalisability of a rather small and monocentric study and potential for improvement in the generation of the segmentations, a high quality dataset has been compiled and published. Overall, the resulting image recognition algorithms' outcomes indicate that AI techniques already have the potential to detect and differentiate a lot of organs very well and dependably. As a consequence, they have the capacity to offer significant assistance to the surgical routine. Before moving to clinical application, several additional steps need to be taken, with particular emphasis on the crucial process of transferring what has been achieved to moving image material. Furthermore, it has become evident that the established metrics are not entirely capable of representing the clinical value of the predictions. Thus, it is necessary to have further discussions regarding appropriate metrics for practical implementation and to focus on the development of new measures. However, even now they can provide a precious assistance, particularly for individuals without extensive surgical training. This signifies an excellent foundation for advancing the algorithms and implementing them as the basis for future technologies in the field of intra-operative assistance systems
Emotionale Kompetenzen bei Menschen mit chronifizierten Schmerzen: Ein Selbst- und Fremdbild
Get PDFFragestellung: Ziel der Studie ist es, den Status quo der emotionalen Kompetenz (EK) von Menschen mit chronifizierten Schmerzen zu erfassen. Wie erleben sich Patient*innen selbst hinsichtlich ihrer Fähigkeiten, Emotionen wahrzunehmen, auszudrücken und zu regulieren? Und deckt sich diese Einschätzung mit der Beurteilung der EK durch psychologisches Fachpersonal?
Methoden: Die Studie fand im Rahmen einer tagesklinischen interdisziplinären multimodalen Schmerztherapie an N= 184 erwachsenen deutschsprachigen Personen mit nichttumorbedingten, chronifizierten Schmerzen statt. EK wurde zum Therapieende mittels der Selbst- und Fremdbeurteilungsskalen (SB/FB) des Emotionale-Kompetenz-Fragebogens ermittelt. Die Fremdbeurteilung erfolgte durch das psychologische Team. Mithilfe der für den Fragebogen zur Verfügung gestellten Normstichprobe wurden Standardwerte erstellt. Diese wurden deskriptiv und inferenzstatistisch ausgewertet.
Ergebnisse: Die EK wurde von den Patient*innen selbst als durchschnittlich wahrgenommen (MSB_Gesamt= 99,31; SD= 7,78). Die Psycholog*innen schätzten die EK der Patient*innen überwiegend statistisch signifikant niedriger ein (MFB_Gesamt= 94,70; SD= 7,81; F(1,179) = 35,73; p <0,001; η2= 0,17). Die emotionale Expressivität, als eine Komponente der EK, wurde als unterdurchschnittlich fremdbeurteilt
(MFB_Expressivität= 89,14; SD= 10,33).
Schlussfolgerung: Die Patient*innen mit chronifizierten Schmerzen bewerten sich selbst als nicht eingeschränkt hinsichtlich ihrer alltäglichen Fähigkeiten zur emotionalen Wahrnehmung, Expression und Regulation. Gleichzeitig schätzt das psychologische Fachpersonal dieselben Menschen als deutlich weniger emotional kompetent ein. Offen bleibt die Frage, inwiefern die divergierenden Einschätzungen mit Beurteilungsverzerrungen erklärt werden könnenResearch question: The aim of the study is to assess the status quo of emotional competence in people with chronic pain. How do patients experience themselves regarding to their ability to perceive, express, and regulate emotions? And does this assessment coincide with the assessment of emotional competence (EC) by mental health professionals?
Methods: The study took place in the context of interdisciplinary multimodal pain therapy at an outpatient clinic in N= 184 adult German-speaking individuals with non-cancer-related chronic pain. EC was assessed at the end of therapy using the self- and third-party assessment scales of the Emotional Competence Questionnaire. The external assessment was performed by the mental health team. Standard scores were created using the norm sample provided by questionnaires. These were analyzed descriptively and inferentially.
Results: Self-perceived EC was average (Mself_total= 99.31; SD= 7.78). The mental health professionals predominantly rated the emotional competence of the patients significantly lower (Mexternal_total= 94,70; SD= 7,81; F(1.179) = 35,73; p < 0.001; η2= 0.17). Emotional expressivity, as a component of EC, was externally rated as below average (Mexpressivity_external= 89.14, SD= 10.33).
Discussion: Patients with chronic pain rate themselves as unimpaired in terms of their daily emotional awareness, expression, and regulation abilities. At the same time, mental health professionals rate these same individuals as significantly less emotionally competent. The question remains open as to what extent the divergent assessments can be explained by assessment bias
Selective ablation of thymic and peripheral Foxp3+ regulatory T cell development
Get PDFFoxp3+ regulatory T (Treg) cells of thymic (tTreg) and peripheral (pTreg) developmental origin are thought to synergistically act to ensure immune homeostasis, with self-reactive tTreg cells primarily constraining autoimmune responses. Here we exploited a Foxp3-dependent reporter with thymus-specific GFP/Cre activity to selectively ablate either tTreg (ΔtTreg) or pTreg (ΔpTreg) cell development, while sparing the respective sister populations. We found that, in contrast to the tTreg cell behavior in ΔpTreg mice, pTreg cells acquired a highly activated suppressor phenotype and replenished the Treg cell pool of ΔtTreg mice on a non-autoimmune C57BL/6 background. Despite the absence of tTreg cells, pTreg cells prevented early mortality and fatal autoimmunity commonly observed in Foxp3-deficient models of complete Treg cell deficiency, and largely maintained immune tolerance even as the ΔtTreg mice aged. However, only two generations of backcrossing to the autoimmune-prone non-obese diabetic (NOD) background were sufficient to cause severe disease lethality associated with different, partially overlapping patterns of organ-specific autoimmunity. This included a particularly severe form of autoimmune diabetes characterized by an early onset and abrogation of the sex bias usually observed in the NOD mouse model of human type 1 diabetes. Genetic association studies further allowed us to define a small set of autoimmune risk loci sufficient to promote β cell autoimmunity, including genes known to impinge on Treg cell biology. Overall, these studies show an unexpectedly high functional adaptability of pTreg cells, emphasizing their important role as mediators of bystander effects to ensure self-tolerance
Towards ecosystem accounting in the forest sector: Linking forest function mapping and the Common International Classification of Ecosystem Services (CICES)
Get PDFGlobal betrachtet bedecken Wälder etwa vier Milliarden Hektar der Landfläche und sind somit von besonderer Bedeutung für Biodiversität und die Bereitstellung einer Vielzahl von Ökosystemleistungen. Beispiele für Waldökosystemleistungen sind die Nahrungsbereitstellung in Form von Wildbret, Beeren oder Pilzen sowie die Holzbereitstellung zur stofflichen oder energetischen Nutzung. Darüber hinaus tragen Wälder zur Regulierung des Klimas und der Luftqualität bei und bieten Orte zur Erholung oder mit spiritueller Bedeutung. Jedoch sind Wälder, ihre Biodiversität und die bereitgestellten Ökosystemleistungen verschiedenen Bedrohungen ausgesetzt. Dazu zählen unter anderem Waldflächenverlust und Flächenfragmentierung, beispielsweise aufgrund der Umwandlung von Wald in andere Landnutzungsarten oder zunehmend stärker werdende Einflüsse des Klimawandels wie beispielsweise häufiger auftretende Dürreperioden und Waldbrände. Vor diesem Hintergrund wurden verschiedene Strategien initiiert, um Wälder zu schützen und den Zustand von Biodiversität, Ökosystemen und ihren Leistungen zu erhalten und zu verbessern. Ein prominentes Beispiel ist die EU-Biodiversitätsstrategie für 2020, die in Ziel 2, Maßnahme 5 unter anderem den Handlungsbedarf einer Kartierung und Bewertung von Ökosystemen und ihren Leistungen sowie die Berücksichtigung deren ökonomischer Werte in Rechnungslegungs- und Berichterstattungssystemen auf EU- und nationaler Ebene formuliert. Trotz der Veröffentlichung einer EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 ist die Umsetzung der oben genannten Ziele ein noch andauerndes Unterfangen.
In der Forstbetriebsplanung verschiedener europäischer Länder hat sich mit der Waldfunktionenkartierung ein Ansatz etabliert, mit dem die gesellschaftlichen Ansprüche an den Wald kartiert werden. Dies geht dabei über die Nutzfunktion von Wäldern hinaus und betrifft die Erfassung ihrer Schutz- und Erholungsfunktionen. Die Klassifizierung dieser Funktionen weist Ähnlichkeiten zum Ökosystemleistungskonzept auf, indem es in gewisser Weise mit den Versorgungsleistungen, Regulationsleistungen und kulturellen Leistungen des Millenium Ecosystem Assessments oder der Common International Classification of Ecosystem Services vergleichbar ist. Allerdings hat die Analyse verschiedener, deutscher Leitfäden zur Waldfunktionenkartierung ergeben, dass auch Unterschiede zwischen der Waldfunktionenkartierung und dem Ökosystemleistungskonzept bestehen. Beispielsweise werden die gesellschaftlichen Ansprüche an den Wald im Rahmen der Waldfunktionenkartierung nicht quantifiziert. Es wird auch nicht berücksichtigt, welche Waldfunktionen generell oder in welchem Umfang von Wäldern erbracht werden können, um diese Ansprüche zu erfüllen.
Der Schwerpunkt dieser Dissertation liegt darin, eine konzeptionelle und methodische Grundlage zu schaffen, die Forstbehörden dabei unterstützen kann, ihre spezifischen Waldfunktionenkartierungen unter Beibehaltung der vorhandenen Informationen so weiterzuentwickeln, dass sie gleichzeitig um Fähigkeiten des Ökosystemleistungskonzepts ergänzt werden können. Darauf aufbauend soll diese Dissertation auch dazu beigetragen, Waldökosystemleistungen biophysisch zu quantifizieren und zu kartieren, um die Beiträge von Wäldern zum menschlichen Wohlergehen sichtbarer zu machen und deren Berücksichtigung in der Entscheidungsfindung zu unterstützen.
Auf dem Weg zur Zielerreichung wurden im Rahmen dieser Dissertation drei wissenschaftliche Fachartikel angefertigt, die jeweils auf eine konkrete Forschungsfrage abzielen. Der erste Fachartikel (Kapitel 2) stellt das konzeptionelle Rahmenwerk dar. In dieser Forschung wurde am Beispiel Deutschlands untersucht, wie die Waldfunktionenkartierung und das Ökosystemleistungskonzept in Übereinstimmung gebracht werden können. Dafür wurden verschiedene Richtlinien zur Waldfunktionenkartierung in einer Synthese harmonisiert. Dies beinhaltete sowohl individuelle Richtlinien, die auf Bundeslandebene gelten, als auch eine Richtlinie, die auf bundesweite Anwendung abzielt und bereits in einigen Bundesländern umgesetzt war. Anschließend wurde aus der Synthese zur deutschen Waldfunktionenkartierung und der Common International Classification of Ecosystem Services eine weitere Synthese erarbeitet, die in dem sogenannten customised CICES Framework mündete. Der zweite Fachartikel (Kapitel 3) stellt das methodische Rahmenwerk dar. In dieser Forschung wurde für eine Auswahl von sechs Ökosystemleistungen aus dem customised CICES Framework untersucht, wie das Potential, das Angebot, die Nachfrage und der Fluss von Ökosystemleistungen biophysisch quantifiziert und kartiert werden können. Auf Basis einer Literaturrecherche konnten 697 biophysische Ökosystemleistungsindikatoren identifiziert werden. Diese wurden in einem mehrstufigen Auswahl- und Anpassungsprozess hinsichtlich ihrer Relevanz zur Unterstützung einer biophysischen Quantifizierung und Kartierung von Waldökosystemleistungen bewertet und synthetisiert. Darüber hinaus wurde die Eignung der Indikatoren unter Berücksichtigung einer Verwendung im Kontext der Waldfunktionenkartierung geprüft. Daraus ergab sich ein Vorschlag von besonders vielversprechend erscheinenden Indikatoren, inklusive Maßeinheiten sowie Methoden und/oder notwendiger Datenquellen zur Anwendung der Indikatoren. Der dritte Fachartikel (Kapitel 4) ist eine Fallstudie mit dem Ziel, bereits im Rahmen dieser Dissertation einen konkreten Beitrag zur Quantifizierung und Kartierung von Waldökosystemleistungen zu leisten und zu zeigen, wie die nachfrageorientierte Waldfunktionenkartierung um eine Angebotsperspektive ergänzt werden kann. Für diesen Zweck wurde am Beispiel des Freistaates Sachsens, Deutschland das Ökosystemleistungsangebot waldbezogener Umweltbildung, als eine der am wenigsten untersuchten Ökosystemleistungen gewählt. Mittels Erreichbarkeitsanalysen wurde die absolute Bevölkerung und der Bevölkerungsanteil mit Zugang zu wald- und umweltpädagogischen Einrichtungen innerhalb einer bestimmten Reisedauer quantifiziert und kartiert. Dabei erfolgte eine Differenzierung nach Anreise mit öffentlichen Verkehrsmitteln und Individualverkehr.
Diese Erkenntnisse dieser Dissertation konnten zeigen, dass sich eine große Bandbreite an Waldfunktionen in das Ökosystemleistungskonzept übertragen lässt. Dies gilt besonders für Versorgungsleistungen. Jedoch existieren bei den Regulations- und Erhaltungsleistungen auch Ökosystemleistungen, die eine Anpassung der Common International Classification of Ecosystem Services erforderten. Die Erkenntnisse zeigen zusätzlich, dass in der Literatur eine Vielzahl an Indikatoren existiert, um Waldökosystemleistungen biophysisch zu quantifizieren und zu kartieren. In Hinblick auf die Anwendbarkeit auf Grundlage der Waldfunktionenkartierung hat sich gezeigt, dass nicht alle Indikatoren die nötigen Voraussetzungen erfüllen. Beispielweise wurden Indikatoren identifiziert, die nicht räumlich explizit sind. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die gesamte Bevökerung im Freistaat Sachsen die Möglichkeit hat, in einer Reisezeit von maximal 90 Minuten die Ökosystemleistung waldbezogene Umweltbildung wahrzunehmen, wenn sie die Möglichkeit haben einen PKW zu nutzen. Bei Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel hat vor allem die Bevölkerung der kreisfreien Städte Dresden und Leipzig sowie deren Umland Zugang zu waldbezogener Umweltbildung innerhalb einer 90-minütigen Fahrzeit. Herausforderungen wurden vor allem bei der Bestimmung eines angemessenen Detailgrades der maximalen Reisezeit, die verschiedene Besuchergruppen akzeptieren, identifiziert. Da diese Ökosystemleistung darüber hinaus teilweise kostenlos zur Verfügung gestellt wird und nicht in der Waldfunktionenkartierung des Staatsbetriebs Sachsenforst berücksichtigt wird, ist dies ein Beispiel dafür, wie die Leistungen des Waldes sichtbarer gemacht und die Waldfunktionenkartierung durch das Ökosystemleistungskonzept ergänzt werden kann.
Im Ausblick wird das Transferpotential meiner Forschung hinsichtlich der Übertragbarkeit auf andere Staaten oder Regionen sowie Möglichkeiten einer Weiterentwicklung meiner Forschung in Richtung der Ökosystemgesamtrechnung aufgezeigt
Assessing the value of demand response in a decarbonized energy system - A large-scale model application
Get PDFThis paper presents extensive insights on the value of applying demand response (DR) in a system perspective against the background of two strongly contrasting decarbonization pathways for a decentralized and centralized European energy system with a 100% renewable share and sector coupling. The pathways are characterized by structural differences concerning the combination of installed renewable capacities, the acceptance for activated demand response potentials and different electricity, heat and hydrogen demands. The objective is to determine the potential role of demand response and its impact on the optimal combinations of flexibility options in a decentralized vs. centralized scenario framework model-endogenously. Therefore, openly available data and hourly time series of country-specific demand response potentials are implemented into a large-scale linear optimization model. Sensitivities concerning varying shares of demand response availability are used to identify main influencing factors on selected components of the electricity system such as the capacity and generation mix, storage requirements, renewable integration and their market value factors, CO2 emissions and total system costs. Model results show a higher reduction of total system costs and CO2 emissions per activated demand response unit in the photovoltaic dominated decentralized scenario (–55 MEUR/GWDR, –0.045 MtCO2/GWDR), compared to the wind dominated centralized scenario (–39 MEUR/GWDR, –0.037 MtCO2/GWDR). The outcomes conclude that the daily photovoltaic feed-in characteristics have a higher correlation with the time pattern of load shifting and shedding demand response appliances than wind feed-in characteristics
Carbon Capture and Storage on its way to large-scale deployment: Social acceptance and willingness to pay in Germany
Get PDFCarbon Capture and Storage (CCS) is an emerging technology to mitigate greenhouse gas emissions from fossil fuel-fired power plants. In the wake of a rapidly changing German energy system, CCS can play an important role. By means of an online survey among 130 university students in Dresden, this paper investigates the level and influencing factors of social acceptance of CCS. Furthermore, the individual willingness to pay for CCS and renewable power delivery is measured and compared through a choice model. The survey results reveal that the attitude towards CCS is neutral. Moreover, it is shown that acceptance of CCS is an important factor for the willingness to pay. The level of willingness to pay for CCS technology is much lower than for renewable energy