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Die schnelle und umfassende Emissionsminderung in der Energie- und Kreislaufwirtschaft ist der Schlüssel für die Begrenzung der Erderwärmung auf unter 2 °C. In Deutschland werden entsprechende Politiken seit den 1990er-Jahren verfolgt, allerdings erst in jüngster Vergangenheit mit dem notwendigen Nachdruck und der notwendigen Orientierung hin zu mehr Marktmechanismen. Wesentliche Handlungsfelder sind Energieeinsparung und erhöhte Energieeffizienz, Umstieg auf erneuerbare Energien, Bepreisung von Klimagasen sowie eine Reduzierung und Schließung der Stoffkreisläufe. In allen Handlungsfeldern sind Grundlagen geschaffen, es bleibt jedoch der Großteil des Weges noch zu gehen, um Klimaneutralität zu erreichen. Für einen schnellen Fortschritt spielen neben der Überwindung der technischen, ökonomischen und organisatorischen Herausforderungen auch Verteilungsfragen und die Einbettung in internationale Maßnahmen eine zunehmende Rolle.
Deutschlands Haushalte werden, zu Beheizungszwecken, zu 70 % leitungsgebunden versorgt: 50 % mit Erdgas und 14 % mit Fernwärme; 5 % mit Elektrizität, davon je die Hälfte noch mit Nachtspeicherheizung, die andere Hälfte mit Wärmepumpen. So war es 2021. So wird es in Zukunft nicht sein, denn Erdgas ist ein Energieträger fossiler Herkunft. Dessen Nutzung geht in den nächsten beiden Jahrzehnten gen Null. Die Frage ist, was das für die Erdgasleitungen in Deutschland bedeutet.
Direct air capture (DAC) combined with subsequent storage (DACCS) is discussed as one promising carbon dioxide removal option. The aim of this paper is to analyse and comparatively classify the resource consumption (land use, renewable energy and water) and costs of possible DAC implementation pathways for Germany. The paths are based on a selected, existing climate neutrality scenario that requires the removal of 20 Mt of carbon dioxide (CO2) per year by DACCS from 2045. The analysis focuses on the so-called "low-temperature" DAC process, which might be more advantageous for Germany than the "high-temperature" one. In four case studies, we examine potential sites in northern, central and southern Germany, thereby using the most suitable renewable energies for electricity and heat generation. We show that the deployment of DAC results in large-scale land use and high energy needs. The land use in the range of 167-353 km2 results mainly from the area required for renewable energy generation. The total electrical energy demand of 14.4 TWh per year, of which 46% is needed to operate heat pumps to supply the heat demand of the DAC process, corresponds to around 1.4% of Germany's envisaged electricity demand in 2045. 20 Mt of water are provided yearly, corresponding to 40% of the city of Cologne's water demand (1.1 million inhabitants). The capture of CO2 (DAC) incurs levelised costs of 125-138 EUR per tonne of CO2, whereby the provision of the required energy via photovoltaics in southern Germany represents the lowest value of the four case studies. This does not include the costs associated with balancing its volatility. Taking into account transporting the CO2 via pipeline to the port of Wilhelmshaven, followed by transporting and sequestering the CO2 in geological storage sites in the Norwegian North Sea (DACCS), the levelised costs increase to 161-176 EUR/tCO2. Due to the longer transport distances from southern and central Germany, a northern German site using wind turbines would be the most favourable.
This paper examines the current and prospective greenhouse gas (GHG) emissions of e-fuels produced via electrolysis and Fischer-Tropsch synthesis (FTS) for the years 2021, 2030, and 2050 for use in Germany. The GHG emissions are determined by a scenario approach as a combination of a literature-based top-down and bottom-up approach. Considered process steps are the provision of feedstocks, electrolysis (via solid oxide co-electrolysis; SOEC), synthesis (via Fischer-Tropsch synthesis; FTS), e-crude refining, eventual transport to, and use in Germany. The results indicate that the current GHG emissions for e-fuel production in the exemplary export countries Saudi Arabia and Chile are above those of conventional fuels. Scenarios for the production in Germany lead to current GHG emissions of 2.78-3.47 kgCO2-eq/L e-fuel in 2021 as the reference year and 0.064-0.082 kgCO2-eq/L e-fuel in 2050. With a share of 58-96%, according to the respective scenario, the electrolysis is the main determinant of the GHG emissions in the production process. The use of additional renewable energy during the production process in combination with direct air capture (DAC) are the main leverages to reduce GHG emissions.
The petrochemical industry is among the most relevant sectors from an economic, energetic and climate policy perspective. In Western Europe, production occurs in local chemical parks that form strongly connected and densely integrated regional clusters. This paper analyzes the structural characteristics of the petrochemical system in Germany and investigates three particularly distinct clusters regarding their challenges and chances for a transition towards climate-neutrality. For this, feedstock and energy supply, product portfolios and process integration as well as existing transformation activities are examined. We find that depending on their distinct network characteristics and location, unique and complex strategies are to be mastered for every cluster. Despite the many activities underway, none of them seems to have a strategic network to co-create a tailored defossilization strategy for the cluster - which is the core recommendation of this paper to develop.
Demand-side mitigation strategies have been gaining momentum in climate change mitigation research. Still, the impact of different approaches in passenger transport, one of the largest energy demand sectors, remains unclear. We couple a transport simulation model to an energy system optimisation model, both highly disintegrated in order to compare those impacts. Our scenarios are created for the case of Germany in an interdisciplinary, qualitative-quantitative research design, going beyond techno-economic assumptions, and cover Avoid, Shift, and Improve strategies, as well as their combination. The results show that sufficiency - Avoid and Shift strategies - have the same impact as the improvement of propulsion technologies (i.e. efficiency), which is reduction of generation capacities by one quarter. This lowers energy system transformation cost accordingly, but requires different kinds of investments: Sufficiency measures require public investment for high-quality public services, while efficiency measures require individuals to purchase more expensive vehicles at their own cost. These results raise socio-political questions of system design and well-being. However, all strategies are required to unleash the full potential of climate change mitigation.
The establishment of the Leveraging a Climate-neutral Society–strategic Research Network (LCS–RNet) (then named the International Research Network for Low Carbon Societies) was proposed at the Group of Eight (G8) Environment Ministers’ Meeting in 2008. Its 12th annual meeting in December 2021 focused on the discussion on how to transition into a just and sustainable society and how to reduce the risks associated with the transition. This requires comprehensive studies including on the concept of transition, pathways to net-zero societies and how to realise the pathways by collaborating with various stakeholders. This Special Feature provides new insights into sustainability science by linking the scientific knowledge with practical science for the transition through the exploration of studies presented at the annual meeting. Following the opening paper, "A challenge for sustainability science: can we halt climate change?", a wide range of topics were discussed, including practices for sustainable transformation in the Erasmus University, practices in industry, energy transition and international cooperation.
Familie und Generationen
(2023)
Der Übergang zu einer nachhaltigen Gesellschaft ist eng mit der Neuausrichtung des gegenwärtigen Wirtschaftssystems verknüpft. Ein alternatives Wirtschaftsmodell ist die sogenannte Kreislaufwirtschaft, die vom Gedanken geleitet wird, Produkte, Materialien und Rohstoffe so lange wie möglich in hochwertiger Form zu nutzen und so Stoffkreisläufe zu erzeugen. Diese Wirtschaftsform ist von enger Kooperation und Informationsaustausch zwischen Unternehmen geprägt: Über bestehende Handelsbeziehungen hinaus müssen Unternehmen gemeinsame Infrastrukturen, Datensysteme und Wertschöpfungsketten aufbauen, die Klima- und Umweltschutz möglichst effektiv fördern und den Übergang zu einem zirkulären Ökosystem ermöglichen. Unternehmerische Kooperationen können jedoch sowohl kartellrechtlich als auch aus Sicht von Nachhaltigkeit problematisch sein - dies lässt sich mit der Gefahr des Lock-Ins nicht-nachhaltiger Geschäftsmodelle oder des Greenwashings erklären. Hierdurch könnte die Verwirklichung einer Kreislaufwirtschaft erschwert werden. Es stellt sich somit die Frage, unter welchen Voraussetzungen unternehmerische Kooperationen zum Zwecke der Förderung von Nachhaltigkeit bzw. Kreislaufwirtschaft unbedenklich sein können. In den letzten Jahren haben sich Kartellbehörden intensiver mit dem Spannungsverhältnis zwischen Kartellrecht und Nachhaltigkeit beschäftigt. Dabei haben sie unter anderem Art. 101 AEUV näher beleuchtet, Leitlinien angepasst und insgesamt versucht, Aspekte von Nachhaltigkeit in kartellrechtliche Prüfungen zu integrieren. Beispielsweise haben die Europäische Kommission, das deutsche Bundeskartellamt, die niederländische Autoriteit Consument & Markt oder die griechische Hellenic Competition Commission bereits Ansätze eruiert und weisen z.T. einschlägige Entscheidungspraxis auf. Besondere Schwierigkeiten bereiten dabei die effektive Verortung ökologischer Vorteile in kartellrechtlichen Prüfungen, ihre Erfassung als Effizienzvorteil im kartellrechtlichen Sinne, die Beteiligung von Verbraucher*innen an diesen Effizienzvorteilen sowie die Quantifizierung ökologischer Vorteile. Die bestehende kartellrechtliche Regulatorik muss der Berücksichtigung von Aspekten der Nachhaltigkeit nicht zwingend im Wege stehen - vielmehr bietet der bestehende kartellrechtliche Rahmen durchaus die Möglichkeit, Aspekte von Nachhaltigkeit zu integrieren. Neue Impulse weisen eine Tendenz dahingehend auf, Aspekten von Nachhaltigkeit im Rahmen der Rechtfertigung eine wichtigere Stellung einzuräumen, sodass unternehmerische Kooperationen teilweise erleichtert werden können.
Die große Herausforderung der Industrietransformation ist von besonderer Bedeutung für Nordrhein-Westfalen als eine der wichtigsten Industrieregionen Deutschlands und Europas, in der etwa die Hälfte der Anlagen der energieintensiven Grundstoffindustrie Deutschlands verortet sind und in der die industrielle Produktion wirtschaftlich eine besonders große Rolle spielt. Gleichzeitig kann eine gelingende Transformation der Industrie in NRW als Blaupause für andere Regionen dienen. Der vorliegende Bericht stellt die Ergebnisse des Forschungsprojekts SCI4climate.NRW 2018-2022 dar, welches die Industrietransformation in NRW wissenschaftlich begleitet und untersucht hat.
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.
Das Bundesministerium für Wissenschaft und Klimaschutz (BMWK) möchte innovationsfreundliche Rahmenbedingungen für Reallabore schaffen. Im Sommer 2023 hat es dazu ein Grünbuch Reallabore veröffentlicht und einen Konsultationsprozess für ein Reallabore-Gesetz eingeleitet. Das Netzwerk Reallabore der Nachhaltigkeit begrüßt die Initiative, sieht aber zugleich erheblichen Gestaltungsbedarf. Die NaWis-Mitglieder unterstützen die hier vorgestellte Position des Netzwerks.