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Prof. Dr. Andreas Möller

Life Cycle Assessment

Life Cycle Assessment serve as frameworks that integrate different modeling approaches (calculation methods). The main challenge of calculation procedures in the field of LCA (and other tools for environmental modeling) is to solve equations numerically, in case of LCA systems of linear algebraic equations (matrix method).

The modeling and simulation approaches comprise two steps or tasks: (1) the specification of a system of equations and (2) the calculation of solutions. Software tools provide support for both tasks. They provide an appropriate user interface (e.g. direct manipulation of objects and properties instead of equations) and a calculation engine (solvers).

Different strategies to specify and to solve equations are required: (1) Systems of linear algebraic equations (efficiency analyses like cost accounting or life cycle assessment), (2) System of non-linear algebraic equations (steady state in material and energy flow systems), (3) Systems of ordinary differential equations (dynamics of stocks).

So, core topics of the seminar are: Application of solution methods for linear equations, approaches to solving sets of nonlinear equations, Material flow accounting (MFA) & LCA as accounting systems for material and energy flows and stock, Assessment of environmental impacts of products, services and decisions.

Ziel: "A model is an abstraction of reality" (Wainwright, Mulligan 2003). We are interested in future-oriented immaterial formal models (cf. the "need to look into the future" (Wainwright, Mulligan 2003) in sustainability sciences). In these models, observation or data collection must be replaced by specification and calculation. The purpose of the seminar is to introduce the basic ideas behind those approaches.

Life Cycle Assessment can be considered as application domains for different strategies: calculation of carbon footprints, assessment of global environmental impacts of products and services, ...

Smart Home Basics (SBP)

Die Technik ist so weit fortgeschritten, dass man heute Computer in Alltagsgegenstände einbauen kann, etwa in LED-Leuchten, Thermostatventilen; Lichtschalter werden ersetzt durch "Panels" und Smartphone-Apps. Das Smart Home kann man aber auch selbst aufbauen oder um eigene Komponenten erweitern. Es ist möglich, sehr einfach einen winzigen Microcomputer um Sensoren (Temperatur, Bewegung, Energieverbrauch etc.) auszustatten, Aktoren wie Leuchtdioden oder Relais (z.b. als Schalter zu Ein- und Ausschalten von 240V-Leitungen) zu ergänzen und zu programmieren. Dazu besteht die Hardware (hoffentlich Raspberry Pi Pico) aus einem USB-Anschluss zum Anschluss an ein Laptop (benötigt man für das Programmieren), einem Anschluss für Spannungsversorgung und vor allem vielen Input- und Outputanschlüsse für die Sensoren und Aktoren. NICHT vorausgesetzt werden Hard- und Softwarekenntnisse, es ist auch nicht notwendig zu wissen, wie man Hardware aufbaut ("löten"). Im Vordergrund stehen kreative computerbasierte Lösungen für das Smart Home. Das fängt an bei einfachen Blicklichtern, Energieverbrauchsmessungen, Temperaturmessungen, CO2-und VOC-Messungen, Feinstaubmessungen... Im Internet finden sich zahlreiche Beispiele, was man alles mit diesen kleinen Microcomputern machen kann. In einer letzten Phase des Seminars werden Fragen der Zukunft der Gesellschaft und Nachhaltigkeit behandelt (Open Source und Open Hardware, Maker-Communities in der Gesellschaft, Green IT, Technik-Trends wie Matter usw.).

Ziel: Im Vordergrund steht der kreative Umgang mit moderner Technik. Das Anwendungsfeld "Smart Home" dient uns als Orientierung. Gleichwohl werden, nebenläufig, eine Reihe wichtiger Erfahrungen gemacht: anfassbare Hardware, deren Aufbau man nachvollziehen kann, Grundkenntnisse auf dem Gebiet der Elektronik (Anschluss einer Leuchtdiode), Entwickeln kleiner Programme in Python, die dann auf der Hardware laufen. Der erste Teil der Veranstaltung dient dazu, die StudentInnen in die Lage zu versetzen, die zur Verfügung gestellte Hardware um einfache Sensoren und Aktoren zu erweitern und in einfachen Programmen zu nutzen. Dazu sollen so genannte Starter-Kits zur Verfügung gestellt werden, die alles Notwendige dafür enthalten (Steckbrett, Kabel, Widerstände, LEDs usw.). Der zweite Teil dient dann der Realisierung studentischer Projekte. Diese können sein: Energiesparen, Heimautomatisierung, innovative Anzeigen (z.B. CO2- oder VOC-Ampeln)...

Researchers and Scientific Revolutions

In diesem Seminar wollen wir versuchen, uns dem Faszinierenden des Forschens nähern – und wir wollen versuchen, die Menschen dahinter besser verstehen: ihre Lebensumstände, ihr Antrieb, ihre Texte im Original. Das erlaubt dann auch einen ganz anderen Zugang zu den Erkenntnissen. Dabei weist der zweite Teil des Titels der Veranstaltung darauf hin, dass Forschen und der Wissenszuwachs nicht linear sind; vielmehr hat Thomas Kuhn, Autor des Buches „The Structure of Scientific Revolutions“, darauf hingewiesen, dass es in der Forschung Phasen der Normalforschung und wissenschaftliche Revolutionen gibt, und das zum Beispiel auch in den Naturwissenschaften. Die Revolutionen sind natürlich besonders spannend. Aber können solche Durchbrüche überhaupt interessant sein? In dem Zusammenhang kann man nun seit einigen Jahren auf den Film „Oppenheimer“ verweisen. Zwar könnte man auch zu Oppenheimer im Seminar berichten, aber interessanter könnte das Umfeld Oppenheimer sein. Zu erwähnen ist, dass in einer Nebenrolle auch Richard Feynman und Albert Einstein auftreten. Leider wird in dem Film Lise Meitner nicht erwähnt, die für alles im Film die Grundlage beigesteuert hat: Kernspaltung und die dabei freiwerdende Energie. Oppenheimer liefert also den Rahmen für mindestens drei spannende Forschende, mit denen wir uns im Seminar befassen könnten: Albert Einstein, Lise Meitner und Richard Feynman. Nun soll da kein neuer Kinofilm entstehen, wir können uns aber auf ähnliche Weise ihrer Forschung nähern: Wie haben sie gelebt? Was haben sie geschrieben? Usw. Im Zusammenhang mit Einstein könnte man auch noch Planck oder Schwarzschild erwähnen. Aus Lüneburger Sicht interessant ist auch Bernhard Riemann, vielleicht auch Gauß und Euler. Auch grenzüberschreitende Verständigungen können sehr erhellend sein, etwa Alexander von Humboldt und Goethe oder auch Maturana und Luhmann.

Falls das Alte Sie nicht so anspricht, können Sie sich auch gern in aktuelle Revolutionen einklinken. Wie ging das eigentlich los mit den Block Chains? Oder: Was sind eigentlich die Word Embeddings? Und wieso ein so seltsamer Name? Vielleicht ein paar Schritte zurück: Hilbert, Gödel und Turing?

Ziel: Sieht man sich die Ergebnisse der Forschung vor allem in den Naturwissenschaften ansieht, dann sind sie in der Sprache der Mathematik geschrieben, und wir müssen uns anstrengen, die zum Leben zu erwecken. Man denke an Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie. Oft beschreiben die Forschenden selbst, die sich erst mal ein Bild machen. Einstein sprach von Gedankenexperimenten, Feynman hat sich Visualisierungen wie die Feynman Diagrams überlegt. Besonders interessant sind auch Prinzipien.

Das Seminar ist somit der Versuch der Rekonstruktion von Erkenntnisprozessen der Forschenden, ausgehend von den Umständen, einfachen Überlegungen und ihren Publikationen: wenn man so will eine Art Storytelling. Wichtig: Es geht nicht darum, die Mathematik hinter der Forschung vollständig zu verstehen. Interessant ist aber zum Beispiel bei Einstein, dass er sich mit Mathematik befasst hat, um seine Theorien formulieren zu können, als Mittel zum Zweck.

Auf die Themen kommt es dabei gar nicht so sehr an. Daher können Sie auch andere Forschende vorschlagen, mit denen Sie sich immer schon mal befassen wollten. Der Schwerpunkt sollte aber bei den Naturwissenschaften liegen.

Wenn Sie sich für Thema entscheiden, dann sollte das Thema neu für Sie sein. Wer sich bei den LLMs auskennt, sollte sich vielleicht nicht in die Word Embeddings vertiefen!

Life Cycle Assessment

Life Cycle Assessment (LCA) ist eine Methode zur Bestimmung von Umweltwirkungen von Produkten und Dienstleistungen. Grundlage und wesentliche Herausforderung ist ein Produkt-Modell von der Wiege bis zur Bahre: Raw Material Extraction, Production, Distribution, Use und End of Life. Das hat seinen Grund: Man untersucht in einem ersten Schritt umfassend die mit einem Produkt oder einer Dienstleistung zusammenhängenden Stoff- und Energieströme in der Technosphäre. Das betrifft insbesondere auch den Stoff- und Energieaustausch mit der natürlichen Umwelt, etwa CO2-Emissionen. In einem zweiten Schritt wird dann abgeschätzt, welche Wirkungen sich in der natürlichen Umwelt ergeben, im Falle der CO2-Emissionen Beiträge zum Klimawandel.

Das klingt nach viel Arbeit und auch irgendwie abschreckend, ist es aber nicht. Hier kommen sog. Datenbanken im Zusammenspiel mit Software ins Spiel. Die enthalten die Daten zu zahlreichen Vorprodukten und auch für die Abfallentsorgung. Wenn Sie zum Beispiel verschiedene Getränkeflaschen vergleichen wollen, finden Sie bereits alle Rohstoffe wie Aluminium, Glas oder auch Kunststoffe, auch Daten zu Aluminiumabfällen usw. finden sich. Die Datenbanken stellen also ein Hintergrundmodell zur Verfügung, in das sich Ihr Vordergrundmodell einbettet. Regelmäßig bestehen die Vordergrundmodelle nur aus wenigen Prozessen - wenn man weiß, wie es geht.

Irgendwie hat sich in den Köpfen festgesetzt, dass es beim LCA immer nur um materielle Verbrauchsprodukte geht: Taschentücher, Getränkeverpackungen usw. Und es stimmt: Es geht um den Stoff- und Energieaustausch mit der natürlichen Umwelt. Das bedeutet aber nicht, dass auch der Ausgangspunkt direkt ein materielles Produkt ist. Im Gegenteil: Es geht um den immateriellen Nutzen, den wir aus materiellen Produkten ziehen können. Das schließt auch unsere schöne neue und digitale Welt ein: von Posts in sozialen Medien bis hin zur Nutzung von AI (wir sollen uns ja nicht bei der AI bedanken ;-). Dabei verdeutlicht sich, dass wir "Bestände" schaffen, die wir dann nutzen können, PKW, Flugzeuge, Computer-Hardware, aber auch LLMs.

Die Dauerhaftigkeit von Beständen mag als Randerscheinung des Life Cycle Assessments eingestuft werden. Sie ist aber konstituierendes Element des den Modellen zugrunde liegenden Ausschnitts des sozio-technischen Metabolismus. Auf diesen Aspekt weist etwa Hannah Arendt hin: the durability oft he world. „The work of our hands … fabricates the sheer unending variety of things whose sum total constitutes the human artifice. They are mostly, but not exclusively, objects for use and they possess the durability Locke needed for the establishment of property, the ‘value’ Adam Smith needed for the exchange market” (Arendt 1958, p. 136). Sie weist darauf hin, dass der sorgfältige Gebrauch die Dauerhaftigkeit nicht gefährdet und die dauerhaften Dinge am Ende auch den Menschen 'beherbergen'. Sie dürfte dabei nicht an LLMs, Wasserflaschen, Smartphones und Handy-Hüllen gedacht haben. Die sind aber bestimmt eingeschlossen.

Da geraten die Datenbanken derzeit noch an ihre Grenzen: Wie lange nutzt man ein Smartphone? Wie lange ein Laptop? Aber wir fangen klein an, bei den Zahnbürsten, Wasserflasche, Kaffeebecher, das Mittagessen, die bedruckte Seite Papier, die Anreise zur Uni...

Ziel: Die Erstellung bestimmter Formen von LCAs entwickelt sich nach und nach zu einer Routineaufgabe in vielen Unternehmen. Das gilt auch für Forschungsprojekte: Erwartet wird eine Abschätzung der Umweltperformance von neuen Produkten, Verfahren usw. Im Bausektor wird erwartet, dass Zulieferer sog. Environmental Product Declarations (EPDs) ihrer Produkte (Zement, Türen, Ventile usw.) zur Verfügung stellen. Wenig überraschend ist daher, dass LCAs oft in Abschlussarbeiten eine Rolle spielen - und das fakultätsübergreifend. Nicht zuletzt spielen sie eine Rolle bei Bewerbungen. In diesem Seminar steht entsprechend die praktische Erstellung von LCAs im Vordergrund. Dazu ist der Einsatz von Software und Datenbanken vorgesehen.

Grundlagen inter- und transdisziplinärer Forschung - Cradle-to-Cradle & Life Cycle Assessment

Fortsetzung des Seminars im Sommersemester 2024, vor allem Vorbereitung der Projektarbeit in den kommenden Semestern; Vertiefung des Verfügungswissens zu Cradle-to-Cradle und Life Cycle Assessment im weiteren Sinne. Die inhaltliche Ausgestaltung ist maßgeblich davon abhängig, dass sich die Student:innen einbringen,

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