Zukünftige Energie- und Industriesysteme
Um das vom Weltklimarat (IPCC) geforderte 2°C-Ziel einhalten zu können, ist eine Reduktion der globalen CO2-Emissionen um 80% bis 2050 gegenüber dem Stand von 1990 zwingend notwendig. Hierbei wird auch solarthermischen Kraftwerken eine immer größere Bedeutung beigemessen. Im BLUE Map-Szenario der Internationalen Energieagentur (IEA), das von einer CO2-Reduktion um 50% bis 2050 gegenüber 2005 ausgeht, müssen im Jahr 2050 ca. 11% (4.754 TWh) des weltweiten Strombedarfs durch Sonnenenergie gedeckt werden (IEA 2008). Neben Photovoltaik sollen solarthermische Kraftwerke (Concentrated Solar Power, CSP) etwa 46% (ca. 2.200 TWh) der prognostizierten Menge an Solarstrom erzeugen. Im Energy[R]evolution Szenario von Greenpeace International und EREC (European Renewable Energy Council) aus dem Jahr 2008 werden rund 6.000 TWh an CSP-Strom im Jahr 2050 angenommen (bei einer installierten Leistung von 801 GW), während andere Studien bis zu 1.000 GW installierter Leistung in 2050 betrachten (Viebahn et al. 2010). Die DESERTEC-Initiative gibt ein Ziel von 5.000 GW installierter Leistung im Jahr 2050 vor.
Der Export von CSP-Technologien in die "Sunbelt"-Regionen bietet große Chancen für deutsche Anlagenbauer. So sind u.a. Schott Solar, die Ferrostaal Group mit ihrem Geschäftssegment "Solar Energy", Flagsol, die Solar Power Group, Solar Millenium und Fichtner Solar auf dem Gebiet CSP aktiv. Schott Solar (Receiver) und Flabeg (Spiegel) haben eine weltweit führende Markstellung inne. Große deutsche Energieversorger und Anlagenbauer wie E.On, RWE und Siemens gehören zum Industriekonsortium der Desertec Industrial Initiative, die den Ausbau von CSP in der MENA-Region vorantreiben will. Die Initiative wurde von der Münchener Rück angestoßen.
In diesem Artikel wird dargestellt, welche Aktivitäten deutsche Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette bislang aufweisen und wie ihre Marktstellung im Vergleich zu führenden internationalen Unternehmen zu bewerten ist. Anschließend wird auf Basis von vorliegenden Energieszenarien ermittelt, welche messbaren ökonomischen Effekte für deutsche Unternehmen, z.B. zusätzliche Wertschöpfung und die Schaffung neuer Arbeitsplätze, aus den genannen Potentialen resultieren. Die Ergebnisse basieren auf einer Studie des Wuppertal Instituts, die im Auftrag von Greenpeace Deutschland und der DESERTEC Foundation erstellt wurde.
Eine oft kontrovers diskutierte Frage ist, ob eine massive Dämmung von Häusern in der Gesamtbilanz nicht mehr Ressourcenverbrauch und Emissionen verursacht, als sie im Endeffekt einspart. Zur Untersuchung dieser Frage wurde nun erstmals eine trade-off Analyse durchgeführt. Hierzu wurde ein bottom-up Wirkungsanalyse-Modell entwickelt, dessen Kern ein Emissions- und Energiemodell für den Haushaltssektor bildet, gekoppelt mit einem Ökobilanzierungs-Tool. Den Rahmen für beide Modelle bilden Energieszenarien bis 2050, die für jede Dekade Sanierungsraten und Energiemixe vorgeben. Damit können "reine" Energieszenarien um ressourcenpolitische Analysen erweitert und die Auswirkungen verschiedener Dämmstrategien ermittelt werden.
Das zentrale Ergebnis der Modellierung ist, dass zusätzliche Aufwendungen für Dämmstoffe (untersucht wurden extrudierter Polystyrolhartschaum XPS und Zellulose) sowohl ressourcen- als auch emissionsseitig in fast allen Umweltwirkungskategorien durch erhebliche Einsparungen bei der Gebäudebeheizung überkompensiert werden. Im Wesentlichen sind keine Trade-offs erkennbar und der prozentuale Beitrag der Dämmstoffe an den Umweltwirkungsindikatoren ist gering. Relevant ist dagegen die Wahl des Treibmittels bei den aufgeschäumten XPS-Dämmstoffen: Gegenüber dem in Deutschland verwendeten XPS, das weitgehend mit CO2 aufgeschäumt wird, führt ein Dämmstoff, der hohe Anteile an Fluorkohlenwasserstoffen aufweist, zu einem hohen Trade-off bezüglich der Wirkungskategorie "stratosphärischer Ozonabbau" und zu einer erkennbaren, jedoch nicht so deutlichen Wirkung auf das Treibhaus-Potenzial. Eine Sensitivitätsanalyse mit dem alternativen Dämmmaterial Zellulose zeigt, dass sich die an sich schon geringen Anteile der Dämmstoffe an den Umweltwirkungsindikatoren weiter verringern. Hinsichtlich der Materialintensität sind XPS- und Zellulose-Dämmung jedoch mit vergleichbaren Auswirkungen verbunden.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass für beide Materialien ambitionierte Dämmstoffstrategien im Hinblick auf alle in dieser Studie analysierten Faktoren einen wesentlichen Beitrag sowohl zu Materialeffizienz- als auch zu Emissionsminderungszielen leisten können.
Electricity generation requires water. With the global demand for electricity expected to increase significantly in the coming decades, the water demand in the power sector is also expected to rise. However, due to the ongoing global energy transition, the future structure of the power supply - and hence future water demand for power generation - is subject to high levels of uncertainty, because the volume of water required for electricity generation varies significantly depending on both the generation technology and the cooling system. This study shows the implications of ambitious decarbonization strategies for the direct water demand for electricity generation. To this end, water demand scenarios for the electricity sector are developed based on selected global energy scenario studies to systematically analyze the impact up to 2040. The results show that different decarbonization strategies for the electricity sector can lead to a huge variation in water needs. Reducing greenhouse gas emissions (GHG) does not necessarily lead to a reduction in water demand. These findings emphasize the need to take into account not only GHG emission reductions, but also such aspects as water requirements of future energy systems, both at the regional and global levels, in order to achieve a sustainable energy transition.
The German Energiewende is a deliberate transformation of an established industrial economy towards a nearly CO2-free energy system accompanied by a phase out of nuclear energy. Its governance requires knowledge on how to steer the transition from the existing status quo to the target situation (transformation knowledge). The energy system is, however, a complex socio-technical system whose dynamics are influenced by behavioural and institutional aspects, which are badly represented by the dominant techno-economic scenario studies. In this paper, we therefore investigate and identify characteristics of model studies that make agent-based modelling supportive for the generation of transformation knowledge for the Energiewende. This is done by reflecting on the experiences gained from four different applications of agent-based models. In particular, we analyse whether the studies have improved our understanding of policies' impacts on the energy system, whether the knowledge derived is useful for practitioners, how valid understanding derived by the studies is, and whether the insights can be used beyond the initial case-studies. We conclude that agent-based modelling has a high potential to generate transformation knowledge, but that the design of projects in which the models are developed and used is of major importance to reap this potential. Well-informed and goal-oriented stakeholder involvement and a strong collaboration between data collection and model development are crucial.
A significant reduction in greenhouse gas emissions will be necessary in the coming decades to enable the global community to avoid the most dangerous consequences of man-made global warming. This fact is reflected in Germany's 7th Federal Energy Research Program (EFP), which was adopted in 2018. Direct Air Capture (DAC) technologies used to absorb carbon dioxide (CO2) from the atmosphere comprise one way to achieve these reductions in greenhouse gases. DAC has been identified as a technology (group) for which there are still major technology gaps. The intention of this article is to explore the potential role of DAC for the EFP by using a multi-dimensional analysis showing the technology's possible contributions to the German government's energy and climate policy goals and to German industry's global reputation in the field of modern energy technologies, as well as the possibilities of integrating DAC into the existing energy system. The results show that the future role of DAC is affected by a variety of uncertainty factors. The technology is still in an early stage of development and has yet to prove its large-scale technical feasibility, as well as its economic viability. The results of the multi-dimensional evaluation, as well as the need for further technological development, integrated assessment, and systems-level analyses, justify the inclusion of DAC technology in national energy research programs like the EFP.
Concentrated solar power (CSP) plants are one of several renewable energy technologies with significant potential to meet a part of future energy demand. An integrated technology assessment shows that CSP plants could play a promising role in Africa and Europe, helping to reach ambitious climate protection goals. Based on the analysis of driving forces and barriers, at first three future envisaged technology scenarios are developed. Depending on the underlying assumptions, an installed capacity of 120 GWel, 405 GWel or even 1,000 GWel could be reached globally in 2050. In the latter case, CSP would then meet 13–15% of global electricity demand. Depending on these scenarios, cost reduction curves for North Africa and Europe are derived. The cost assessment conducted for two virtual sites in Algeria and in Spain shows a long-term reduction of electricity generating costs to figures between 4 and 6 ct/kWhel in 2050. The paper concludes with an ecological analysis based on life cycle assessment. Although the greenhouse gas emissions of current (solar only operated) CSP systems show a good performance (31 g CO2-equivalents/kWhel) compared with advanced fossil-fired systems (130–900 CO2-eq./kWhel), they could further be reduced to 18 g CO2-eq./kWhel in 2050, including transmission from North Africa to Europe.
Im Herbst 2018 wird das neue Energieforschungsprogramm (EFP) der Bundesregierung verabschiedet. Das Forschungsprojekt "Technologien für die Energiewende", kurz TF_Energiewende, hat hierfür eine wesentliche wissenschaftliche Basis geliefert. Für 31 Technologiefelder, die mehrere Hundert Technologien umfassen, analysierten die Projektpartner das Innovations- und Marktpotenzial, bewerteten Chancen und Risiken sowie den möglichen Beitrag der Technologien zur Umsetzung der Energiewende und zeigten Forschungs- und Entwicklungsbedarf auf. Die nun veröffentlichten Ergebnisse dienen gleichzeitig als umfassendes Nachschlagewerk für Entscheider in Unternehmen, Forschungsabteilungen, Fördergeber und die interessierte Fachöffentlichkeit.
Many countries are increasingly investing in renewable energy technologies to meet growing energy demands and increase the security of their energy supply. This development is also evident in the Middle East and North Africa (MENA) region, where renewable energy targets and policies have evolved rapidly in recent years. There is a steady increase in both the number of planned and implemented solar photovoltaic (PV) but also of solar thermal projects in form of Concentrating Solar Power (CSP) plants. Many of these installations are designed as large utility-scale systems. Despite the fact that these types of large-scale projects can have significant effects on local communities and their livelihoods, the existing research into the social impacts of such large-scale renewable energy infrastructures at local level is limited. However, assessing and managing these impacts is becoming increasingly important to reduce risks to both the affected communities and to the project and businesses activities. In order to provide more robust evidence on the local effects, this research study reviews the social impacts of large-scale renewable energy infrastructure in the MENA region based on a case study of the NOORo I CSP plant in Ouarzazate, Morocco. Data collected during two empirical field studies, in combination with expert interviews and secondary data analysis, provides detailed evidence on the type and significance of livelihood impacts of the NOORo I CSP plant. The analysis results in a consolidated list of 30 impacts and their significance levels for different stakeholder groups including farmers, young people, women, community representatives and owners of small and medium enterprises. The results show that, overall, the infrastructure development was received positively. The review also indicates that factors identified as having effects on the sustainability of local livelihoods are mainly related to information management and benefit distribution, rather than physical or material aspects.
For many years, carbon capture and storage (CCS) has been discussed as a technology that may make a significant contribution to achieving major reductions in greenhouse gas emissions. At present, however, only two large-scale power plants capture a total of 2.4 Mt CO2/a. Several reasons are identified for this mismatch between expectations and realised deployment. Applying bibliographic coupling, the research front of CCS, understood to be published peer-reviewed papers, is explored to scrutinise whether the current research is sufficient to meet these problems. The analysis reveals that research is dominated by technical research (69%). Only 31% of papers address non-technical issues, particularly exploring public perception, policy, and regulation, providing a broader view on CCS implementation on the regional or national level, or using assessment frameworks. This shows that the research is advancing and attempting to meet the outlined problems, which are mainly non-technology related. In addition to strengthening this research, the proportion of papers that adopt a holistic approach may be increased in a bid to meet the challenges involved in transforming a complex energy system. It may also be useful to include a broad variety of stakeholders in research so as to provide a more resilient development of CCS deployment strategies.
Damit sich die weltweit zunehmend ambitionierten Klimaschutzziele erreichen lassen, müssen auch im Industriesektor weitgehende Emissionsreduktionen innerhalb weniger Jahrzehnte realisiert werden. Expertinnen und Experten sind sich einig, dass dies nicht ohne den Umstieg von fossilen auf erneuerbare Energieträger und Rohmaterialien - sogenannte Feedstocks - umsetzbar ist. Im Zuge der verstärkten Nutzung dieser grünen Energieträger ist denkbar, dass sich deren Verfügbarkeit und Kosten zu immer wichtigeren Standortfaktoren für die Produktion industrieller Güter entwickeln werden. Dies könnte dazu führen, dass zukünftig Standorte mit kostengünstiger Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien attraktiver gegenüber anderen Standorten werden und es dann zu Standortverlagerungen kommt - insbesondere im Bereich der energieintensiven Industrie.
In dem vorliegenden Artikel greifen die Autoren diese möglichen Verlagerungen industrieller Produktion auf. In diesem Zusammenhang führen sie auch den Begriff "Renewables Pull" ein. Die in bestimmten Regionen der Welt kostengünstig und in großen Mengen verfügbaren erneuerbaren Energien könnten nach Ansicht der Autoren künftig eine Sogwirkung auslösen und bestimmte Teile der industriellen Produktion anziehen - auch Pull-Effekt genannt.