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Agroecological Transitions for Climate Adaptation and Mitigation

Globally, agriculture covers 40% of the earth’s surface and food systems are responsible for one-third of humanity’s contribution to global climate change. Yet, smallholder and subsistence farmers are among the most vulnerable to climate change, with extreme weather events and related food price volatility affecting livelihoods, biodiversity, and food security at multiple scales. This project builds on transdisciplinary research on agroecological transitions in vulnerable farming communities in Canada, Germany, India and Brazil. We will examine the influence of agroecological networks (farming organizations, institutional actors, and consumer groups) in promoting the perennialization of agriculture to support climate adaptation (improving resilience in livelihoods and food security) and mitigation (increasing carbon sequestration). Perennialization of agriculture integrates annual and perennial crops and trees into the same farming system. Compared to annual cropping systems which currently dominate global agriculture and markets, perennial crops show promise for climate adaptation and mitigation because of their contributions to carbon sequestration in tree biomass and soil organic carbon, and their buffering effects against soil degradation, drought, and other forms of extreme weather and climate variability. From a social wellbeing perspective, agroforestry and other diversified perennial systems offer opportunities to adapt to climate change and escape poverty traps, including higher and more stable farm incomes, balanced agricultural labour across growing seasons, improved working conditions compared to more input-intensive forms of agriculture and improved nutrition and health. Using a participatory action research approach, this project will use a novel methodology to test the relationships between personal, political, and practical leverage points driving the adoption of agroforestry and other practices supporting agricultural perennialization. We will sample farms and organizations in each case study across a diversification gradient from low-diversity farming systems to perennial and agroforestry-based management systems. We will then use qualitative and quantitative methods to assess climate resilience outcomes and estimate the potential of scaling adoption of perennial and agroforestry practices. A cross-case synthesis will take local institutional, environmental, and relational contexts into account to inform decision-making.

INTegrierte WärmewENDe - Optimierter Ausbau und systemdienlicher Betrieb von Wärmenetzen und dezentralen Wärmepumpen, Teilvorhaben: Sektorübergreifende Wärmenetzplanung am Beispiel Karlsruhe

Die Wärmewende in Deutschland stellt alle Beteiligten vor große Herausforderungen. Der Ausbau dezentraler Wärmepumpen und Wärmenetze ist zentral für die Umstellung auf klimaneutrale Wärmeversorgung. Dieser Ausbau muss volkswirtschaftlich optimal und abgestimmt mit der elektrischen Infrastruktur erfolgen. Die Trägheit und kosteneffiziente Speicherfähigkeit thermischer Systeme bieten Flexibilitätspotentiale, die systemdienlich genutzt werden müssen. Erstes Hauptziel des Forschungsvorhabens ist es, durch die Nutzung dieser Flexibilitätspotentiale einen kostengünstigeren Ausbau der Strom- und Wärmeinfrastruktur zu unterstützen. Planungs- und Simulationsmethoden werden weiterentwickelt, um diese Potentiale zu quantifizieren und im Betrieb zu nutzen. Fallstudien bei Netzbetreibern untersuchen die Anwendung und Auswirkungen auf den Netzausbau. Verschiedene Technologien sichern je nach Wärmebedarfsdichte eine klimaneutrale Wärmeversorgung. Das Projekt ermittelt die beste Kombination dieser Technologien für verschiedene Gebietstypen und betrachtet die systemdienliche Steuerung von Wärmepumpen und elektrischen Anlagen. Zweites Hauptziel ist es, das Flexibilitätspotential zu quantifizieren und den Betrieb auf der Equigy Crowd-Balancing-Platform (CBP) zu demonstrieren. Die Wärmewende ist auf Jahrzehnte angelegt und muss stets eine sichere Versorgung gewährleisten. Drittes Hauptziel des Vorhabens ist die integrierte Betrachtung lokaler Transformationsprozesse unter den Gesichtspunkten des energiewirtschaftlichen Zieldreiecks. Die Komplexität der Wärmewende erfordert die Zusammenarbeit vieler Akteure. Dieses Vorhaben bringt alle wesentlichen Akteure (Stadtwerke, Verteilnetzbetreiber, Übertragungsnetzbetreiber, Wärmenetzbetreiber, Hersteller von Wärmeerzeugern, Hersteller von Infrastruktur der Strom- und Wärmeversorgung, betroffene Bundesverbände) zusammen, um eine gesamtheitliche Analyse zu ermöglichen.

INTegrierte WärmewENDe - Optimierter Ausbau und systemdienlicher Betrieb von Wärmenetzen und dezentralen Wärmepumpen, Teilvorhaben: Numerische Simulation des Betriebs und Ausbaus von Wärmenetzen

Die Wärmewende in Deutschland stellt alle Beteiligten vor große Herausforderungen. Der Ausbau dezentraler Wärmepumpen und Wärmenetze ist zentral für die Umstellung auf klimaneutrale Wärmeversorgung. Dieser Ausbau muss volkswirtschaftlich optimal und abgestimmt mit der elektrischen Infrastruktur erfolgen. Die Trägheit und kosteneffiziente Speicherfähigkeit thermischer Systeme bieten Flexibilitätspotentiale, die systemdienlich genutzt werden müssen. Erstes Hauptziel des Forschungsvorhabens ist es, durch die Nutzung dieser Flexibilitätspotentiale einen kostengünstigeren Ausbau der Strom- und Wärmeinfrastruktur zu unterstützen. Planungs- und Simulationsmethoden werden weiterentwickelt, um diese Potentiale zu quantifizieren und im Betrieb zu nutzen. Fallstudien bei Netzbetreibern untersuchen die Anwendung und Auswirkungen auf den Netzausbau. Verschiedene Technologien sichern je nach Wärmebedarfsdichte eine klimaneutrale Wärmeversorgung. Das Projekt ermittelt die beste Kombination dieser Technologien für verschiedene Gebietstypen und betrachtet die systemdienliche Steuerung von Wärmepumpen und elektrischen Anlagen. Zweites Hauptziel ist es, das Flexibilitätspotential zu quantifizieren und den Betrieb auf der Equigy Crowd-Balancing-Platform (CBP) zu demonstrieren. Die Wärmewende ist auf Jahrzehnte angelegt und muss stets eine sichere Versorgung gewährleisten. Drittes Hauptziel des Vorhabens ist die integrierte Betrachtung lokaler Transformationsprozesse unter den Gesichtspunkten des energiewirtschaftlichen Zieldreiecks. Die Komplexität der Wärmewende erfordert die Zusammenarbeit vieler Akteure. Dieses Vorhaben bringt alle wesentlichen Akteure (Stadtwerke, Verteilnetzbetreiber, Übertragungsnetzbetreiber, Wärmenetzbetreiber, Hersteller von Wärmeerzeugern, Hersteller von Infrastruktur der Strom- und Wärmeversorgung, betroffene Bundesverbände) zusammen, um eine gesamtheitliche Analyse zu ermöglichen.

Resiliente Energieinfrastrukturplanung für Industriewende, E-Fuels und Netzausbau, Teilvorhaben: Entwicklung des quelloffenen multivektoriellen integrierten Energiesystemplanungsmodell PyPSA-Eur-Sec

PRIMA - Kooperationsprojekt SAVE water: GIS-gestützte Technologien und künstliche Intelligenz - ein innovativer Ansatz für das Management von Wasserressourcen

ERA-NET SUMFOREST: Untersuchung von nachhaltigem und multifunktionalem Waldmanagement unter Berücksichtigung europäischer Forst- und Bionenergiepolitiken (FutureBioEcon)

Ziel dieses Projektes ist es, nachhaltige Wege zur Verwirklichung der Bioökonomie durch europäische und nationale Politikmaßnahmen zu schaffen. Europäische und nationale Bioökonomie-politiken zielen auf eine beträchtliche Zunahme des Einschlags in Nutzwäldern ab. Dieses Projekt analysiert, wie die Waldbewirtschaftung modifiziert werden sollte, wenn alternative Holzqualitäten und Holzprodukte in zunehmenden Mengen angestrebt werden. Klimaschutz ist ein Hauptmotiv zur Steigerung der Nutzung von Biomaterialien. In diesem Projekt untersuchen wir zwei alternativen Strategien zur Maximierung des Beitrages zum Klimaschutz aus Wäldern. Wir untersuchen (i) die optimale Zuteilung der Biomasse für verschiedene Holzproduktkategorien und (ii) optimale Managementpläne (d. H. Kombination von Managementsystemen), um den Klimaschutz innerhalb der Einschränkung des gewünschten Stroms von Biomasse aus den Wäldern zu maximieren. Ziel ist es, Erkenntnisse für die Schaffung von im Wesentlichen kohlenstoffneutralen Flächengebrauchs- und Managementstrategien zu liefern. Dies wird durch die Lebenszyklusanalyse von Alternativszenarien erreicht, die sowohl Kohlenstoff-Speicherung in Wäldern und in Holzprodukten, und energetischen Biomassenutzung einschließlich der Substitutionseffekte im Vergleich zu fossilen Ressourcen analysieren. Eine umfassende Nachhaltigkeitsanalyse wird durchgeführt, um zu testen, ob und wie die steigende Nachfrage nach Waldbiomasse und Waldprodukten umweltverträglich und sozialverträglich gestaltet werden kann. Dazu kombinieren wir Ökosystemdienstleistungen (Ecosystem Services - ESS) und Biodiversitätskennzahlen mit der Lebenszyklusanalyse. Wir analysieren, wie die Bereitstellung von Waldbiomasse und Kohlenstoff-Sequestrierung mit der Erhaltung sozial wichtiger ESS Indikatoren und Biodiversität in Einklang gebracht werden kann. Unser Projekt basiert auf einer Top-down-Strategie, in der wir zuerst auf europäischer Ebene Bioenergie-Szenarien entwickeln, ihre Konsequenzen auf nationaler Ebene abschätzen und in einem zweiten Schritt auf nationaler Ebene politische Szenarien für eine detaillierte Analyse erstellen. Fallstudien beinhalten die Analyse der Verringerung des Waldbrandrisikos in Spanien (Katalonien), Quantifizierung optimaler Anteile an verschiedenen Holzproduktarten in Finnland und Schweden die einen maximalen Beitrag zum Klimaschutz leisten unter Berücksichtigung des Bioenergie Sektors, der Bauindustrie und der Forstindustrie, und eine Nachhaltigkeitsanalyse des Forstsektors in drei Ländern (Finnland, Spanien und Schweden).

Optimierung der logistischen Funktion von UNESCO-Biosphärenreservaten zur Erreichung der globalen Nachhaltigkeitsziele – mit Fallstudien aus Südafrika, Lesotho und der Demokratischen Republik Kongo

Dieser Beitrag untersucht das Potenzial der logistischen Unterstützungsfunktion von Biosphärenreservaten der United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO) in Hinblick auf ihren Beitrag zur Erreichung der globalen Ziele für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals – SDG). Der Schwerpunkt liegt dabei auf Forschung, Bildung und Jugendbeteiligung. Anhand einer Analyse ausgewählter Fallstudien aus der Republik Südafrika, dem Königreich Lesotho und der Demokratischen Republik Kongo wird aufgezeigt, dass Biosphärenreservate durch die Nutzung der logistischen Unterstützungsfunktion als Reallabore (living labs) für Forschung zu nachhaltiger Entwicklung, Bildung und Jugendbeteiligung dienen können und damit einen Beitrag zur Erreichung der SDG leisten. Dieses Potenzial wird jedoch häufig nicht hinreichend genutzt, u. a. weil Mittel und Kenntnisse hinsichtlich der Funktionen von Biosphärenreservaten begrenzt sind und geeignete Bildungs- und Partizipationsansätze nicht hinreichend genutzt werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen schlagen wir vor, die Möglichkeiten von Biosphärenreservaten hinsichtlich inter- und transdisziplinärer Forschung, integrativer Bildung und Jugendpartizipation stärker zu nutzen.

Ländervergleichende Analyse des Gebietsschutzes im Serengeti-Mara-Ökosystem

Schutzgebiete tragen in unterschiedlichem Ausmaß zur Erhaltung der biologischen Vielfalt bei. Daher ist eine Bewertung nach der Evaluationsmethode des High Conservation Value (HCV) sinnvoll. Diese Methode berücksichtigt am Rande auch die Rolle des Parkmanagements, sei dieses klassisch nach dem ausschließenden Yellowstone-Prinzip oder modern und damit partizipativ. Basierend auf dem Modell der sozial-ökologischen Systeme wird in dieser Studie betrachtet, wie sich die unterschiedlichen Ansätze des Parkmanagements auswirken, wobei das weltweit bekannte Serengeti-Mara-Ökosystem als Fallstudie dient. Die involvierten Schutzgebiete haben eine lange Geschichte mit wechselnden Abgrenzungen, Naturschutzregimes, Landnutzungs- und Tourismuspolitiken sowie wiederkehrende sozio-politische Konflikte. Insbesondere der steigende Bevölkerungsdruck durch die Anrainer infolge hoher Geburtenraten und Binnenmigration sowie der damit einhergehende sich beschleunigende Landnutzungswandel werfen ernste Fragen bezüglich der langfristigen Resilienz des Ökosystems auf.

Uncertainty of Monetary Valuation (WMS)

The points show locations of case studies used to calculate the monetary values of individual ES. The bivariate maps show extrapolated relative monetary values (yellow to green) and uncertainties (yellow to red) of the benefit transfer functions for the ES. : A ) food provision, B) water provision, C) climate regulation, D) extreme event regulation, E) recreation service and F) habitat service, G) raw material provision, H) provision of medicinal resources, I) waste treatment, J) erosion regulation, K) soil fertility regulation and L) maintenance of genetic diversity. Monetary values and uncertainties are grouped into different classes from low to high (in the legend the first number represents uncertainty and the second monetary values, e.g. 11= both low, 12= uncertainty low and monetary value medium, 32= uncertainty high and monetary value medium etc.). The classes were defined by equal interval distances for each ES separately. Major sources of uncertainties include errors resulting from the input data for the benefit transfer model, the model characteristics and the transfer error due to generalization. The latter, for instance, arises when values are transferred to other areas under the assumption that particular socio-environmental conditions, spatial or temporal scale are constant. For the ES food provisioning it is often assumed that agricultural productivity is the same for all croplands, regardless natural composition and anthropogenic management. These results show that although socio-economic indicators are often discussed for benefit transfer applications, the consideration of biophysical heterogeneity in ecosystems is most important.

Umweltchemische Datenerhebung und Stoffbilanzierung zur Sanierung der Teschendorfer Seenkette

Mit der LTG Teschendorf wurde ein Projekt zur Sanierung der dortigen Seenkette beantragt. Seit der Bewilligung der Mittel an den LTG e.V. werden die Stoffeintraege in die Seenkette abgeschaetzt, verifiziert und als Grundlage fuer die weitere Sanierung in einer Studie zusammengestellt.

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