Sustainable urban-industrial supply systems : ecosystem-based theory formation, empirical analysis and transformation designs
This cumulative dissertation is dedicated to the research subject of “Sustainable Urban-Industrial Supply Systems”. The overarching goal is the conceptual transfer of the “Ecosystem Approach” (Kay et al., 1999) to the system-dynamic connection of natural capital, production, supply, and consumption as a “Production-Supply-Consumption Ecosystem” (PSC Ecosystem).
The global typicality of this supply context today is “urban-industrial”: Urban-dominated sinks are driving forces in the networks with typically globalized industrial sources of production and supply chain services. The overall context results into an unsustainable global ecological footprint with around 75% of the consumption of natural resources and is the main determinant of climate change with around 80% of all global greenhouse gas emissions.
The transfer of the Ecosystem Approach, which originates to Systems Ecology, meets some groundwork considerations in the history of Geography as well as compatible recent concepts. However, the application upon the complex socioeconomic system context was not completed either in science or in practice. It would enable a new system-oriented representation of problem levels, the concretization of research for sustainable development and the conceptualization of alternative system designs for a sustainable economy. This dissertation intends to close this gap.
In order to do this, central elements of the selected research are specifically addressed in the cumulative parts of the dissertation. The academic work within the three cumulative main chapters (Theory Formation, Empirical Analysis, Transformation Designs) is deliberately framed in an interdisciplinary and transdisciplinary manner. The common ground is “Sustainability Science”. In addition to Geography, the focus is also on preparatory work in Ecology, Economics and Management Science.
With reference to the three cumulative main chapters, three overarching research questions arise:
- How must concepts of Sustainability Science be expanded and changed to present suitable theoretical building blocks for an Ecosystem Approach (EA) to rationalize sustainable Urban-Industrial Supply Systems?
- How can the interactive parts of a PSC Ecosystem change individually and in relation to each other, to facilitate ambitious sustainable solutions, particularly with respect to demand-supply dynamics?
- Which system-inherent transformative levers can be identified to enable and to strengthen system changes toward sustainable PSC Ecosystems?
It is crucial how the elements of the system behave in the interaction, in particular supply chain structures and services/ logistics in an interplay with consumption patterns and lifestyles. It can be shown that the system behaviour and its impact of unsustainable resource consumption is not just triggered by demand, but rather by complex dynamics of urban consumption patterns and lifestyles with globalized industrial services in supply and value chains.
Methodologically, the dissertation uses the cumulative contributions to build a “mixed-method approach” that places research methods from System Dynamics (SD) with a focus on Participatory Systems Mapping (PSM) at the centre of the research. The methodological approach is used to specify transformation designs for services and structures of the PSC Ecosystem in a participatory manner with its stakeholders.
The results of the presented research are interpreted within the framework of a total of 10 submitted publications. In terms of “building blocks”, findings are then synthesized in the final part of the dissertation and discussed and interpreted in terms of the overall topic.
A central outcome relates to system services that can generate and control the dynamics of sustainability, which is specified in the chapter of transformation designs: transformative supply chains and the business archetype of the “lead sustainability service provider”.
By synthesizing the research results, the PSC Ecosystem can be fundamentally outlined, and specific PSC Ecosystem properties can be defined as constitutional characteristics. The PSC Ecosystem is interpreted against the background of Ecological Economics.
As part of the theory formation, a multi-domain framework for Sustainable Urban-Industrial Supply is generated, in which individual developments of the research (lead sustainability service provider, extensions of sustainable supply chain management, urban-industrial metabolism models as well as social-ecological technological systems) are included in a structured way.
In addition to providing impetus for Sustainability Science, a closer look is at Geography for supporting the further development of Environmental Economic Geography (EEG) and the related Geography of Sustainability Transitions. By applying the presented research findings, new transformative common grounds and interfaces between Geography, Ecology, Economics, and Management Science can be highlighted.
Ecosystems“ (PSC Ecosystem). Die globale Typizität dieses Versorgungszusammenhangs ist heute „urban-industriell“ geprägt, d.h. urban dominierte Senken sind in Netzwerken mit typischerweise globalisierten
industriellen Quellen der Produktion und Supply Chain Services verbunden. Der
Gesamtzusammenhang resultiert in die Dynamik eines unnachhaltigen globalen Ökologischen Fußabdrucks mit ca. 75% des Konsums natürlicher Ressourcen und ist der wesentliche Treiber des Klimawandels mit rund 80% aller globalen Treibhausgasemissionen. Die Übertragung des ursprünglich aus der Systemökologie stammenden Ecosystem Approach trifft in der Geschichte der Geographie einige Vorüberlegungen sowie auf kompatible ältere und aktuelle Konzepte. Die Anwendung auf den komplexen sozioökonomischen
Systemzusammenhang war aber insgesamt weder in der Wissenschaft noch in der Praxis vollzogen. Er ermöglicht die systemorientierte Darstellung von Problemebenen, die Verortung von systemgeleiteten Forschungsansätzen für nachhaltige Entwicklung und die Erarbeitung von alternativen Systemkonstellationen im Sinne einer „Sustainable Economy“. Um dies zu tun, werden zentrale Elemente der gewählten Forschungs- und Problembezüge in
den kumulativen Teilen der Dissertation gezielt angesprochen. Die wissenschaftlichen Arbeiten der drei kumulativen Hauptkapitel (Theory Formation, Empirical Analysis, Transformation Designs) sind bewusst inter- und transdisziplinär akzentuiert. Der Common Ground ist dabei „Sustainability Science“. Berücksichtigung finden schwerpunktmäßig neben der Geographie Vorarbeiten der Umweltwissenschaften, Economics und der Management
Science. Es stellen sich mit Bezug auf die drei kumulativen Hauptkapitel drei übergeordnete Forschungsfragen:
1. Wie müssen Theoriekonzepte der Sustainability Science erweitert und verändert werden, um geeignete konzeptionelle Bausteine für einen Ecosystem Approach (EA) für nachhaltige urban-industrielle Versorgungssysteme darstellbar zu machen? 2. Wie können sich die interaktiven Teile eines PSC-Ökosystems individuell und in Relation zueinander verändern, um ambitionierte nachhaltige Lösungen zu ermöglichen, insbesondere im Hinblick auf Nachfrage-Angebots-Dynamik?
3. Welche zentralen systemimmanenten transformativen Hebel lassen sich identifizieren, um Systemveränderungen hin zu nachhaltigen PSC-Ökosystemen zu ermöglichen und zu stärken?
Aus Sicht der zugrundeliegenden Forschung ist entscheidend, wie die Elemente des Systems sich in der Interaktion verhalten, insbesondere Supply Chain Strukturen und Services/ Logistik im Wechselspiel mit Konsummustern und Lebensstilen. Es kann nachgewiesen werden, dass nicht allein Nachfrage das Systemverhalten bestimmt, sondern der Konsum von zwei wesentlichen Treibern grundlegend determiniert wird. Dies sind – vereinfacht dargestellt –
einerseits urban-industriell geprägte Lebensstile und andererseits globalisierte industrielle Services in Supply und Value Chains. Methodisch baut die Dissertation über die kumulativen Beiträge einen „Mixed-Method Approach“ auf, der insbesondere Forschungsmethoden aus den System Dynamics (SD) mit
einem Schwerpunkt im Participatory Systems Mapping (PSM) in das Zentrum der Forschung stellt. Der methodische Ansatz wird genutzt, um Transformationsentwürfe für Services und Strukturen des PSC Ecosystem mit Stakeholdern konkretisieren zu können. Die Ergebnisse der einzelnen eingebrachten Forschungen sind innerhalb des Rahmens von insgesamt 10 eingebrachten Publikation interpretiert. Im Sinne von „Building Blocks“ werden
dann Ergebnisse im finalen Teil der Dissertation synthetisiert und im Sinne des Gesamtthemas diskutiert und interpretiert. Ein zentrales Ergebnis betrifft Systemservices, die Dynamiken der Nachhaltigkeit erzeugen und steuern können, was im Zuge der Transformationsdesigns konkretisiert wird: Transformative Supply Chains und den Business Archetyp des „Lead Sustainability Service Providers“.
Im Rahmen der Synthetisierung der Forschungsergebnisse kann darüber hinaus das PSC Ecosystem grundlegend konzipiert werden und es können PSC Ecosystem Properties als konstitutionelle Merkmale definiert werden. Das PSC Ecosystem interpretiert sich vor dem Hintergrund alternativer Wirtschaftskonzepte der Ecological Economics. Im Rahmen des Theorieaufbaus wird ein Multi-Domain Framework für Sustainable UrbanIndustrial Supply generiert, in das einzelne Entwicklungen der Arbeit (Lead Sustainability Service Provider, Erweiterungen des Sustainable Supply Chain Management, MetabolismusModelle des Urban-Industriellen Konnex sowie Social-Ecological-Technological Systems) strukturiert einbezogen und in Wert gesetzt werden.
Dabei steht neben der Impulsgebung für eine Fortentwicklung der Sustainability Science eine genauere Betrachtung der Geographie im Fokus: die Unterstützung der weiteren Entwicklung der Environmental Economic Geography (EEG) sowie der verwandten Geography of Sustainability Transitions. Am Beispiel der Forschungsergebnisse des Sustainable UrbanIndustrial Supply Systems und der Strukturierung als PSC Ecosystem, können geeignete Interfaces zwischen der Geographie, Umweltwissenschaften, Economics, und Management
Science als transformative Wissenschaft herausgestellt werden.
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