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Double accounting in energy footprint and related assessments : how common is it and what are the consequences? (2021)

Usubiaga-Liano, Arkaitz ; Arto, Inaki ; Acosta-Fernandez, José

The number of input-output assessments focused on energy has grown considerably in the last years. Many of these assessments combine data from multi-regional input-output (MRIO) databases with energy extensions that completely or partially depict the different stages through which energy products are supplied or used in the economy. The improper use of some energy extensions can lead to double accounting of some energy flows, but the frequency with which this happens and the potential impact on the results are unknown. Based on a literature review, we estimate that around a quarter of the MRIO-based energy assessments reviewed incurred into double accounting. Using the EXIOBASE MRIO database, we also analyse the effects of double accounting in the absolute values and rankings of different countries' and products' energy footprints. Building on the insights provided by our analysis, we offer a set of key recommendations to MRIO users to avoid the double accounting problem in the future. Likewise, we conclude that the harmonisation of the energy data across MRIO databases led by experts could simplify the choices of the data users until the provision of official energy extensions by statistical offices becomes a widespread practice.

DoNaPart - Psychologisches und kommunales Empowerment durch Partizipation im nachhaltigen Stadtumbau : gemeinsamer Schlussbericht (2020)

Hunecke, Marcel ; Eickhoff, Jan ; Schmies, Maximilian ; Witte, Katja ; Best, Benjamin ; Espert, Valentin ; Lunge, Juliane ; Dittrich-Wesbuer, Andrea ; Hübner, Florian ; Bonan, Michaela ; Ellwein, Harriet ; Hans, Moritz ; Keppler, Florian

Wie können Menschen befähigt werden, ihr Lebensumfeld entsprechend den eigenen Bedürfnissen und Wertvorstellungen zu gestalten? Das war die zugrunde liegende Fragestellung des Dortmunder Projekts "Psychologisches und kommunales Empowerment durch Partizipation im nachhaltigen Stadtumbau" (DoNaPart). Im Zentrum des Projekts stand die Initiierung eines urbanen Reallabors in dem Soziale Stadt Programmgebiet Westerfilde/Bodelschwingh, innerhalb dessen ein nachhaltiger Transformationsprozess in den Bereichen Energie, Mobilität und Konsum entworfen und durchgeführt wurde.

Vor- und Nachteile von Wasserstoffimporten versus heimische Erzeugung - Teil 1 : Kostenunterschiede, Realisierungsunsicherheiten und Reboundeffekte in Lieferländern (2021)

Merten, Frank ; Scholz, Alexander

Die nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung beinhaltet zentrale Zielkonflikte: Stärkung der deutschen Wirtschaft versus hohe Importquote, günstigere Produktionskosten im Ausland versus höhere Wertschöpfung durch Produktion im Inland. Vor diesem Hintergrund wird in diesem Beitrag diskutiert, wie groß die Kostenunterschiede ausfallen, welche Bedeutung die Transportkosten haben und welche Reboundeffekte bei Importen aus Nordafrika zu beachten sind.

Klimaneutrale Industrie : Schlüsseltechnologien und Politikoptionen für Stahl, Chemie und Zement ; Studie (2020)

Joas, Fabian ; Witecka, Wido ; Lenck, Thorsten ; Peter, Frank ; Seiler, Fiona ; Samadi, Sascha ; Schneider, Clemens ; Holtz, Georg ; Kobiela, Georg ; Lechtenböhmer, Stefan ; Dinge, Katja ; Steinbacher, Karoline ; Schröder, Jonas ; Sach, Thobias ; Schimmel, Matthias ; Kliem, Christine ; Altrock, Martin ; Lehnert, Wieland ; Finke, Jasper ; Yilmaz, Yasmin

Die Grundstoffindustrie ist ein Pfeiler des Wohlstands in Deutschland, sie garantiert Wertschöpfung und sorgt für über 550.000 hochwertige Arbeitsplätze. Im Ausland steht Made in Germany für höchste Qualität und Innovationsdynamik. Aber: Trotz Effizienzsteigerungen sind die Emissionen der Industrie in den letzten Jahren nicht gefallen und durch die nationalen und internationalen Klimaschutzziele steigt der Druck. Die zentrale Frage lautet daher: Wie kann die Grundstoffindustrie in Deutschland bis spätestens 2050 klimaneutral werden - und gleichzeitig ihre starke Stellung im internationalen Wettbewerbsumfeld behalten? Agora Energiewende und das Wuppertal Institut haben im Rahmen dieses Projekts in zahlreichen Workshops mit Industrie, Verbänden, Gewerkschaften, Ministerien und der Zivilgesellschaft die Zukunft für eine klimaneutrale Industrie diskutiert und einen Lösungsraum aus technologischen Optionen und politischen Rahmenbedingungen skizziert. In den Workshops wurde deutlich: Die Industrie steht in den Startlöchern, die Herausforderung Klimaschutz offensiv anzugehen. Die fehlenden Rahmenbedingungen und der bisher unzureichende Gestaltungswille der Politik, innovative Instrumente umzusetzen, hindern sie jedoch voranzugehen. Es ist höchste Zeit, dass sich das ändert. Denn jede neue Industrieanlage muss klimasicher sein - schließlich hat sie eine Laufzeit bis weit über das Jahr 2050 hinaus. Diese Publikation soll einen Beitrag dazu leisten, richtungssicher investieren zu können.

Klimaneutrale Industrie : ausführliche Darstellung der Schlüsseltechnologien für die Branchen Stahl, Chemie und Zement (2020)

Schneider, Clemens ; Samadi, Sascha ; Holtz, Georg ; Kobiela, Georg ; Lechtenböhmer, Stefan ; Witecka, Wido

Die Grundstoffindustrie ist ein wichtiger Pfeiler des Wohlstands in Deutschland, sie garantiert Wertschöpfung und sorgt für über 550.000 hochwertige Arbeitsplätze. Um diese für die deutsche Wirtschaft wichtigen Branchen zu erhalten, müssen jetzt die Schlüsseltechnologien für eine CO2-arme Grundstoffproduktion entwickelt und für den großtechnischen Einsatz skaliert werden. Die vorliegende Analyse ist als Ergänzung zu der Studie "Klimaneutrale Industrie: Schlüsseltechnologien und Politikoptionen für Stahl, Chemie und Zement" gedacht. Die 13 in der erwähnten Studie vorgestellten Schlüsseltechnologien werden hier für die technisch interessierten Leserinnen und Leser eingehender beschrieben und diskutiert. Diese Publikation dient als Aufschlag für eine Diskussion über Technologieoptionen und Strategien für eine klimaneutrale Industrie. Alle Daten und Annahmen in dieser Analyse wurden mit Unternehmen und Branchenverbänden intensiv besprochen. Die quantitativen Aussagen sind trotzdem als vorläufig zu betrachten, da sich viele Technologien noch in einer frühen Entwicklungsphase befinden und Abschätzungen über Kosten mit großen Unsicherheiten verbunden sind.

Value chain-wide energy efficiency potentials of additive manufacturing with metals : some preliminary hypotheses (2020)

Pastowski, Andreas ; Kobiela, Georg

For some time, 3D printing has been a major buzzword of innovation in industrial production. It was considered a game changer concerning the way industrial goods are produced. There were early expectations that it might reduce the material, energy and transport intensity of value chains. However for quite a while, the main real world applications of additive manufacturing (AM) have been some rapid prototyping and the home-based production of toys made from plastics. On this limited basis, any hypotheses regarding likely impacts on industrial energy efficiency appeared to be premature. Notwithstanding the stark contrast between early hype and practical use, the diffusion of AM has evolved to an extent that at least for some applications allows for a preliminary assessment of its likely implications for energy efficiency. Unlike many cross-cutting energy efficiency technologies, energy use of AM may vary substantially depending on industry considered and material used for processing. Moreover, AM may have much greater repercussions on other stages of value chains than conventional cross-cutting energy efficiency technologies. In case of AM with metals the following potential determinants of energy efficiency come to mind: - A reduction of material required per unit of product and used during processing; - Changes in the total number and spatial allocation of certain stages of the value chain; and - End-use energy efficiency of final products. At the same time, these various streams of impact on energy efficiency may be important drivers for the diffusion of AM with metals. This contribution takes stock of AM with metals concerning applications and processes used as well as early evidence on impacts on energy efficiency and combine this into a systematic overview. It builds on relevant literature and a case study on Wire Arc Additive Manufacturing performed within the REINVENT project.

System-supporting operation of solid-oxide electrolysis stacks (2021)

Schäfer, Dominik ; Janßen, Tomke ; Fang, Qingping ; Merten, Frank ; Blum, Ludger

Flexible, system-oriented operating strategies are becoming increasingly important in terms of achieving a climate-neutral energy system transformation. Solid-oxide electrolysis (SOEC) can play an important role in the production of green synthesis gas from renewable energy in the future. Therefore, it is important to investigate the extent to which SOEC can be used flexibly and which feedback effects and constraints must be taken into account. In this study, we derived a specific load profile from an energy turnaround scenario that supports the energy system. SOEC short-stacks were operated and we investigated the impact that the load profile has on electrical stack performance and stack degradation as well as the product gas composition by means of Fourier-transform infrared spectroscopy. The stacks could follow the grid-related requirement profiles of secondary control power and minute reserves very well with transition times of less than two minutes per 25% of relative power. Only short-term disturbances of the H2/CO ratio were observed during transitions due to the adjustment of feed gases. No elevated degradation effects resulting from flexible operation were apparent over 1300 h, although other causes of degradation were present.

Localizing the water-energy nexus : the relationship between solar thermal power plants and future developments in local water demand (2021)

Terrapon-Pfaff, Julia ; Ersoy, Sibel Raquel ; Fink, Thomas ; Amroune, Sarra ; Jamea, El Mostafa ; Zgou, Hsaine ; Viebahn, Peter

Water availability plays an important role in the expansion planning of utility-scale solar power plants, especially in the arid regions of the Middle East and North Africa. Although these power plants usually account for only a small fraction of local water demand, competition for water resources between communities, farmers, companies, and power suppliers is already emerging and is likely to intensify in future. Despite this, to date there has been a lack of comprehensive studies analyzing interdependencies and potential conflicts between energy and water at local level. This study addresses this research gap and examines the linkages between water resources and energy technologies at local level based on a case study conducted in Ouarzazate, Morocco, where one of the largest solar power complexes in the world was recently completed. To better understand the challenges faced by the region in light of increased water demand and diminishing water supply, a mixed-method research design was applied to integrate the knowledge of local stakeholders through a series of workshops. In a first step, regional socio-economic water demand scenarios were developed and, in a second step, water saving measures to avoid critical development pathways were systematically evaluated using a participatory multi-criteria evaluation approach. The results are a set of water demand scenarios for the region and a preferential ranking of water saving measures that could be drawn upon to support decision-making relating to energy and water development in the region.

An integrated comparative assessment of coal-based carbon capture and storage (CCS) vis-à-vis renewable energies in India's low carbon electricity transition scenarios (2021)

Hiremath, Mitavachan ; Viebahn, Peter ; Samadi, Sascha

Roadmaps for India's energy future foresee that coal power will continue to play a considerable role until the middle of the 21st century. Among other options, carbon capture and storage (CCS) is being considered as a potential technology for decarbonising the power sector. Consequently, it is important to quantify the relative benefits and trade-offs of coal-CCS in comparison to its competing renewable power sources from multiple sustainability perspectives. In this paper, we assess coal-CCS pathways in India up to 2050 and compare coal-CCS with conventional coal, solar PV and wind power sources through an integrated assessment approach coupled with a nexus perspective (energy-cost-climate-water nexus). Our levelized costs assessment reveals that coal-CCS is expensive and significant cost reductions would be needed for CCS to compete in the Indian power market. In addition, although carbon pricing could make coal-CCS competitive in relation to conventional coal power plants, it cannot influence the lack of competitiveness of coal-CCS with respect to renewables. From a climate perspective, CCS can significantly reduce the life cycle GHG emissions of conventional coal power plants, but renewables are better positioned than coal-CCS if the goal is ambitious climate change mitigation. Our water footprint assessment reveals that coal-CCS consumes an enormous volume of water resources in comparison to conventional coal and, in particular, to renewables. To conclude, our findings highlight that coal-CCS not only suffers from typical new technology development related challenges - such as a lack of technical potential assessments and necessary support infrastructure, and high costs - but also from severe resource constraints (especially water) in an era of global warming and the competition from outperforming renewable power sources. Our study, therefore, adds a considerable level of techno-economic and environmental nexus specificity to the current debate about coal-based large-scale CCS and the low carbon energy transition in emerging and developing economies in the Global South.

Konjunkturprogramm unter der Klimaschutzlupe : viele gute Impulse, aber Nachbesserungen für nachhaltige Wirkung erforderlich?! Eine erste Bewertung des Konjunkturprogramms der Bundesregierung unter besonderer Berücksichtigung des Klimaschutzes (2020)

Fischedick, Manfred ; Baedeker, Carolin ; Bienge, Katrin ; Hermwille, Lukas ; Geibler, Justus von ; Kiyar, Dagmar ; Koska, Thorsten ; Liedtke, Christa ; März, Steven ; Rehm, Annika ; Samadi, Sascha ; Schostok, Dorothea ; Schüwer, Dietmar ; Speck, Melanie ; Thomas, Stefan ; Wagner, Oliver ; Wehnert, Timon ; Wilts, Henning

Die Wirtschaftsleistung von Deutschland ist durch die Corona-Pandemie stark beeinträchtigt. Um die Wirtschaft zu beleben, einigten sich die Regierungsparteien am 3. Juni 2020 in ihrem Koalitionsausschuss auf ein "Konjunktur- und Krisenbewältigungspaket" sowie ein "Zukunftspaket" in Höhe von insgesamt 130 Milliarden Euro. Für 2020 und 2021 sind fast 60 Maßnahmen vorgesehen, die von steuerlichen Vergünstigungen bei der Mehrwertsteuer bis hin zu konkreten Investitionen in Zukunftstechnologien reichen. Mit Blick auf den Klimaschutz beinhaltet das Maßnahmenpaket der Großen Koalition zwar gute Ansätze und viele wichtige Impulse, die allerdings zu verpuffen drohen, wenn sie nicht durch eine konsequente und nachhaltig ausgerichtete Klimapolitik flankiert werden. Zudem fehlen für den Klimaschutz wichtige Bereiche, wie Investitionen in die Kreislaufwirtschaft. Außerdem werden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz nur unzureichend berücksichtigt. Gerade in diesen Bereichen hätten sich konjunkturbelebende Effekte und Klimaschutz in idealer Form ergänzen können, kritisiert das Wuppertal Institut. Dieses Diskussionspapier reagiert auf die vorliegenden Vorschläge und fasst zusammen, welche Maßnahmen im Rahmen der jetzt anstehenden Umsetzungsphase nachgebessert werden sollten und wo Ergänzungen notwendig sind.

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