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Analyzing the information basis: characterization and quality evaluation of resouce budget data
No full textIntegrating anthropogenic material stocks and flows into modern resource classification frameworks
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Material flow accounting at plant level case study: heavy metal flows in blast furnace process
No full textImpact of reduced anthropogenic emissions and century flood on the phosphorus stock, concentrations and loads in the Upper Danube
Full text linkAbstractPatterns of changes in the concentration of total and soluble reactive phosphorus (TP, SRP) and suspended sediments at different flow levels from 1991 to 2013 in the Austrian Danube are statistically analyzed and related to point and diffuse emissions, as well as to extreme hydrological events. Annual loads are calculated with three methods and their development in time is examined taking into consideration total emissions and hydrological conditions. The reduction of point discharges achieved during the 1990s was well translated into decreasing TP and SRP baseflow concentrations during the same period, but it did not induce any change in the concentrations at higher flow levels nor in the annual transport of TP loads. A sharp and long-lasting decline in TP concentration, affecting all flow levels, took place after a major flood in 2002. It was still visible during another major flood in 2013, which recorded lower TP concentrations than its predecessor. Such decline could not be linked to changes in point or diffuse emissions. This suggests that, as a result of the flood, the river system experienced a significant depletion of its in-stream phosphorus stock and a reduced mobilization of TP rich sediments afterwards. This hypothesis is corroborated by the decoupling of peak phosphorus loads from peak maximum discharges after 2002. These results are highly relevant for the design of monitoring schemes and for the correct interpretation of water quality data in terms of assessing the performance of environmental management measures
Multiple Anwendung von Statistischer Entropie: Neue Methoden zur Bewertung der Effektivität von Recyclingprozessen sowie der Recyclingfähigkeit von Produkten
Full text linkIm Jahr 2015 wurde das erste Kreislaufwirtschaftspaket von der Europäischen Union (EU) umgesetzt, um eine nachhaltigere Wirtschaft in der EU zu etablieren EU (European Commission, 2014b, 2014a, 2018b, 2018a; European Union, 2020). Ziel der Kreislaufwirtschaft ist es, von einer linearen in eine zirkuläre Wirtschaft überzugehen, in der Produkte und Materialien in Kreislauf gehalten werden, wodurch der Ressourcenverbrauch,das Abfallaufkommen und die Umweltauswirkungen deutlich reduziert werden. Dieser Übergang ist ein komplexes Unterfangen, das eine umfassende Überwachung und Bewertung erfordert. Daher hat die EU verschiedene Maßnahmen zur Entwicklung neuer Bewertungsmethoden und -indikatoren festgelegt, mit denen für eine Kreislaufwirtschaft relevante Prozesse und Aspekte bewertet werden. Einerseits plant die EU, bestehende Bewertungsmethoden und Indikatoren zu verbessern und andererseits Neue zu entwickeln (European Union, 2020).Ziel dieser Arbeit ist es, Bewertungsmethoden zu entwickeln, die sich auf die Bewertung von recyclingrelevanten Bedingungen konzentrieren. Frühere Anwendungen haben gezeigt, dass das Konzept der Statistischen Entropie (SE) eine geeignete Methode für die Bewertungverschiedener Prozesse in der Ressourcen- und Abfallwirtschaft darstellt (Rechberger, 1999;Rechberger and Brunner, 2002; Dahmus and Gutowski, 2007; Velázquez Martínez et al.,2019; Parchomenko et al., 2020). SE beschreibt die Verteilung von Materialien in einem betrachteten System. Stark vermischte Materialien führen zu einer hohen SE, während reine Materialien einen minimale SE aufweisen. Beim Recycling hängt die Leistung wesentlich von der Verteilung der Materialien ab, wobei reine Materialien für das Recycling günstig sind,gemischte Materialien jedoch das Recycling erschweren. Daher scheint SE für die Bewertungvon Recyclingbedingungen geeignet und wird in der folgenden Arbeit verwendet.Zunächst wird eine Bewertungsmethode entwickelt, die darauf abzielt, die quantitative und qualitative Leistung von Recyclingprozessen zu bewerten. Hintergrund ist, dass die der zeitige europäische Methode zur Bewertung der Recyclingleistung, nämlich die Berechnung der Recyclingquote, auf einem rein quantitativen Ansatz beruht und somit die qualitativen Aspekte des Recyclings (Reinheit des recycelten Materialoutputs) vernachlässigt. Die Leistung von Recyclingverfahren sollte nicht nur die Fähigkeit widerspiegeln, Zielmaterialien von unerwünschten Materialien zu trennen, sondern auch die Fähigkeit, Zielmaterialien mit hoher Reinheit im Recyclingoutput zu konzentrieren. Die entwickelte Bewertungsmethode bringt beide Recyclingaspekte zum Ausdruck, indem sie getrennte Massenbilanzen eines Recyclingprozesses erstellt, von denen eine die gesamten Massenflüsse des Recyclingprozesses (= quantitativer) und die andere die Zielmaterialmassenflüsse (=qualitativ) darstellt. Durch Kombination dieser Massenbilanzen kann die Konzentration des Zielmaterials in den Outputmasseflüssen bestimmt werden, was die qualitative Leistung des Recyclingprozesses widerspiegelt. Das Endergebnis wird als ein einziger Wert dargestellt, der einfache Vergleiche ermöglicht. Der resultierende "Recyclingeffektivität" (RE) Indikator ermöglicht aussagekräftige Vergleiche zwischen verschiedenen Recyclingprozessen und stellt somit eine ergänzende Messgröße zur herkömmlichen Recyclingquote dar.Zweitens werden Produkte und deren Design in Hinblick auf deren Recyclingfähigkeit untersucht. Produkte, die aus reinen Materialien bestehen, sind im Allgemeinen leichter zu recyceln als solche, die ein Materialgemisch aufweisen. Auch in dieser Hinsicht scheint SE ein geeignetes Maß für die Ableitung der Recyclingfähigkeit in Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung des Produkts zu sein. Darüber hinaus wird die Struktur des Produkts und damit die Möglichkeit der Zerlegbarkeit von Produktteilen bei der Bewertung der Recyclingfähigkeit berücksichtigt, da die Demontage einen erheblichen Einfluss auf die Rückgewinnung von konzentrierten Materialien hat. Da diese Produktmerkmale in der Entwurfsphase festgelegt werden, bezieht sich die Bewertung auf diese Produktphase. Dieneue Bewertungsmethode und der daraus resultierende "Relative produkt-inhärent Recyclingfähigkeit" (RPR) Indikator bewerten die produkt-inhärente Recyclingfähigkeit auf der Grundlage der Materialzusammensetzung und Struktur des Produkts. Die Ergebnisse der RPR-Bewertung liefern relevante Einblicke in die Recyclingfähigkeit des Produktes und ermöglichen so rechtzeitige Optimierungen des Produktdesigns.Die neuen Bewertungsmethoden bieten eine fundierte Bewertung von recyclingrelevanten Bedingungen und ermöglichen so aussagekräftige Vergleiche und Optimierungen.Verschiedene Akteure könnten von der Anwendung der neuen Indikatoren profitieren, um die Recyclingleistung insgesamt zu steigern und eine nachhaltigere Umwelt zu schaffen. Die EU könnte die Indikatoren nutzen, um ihre CE-Strategien voranzubringen und die Fortschritte auf dem Weg zu einer CE zu bewerten.Back in 2015, the first Circular Economy (CE) Package was implemented by the European Union (EU), aiming to establish a more sustainable economy within the EU (European Commission, 2014b, 2014a, 2018b, 2018a; European Union, 2020). The goal of CE is to move away from a linear economy to one that keeps products and materials in circulation, thus significantly reducing resource demand, waste generation and environmental impacts. This transition represents a complex undertaking that needs comprehensive monitoring and evaluation. Therefore, the EU set various actions to promote new assessment methods and indicators, evaluating processes and aspects relevant in a CE. On the one hand, the EU plans to improve existing assessment methods and indicators and, on the other hand, to develop new ones (European Union, 2020).This thesis aims to develop assessment methods that focus on evaluating recycling-relevant conditions. Previous applications demonstrated that the concept of statistical entropy (SE) offers a suitable measure for assessing various processes in resource and waste management (Rechberger, 1999; Rechberger and Brunner, 2002; Dahmus and Gutowski, 2007; VelázquezMartínez et al., 2019; Parchomenko et al., 2020). SE describes the distribution of materials ina system observed. Strongly mixed materials result in a high SE, while pure materials show a minimum SE. In recycling, the performance significantly depends on the distribution of materials, where pure materials are favourable for recycling, but mixed materials complicate recycling. Thus, SE seems suitable for assessing recycling conditions and is subsequently used for the following thesis.First, an assessment method is developed that aims to evaluate recycling processes' quantitative and qualitative performance. The background is that the current European method to evaluate recycling performances, namely the recycling rate calculation, is based on a purely quantitative approach, thus neglecting to assess qualitative recycling aspects (purity of the recycled material output). The performance of recycling processes should not only reflect itspower to separate target materials from unwanted materials but more over its power to concentrate target materials of high concentration in the recycling output. The developed assessment method finds a way to express both aspects by establishing separate mass balances of recycling processes, one that displays the total mass flows of the recycling process(= quantitative) and one showing the target material mass flows (= qualitative). By combining these mass balances, the concentration of the target material in the output mass flows can be determined, thus reflecting the recycling process's qualitative performance. The final result is presented as a single value, allowing easy comparisons. The resulting “Recycling Effectiveness” (RE) indicator allows significant comparisons between different recycling processes and thus poses a complementary metric to the conventional recycling rate.Second, products and their design are analysed concerning their recyclability. Products that comprise pure materials are generally easier to recycle than ones showing material mixture.Also, in this respect, SE seems an appropriate measure for the deduction of the recyclability conditioned by the product's material composition. Further, the structure of the product and thus the possibility of disassembling product parts is considered for the recyclability assessment because disassembly significantly impacts the recovery of concentrated materials. As these product characteristics are decided in the design phase, the assessment concerns this product phase. Thus, the new assessment method and the resulting "Relativeproduct-inherent recyclability" (RPR) indicator evaluate the product-inherent recyclability based on the product's material composition and structure. The results of the RPR assessment provide relevant insights into the product's recyclability, thus enabling early product design optimizations.The new assessment methods and resulting indicators offer profound evaluation of recycling relevant conditions, thus allowing meaningful comparisons and optimizations. Different stakeholders might profit by applying the new indicators to increase the overall recycling performance and create a more sustainable environment. The EU could use the indicators to promote their CE strategies and further evaluate the progress towards a CE
Material flow analysis of Neodymium in high-technology applications in Austria
Full text linkNeodym ist ein Element der Seltenen Erden und zählt somit zu den kritischen Rohstoffen für die Europäische Union und folglich auch für Österreich. Die Hauptanwendung dieses Elements ist eine Legierung mit Eisen und Bor unter Bildung eines starken Permanentmagneten. Diese Magneten finden u.a. in Festplatten, Motoren und akustischen Geräten Verwendung. Um zukünftige Recyclingpotentiale abschätzen zu können, wurden mit Hilfe einer Stoffflussanalyse (Brunner; Rechberger, 2004) die Flüsse und Lager von Neodym in Österreich im Jahr 2011 qualifiziert und quantifiziert. Die erforderlichen Daten wurden durch direkte Kontaktaufnahme mit Firmen bzw. Institutionen und Literaturrecherche in wissenschaftlichen Berichten und Statistiken ermittelt und mit Unsicherheiten versehen. Diese Unsicherheiten wurden mit Hilfe der Gauß'schen Fehlerfortpflanzung berücksichtigt und die erhaltenen Werte in der Software STAN© einer Ausgleichsrechnung unterzogen. Im nächsten Schritt wurde unter Anwendung von Weibull-Funktionen versucht, das Recyclingpotential von Neodym für die Zukunft abzuschätzen. Die durchgeführte Stoffflussanalyse ergibt ein Gesamtlager von Neodym in Österreich im Jahr 2011 von 170 +/- 18% Tonnen, einen Import-Fluss von 23 +/- 12% Tonnen und eine Lagerzunahme von 23 +/- 12% Tonnen. Im Prozess Private Haushalte ergibt sich ein Lager von 130 +/- 21% Tonnen, ein Import-Fluss von 21 +/- 13% Tonnen, ein Export-Fluss von 13 +/- 14% Tonnen und eine Lagerzunahme von 7,5 +/- 44% Tonnen Neodym. Für den Prozess Windkraft ergibt sich ein Lager von 42 +/- 33% Tonnen, ein Import-Fluss von 2,1 +/- 22% Tonnen und eine Lagerzunahme von 2,1 +/- 22% Tonnen Neodym. Im Jahr 2033 werden, auf Basis der in dieser Arbeit entwickelten Szenarien, 36 Tonnen Neodym anfallen, die durch ein geeignetes Recycling wiederverwendet werden könnten. In der Republik Österreich verbergen sich folglich Neodym-Lager, die die Gefahr drohender Versorgungsengpässe mit diesem Element mindern könnten. Um ein Recycling dieser Schätze zu ermöglichen, ist es essentiell die Datenlage über den Verbleib von Neodym in Österreich zu verbessern, als auch effiziente Sammel- und Recyclingsysteme zu schaffen, die es ermöglichen dieses enorme Potential auch zu nutzen.The Rare Earth Elements are gaining more and more interest because they are essential for many high-technology applications and are among the critical raw materials for the European Union. One of these Elements, Neodymium, is regared as highly important to the European Union because of its main application as Neodymium-Iron-Boron alloy.This special alloy is used as a strong permanent magnet in a wide range of applications, for example in hard disk drives, engines, cars, optical devices and MRTs. This thesis aims to identify the applications and quantities of Neodymium in Austria concerning recycling possibilites to avoid future bottlenecks in supply
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