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In recent years, most countries in the Middle East and North Africa (MENA), including Jordan, Morocco and Tunisia, have rolled out national policies with the goal of decarbonising their economies. Energy policy goals in these countries have been characterised by expanding the deployment of renewable energy technologies in the electricity mix in the medium term (i.e., until 2030). This tacitly signals a transformation of socio-technical systems by 2030 and beyond. Nevertheless, how these policy objectives actually translate into future scenarios that can also take into account a long-term perspective up to 2050 and correspond to local preferences remains largely understudied. This paper aims to fill this gap by identifying the most widely preferred long-term electricity scenarios for Jordan, Morocco and Tunisia. During a series of two-day workshops (one in each country), the research team, along with local stakeholders, adopted a participatory approach to develop multiple 2050 electricity scenarios, which enabled electricity pathways to be modelled using Renewable Energy Pathway Simulation System GIS (renpassG!S). We subsequently used the Analytical Hierarchy Process (AHP) within a Multi-Criteria Analysis (MCA) to capture local preferences. The empirical findings show that local stakeholders in all three countries preferred electricity scenarios mainly or even exclusively based on renewables. The findings demonstrate a clear preference for renewable energies and show that useful insights can be generated using participatory approaches to energy planning.
Energy sufficiency is one of the three energy sustainability strategies, next to energy efficiency and renewable energies. We analyse to what extent European governments follow this strategy, by conducting a systematic document analysis of all available European National Energy and Climate Plans (NECPs) and Long-Term Strategies (LTSs). We collect and categorise a total of 230 sufficiency-related policy measures, finding large differences between countries. We find most sufficiency policies in the transport sector, when classifying also modal shift policies to change the service quality of transport as sufficiency policies. Types of sufficiency policy instruments vary considerably from sector to sector, for instance the focus on financial incentives and fiscal instruments in the mobility sector, information in the building sector, and financial incentive/tax instruments in cross-sectoral application. Regulatory instruments currently play a minor role for sufficiency policy in the national energy and climate plans of EU member states. Similar to energy efficiency in recent decades, sufficiency still largely referred to as micro-level individual behaviour change or necessary exogenous trends that will need to take place. It is not treated yet as a genuine field of policy action to provide the necessary framework for enabling societal change.
On the pathway to climate neutrality, EU member states are obliged to submit national energy and climate plans (NECPs) with planned policies and measures for decarbonization until 2030 and long-term strategies (LTSs) for further decarbonization until 2050. We analysed the 27 NECPs and 15 LTSs submitted by October 2020 using an interrater method. This paper focuses on energy sufficiency policies and measures in the transport sector.
We found a total of 236 sufficiency policy measures with more than half of them (53 %) in the transport/mobility sector. Additionally, we found 41 measures that address two or more sectors (cross-sectoral measures). From the explicit sufficiency measures within the transport sector, 82 % aim at modal shift. A reduction of transport volumes is much less addressed. Countries plan to use mainly fiscal and economic instruments. Those are in many cases investments in infrastructure of low-carbon transport modes and taxation instruments. Plans on decarbonisation measures are also frequently mentioned. The majority of cross-sectoral measures are carbon taxes or tax reforms, also economic instruments.
On the one hand it is encouraging that Member States strongly emphasize the transport sector in their NECPs and LTSs - at least quantitatively and concerning sufficiency measures - because this sector has been the worst-performing in climate mitigation so far. On the other hand, the measures described seem not sufficient to reach ambitious climate targets, and we doubt that the presented set of policy instruments will get the transport sector on track to mitigate greenhouse gas emissions in the necessary extent.
Nigeria is Africa's largest economy and home to approximately 10% of the un-electrified population of Sub-Saharan Africa. In 2017, 77 million Nigerians or 40% of the population had no access to affordable, reliable and sustainable electricity. In practice, diesel- and petrol-fuelled back-up generators supply the vast majority of electricity in the country. In Nigeria's nationally-determined contribution (NDC) under the Paris Agreement, over 60% of the greenhouse gas emissions (GHG) reductions are foreseen in the power sector. The goal of this study is to identify and critically examine the pathways available to Nigeria to meet its 2030 electricity access, renewables and decarbonization goals in the power sector. Using published data and stakeholder interviews, we build three potential scenarios for electrification and growth in demand, generation and transmission capacity. The demand assumptions incorporate existing knowledge on pathways for electrification via grid extension, mini-grids and solar home systems (SHS). The supply assumptions are built upon an evaluation of the investment pipeline for generation and transmission capacity, and possible scale-up rates up to 2030. The results reveal that, in the most ambitious Green Transition scenario, Nigeria meets its electricity access goals, whereby those connected to the grid achieve a Tier 3 level of access, and those served by sustainable off-grid solutions (mini-grids and SHS) achieve Tier 2. Decarbonization pledges would be surpassed in all three scenarios but renewable energy goals would only be partly met. Fossil fuel-based back-up generation continues to play a substantial role in all scenarios. The implications and critical uncertainties of these findings are extensively discussed.
Implementation of nationally determined contributions : Islamic Republic of Iran country report
(2018)
The study analyses the country background, emissions trends, ongoing activities and barriers relating to the implementation of the Nationally Determined Contribution (NDC) of the Islamic Republic of Iran under the UNFCCC. A special emphasis is laid on further mitigation potentials in the fields of demand-side efficiency through energy-price reform, upstream oil and gas efficiency (with an emphasis on gas flaring) and a sustainable energy mix (with an emphasis on renewable energies).
It is now widely recognized that effective communication and demand-side policies for alternative energy require sound knowledge of preferences and determinants of demand of the public and consumers. To date, public attitudes towards new transport technologies have been studied under very different conceptual frameworks. This paper gives an overview of the various conceptual frameworks and methodologies used, where four main approaches can be distinguished: general attitudinal surveys, risk perception studies, non-market economic valuation studies, and other approaches such as those based on semiotic theory. We then review the findings of the recent literature on acceptance, attitudes and preferences for hydrogen and fuelcell end-use technologies, focusing on vehicles. These studies are then contrasted with related research into alternative fuel vehicles. The paper finally discusses the main trends in research and avenues for further work in this field. We recommend, among other things, the use of approaches that build knowledge and familiarity with the technology prior to the exploration of attitudes, and the set up of studies that take a whole-systems perspective of hydrogen technologies and that look at hydrogen in the context of other competing clean technologies.
In recent decades, better data and methods have become available for understanding the complex functioning of cities and their impacts on sustainability. This review synthesizes the recent developments in concepts and methods being used to measure the impacts of cities on environmental sustainability. It differentiates between a dominant trend in research literature that concentrates on the accounting and allocation of greenhouse gas emissions and energy use to cities and a reemergence of studies that focus on the direct and indirect material and resource flows in cities. The methodological approaches reviewed may consider cities as either producers or consumers, and all recognize that urban environmental impacts can be local, regional, or global. As well as giving an overview of the methodological debates, we examine the implications of the different approaches for policy and the challenges these approaches face in their application on the field.
The industry sector accounted for just over 30% of global GHG emissions in 2010 and scenarios envisage a continuing rise in demand for energy-intensive materials. This article sums up the most recent international analysis (IPCC, IEA, UNIDO, Global Energy Assessment) to give a broad view of the current prospects for reducing GHG emissions in industry. It does so from a global perspective, complementing where necessary where regional and sector-specific case studies. The article addresses the portfolio of options available, their technical and economic potentials, the experience in the use of policy instruments in industry, the synergies and tradeoffs that mitigation in the industry sector can have with other policy objectives, and the specific concerns of developing countries. Long-term decarbonisation pathways for the sector are also presented.
Urban GHG emissions and resource flows : methods for understanding the complex functioning of cities
(2015)
This paper sums up the recent developments in concepts and methods being used to measure the impacts of cities on environmental sustainability. It differentiates between a dominant trend in research literature that concentrates on the accounting and allocation of greenhouse gas (GHG) emissions and energy use to cities, and a re-emergence of studies focusing on the direct and indirect urban material and resource flows. The availability of reliable data and standard protocols is greater in the GHG accounting field and continues to grow rapidly.
Nigeria is Africa's top cement producer and could be on course to be one of the top producers globally. The goal of this study is to identify and critically examine the pathways available to Nigeria to meet its decarbonisation goals in the cement sector. Based on a literature review, the study assesses demand drivers and decarbonisation potentials for the sector. It then presents two different quantitative pathways for growth in production of cement by 2050, and three different pathways for decarbonisation of the sector. Using published data and a scenario analysis tool, the study calculates how the sector's emissions might evolve under each of these pathways. The results indicate that, in the most ambitious scenario, emissions from the sector can plateau by the late 2030s, resulting in an overall increase of 21% by 2050 (compared to 2015 levels). Achieving this scenario is necessary in order to put the sector on a path to net zero emissions beyond 2050. The scenario is driven by reductions in both energy-related and process emissions, as well as a small share of carbon capture and storage and demand management. A moderately ambitious scenario that relies mostly on savings on energy-related emissions results in an 84% increase in emissions by 2050. Finally, the Business-as-Usual scenario results in an almost tripling of emissions by 2050. The results indicate a strong potential for policies to drive improvements in energy efficiency and clinker-to-cement ratio. Critical areas of uncertainty within the assumptions include the production rates (including the evolution of the export market) and the fuel mix.
Die Akzeptanz von grünem Wasserstoff in Nordrhein-Westfalen : Status quo und Handlungsempfehlungen
(2023)
Nordrhein-Westfalen (NRW) ist Heimat energieintensiver Industrien wie der Stahl- und Chemieindustrie. Künftig wird grüner Wasserstoff notwendig sein, damit die Industrie in NRW Klimaneutralität erreichen kann. Die Herausforderungen hierbei sind jedoch vielfältig - auch wenn die Akzeptanz für grünen Wasserstoff sowohl in der Gesellschaft als auch bei unmittelbar beteiligten Akteursgruppen hoch ist. Die Autor*innen fassen in diesem In Brief die Ergebnisse von zwei durchgeführten Akzeptanzstudien zu grünem Wasserstoff in NRW zusammen und diskutieren, welche Handlungsempfehlungen sich daraus ergeben.
Akzeptanz von industriellem CCS in Nordrhein-Westfalen : Empfehlungen für Politik und Industrie
(2023)
Für die Landesregierung Nordrhein-Westfalen (NRW) ist die industriell genutzte Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (engl. industrial carbon capture and storage, kurz iCCS) ein zentraler Baustein für den Übergang zu einer klimaneutralen Industrie bis 2045. Dafür braucht es aber eine breite gesellschaftliche Akzeptanz - zumal Pläne zur CO2-Abscheidung bei Kohlekraftwerken vor über zehn Jahren schon einmal an mangelnder gesellschaftlicher Akzeptanz gescheitert sind. In diesem In Brief haben die Autor*innen die Ergebnisse von zwei durchgeführten Akzeptanzstudien zu iCCS in NRW zusammengefasst und diskutieren, welche Handlungsempfehlungen sich daraus ergeben.
To limit global warming, the use of carbon capture and storage technologies (CCS) is considered to be of major importance. In addition to the technical-economic, ecological and political aspects, the question of social acceptance is a decisive factor for the implementation of such low-carbon technologies. This study is the first literature review addressing the acceptance of industrial CCS (iCCS). In contrast to electricity generation, the technical options for large-scale reduction of CO2 emissions in the energy-intensive industry sector are not sufficient to achieve the targeted GHG neutrality in the industrial sector without the use of CCS. Therefore, it will be crucial to determine which factors influence the acceptance of iCCS and how these findings can be used for policy and industry decision-making processes. The results show that there has been limited research on the acceptance of iCCS. In addition, the study highlights some important differences between the acceptance of iCCS and CCS. Due to the technical diversity of future iCCS applications, future acceptance research must be able to better address the complexity of the research subject.
The basic materials industries are a cornerstone of Europe's economic prosperity, increasing gross value added and providing around 2 million high-quality jobs. But they are also a major source of greenhouse gas emissions. Despite efficiency improvements, emissions from these industries were mostly constant for several years prior to the Covid-19 crisis and today account for 20 per cent of the EU's total greenhouse gas emissions.
A central question is therefore: How can the basic material industries in the EU become climate-neutral by 2050 while maintaining a strong position in a highly competitive global market? And how can these industries help the EU reach the higher 2030 climate target - a reduction of greenhouse gas emissions of at least 55 per cent relative to 1990 levels?
In the EU policy debate on the European Green Deal, many suppose that the basic materials industries can do little to achieve deep cuts in emissions by 2030. Beyond improvements to the efficiency of existing technologies, they assume that no further innovations will be feasible within that period. This study takes a different view. It shows that a more ambitious approach involving the early implementation of key low-carbon technologies and a Clean Industry Package is not just possible, but in fact necessary to safeguard global competitiveness.
Große Erzählungen im Engelsjahr 2020 handeln von der Textilindustrie gestern und heute. Die vorliegenden kleinen Erzählungen spielen in anderen textilen Welten und jenseits der großen Fabriken. Von ihnen erzählt Friedrich Engels nicht. Dem Erzählten und Nicht-Erzählten auf der Spur finden wir schließlich heraus, dass auch zu Friedrich Engels selbst in einer bestimmten Weise erzählt - und nicht erzählt wird.
Das Paper stellt zunächst die unterschiedlichen Commonsbegriffe vor und zeigt die den Debatten innewohnenden politischen Rationalitätsmuster auf. Weiter wird von der Ideengeschichte vorherrschender politischer und ökonomischer Logiken erzählt und dargelegt, weshalb und inwiefern diese Logiken Commons zerstören. Die Ambivalenz öffentlichen und privaten Eigentums wird am Beispiel Wald aufgezeigt. Schließlich werden Theorie und Praxis von Commons, Commoning und Commoners skizziert.
Die Energiewende stellt eine gesellschaftliche Herausforderung dar und bedarf neuer Arbeitskonzepte. Diese These vertreten Uta von Winterfeld und Adelheid Biesecker in ihrem Beitrag "Bitte zweimal wenden! - Die Transformation der Energie- und Arbeitswelt". Ausgehend davon, dass die Energiewende einer sozial-ökonomischen Revolution gleichkomme und die Geschichte der Energie eine Geschichte steigender Arbeitsproduktivität sei, weswegen regenerative Energiequellen wie Sonne und Wind die Entwicklung bedrohen und zu einer Rückkehr zu einer früheren zivilisatorischen Phase führen würden, zeigen die Autorinnen, dass man zu letzterer Einsicht nur dann gelangt, wenn man die Energiewende ohne die notwendige Arbeitswende betrachtet. Damit die Energiewende nicht nur gelingt, sondern auch wirtschaftlich und gesellschaftlich positiv verläuft, braucht es laut Autorinnen eine Neuorganisation von Energie und Arbeit.
Erzählungen
(2022)
Herrschaft und Macht
(2022)
Zwei Großbegriffe wie Herrschaft und Macht in einem Artikel fassen zu wollen, ist eine arge Herausforderung. Doch es liegt nahe, beide Begriffe aufeinander zu beziehen und voneinander zu unterscheiden. Sie sind nicht einfach zu erhellen und werden oft synonym verwandt. Erschwerend kommt hinzu, dass begriffliche Großlandschaften in verschiedenen Sprachen unterschiedlich ausgeprägt sind. Im Englischen wird beispielsweise oft "power" anstelle von "Herrschaft" benutzt (etwa "critique of power" für "Herrschaftskritik").
Im ersten Abschnitt folgt die Autorin zunächst etymologischen Spuren in der deutschen Sprache und zeige dabei zugleich, dass beide Begriffe patriarchal eingefärbt sind. Sprache ist lebendig. Sie verändert sich - und sie ist selbst herrschaftlich. Anschließend skizziert die Autorin begriffliche Unterscheidungen und Ausprägungen, insbesondere bei Max Weber (in seiner Herrschaftssoziologie), bei Michel Foucault und bei Hannah Arendt. Derart ausgestattet legt die Autorin im zweiten Abschnitt dar, wie und anhand von was die Begriffe in der Politischen Ökologie verwandt werden oder verwandt werden könnten. Im Ausblick münden die Darlegungen in den Versuch einer Anwendung kritischer Herrschafts- und Machtanalyse ein.
Natur
(2022)
Natur (aus dem Lateinischen, griechisch "Physis") gilt als einer der umfassendsten Begriffe überhaupt. Daher scheint von vornherein aussichtslos, sie begrifflich definierend zu einem positiven Ende führen zu wollen. Gleichwohl bleiben Verständnisse von Natur und Vorschläge für eine Definition spannend, gerade auch mit Blick auf Mehrdeutigkeiten und Ambivalenzen.
Dem humorvoll skeptischen Blick auf den Zeitgeist zeigt sich ein seltsames Bild: Es scheint eine Zeit der Wenden ohne wirkliche Wende zu sein. So lange schon wird von "Wende" geschrieben und gesprochen, dass inzwischen beispielsweise in Verbindung mit Energie von alter (1980er-Jahre) und von neuer (2010er-Jahre) Energiewende die Rede ist. Viele Wenden sind in deutscher Sprachmanier zusammengesetzte Substantive und beziehen sich - von der Mobilitäts- über die Konsum- und die Agrar- bis hin zur Waldwende - auf ökologische Probleme. Manchen Wenden ist ein Adjektiv beigefügt, das eine Strömung im politisch-ökonomischen Raum beschreibt, so etwa die neoliberale Wende in der Sozialpolitik. Meist wird im Kontext der Ökologie konstatiert, dass die Probleme zwar bekannt, die eingeleiteten Wendestrategien und Wendemaßnahmen aber völlig unzureichend seien. Daher schlägt Benedikt Schmid eine "kritische Wende" vor. Die wachstums- und fortschrittsgebundenen Denkmuster gelte es aufzubrechen. Sie seien beharrlich und würden sich immer wieder auch in den zeitlichen und räumlichen Vorstellungen alternativer Ansätze einnisten. (1)
Das Forschungsprojekt VorAB ("Vorsorgend handeln - Avantgardistische Brückenansätze für nachhaltige Regionalentwicklung") fragt nach strukturellen Hindernissen für nachhaltige Regionalentwicklung und nach Potenzialen fortschrittlicher Ansätze zu fairer Land- und Ressourcennutzung. (2) Es untersucht die Transformationsfelder Wald-, Energie- und Landwirtschaft in der Region Lübeck. Erste Ergebnisse zeigen, dass bei dem Terminus Wende mit Blick auf qualitative und grundlegende Veränderungen Vorsicht geboten ist.
Das Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) verlangt mit Bezug auf das Abfallvermeidungsprogramm (AVP) die Benennung zweckmäßiger Maßstäbe für Abfallvermeidungsmaßnahmen (AVM), anhand derer die Fortschritte bei der Entkopplung der mit der Abfallerzeugung verbundenen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt vom Wirtschaftswachstum erfasst werden können. Das AVP benennt mögliche Indikatoren, allerdings ist unklar, inwieweit diese das Entstehen von Abfällen darstellen oder die Effekte von AVM abbilden können. Mögliche Bewertungsmaßstäbe für die Messung des Abfallvermeidungserfolges wurden analysiert, auf ihre Eignung geprüft und ein Set an Indikatoren erarbeitet, um eine kontinuierliche Messung des Erfolges von AVM zu ermöglichen.
Energy-intensive processing industries (EPIs) produce iron and steel, aluminum, chemicals, cement, glass, and paper and pulp and are responsible for a large share of global greenhouse gas emissions. To meet 2050 emission targets, an accelerated transition towards deep decarbonization is required in these industries. Insights from sociotechnical and innovation systems perspectives are needed to better understand how to steer and facilitate this transition process. The transitions literature has so far, however, not featured EPIs. This paper positions EPIs within the transitions literature by characterizing their sociotechnical and innovation systems in terms of industry structure, innovation strategies, networks, markets and governmental interventions. We subsequently explore how these characteristics may influence the transition to deep decarbonization and identify gaps in the literature from which we formulate an agenda for further transitions research on EPIs and consider policy implications. Furthering this research field would not only enrich discussions on policy for achieving deep decarbonization, but would also develop transitions theory since the distinctive EPI characteristics are likely to yield new patterns in transition dynamics.
Transponder-based Aircraft Detection Lighting Systems (ADLS) are increasingly used in wind turbines to limit beacon operation times, reduce light emissions, and increase wind energy acceptance. The systems use digital technologies such as receivers of digital transponder signals, LTE/5G, and other information and communication technology. The use of ADLS will be mandatory in Germany both for new and existing wind turbines with a height of >100 m from 2023 (onshore) and 2024 (offshore), so a nationwide rollout is expected to start during 2022. To fully realize the benefits while avoiding risks and bottlenecks, a thorough and holistic understanding of the efforts required and the impacts caused along the life cycle of an ADLS is essential. Therefore, this study presents the first multi-aspect holistic evaluation of an ADLS. A framework for evaluating digital applications in the energy sector, previously developed by the authors, is refined and applied. The framework is based on multi-criteria analysis (MCA), life cycle assessment (LCA), and expert interviews. On an aggregated level, the MCA results show an overall positive impact from all stakeholders’ perspectives. Most positive impacts are found in the society and politics category, while most negative impacts are of technical nature. The LCA of the ADLS reveals a slightly negative impact, but this impact is negligible when compared to the total life cycle impact of the wind turbines of which the ADLS is a part. Besides the aggregated evaluation, detailed information on potential implementation risks, bottlenecks, and levers for life cycle improvement are presented. In particular, the worldwide scarcity of the required semiconductors, in combination with the general lack of technicians in Germany, lead to the authors’ recommendation for a limited prolongation of the planned rollout period. This period should be used by decision-makers to ensure the availability of technical components and installation capacities. A pooling of ADLS installations in larger regions could improve plannability for manufacturers and installers. Furthermore, an ADLS implementation in other countries could be supported by an early holistic evaluation using the presented framework.
The development of digital technologies is accelerating, enabling increasingly profound changes in increasingly short time periods. The changes affect almost all areas of the economy as well as society. The energy sector has already seen some effects of digitalization, but more drastic changes are expected in the next decades. Besides the very positive impacts on costs, system stability, and environmental effects, potential obstacles and risks need to be addressed to ensure that advantages can be exploited while adverse effects are avoided. A good understanding of available and future digital applications from different stakeholders' perspectives is necessary. This study proposes a framework for the holistic evaluation of digital applications in the energy sector. The framework consists of a combination of well-established methods, namely the multi-criteria analysis (MCA), the life cycle assessment (LCA), and expert interviews. The objective is to create transparency on benefits, obstacles, and risks as a basis for societal and political discussions and to supply the necessary information for the sustainable development and implementation of digital applications. The novelty of the proposed framework is the specific combination of the three methods and its setup to enable sound applicability to the wide variety of digital applications in the energy sector. The framework is tested subsequently on the example of the German smart meter roll-out. The results reveal that, on the one hand, the smart meter roll-out clearly offers the potential to increase the system stability and decrease the carbon emission intensity of the energy system. Therefore, the overall evaluation from an environmental perspective is positive. However, on the other hand, close attention needs to be paid to the required implementation and operational effort, the IT (information technology) and data security, the added value for the user, the social acceptance, and the realization of energy savings. Therefore, the energy utility perspective in particular results in an overall negative evaluation. Several areas with a need for action are identified. Overall, the proposed framework proves to be suitable for the holistic evaluation of this digital application.
Die Digitalisierung ist längst gelebte Praxis. Jeden Tag werden Milliarden an "digitalen" Handlungen ausgeführt. Beispielsweise werden täglich 207 Mrd. E-Mails verschickt, 8,8 Mrd. YouTube-Videos angesehen und 36 Mio. Amazonkäufe getätigt. Dabei nimmt die Geschwindigkeit, mit der neue Anwendungen entwickelt und etabliert werden, kontinuierlich zu. Es stellt sich also die Frage, was im Energiesektor zu erwarten ist und wie die Entwicklung zielgerichtet genutzt werden kann.
Im Vergleich zu den Jahrzehnten zuvor ist das Energiesystem heute durch eine hohe Dynamik gekennzeichnet und steht unter ständigem Veränderungsdruck. Im vorliegenden Artikel diskutieren die Autoren die Rolle der Digitalisierung in den derzeitigen Prozessen. Sie nutzen dafür die Mehr-Ebenen-Perspektive (Multi Level Perspective, MLP). Diese sieht Transformation als ein Zusammenspiel von externen und internen Faktoren an: Die äußeren übergeordneten Entwicklungen kreieren einen Veränderungsdruck auf das Regime von außen, welches infolgedessen aus der Balance geraten kann. Darüber hinaus eröffnen sich Möglichkeiten für zielgerichtete Veränderungen im System durch die erfolgreiche Etablierung von innovativen Ansätzen. Letzteres gilt gerade für die breiten Anwendungspotenziale der Digitalisierung.
Die beiden Autoren zeichnen die Transformationsprozesse im Energiesektor seit Beginn der Liberalisierung nach und blicken anschließend auf die Herausforderungen in der jetzigen Phase der Energiewende - darunter die Systemintegration erneuerbarer Energien in das Stromsystem und die digitale Vernetzung. Der Artikel schließt ab mit einer Analyse externer und interner Faktoren, die eine Digitalisierung des Energiesektors weiter vorantreiben.
Digitalization is a transformation process which has already affected many parts of industry and society and is expected to yet increase its transformative speed and impact. In the energy sector, many digital applications have already been implemented. However, a more drastic change is expected during the next decades. Good understanding of which digital applications are possible and what are the associated benefits as well as risks from the different perspectives of the impacted stakeholders is of high importance. On the one hand, it is the basis for a broad societal and political discussion about general targets and guidelines of digitalization. On the other hand, it is an important piece of information for companies in order to develop and sustainably implement digital applications. This article provides a structured overview of potential digital applications in the German energy (electricity) sector, including the associated benefits and the impacted stakeholders on the basis of a literature review. Furthermore, as an outlook, a methodology to holistically analyze digital applications is suggested. The intended purpose of the suggested methodology is to provide a complexity-reduced fact base as input for societal and political discussions and for the development of new digital products, services, or business models. While the methodology is outlined in this article, in a follow-up article the application of the methodology will be presented and the use of the approach reflected.
Im Energiesektor hat die Digitalisierung bereits viele Abläufe der Wertschöpfungskette verändert. Es besteht jedoch weiterhin erhebliches Potenzial zur Nutzung von digitalen Anwendungen. Insofern ist mit weiteren tiefgreifenden Veränderungen zu rechnen. Neben den zahlreichen Nutzen bestehen auch potenzielle negative Auswirkungen. Die so entstehenden Spannungsfelder müssen frühzeitig analysiert werden, um Lösungsoptionen für potenzielle Hindernisse zu erarbeiten um somit den größtmöglichen Nutzen der Digitalisierung erzielen zu können.
The climate impact of the iron and steel industry can be mitigated through increased energy efficiency, emission efficiency, material efficiency, and product use efficiency resulting in reduced product demand. For achieving ambitious greenhouse gas (GHG) mitigation targets in this sector all measures could become necessary. The current paper focuses on one of those four key measures: emission efficiency via innovative primary steelmaking technologies. After analysing their techno-economical potential until 2100 in part A of this publication, the current research broadens the evaluation scope for the crucial year 2050, based on a Multicriteria-Analysis (MCA). 12 criteria from five different categories ("technology", "society and politics", "economy", "safety and vulnerability" and "ecology") are used to assess the same four future steelmaking technologies in a systematic and holistic way in Germany, as one possible location. The technologies in focus are the blast furnace route (BF-BOF), blast furnace with carbon capture and storage (BF-CCS), hydrogen direct reduction (H-DR), and iron ore electrolysis (EW). These four technologies have been selected, as explained in part A of this paper, because they are the most commonly discussed technological options under discussion by policymakers and the iron and steel industry. The results of the current work should provide decision makers in industry and government with a long-term guidance on technological choices.
In 2050 the MCA shows significantly higher preference scores for the two innovative routes H-DR and EW compared to the blast furnace based routes. The main reasons being higher scores in the economical and environmental criteria. BF-CCS shows its greatest weakness in the social acceptance and the safety and vulnerability criteria. BF-BOF has the lowest economy and ecology score of all assessed routes, which is due to the projected high cost for carbon dioxide emission and increasing prices for fossil fuels. A first indicative trend assessment from today towards 2050 shows that H-DR is the preferred MCA option from today on.
Three exemplary weighting distributions (representing the perspectives of the steel industry, environmental organisations and the government), used to simulate different stakeholder angle of view, don't have a strong influence on the overall evaluation of the steelmaking routes. The results remain very similar, with the highest scores for the innovative routes (H-DR and EW). This leads to the conclusion that EW and in particular H-DR can be identified as the preferred future steelmaking technology across different perspectives.
Specific innovation efforts and dedicated programs are necessary to minimize the time until marketability and to share the development burden. The similarity of the MCA results from different perspectives indicates a great opportunity to reach a political consensus and to work together towards a common future goal. Regarding the pressing time horizon a concentrated engagement for one (or few) technological choices would be highly recommended.
Nach jahrzehntelangen, erfolgreichen Reduktionen der CO2-Emissionen in der Industrie, ist der Trend in den letzten Jahren wieder rückläufig geworden: seit 2014 sind die Emissionen wieder angestiegen (UBA 2019). Um die deutschen Klimaziele zu erreichen ist es daher notwendig, die Anstrengungen zu verstärken und intensiver als in der Vergangenheit Innovationen für den Klimaschutz voranzutreiben: Neue Produkte und Geschäftsmodelle sowie neue Herstellungsverfahren zu entwickeln, mit denen sich Treibhausgasemissionen reduzieren lassen.
Um die deutschen Klimaziele für 2030 einzuhalten, werden hierfür gerade auch (inkrementelle) Effizienzsteigerungen nötig sein - diese werden jedoch nicht ausreichend sein. Innovationen müssen auch einen disruptiven Wandel von Strukturen und Geschäftsmodellen erwirken. Disruptive Innovationen und industrielle Konversionsprozesse bergen jedoch hohe Risiken für die etablierte Industrie. Hier stellt sich also die Frage, wie eine auf Klimaschutz ausgerichtete Innovationspolitik gestaltet werden muss, um einerseits die notwendigen CO2-Einsparungen zu ermöglichen und andererseits die Leistungfähigkeit der deutschen Industrie zu befördern?
Vor diesem Hintergrund widmet sich diese Studie zwei zentralen Fragestellungen: Wie laufen Klimaschutz-Innovationsprozesse ab? Wie können Klimaschutz-Innovationen befördert werden?
Basierend auf einer konzeptionellen Klassifizierung von Klimaschutz-Innovationen, wurden eine Reihe von existierenden Klimaschutz-Innovationen, gerade aus der energieintensiven Industrie analysiert. Vier Fallbeispiele aus verschiedenen Sektoren (Aluminiumherstellung und -verarbeitung, Herstellung neuer Kraftstoffe sowie der Verzinkung) und verschiedenen Innovationstypen werden in der Studie ausführlich beschrieben. Dabei zeigt sich, dass sich Unternehmen nicht nur an aktuellen Rahmenbedingungen orientieren, sondern Innovationen - sowohl inkrementeller wie auch radikaler Natur- im Bereich Klimaschutz auch unter der Annahme dynamischer Entwicklungen von sich verstärkenden Klimaschutzrahmenbedingungen vorantreiben. Darüber hinaus waren an allen untersuchten Fällen auch externe Promotoren unterstützend tätig. Daher wurden die möglichen Rollen von Klimaschutz-Promotoren mit unterschiedlichen regionalen und inhaltlichen Schwerpunkten gezielt analysiert.
Die deutschen Braun- und Steinkohlekraftwerke produzieren 40 % des deutschen Stroms - sind aber für 80 % der Treibhausgasemissionen in diesem Sektor verantwortlich. Ein sukzessiver Ausstieg aus der Kohleverstromung kann daher einen entscheidenden Beitrag leisten, die deutschen Klimaziele zu erreichen und den Pfad zur Einhaltung der Klimaziele von Paris offen zu halten. Vor diesem Hintergrund hat sich in den letzten Jahren in Deutschland eine Debatte um einen möglichen nationalen Kohleausstieg entsponnen.
Der Naturschutzbund Deutschland (NABU) hat das Wuppertal Institut daher beauftragt, zentrale wissenschaftliche Studien und politische Positionspapiere zum Thema Kohleausstieg zu analysieren. In der nun vorliegenden Metastudie fassen die Autoren den aktuellen Diskussionsstand zu wichtigen Eckpfeilern eines beschleunigten Kohleausstiegs in Deutschland zusammen. Analysiert wurden insbesondere Aussagen zur klimapolitischen Notwendigkeit und zur energiewirtschaftlichen Machbarkeit unterschiedlicher Zeithorizonte eines Kohleausstiegs sowie Optionen für eine sozialverträgliche Gestaltung des damit einhergehenden Strukturwandels.
Today more than 45 % of all energy-related CO2 emissions come from burning coal. Thus, reducing CO2 emissions from coal use is a necessity for reaching the targets of the Paris Agreement. This will not only pose challenges for coal consumers (restructuring of the energy system), but also for countries whose economy is strongly depending on the production of coal. This paper examines the role of coal in three countries, which are or were in recent years among the top coal exporters: Indonesia, Colombia and Vietnam. Understanding challenges and possible transition pathways in these countries will help to develop global strategies to reduce CO2 emissions from coal in the short to mid-term.
The main objective of this article is to evaluate CO2 mitigation potential and to calculate costs avoided by the use of different CO2 mitigation technologies in China's cement sector, namely energy efficiency improvements, use of alternative fuels, clinker substitution and carbon capture and storage (CCS). Three scenarios are designed based on the projection of cement output and technology development over the next 40 years (2010–2050). 2.5, 4.7 and 4.3 Gt tonnes of CO2 will be saved totally in basic scenario and two low carbon scenarios up to 2050. By comparing these technologies along the scenarios, it can be concluded that CO2 emissions can mainly be reduced by energy efficiency improvements and use of alternative fuels. Clinker substitution, which reduces the clinker-to-cement ratio as well as energy intensity, results in significant cost advantages. CCS, including post-combustion capture and oxy-fuel combustion capture, could play an important role in the capture of CO2 in the cement industry, and is expected to be in commercial use by 2030.
The cement industry is one of the major energy consuming and CO2 emitting sectors in China. In 2010, 1,868 million tons of cement has been produced, which accounted for 56.1% of the world's total cement production. The 11th Five-Year Plan (FYP) (2006-2010) included policy measures for CO2 emission abatement in cement production. Based on the main governmental framework of CO2 mitigation policies at national level in the cement sector, key policies and technologies used during this period are identified and their effects on CO2 reduction are assessed. This paper calculates the reduction of CO2 emissions related to four main policies and technologies for efficient cement production in the 11th and the 12th FYP (2011-2015) with 2005 as a reference year. These are waste heat recovery, closing outdated facilities, substitution for clinker production and other technologies aiming to increase energy efficiency. Due to these measures, we estimate that a total CO2 emission reduction during the 11th FYP of 397 million tonnes could be saved, which is considerably different to 185.75 million tonnes estimated by Zeng (2008) and 303 million tonnes by the NDRC by using different calculation methods. Of the four technologies, the 4th group of energy efficiency increasing techniques was the most important policy and avoided the largest amount of CO2 emissions. Previous energy intensity reduction was mainly due to the outdated production closing and energy efficiency improving. Based on the assessment of technology performance, it appears that there is still a large emission reduction potential in cement production processes. The paper calculates this potential for the 12th FYP period (2011-2015) based on these four identified policy measures. The result is compared to the Chinese government targets in the 12th FYP and promising future CO2 mitigation policies and technologies are proposed, such as the use of alternative energy.
The Paris Agreement introduces long-term strategies as an instrument to inform progressively more ambitious emission reduction objectives, while holding development goals paramount in the context of national circumstances. In the lead up to the twenty-first Conference of the Parties, the Deep Decarbonization Pathways Project developed mid-century low-emission pathways for 16 countries, based on an innovative pathway design framework. In this Perspective, we describe this framework and show how it can support the development of sectorally and technologically detailed, policy-relevant and country-driven strategies consistent with the Paris Agreement climate goal. We also discuss how this framework can be used to engage stakeholder input and buy-in; design implementation policy packages; reveal necessary technological, financial and institutional enabling conditions; and support global stocktaking and increasing of ambition.
Ziel dieses Teilvorhabens innerhalb des FlexGeber-Projektes war die Initiierung und Begleitung eines Prozesses zur Identifikation und (idealerweise späteren) Realisierung von Effizienz-, Erneuerbaren- und Flexibilitätspotenzialen in den Industriebetrieben Taifun-Tofu GmbH (Lebensmittel) und Hermann Peter KG (Baustoffe).
Dazu haben die Forschenden jeweils in einem Workshop relevante Akteure zusammengebracht und Wissen zur Bestimmung und Bewertung von Flexibilitäten aus technischer, rechtlich-politischer sowie strukturell-organisatorischer Sicht erarbeitet und vermittelt. Gemeinsam klärten sie, welche Informationen in welchem Format für Unternehmen erforderlich und relevant sind, um Flexibilitätsoptionen identifizieren und umsetzen zu können.
Insgesamt gliedert sich die methodische Vorgehensweise in vier zentrale Arbeitsschritte: Vor-Ort-Begehungen bei den Reallaboren, Identifikation technischer Hotspots, Akteursworkshop sowie abschließende Auswertung. Der vorliegende Teilbericht dokumentiert diesen Prozess und fokussiert auf die Identifikation von möglichen Effizienz-, Erneuerbaren- und Flexibilitätsoptionen und der Erfassung von Hemmnissen, die einer Umsetzung von Maßnahmen zur Erschließung der Potenziale bei den Praxispartnern entgegenstehen.
Da die Workshops vornehmlich auf die Unternehmen Taifun-Tofu und Hermann Peter ausgerichtet waren, fokussiert dieser Bericht auf Hemmnisse, die diese Unternehmen bzw. Unternehmen dieser Branchen betreffen. Darüber hinaus ist ein Kapitel zu Hemmnissen, die sich aus dem Demonstrationsvorhaben des Fraunhofer ISE-Campus (Ausbau des Kältenetzes und Installation von Kältespeichern) ableiten, ist in diesem Bericht enthalten.
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.
Der Politikbericht ist ein Ergebnis des Forschungsvorhabens "Technologien für die Energiewende", das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) als Teil des strategischen Leitprojekts "Trends und Perspektiven der Energieforschung" von 2016 bis 2018 gefördert wurde. Er enthält neben einer kurzen deutschen und englischen Einleitung vierseitige Zusammenfassungen zu jedem der 31 analysierten Technologiefelder und eine Kurzdarstellung der Bewertungsmethodik. Die Zusammenfassungen sind gegliedert nach Definition des Technologiefeldes, aktueller Stand der Technologie, ausgewählte Bewertungskriterien und F&E-Empfehlungen.
The study presents the results of an integrated assessment of carbon capture and storage (CCS) in the power plant sector in Germany, with special emphasis on the competition with renewable energy technologies. Assessment dimensions comprise technical, economic and environmental aspects, long-term scenario analysis, the role of stakeholders and public acceptance and regulatory issues. The results lead to the overall conclusion that there might not necessarily be a need to focus additionally on CCS in the power plant sector. Even in case of ambitious climate protection targets, current energy policy priorities (expansion of renewable energies and combined heat and power plants as well as enhanced energy productivity) result in a limited demand for CCS. In case that the large energy saving potential aimed for can only partly be implemented, the rising gap in CO2 reduction could only be closed by setting up a CCS-maximum strategy. In this case, up to 22% (41 GW) of the totally installed load in 2050 could be based on CCS. Assuming a more realistic scenario variant applying CCS to only 20 GW or lower would not be sufficient to reach the envisaged climate targets in the electricity sector. Furthermore, the growing public opposition against CO2 storage projects appears as a key barrier, supplemented by major uncertainties concerning the estimation of storage potentials, the long-term cost development as well as the environmental burdens which abound when applying a life-cycle approach. However, recently, alternative applications are being increasingly considered–that is the capture of CO2 at industrial point sources and biomass based energy production (electricity, heat and fuels) where assessment studies for exploring the potentials, limits and requirements for commercial use are missing so far. Globally, CCS at power plants might be an important climate protection technology: coal-consuming countries such as China and India are increasingly moving centre stage into the debate. Here, similar investigations on the development and the integration of both, CCS and renewable energies, into the individual energy system structures of such countries would be reasonable.
If the current energy policy priorities are retained, there may be no need to focus additionally on carbon capture and storage (CCS) in the power plant sector of Germany. This applies even in the case of ambitious climate protection targets, according to the results of the presented integrated assessment study. These cover a variety of aspects: Firstly, the technology is not expected to become available on a large scale in Germany before 2025. Secondly, if renewable energies and combined heat and power are expanded further and energy productivity is enhanced, there is likely to be only a limited demand for CCS power plants, as a scenario analysis of CCS deployment in Germany shows. Thirdly, cost analysis using the learning curve approach shows that the electricity generation costs of renewable electricity approach those of CCS power plants. This leads to the consequence that, from 2020, several renewable technologies may well be in a position to offer electricity at a cheaper rate than CCS power plants. In addition, a review of new life cycle assessments for CO2 separation in the power plant sector indicates that the greenhouse gas emissions from 1 kW h of electricity generated by first-generation CCS power plants could only be reduced by 68 % to 87 % (95 % in individual cases). Finally, a cautious, conservative estimate of the effective German CO2 storage capacity of approximately 5 billion tonnes of CO2 is calculated, including a fluctuation range yielding values between 4 and 15 billion tonnes of CO2. Therefore, the total CO2 emissions caused by large point sources in Germany could be stored for 12 years (basic value) or for 8 or 33 years (sensitivity values).
Prospects of carbon capture and storage (CCS) in India's power sector : an integrated assessment
(2014)
Objective: The aim of the present article is to conduct an integrated assessment in order to explore whether CCS could be a viable technological option for significantly reducing future CO2 emissions in India. Methods: In this paper, an integrated approach covering five assessment dimensions is chosen. However, each dimension is investigated using specific methods (graphical abstract).
Results: The most crucial precondition that must be met is a reliable storage capacity assessment based on site-specific geological data since only rough figures concerning the theoretical capacity exist at present. Our projection of different trends of coal-based power plant capacities up to 2050 ranges between 13 and 111 Gt of CO2 that may be captured from coal-fired power plants to be built by 2050. If very optimistic assumptions about the country's CO2 storage potential are applied, 75 Gt of CO2 could theoretically be stored as a result of matching these sources with suitable sinks. If a cautious approach is taken by considering the country's effective storage potential, only a fraction may potentially be sequestered. In practice, this potential will decrease further with the impact of technical, legal, economic and social acceptance factors. Further constraints may be the delayed commercial availability of CCS in India, a significant barrier to achieving the economic viability of CCS, an expected net maximum reduction rate of the power plant’s greenhouse gas emissions of 71-74%, an increase of most other environmental and social impacts, and a lack of governmental, industrial or societal CCS advocates.
Conclusion and practice implications: Several preconditions need to be fulfilled if CCS is to play a future role in reducing CO2 emissions in India, the most crucial one being to determine reliable storage capacity figures. In order to overcome these barriers, the industrialised world would need to make a stronger commitment in terms of CCS technology demonstration, cooperation and transfer to emerging economies like India. The integrated assessment might also be extended by a comparison with other low-carbon technology options to draw fully valid conclusions on the most suitable solution for a sustainable future energy supply in India.
Prospects of carbon capture and storage (CCS) in China's power sector : an integrated assessment
(2015)
Objective: The aim of the present article is to conduct an integrated assessment in order to explore whether CCS could be a viable technological option for significantly reducing future CO2 emissions in China. Methods: In this paper, an integrated approach covering five assessment dimensions is chosen. Each dimension is investigated using specific methods (graphical abstract). Results: The most crucial precondition that must be met is a reliable storage capacity assessment based on site-specific geological data. Our projection of different trends of coal-based power plant capacities up to 2050 ranges between 34 and 221 Gt of CO2 that may be captured from coal-fired power plants to be built by 2050. If very optimistic assumptions about the country’s CO2 storage potential are applied, 192 Gt of CO2 could theoretically be stored as a result of matching these sources with suitable sinks. If a cautious approach is taken, this figure falls to 29 Gt of CO2. In practice, this potential will decrease further with the impact of technical, legal, economic and social acceptance factors. Further constraints may be the delayed commercial availability of CCS in China; a significant barrier to achieving the economic viability of CCS due to a currently non-existing nation-wide CO2 pricing scheme that generates a sufficiently strong price signal; an expected life-cycle reduction rate of the power plant's greenhouse gas emissions of 59-60%; and an increase in most other negative environmental and social impacts. Conclusion and practice implications: Most experts expect a striking dominance of coal-fired power generation in the country's electricity sector, even if the recent trend towards a flattened deployment of coal capacity and reduced annual growth rates of coal-fired generation proves to be true in the future. In order to reduce fossil fuel-related CO2 emissions to a level that would be consistent with the long-term climate protection target of the international community to which China is increasingly committing itself, this option may require the introduction of CCS. However, a precondition for opting for CCS would be finding robust solutions to the constraints highlighted in this article. Furthermore, a comparison with other low-carbon technology options may be useful in drawing completely valid conclusions on the economic, ecological and social viability of CCS in a low-carbon policy environment. The assessment dimensions should be integrated into macro-economic optimisation models by combining qualitative with quantitative modelling, and the flexible operation of CCS power plants should be analysed in view of a possible role of CCS for balancing fluctuating renewable energies.
This article presents an integrated assessment conducted in order to explore whether carbon capture and storage (CCS) could be a viable technological option for significantly reducing future CO2 emissions in South Africa. The methodological approach covers a commercial availability analysis, an analysis of the long-term usable CO2 storage potential (based on storage capacity assessment, energy scenario analysis and source-sink matching), an economic and ecological assessment and a stakeholder analysis. The findings show, that a reliable storage capacity assessment is needed, since only rough figures concerning the effective capacity currently exist. Further constraints on the fast deployment of CCS may be the delayed commercial availability of CCS, significant barriers to increasing the economic viability of CCS, an expected net maximum reduction rate of the power plant's greenhouse gas emissions of 67%-72%, an increase in other environmental and social impacts, and low public awareness of CCS. One precondition for opting for CCS would be to find robust solutions to these constraints, taking into account that CCS could potentially conflict with other important policy objectives, such as affordable electricity rates to give the whole population access to electricity.
Wo werden zukünftig grüner Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe produziert? Zu welchen Kosten können diese erzeugt werden? Und welchen Anteil hätte eine heimische Produktion daran? Die Ergebnisse der Studie MENA-Fuels zeigen, dass im Nahen Osten und Nordafrika langfristig sehr große kostengünstige Potenziale für grünen Strom, Wasserstoff und Synfuels bestehen. Die Berücksichtigung von Investitionsrisiken hat jedoch einen signifikanten Einfluss auf deren Kosten und damit auf die Wahl der potenziellen Exportländer.
The German government has set itself the target of reducing the country's GHG emissions by between 80 and 95% by 2050 compared to 1990 levels. Alongside energy efficiency, renewable energy sources are set to play the main role in this transition. However, the large-scale deployment of renewable energies is expected to cause increased demand for critical mineral resources. The aim of this article is therefore to determine whether the transformation of the German energy system by 2050 ("Energiewende") may possibly be restricted by a lack of critical minerals, focusing primarily on the power sector (generating, transporting and storing electricity from renewable sources). For the relevant technologies, we create roadmaps describing a number of conceivable quantitative market developments in Germany. Estimating the current and future specific material demand of the options selected and projecting them along a range of long-term energy scenarios allows us to assess potential medium- or long-term mineral resource restrictions. The main conclusion we draw is that the shift towards an energy system based on renewable sources that is currently being pursued is principally compatible with the geological availability and supply of mineral resources. In fact, we identified certain sub-technologies as being critical with regard to potential supply risks, owing to dependencies on a small number of supplier countries and competing uses. These sub-technologies are certain wind power plants requiring neodymium and dysprosium, thin-film CIGS photovoltaic cells using indium and selenium, and large-scale redox flow batteries using vanadium. However, non-critical alternatives to these technologies do indeed exist. The likelihood of supplies being restricted can be decreased further by cooperating even more closely with companies in the supplier countries and their governments, and by establishing greater resource efficiency and recyclability as key elements of technology development.
In dem Forschungsprojekt "Technologien für die Energiewende" (TF_Energiewende) bewertet ein Konsortium von drei Verbundpartnern und zehn Technologiepartnern unter der Federführung des Wuppertal Instituts seit Herbst 2016 den mittelfristigen Forschungs- und Entwicklungsbedarf für die zentralen Technologien, die im Rahmen der Energiewende derzeit und zukünftig benötigt werden.
Als Direct Air Capture (DAC) werden Technologien zur Abscheidung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre bezeichnet. Diese könnten zunehmend zum Einsatz kommen, um CO2 für Power-to-X-Prozesse (PtX) oder zur Erzielung "negativer Emissionen" bereitzustellen. Die Ergebnisse einer multidimensionalen Bewertung im Rahmen der BMWi-Studie "Technologien für die Energiewende" (et 09/2018) zeigen, dass noch große Unsicherheiten bestehen und die Entwicklung überwiegend an Deutschland vorbeigeht.
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.
Ende Dezember 2008 wurde im Europäischen Parlament die "Richtlinie über die geologische Speicherung von CO2" (auch als CCS-Richtlinie bezeichnet) verabschiedet, die eine Schlüsselrolle für die Entwicklung und die Umsetzung von Projekten der CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS) spielt. Der Artikel erläutert den Zusammenhang der CCS-Richtlinie mit dem Energie- und Klimapaket der EU, stellt die wesentlichen Inhalte der Richtlinie vor, zeigt die energiewirtschaftlichen Implikationen auf und arbeitet heraus, welche Regelungen zur Umsetzung der Richtlinie nun vom deutschen Gesetzgeber erfolgen müssen.
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.
Carbon capture and storage (CCS) might be an important climate protection technology for coal-rich countries. This paper presents first results of a systemic and long-term analysis of a future CCS implementation in India. It focuses on potential storage formations in the geological subsurface and the geographic match of these sinks with CO2 emissions of current and future largepoint power plants. The analysis is framed by an overview on India’s position on CCS, ongoing Indian research and development projects as well as its international activities.
The geological potential for CO2 sequestration in India is subject to large uncertainty because, so far, only few studies estimated it in a vague manner. A first meta-analysis shows that there is a huge variation between 48 Gt and 572 Gt of CO2. The main differences between the evaluated studies are the assumed capacities for deep saline aquifers and basalt formations. Taking the ongoing discussion and the existing uncertainties into account, the storage potential might be provided only by aquifers (in the range of 44 to 360 Gt of CO2) and hydrocarbon fields (2 to 7 Gt of CO2).
The amount of CO2 emissions possibly available for sequestration is assessed by applying three substantially different long-term energy scenarios for India. These scenarios, indicating pathways between a "low carbon" and a "high carbon" development until 2050, result in cumulated CO2 emissions between 30 and 171 Gt if all new large-scaled power plants will be based on CCS from 2020 on. Compared with the sink capacities, only the CO2 emissions of scenario S2 (30 Gt) could theoretically be stored with high certainty. Considering the scenarios S3 and S1, their CO2 emissions (94 Gt and 171 Gt, respectively) could only be sequestered if the aquifer capacity would prove to be usable. Geological storage sites do not appear to be located close to sources in South West, Central, North and North East India. This first rough analysis means that only those CO2 emissions occurring in the Western parts of North and West India, the Eastern part of South India as well as the South part of East India might be suited for sequestration nearby.
A more detailed source-sink matching will follow in the next phase of the project, including results of expert meetings in India. Furthermore, this analysis will be complemented by an additional assessment from economic, ecological and resource-strategic points of view, which might further affect the potential for CCS.
Carbon capture and storage
(2009)
Considering the traditional coal-based energy infrastructure in the German state North Rhine-Westphalia the question arises how to face the needs of embanking climate change. To reduce greenhouse gas intensive electricity generation in the Ruhr area, the introduction of carbon capture and storage (CCS) is an option of particular relevance. The paper investigates and discusses possibilities of setting up a CCS infrastructure in NRW. It shall clarify whether, and possibly how, highly efficient conventional fossil fired power plants could be refitted with CO2 capture to flexibly react to potentially changing climate policy conditions and to keep up with the market.
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.
Für die Umsetzung der Energiewende und speziell den Ausbau erneuerbarer Energien sind nicht nur energiewirtschaftliche oder Klimaschutz-Kriterien maßgeblich. Zu einer umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung gehört unter anderem auch die Ressourcenbewertung. Hier ist unstrittig, dass die Gesamt-Ressourceninanspruchnahme eines Energiesystems generell erheblich niedriger ist, wenn dieses nicht auf fossilen, sondern auf erneuerbaren Energien basiert (und dabei nicht hauptsächlich auf Biomasse ausgerichtet ist). Bisher wurde jedoch insbesondere der Verbrauch und die langfristige Verfügbarkeit der mineralischen Rohstoffe, die in der Regel zur Herstellung von Energiewandlern und Infrastruktur benötigt werden, wenig untersucht.
Im Rahmen des Projekts KRESSE wurde daher erstmals analysiert, welche "kritischen" mineralischen Rohstoffe für die Herstellung von Technologien, die Strom, Wärme und Kraftstoffe aus erneuerbaren Energien erzeugen, bei einer zeitlichen Perspektive bis zum Jahr 2050 in Deutschland relevant sind. Die Einschätzung als "kritisch" umfasst dabei die langfristige Verfügbarkeit der identifizierten Rohstoffe, die Versorgungssituation, die Recyclingfähigkeit und die Umweltbedingungen der Förderung. Die Studie macht deutlich, dass die geologische Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe für den geplanten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland grundsätzlich keine limitierende Größe darstellt. Dabei kann jedoch möglicherweise nicht jede Technologievariante unbeschränkt zum Einsatz kommen.
Il Wuppertal Institute ha condotto uno studio per valutare quali materiali sono da considerare critici in relazione al previsto incremento di energie rinnovabili in Germania. I problemi relativi a materiali come terre rare e vanadio riguardano la dipendenza da pochi paesi fornitori e gli usi competitivi.
Das vorliegende Diskussionspapier leistet einen Beitrag zur Bewertung der Option "Biomethan zur Einspeisung ins Erdgasnetz", indem die Treibhausgasbilanz der Prozesskette sowie die Umwelteffekte durch den Anbau der Substrate detailliert untersucht werden. Die Ergebnisse werden durch laufende weitere Arbeiten der Autoren in den größeren Kontext der umfassenden Untersuchung und Bewertung der Rolle von Biomethan im zukünftigen Energiesystem eingeordnet. Die Kenntnis der Klima- und Umwelteffekte von Biomethan bildet einen wichtigen Baustein in der ganzheitlichen Bewertung. Biogas kann aus Fermentation verschiedener feuchter Biomasse erzeugt werden. Nach der Aufbereitung (im Wesentlichen bestehend aus Entschwefelung, Trocknung und CO2-Abtrennung) spricht man von Biomethan, das als vollständiges Erdgas-Substitut ins Erdgasnetz eingespeist werden kann, um für alle Erdgasanwendungen zur Verfügung zu stehen.
Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeiten sind für fünf Standorte in Deutschland regional angepasste Fruchtfolgen untersucht worden, in denen neben gängigen Ackerfrüchten auch Biogassubstrate angebaut werden können. Die betrachteten Substrate umfassen neben Mais auch Futterroggen und Futterhirse, Ganzpflanzensilage aus Wintergerste und Wintertriticale, ein Gemisch aus Mais und Sonnenblumen sowie das Ackergras Landsberger Gemenge. An den Standorten wurden die Auswirkungen auf die Humusbilanz, die Bodenbedeckung (Erosionsschutz) sowie die Biodiversität betrachtet. Im Ergebnis sind durch die Erzeugung von Biogassubstraten nach guter landwirtschaftlicher Praxis keine negativen Umweltwirkungen zu erwarten.
Für die Ermittlung der Treibhausgasemissionen der Biomethanbereitstellung wird zwischen zwei Anlagentypen unterschieden: (1) einer großmaßstäblich geführten Anlage nach heutigem "Stand der Technik", die eine durchschnittlich effektive Biogasanlage im Jahr 2008 im industriellen Maßstab abbildet und (2) einer Anlage, die als "Optimierte Technik" das aus heutiger Sicht und für die nahe Zukunft denkbare Optimierungspotenzial so weit wie möglich ausschöpft. Im Vergleich zum erstgenannten Anlagentyp können die THG-Emissionen durch die optimierte Technik um rund 30 % von 97 g CO2äq/kWh auf 67 g CO2äq/kWh reduziert werden. Kleinere und ältere Biogasanlagen sind im Rahmen dieser Arbeiten nicht näher untersucht worden; ihre Emissionsfaktoren können durchaus von den hier vorgestellten Ergebnissen abweichen.
Im mittelfristigen Ausblick bis 2030 kann aus der Betrachtung des bereits erzielten Fortschritts von der Anlagenkonfiguration nach dem heutigen Stand der Technik zur optimierten Technik eine THG-Bilanz der großmaßstäblichen und industriellen Biomethanerzeugung von rund 53 g CO2äq/kWh abgeschätzt werden. Das Optimierungspotenzial liegt dabei hauptsächlich noch im übergreifenden Prozessmanagement.
Der hier vorliegende Report ist das Ergebnis des Teilprojekts "Transformation und Vernetzung städtischer Energieinfrastrukturen", welches Teil des "Rahmenprogramms zur Umsetzung der Energiewende in den Kommunen des Ruhrgebiets - Energiewende Ruhr" ist.
Die Transformation der Energieinfrastruktur, in einer Region die noch immer überwiegend auf zentrale Erzeugung und entsprechende Versorgungssysteme ausgerichtet sind, zählt zu den großen Herausforderungen einer gelungenen Energiewende - auch wenn nur ein Teil dieser Herausforderungen in der Region selbst beeinflusst werden kann.
Im Rahmen des Teilprojekts wurden zentrale technologisch-infrastrukturelle Herausforderungen im Kontext der Umsetzung der Energiewende im kommunalen Bereich analysiert. Insbesondere war hierbei von Interesse, wie das gezielte Vernetzen unterschiedlicher Infrastrukturbereiche (Strom, Wärme, Verkehr) einen Beitrag dazu leisten kann, Effizienzpotenziale zu heben und damit ein nachhaltiges und zukunftsfähiges Infrastruktursystem zu schaffen. Inhaltlich fokussierten die Analysen auf die Bereiche Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und Wasserstoff.
Bislang wurden solche mittel- und langfristigen Transformationsprozesse häufig allein durch technologiebezogene Szenarien und Strategien beschrieben. Der Ansatz erweist sich zunehmend als nicht zielführend, da er sich zu sehr auf einzelne Technologiebereiche beschränkt und das systemische Zusammenspiel zu wenig beleuchtet. Zudem werden weitere Faktoren (Nutzerverhalten, Investitionsentscheidungen, finanzielle Handlungsspielräume auf der Verbraucherseite, Akteursnetzwerke etc.) zumeist nur marginal betrachtet. Im Rahmen des Projekts wurde daher der methodische Zugang einer Cross-Impact-Bilanz gewählt, um diskursiv und partizipatorisch qualitative Zukunftsbilder für die Technologiebereiche zu entwerfen.
Die Emscher-Lippe Region ist seit vielen Jahren von einer intensiven wirtschaftlichen Transformation geprägt. Die fortschreitende De-Industrialisierung bzw. die Neuorientierung der Industrie nach dem Wegfall der Kohle- und Stahlindustrie stellt regionale Entscheidungsträger vor große Herausforderungen, wenn es darum geht, der hohen Arbeitslosenquote zu begegnen, Beschäftigungsquoten zu sichern, mit der prekären Finanzsituation in den kommunalen Haushalten umzugehen und den Wirtschaftsstandort zu stabilisieren und neu aufzustellen. Der Strukturwandel der Region ist mit Schließung der letzten Steinkohle-Zeche Ende 2018 nicht abgeschlossen, sondern geht mit dem Kohleausstieg im Energiesektor in eine zweite Phase. Dies sollte auch als Chance verstanden werden, den Wirtschaftsstandort Emscher-Lippe mit seinen energiereichen Industrien innovativ neu zu gestalten und die Region sowohl energetisch, als auch stofflich von der Nutzung fossiler Träger abzukoppeln.
Eine wichtige Säule der regionalen Wirtschaftsförderung besteht darin, strategische Netzwerke und regionale Wertschöpfungsketten zu stärken, um die in der Region ansässigen (mittelständischen) Unternehmen zu unterstützen und den Strukturwandel innerhalb der dominierenden Industrien aus den Bereichen Energieerzeugung und chemischer Industrie zu begleiten.
Die vorliegende Studie bereitet auf, welche Bedeutung die Wasserstoffwirtschaft in der Emscher-Lippe Region in diesem Zusammenhang derzeit spielt und zukünftig spielen könnte.
Der Umbau der durch den Einsatz fossiler Energieträger dominierten Energiesysteme steht weit oben auf der politischen Agenda. Angesichts des fortschreitenden Klimawandels, der Ressourcenverknappung und des ökonomischen Aufholens der Schwellen- und Entwicklungsländer wird diese Frage immer dringlicher. Zahlreiche politische, gesellschaftliche, ökonomische und ökologische Herausforderungen sind mit diesem Umbau verbunden. Angesichts der Langlebigkeit der heute gebauten Infrastrukturen ergibt sich hieraus ein zentrales Feld für die wissenschaftliche Zukunftsforschung. Der Einsatz von Energieszenarios ist über Jahre erprobt und trotz zahlreicher methodischer und inhaltlicher Unsicherheiten bei der Erarbeitung der Szenariostudien bleiben sie unersetzlich - sofern sie wissenschaftliche Standards hinsichtlich der Wertneutralität und Überprüfbarkeit erfüllen. Auch in der geographischen Forschung findet sich das Thema "Energie" wieder verstärkt auf der Agenda. Bereits vor dem Hintergrund der Ölpreiskrisen in den 1970er-Jahren setzten sich Geographinnen und Geographen mit Energiethemen auseinander - angesichts des anstehenden Umbaus der Energiesysteme wird auch wieder die Frage aktuell, inwiefern sich die Transformation des Energiesystems und die Raumstruktur gegenseitig beeinflussen. Dabei werden nicht nur inhaltliche Fragen aufgeworfen, vielmehr ist auch zu klären, wie sich das Thema "Energie" in die etablierten geographischen Forschungsdisziplinen von der Klimageographie über die Wirtschafts- und Bevölkerungsgeographie bis hin zur Siedlungsgeographie eingliedern lässt. Die Ausführungen im vorliegenden Artikel gehen noch einen Schritt weiter und werfen die Frage auf, inwiefern sich durch die Verbindung geographischer Forschung und Energiethemen auch ein neues methodisches Experimentierfeld auftut. Konkret wird aufgezeigt, dass die Geographie verstärkt den Blick in die Zukunft wagen und sich von der Analyse rezenter Strukturen lösen sollte. Die Frage der zukünftigen Raumstrukturen angesichts des Umbaus der Energiesysteme ist von zentraler Bedeutung, unter Anwendung von Methoden der wissenschaftlichen Zukunftsforschung muss die Geographie hier antworten liefern.
In this manual, the consortium wants to share the key lessons we have learnt throughout this three-year project and, by doing so, to contribute to the scaling-up of low carbon city development in emerging economies, especially in China. This manual targets organisations from the scientific and civil society sectors that are involved in international low carbon city projects, especially those with a focus on Chinese cities, as well as local govern-ments that are eager to develop a comprehensive low carbon strategy.
The brochure summarises the project's objectives and methodological approach, its key findings as well as conclusions. Both case studies have shown that technological solutions for low carbon development should be embedded in a well-developed institutional framework to foster their deployment and implementation. Therefore, recommendations for Wuxi include examples of innovative and integrated technical projects for increasing energy and resource efficiency, combining them with recommendations for the development of institutional frameworks. One element of such a framework could be a local energy agency in Wuxi, which would offer support and expertise to potential investors in low carbon technologies. Also for the German pilot region, the brochure offers concrete recommendations how to facilitate low carbon planning within the region.
Durch den zu erwartenden Rückgang der Braunkohleverstromung in Deutschland wird der Strukturwandel in der Lausitz weiter beschleunigt werden. Die Energiewende erfordert also eine konsistente strukturpolitische Flankierung, für diejenigen Regionen, die bisher ökonomisch stark vom Braunkohlebergbau (inklusive Vorketten und Folgeindustrien) abhänging sind. Vor diesem Hintergrund hat die Brandenburger Landtagsfraktion von Bündnis 90 / Die Grünen das Wuppertal Institut beauftragt, erste Empfehlungen für strategische Ansätze einer präventiven Strukturpolitik in der Lausitz zu entwickeln. Die Kurzstudie nimmt besonders in den Blick, welche Erkenntnisse sich aus den Erfahrungen mit dem Strukturwandel in Nordrhein-Westfalen und insbesondere dem Rheinischen Revier für die Gestaltung des Strukturwandels in der Lausitz ableiten lassen.
Several energy scenario studies consider concentrated solar power (CSP) plants as an important technology option to reduce the world's CO2 emissions to a level required for not letting the global average temperature exceed a threshold of 2–2.4 °C. A global ramp up of CSP technologies offers great economic opportunities for technology providers as CSP technologies include highly specialised components. This paper analyses possible value creation effects resulting from a global deployment of CSP until 2050 as projected in scenarios of the International Energy Agency (IEA) and Greenpeace International. The analysis focuses on the economic opportunities of German technology providers since companies such as Schott Solar, Flabeg or Solar Millennium are among the leading suppliers of CSP technologies on the global market.
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.
Um weltweit hochindustrialisierte, energieintensive Bundesländer und Regionen bei der Entwicklung und Umsetzung von innovativer Klimapolitik zu unterstützen, wurde die "Energy Transition Platform" ins Leben gerufen. Ziel ist der Austausch von Erfahrungen sowie eine Einflussnahme auf den internationalen Klimadialog. Für diesen Austausch- und Dialogprozess erarbeitete das Wuppertal Institut für die "Climate Group" die Fallstudie "Eine Industrieregion im Wandel - Energie- und klimapolitische Rahmenbedingungen, Strategien und Instrumente in NRW". In dem Bericht werden aktuelle energie- und klimapolitische Entwicklungen, Politikinstrumente und Modellprojekte dargestellt und diskutiert.
Die Fallstudie macht deutlich, dass Nordrhein-Westfalen bei der Umsetzung der Energiewende zwar vor besonderen Herausforderungen steht, die Modernisierung des Energiesystems und des Industriestandortes NRW jedoch mit Hilfe eines vielfältigen Instrumentariums systematisch und intensiv angeht. Eine solche proaktive und langfristig ausgelegte Herangehensweise ist zentrale Voraussetzung dafür, dass die bevorstehende Transformation letztlich nicht zu einem kaum steuerbaren Strukturbruch in NRW und seinen Regionen und Kommunen führt, sondern zu einem schrittweisen Strukturwandel, der von Politik, Wirtschaft und Gesellschaft gemeinsam gestaltet wird.
The Sino-German project "Low Carbon Future Cities" (LCFC) aims to develop a low carbon strategy for its Chinese pilot city Wuxi. The strategy primarily focuses on carbon mitigation, but also considers links with the issues of resource efficiency and adaption to climate change. This report written by Daniel Vallentin, Carmen Dienst and Chun Xia offers strategic examples of good practice and makes recommendations to Wuxi city government about the changes that key sectors can adopt in order to comply with its low carbon targets. The recommendations are based on scientific analyses which were undertaken earlier in the LCFC project.
Inducing the international diffusion of carbon capture and storage technologies in the power sector
(2007)
Although CO2 capture and storage(CCS) technologies are heatedly debated, many politicians and energy producers consider them to be a possible technical option to mitigate carbon dioxide from large-point sources. Hence, both national and international decision-makers devote a growing amount of capacities and financial resources to CCS in order to develop and demonstrate the technology and enable ist broad diffusion.The presented report concentrates on the influence of policy incentives on CCS diffusion and examines the following research question: Which policy strategy is needed to stimulate the international diffusion of carbon capture and storage technologies in the power sector? Based on the analysis of innovation-specific (e.g. CCS competitiveness and compatibility), market-related (e.g. national CO2 discharges and storage capacities) and institutional determinants (e.g. existing national and international policy frameworks) of CCS diffusion, the paper discusses the suitability of various national and international policy instruments to induce the international deployment of CCS. Afterwards, three CCS diffusion paths are derived from fundamentally different carbon stabilisation scenarios which include climate policy measures to stimulate the adoption of CO2 mitigation technologies.
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.
Replacing traditional technologies by renewables can lead to an increase of emissions during early diffusion stages if the emissions avoided during the use phase are exceeded by those associated with the deployment of new units. Based on historical developments and on counterfactual scenarios in which we assume that selected renewable technologies did not diffuse, we conclude that onshore and offshore wind energy have had a positive contribution to climate change mitigation since the beginning of their diffusion in EU27. In contrast, photovoltaic panels did not pay off from an environmental standpoint until very recently, since the benefits expected at the individual plant level were offset until 2013 by the CO2 emissions related to the construction and deployment of the next generation of panels. Considering the varied energy mixes and penetration rates of renewable energies in different areas, several countries can experience similar time gaps between the installation of the first renewable power plants and the moment in which the emissions from their infrastructure are offset.
The analysis demonstrates that the time-profile of renewable energy emissions can be relevant for target-setting and detailed policy design, particularly when renewable energy strategies are pursued in concert with carbon pricing through cap-and-trade systems.
Deutschland soll bis 2045 klimaneutral werden. So steht es im verschärften Klimaschutzgesetz, das im Juni 2021 vom Bundestag verabschiedet wurde. Die deutsche Industrie verursacht derzeit knapp ein Viertel der Treibhausgasemissionen, etwa ein Drittel davon entfällt auf die Eisen- und Stahlproduktion. Um das Klimaziel zu erreichen, müssen somit große CO2-Einsparungen in der Stahlindustrie realisiert werden.
Technological innovations in energy-intensive industries (EIIs) have traditionally emerged within the boundaries of a specific sector. Now that these industries are facing the challenges of deep decarbonisation and a significant reduction in greenhouse gas (GHG) emissions is expected to be achieved across sectors, cross-industry collaboration is becoming increasingly relevant for low-carbon innovation.
Accessing knowledge and other resources from other industrial sectors as well as co-developing innovative concepts around industrial symbiosis can be mutually beneficial in the search for fossil-free feedstocks and emissions reductions. In order to harness the potential of this type of innovation, it is important to understand not only the technical innovations themselves, but in particular the non-technical influencing factors that can drive the successful implementation of cross-industry collaborative innovation projects.
The scientific state of the art does not provide much insight into this particular area of research. Therefore, this paper builds on three separate strands of innovation theory (cross-industry innovation, low-carbon innovation and innovation in EIIs) and takes an explorative case-study approach to identify key influencing factors for cross-industry collaboration for low-carbon innovation in EIIs.
For this purpose, a broad empirical database built within the European joint research project REINVENT is analysed. The results from this project provide deep insights into the dynamics of low-carbon innovation projects of selected EIIs. Furthermore, the paper draws on insights from the research project SCI4Climate.NRW. This project serves as the scientific competence centre for IN4Climate.NRW, a unique initiative formed by politicians, industry and science to promote, among other activities, cross-industry collaboration for the implementation of a climate-neutral industry in the German federal state of North Rhine-Westphalia (NRW). Based on the results of the case study analysis, five key influencing factors are identified that drive the implementation of cross-industry collaboration for low-carbon innovation in EIIs: Cross-industry innovation projects benefit from institutionalised cross-industry exchange and professional project management and coordination. Identifying opportunities for regional integration as well as the mitigation of financial risk can also foster collaboration. Lastly, clear political framework conditions across industrial sectors are a key driver.
The future belongs to the youth, but do they really have a say in it? Learning processes with regard to a successful socio-ecological change must start in childhood and adolescence in order to succeed in social transformation. The youth cannot be a passive part in a changing society - they have to be actively included in its design. When allowed to participate, young people can make important and effective contributions - which should not be reduced to sub-projects and opportunity structures. In a socio-political context, participation means involvement, collaboration, and commitment. In the context of intra- and inter-generational equity, as the core part of sustainable development, participation strategies should be developed that allow for a permanent and purposeful involvement of children and adolescents. Participation of young people is an important and appropriate step in strengthening those who are so strongly affected by the planning processes but are otherwise powerless. A successful involvement and participation of non-professional actors requires a target group-oriented method, a supportive culture of participation, as well as clarity and decision latitude. Abiding by these rules leads to central results.
Um einen angemessenen Beitrag zu einer Begrenzung des weltweiten Temperaturanstiegs auf 1,5 Grad Celsius zu leisten, müsste Deutschland und damit auch der Gebäudesektor schon bis 2035 treibhausgasneutral sein. Greenpeace hat daher das Wuppertal Institut beauftragt, ein Sechs-Punkte-Sofortprogramm für erneuerbare Wärme und effiziente Gebäude zu erarbeiten, mit dem dieses Ziel erreichbar wird. Das Sofortprogramm sieht vor, dass in drei zentralen Bereichen jeweils eine ordnungsrechtliche Maßnahme mit einer spezifischen, dazu passenden finanziellen Fördermaßnahme kombiniert wird:
1) Ausstiegsgesetz für fossile Heizungen und Förderung für elektrische Wärmepumpen und Solarthermie. 2) Pflicht und Förderung für die energetische Sanierung ineffizienter Gebäude mit ökologischen Kriterien. 3) Gesetz mit Zielen sowie förderlichen Bestimmungen und dazu passende Förderung für Erneuerbare-Wärmenetze: Ausbau und Umstieg auf grüne Wärmeerzeugung.
So erhöht das Sofortprogramm die energetische Sanierungsrate auf drei bis vier Prozent pro Jahr und führt dazu, dass schon 2035 fast zwei Drittel der Gebäude mit Wärmepumpen und etwa ein Viertel mit Nah- und Fernwärme aus erneuerbaren Energien beheizt werden und ein Drittel zusätzlich mit thermischen Solaranlagen ausgestattet wird.
Ein CO2-Preis ist ein zentrales Instrument, um eine umfassende Dekarbonisierung der Wirtschaft zu ermöglichen und zu erleichtern. Sie kann durch verschiedene Instrumente umgesetzt werden, insbesondere in Form einer CO2-Steuer. Es ist jedoch wichtig, dass ein CO2-Preis allein - aufgrund der vielfältigen Hindernisse (einschließlich nicht ökonomischer Hemmnisse) - die sektoralen Ziele und Instrumente nicht ersetzen kann. Vielmehr muss er komplementär zu sektorspezifischen Klimaschutzinstrumenten eingeführt werden. Der Artikel gibt Auskunft darüber, wie ein CO2-Preis konkret und angemessen ausgestaltet werden kann.
Dieses Wuppertal Paper dient dazu, a) die mögliche Klimaschutzwirkung eines CO2-Preises zu analysieren, allein und im Gesamtpaket von Instrumenten zum Klimaschutz, b) die Möglichkeiten der Mittelverwendung zu analysieren und zu bewerten, c) dadurch den Dschungel der Argumente und Motivationen in den bestehenden Vorschlägen zu lichten und d) aus der Analyse ein Modell zu skizzieren, das den Anforderungen von Klimaschutz und sozialer Gerechtigkeit sowie Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit am besten gerecht wird und damit der Bundesregierung als Anregung bei der Entscheidung über Einführung und Ausgestaltung eines CO2-Preises dienen kann.
In dem Papier werden diese Fragen anhand von neun Thesen mit einem abschließenden Fazit ergründet. Daraus wird deutlich:
Ein CO2-Preis kann sektorale Ziele und Instrumente nicht ersetzen. Seine volle Wirkung kann er nur entfalten, wenn er komplementär zu sektorspezifischen Klimaschutzinstrumenten eingeführt wird. Nur wenn für diese Instrumente ein guter Teil der Einnahmen aus der CO2-Steuer eingesetzt wird, sind die Klimaziele erreichbar. Die Ziele werden dadurch mit weitaus geringerem CO2-Preis bei gleichzeitig höheren Kostenentlastungen für Verbraucherinnen und Verbraucher, Unternehmen und sogar die öffentlichen Haushalte erreichbar, als wenn die Politik allein auf einen CO2-Preis setzen würde.
Das vorliegende Papier zeigt, welche Weichen die Politik stellen muss, um den Gebäudebestand bis 2045 klimaneutral zu machen. Im Fokus stehen höhere Effizienzanforderungen für Bestands- und Neubauten, ein schnellerer Ausstieg aus Gas- und Ölheizungen, gleichzeitig aber auch höhere Anreize und bessere Unterstützung für Gebäudebesitzende sowie warmmietenneutrale Sanierungen, um Mietende vor einer Überlastung zu schützen.
Dabei müssen bestehende Gebäude so renoviert werden, dass sie ähnlich wie Neubauten kaum noch Energie verbrauchen. Gleichzeitig müssen Heizenergie und Stromversorgung komplett auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Zudem muss durch intelligentere Nutzungskonzepte der Anstieg der Gebäudeflächen gebremst werden. Die kommende Legislaturperiode ist somit entscheidend, damit Klimaneutralität im Gebäudesektor bis spätestens 2045 erreicht werden kann.
Dieser Zukunftsimpuls schlägt daher ein 14 Maßnahmen umfassendes und konsistentes Politikpaket vor. Neben den oben genannten Maßnahmen des Förderns und Forderns gehören dazu insbesondere klare Vorgaben für eine bessere energetische Sanierung und ein deutliches Ziel für den Ausstieg aus fossilen Gas- und Ölheizungen, die allen Beteiligten Sicherheit geben. Individuelle Sanierungsfahrpläne für alle heute noch nicht effizienten Gebäude bis spätestens 2028 und kommunale Wärmepläne helfen den Gebäudebesitzenden bei der technischen Entwicklung ihrer Gebäude und der Investitionsplanung. Häufig sind es die nicht-monetären Hemmnisse, die maßgeblich für die geringe Sanierungsrate sind. One-Stop-Shops verringern die Hemmschwelle Maßnahmen umzusetzen. Darüber hinaus wirkt Quartiersmanagement unterstützend und hilft Kräfte zu bündeln.
Umsetzung wie auch Förderung der Industrietransformation obliegen insbesondere Akteuren auf der europäischen sowie der nationalen Governance-Ebene. Gleichwohl sind vor dem Hintergrund der Dringlichkeit der Herausforderung und der Maßstabsebene eines Großteils der erforderlichen Maßnahmen auch kommunale Akteure und lokale Initiativen, darunter öffentliche Betreiber, Verwaltungen, öffentlich-private Kooperationen, Unternehmen oder zivilgesellschaftliche Gruppen in diesem Bereich von Bedeutung. Das liegt auch an der Tatsache, dass je nach wirtschaftlicher Struktur die Industrie für einen großen Teil der Treibhausgasemissionen in einer Kommune oder Region verantwortlich sein kann. Gleichzeitig gibt es vielfältige Stellschrauben vor Ort, um Klimaschutzmaßnahmen umzusetzen. Aufgrund der hohen Dichte an Akteuren und Institutionen bestehen auf der kommunalen Ebene große Handlungsmöglichkeiten für nachhaltige Transformationen, etwa im Bereich des Klimaschutzes.
Viele Kommunen setzen in ihren Klimaschutzkonzepten allerdings einen Schwerpunkt auf andere Bereiche, wie bspw. auf Klimaschutz bei öffentlichen Gebäuden, auch wegen der direkten Handlungsmöglichkeiten. Um die Industrie zu adressieren, greift die Kommunalverwaltung vornehmlich auf Beratungsangebote und Anreize zur Nutzung von erneuerbaren Energien zurück. Dabei gewinnt das Thema Klimaschutz gleichermaßen für Unternehmen wie auch für Kommunen immer weiter an Bedeutung. Für beide ist schon heute Klimaschutz ein wichtiger Wettbewerbs- und Standortfaktor.
Die bislang auf (Landes-)Politik, Unternehmen und Wissenschaft fokussierte Analyse der Industrietransformation in SCI4climate.NRW erweitert mit diesem Bericht den Blick auf die Einbindung und Rolle kommunaler Akteure, Strukturen und Prozesse. Es wird der Frage nachgegangen, welche Einflussmöglichkeiten Kommunen im Mehrebenen-Governance System der Industrietransformation in NRW haben und welche Interessen, Chancen und Herausforderungen seitens der Kommunen bestehen, um die Industrietransformation mitzugestalten.
Der Fokus wird dabei auf die Grundstoffindustrie, konkret auf die Chemie-, Stahl- und Zementindustrie, gelegt, da diese Industriezweige mit sehr hohen Treibhausgasemissionen verbunden sind und bislang bei der Frage nach kommunalen Handlungsmöglichkeiten von der Forschung noch wenig betrachtet wurden. Neben einer Literaturrecherche werden drei Fallstudien präsentiert, um sowohl die Möglichkeiten der Kommunen zu analysieren, aktuelle Aktivitäten einzuordnen sowie Chancen und Herausforderungen, die mit den Tätigkeiten verbunden sind, zu ermitteln.
This study intends to provide a comprehensive overview of the water-energy nexus' relevance to the Iranian electricity sector, by illustrating key trends, analysing water-related challenges and identifying knowledge gaps. It summarises the results of a workshop, and a series of dialogues with Iranian energy and water experts, in which both the current situation and future water-related risks and impacts on the Iranian power sector were discussed. Based on those results, it highlights research needs and further options for scientific collaboration.
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.
A clear understanding of socio-technical interdependencies and a structured vision are prerequisites for fostering and steering a transition to a fully renewables-based energy system. To facilitate such understanding, a phase model for the renewable energy (RE) transition in the Middle East and North Africa (MENA) countries has been developed and applied to ten countries: Algeria, Egypt, Iraq, Israel, Jordan, Lebanon, Morocco, Palestine, Tunisia, and Yemen. This report synthesises the results of these ten studies.
The analysis shows that the state of the energy sector in the MENA region varies from country to country, but some underlying trends are present in all countries. In the majority of countries, energy prices are subsidised, and energy markets are mostly not liberalised. The energy demand in all analysed countries is growing and most grid systems are poorly interconnected across borders. Still, the expansion of RE in the MENA region can benefit from significant global progress and cost reductions in RE technologies.
Reducing greenhouse gas (GHG) emissions is not the only key driver for energy transition. In fact, the main motives for transition are that RE can help to meet growing demand, reduce dependence on imports, increase energy security, and provide opportunities for economic development.
All countries studied have RE targets. While some countries are on track to meet these targets, others need to increase their efforts to expand renewable electricity generation in order to meet their goals. Strong progress has been made in countries with limited fossil energy resources, while in some countries that produce and export large amounts of fossil energy resources, the energy transition is progressing rather slowly.
Especially in the arid areas of the Middle East and North Africa (MENA), water availability plays an important role in the expansion planning of industrial-scale solar power plants. Although power plants may account for only a very small portion of local water demand, competition for water with other sectors is expected to increase when water resources are insufficient for meeting local needs. This can lead to conflicts between different users (such as communities, farmers, tourism, businesses and utilities). Despite the increasing attention on the water-energy nexus, comprehensive studies analysing the interdependencies and potential conflicts between energy and water at the local level are absent.
To examine the linkages between water resources and energy technologies at the local level, this case study was selected because Morocco is one of the countries most affected by water scarcity and, at the same time, it is also one of the most promising countries in North Africa for the development of renewable energies and offers excellent conditions for solar and wind power plants. Nevertheless, the country's electricity system is still largely based on conventional energy sources, and the country is more than 95% dependent on energy imports. To strengthen the country's energy security and reduce the financial burden associated with energy imports, Morocco is pursuing an ambitious renewable energy expansion strategy: by 2020, around 42% of the national electricity demand should be met by renewable energies. In view of Morocco's ambitious plans, it is particularly important to identify the potential conflicts and synergies resulting from the expansion of renewable energies in relation to the water sector.
The energy sector today accounts for about 10% to 15% of global freshwater withdrawal. Most water in the energy sector is used for generating electricity, especially for cooling processes in thermal power plants. At the same time the demand for electricity is expected to increase significantly due to population growth and economic development in emerging and developing economies. Growing demand is also driven by electrification strategies pursued by industrialized countries to decarbonize their economies. With the global demand for electricity expected to increase significantly in the coming decades also the water demand in the power sector is expected to rise. However, due to the on-going 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 cooling system. In light of these challenges the objective of this analysis is to provide more systematic and robust answers in terms of the impacts of different decarbonization strategies in the electricity sector on water demand at global and regional level. The focus is on operational water use for electricity generation.
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 water-energy-food (WEF) nexus is increasingly recognised as a conceptual framework able to support the efficient implementation of the Sustainable Development Goals (SDGs). Despite growing attention paid to the WEF nexus, the role that renewable energies can play in addressing trade-offs and realising synergies has received limited attention. Until now, the focus of WEF nexus discussions and applications has mainly been on national or global levels, macro-level drivers, material flows and large infrastructure developments. This overlooks the fact that major nexus challenges are faced at local level. Aiming to address these knowledge gaps, the authors conduct a systematic analysis of the linkages between small-scale energy projects in developing countries and the food and water aspects of development. The analysis is based on empirical data from continuous process and impact evaluations complemented by secondary data and relevant literature. The study provides initial insights into how to identify interconnections and the potential benefits of integrating the nexus pillars into local level projects in the global south. The study identifies the complex links which exist between sustainable energy projects and the food and water sectors and highlights that these needs are currently not systematically integrated into project design or project evaluation. A more systematic approach, integrating the water and food pillars into energy planning at local level in the global south, is recommended to avoid trade-offs and enhance the development outcomes and impacts of energy projects.
Access to clean and affordable modern energy services has been widely recognised as a significant factor for enabling social and economic development. Stand-alone systems and mini-grids are presumed to play an important role in the provision of sustainable energy to those people who currently lack access. Accordingly, an increasing number of small-scale energy projects are being implemented in developing countries and emerging economies. However, despite the large number of energy development projects, only limited evidence exists about the actual contribution they make to sustainable development. This paper addresses this research gap by providing a systematic assessment of three selected impact pathways based on the evaluation of over 30 small-scale sustainable energy projects. Applying a theory-based evaluation approach in the form of a contribution analysis, the aim of this research is to better understand if and how these types of technical interventions can create development outcomes and impacts. The results show that technological issues are often not the most decisive factor in achieving development effects, but that embedding the technology in a set of actions that address social, cultural, economic and environmental aspects is essential.
It is widely recognised that access to sustainable and affordable energy services is a crucial factor in reducing poverty and enhancing development. Accordingly, various positive effects beyond simple access to energy are associated with the implementation of sustainable energy projects. One of these assumed positive outcomes is the productive use of energy, which is expected to create value - for example in the form of increased local availability of goods or higher incomes - thereby having a positive impact on local livelihoods. Many projects and programmes are based on such expectations regarding the productive use of energy but systematic evidence of these outcomes and impacts is still limited. This study analyses the results of an impact evaluation of 30 small-scale energy development projects to better understand whether and how the supply of sustainable energy services supports productive use activities and whether these activities have the expected positive impacts on local livelihoods. A contribution analysis is applied to systematically evaluate the impact pathways for the productive use of energy. The results show that access to sustainable energy does not automatically result in productive activities and that energy is only one of the input factors required to foster socio-economic development. Furthermore, the results demonstrate that activities, materials and information to support the productive use of energy - such as training, equipment or market research - need to be an integrated part of the energy project itself to allow for productive activities to develop on a wider scale.
The energy potential of agricultural residues in Tanzania has so far not been evaluated and quantified sufficiently. Moreover, the scientific basis for estimations of the sustainable potential of wastes and residues is still very limited. This paper presents an attempt to evaluate the theoretical and technical potential of residues from the sisal sector in Tanzania with regards to energy recovery through anaerobic digestion. The characteristics and availability of sisal residues are defined and a set of sustainability indicators with particular focus on environmental and socio-economic criteria is applied. Our analysis shows that electricity generation with sisal residues can be sustainable and have positive effects on the sustainability of sisal production itself. All sisal residues combined have an annual maximum electricity potential of 102 GW h in 2009, corresponding to up to 18.6 MW of potential electric capacity installations. This estimated maximum potential is equivalent to about 3 % of the country's current power production. Utilizing these residues could contribute to meeting the growing electricity demand and offers an opportunity for decentralized electricity production in Tanzania.