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Das Zusammenspiel von aufstrebenden Technologiefeldern eröffnet neue Potenziale für die Nachhaltigkeitstransformation. Gleichzeitig erzeugt es komplexe Umweltbelastungen, die bisher kaum sichtbar und noch weniger gestaltbar sind. Für eine nachhaltige Digitalisierung brauchen wir jetzt ein Verständnis für die ökologischen Wechselwirkungen des zukünftigen Digitalsystems. Am Beispiel der Machine Economy und der ihr zugrunde liegenden Technologien Internet of Things, Künstliche Intelligenz und Distributed Ledger Technologie bzw. Blockchain machen wir in diesem Forschungsbericht Umweltwirkungen transparent und Ansatzpunkte greifbar - damit Digitalisierung ganzheitlich ökologisch gestaltbar wird.
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.
In den letzten Jahren wurden zahlreiche Optimierungsmodelle entwickelt, um die Bewertung von Strategien für die zukünftige Entwicklung von Energieversorgungssystemen wissenschaftlich zu unterstützen. Analysen zur zukünftigen Ausgestaltung des Energiesystems und seines Betriebs, die auf der Anwendung dieser Modelle basieren, kommen jedoch meist zu unterschiedlichen Ergebnissen. Dies liegt zum einen an unterschiedlichen Annahmen in den Modelleingangsdaten, zum anderen an Unterschieden in den Modellformulierungen. Modelle zur Analyse nationaler Energiewendeszenarien unterscheiden sich in der Regel in ihrer räumlichen und zeitlichen Granularität sowie in ihrem technologischen Umfang und Detailgrad. Begrenzte Rechenkapazitäten machen einen Kompromiss zwischen diesen Dimensionen erforderlich. Eine hohe räumliche und/oder zeitliche Granularität geht somit mit einer starken Vereinfachung der Darstellung von Technologieeigenschaften einher. Diese Vereinfachungen können von Modell zu Modell unterschiedlich sein.
Vor dem Hintergrund dieser Problemstellung lag der Fokus des Projekts FlexMex auf der Bewertung des Einflusses der Modelleigenschaften auf die berechneten Ergebnisse. Um datenbedingte von modellbedingten Unterschieden zu trennen wurde somit ein einheitlicher Satz an Eingangsparametern entwickelt und in allen Modellen verwendet. Die Szenariovorgaben schließen dabei die techno- ökonomischen Technologieparameter, Brennstoff- und CO2-Zertifikatspreise, Annahmen zur Strom-, Wärme- und Wasserstoffnachfrage, das Dargebot der Stromerzeugung aus erneuerbarer Energie (EE) sowie die Potenziale von Lastmanagement und weiteren Flexibilitätsoptionen ein. Zudem wurden in den Szenarien ohne modellendogene Ausbauoptimierung auch die installierten Kapazitäten der betrachteten Energiewandler, -speicher und -netze harmonisiert. Die Ausnahme bildeten hier Untersuchungen mit Betrachtung einer modellendogenen Optimierung der Anlagenkapazitäten. Gemäß dem Fokus auf dem stündlichen Einsatz von Flexibilitätsoptionen wurden im Modellvergleich überwiegend Versorgungssysteme mit hohen Erzeugungsanteilen fluktuierender erneuerbarer Stromerzeugung aus Wind und Photovoltaik betrachtet.
Der Modellvergleich setzte sich aus zwei, aufeinander aufbauenden Teilen zusammen. Im ersten Teil des Vergleichs stand die detaillierte Analyse der Auswirkung von Unterschieden in den Modellierungsansätzen und der Abbildung einzelner Technologien im Vordergrund. Dafür wurden die betrachteten Flexibilitätsoptionen jeweils einzeln in einem stark vereinfachten System betrachtet. Dieses setzt sich zusammen aus fluktuierender Erzeugung aus Windenergie und Photovoltaik, jeweils mit der Option der Abregelung und der zu analysierenden alternativen Flexibilitätsoptionen. Aufgrund der Vielfalt der betrachteten Optionen - Stromspeicher, Stromübertragungsnetze, Lastmanagement und verschiedene Technologien der flexiblen Sektorenkopplung - ergeben sich daraus insgesamt 22 Modellläufen. Da sich die Unterschiede in der Technologieabbildung auf jeweils eine Technologie beschränken, können Abweichungen in den Ergebnissen diesen direkt zugeordnet werden.
Im zweiten Teil des Modellvergleichs wurden alle Flexibilitätsoptionen gemeinsam und folglich auch deren vielfältige Wechselwirkungen betrachtet. Im Rahmen der Betrachtung von 16 Testfällen wurde die sich aus der Modellwahl ergebende Unsicherheit in den Ergebnissen quantifiziert. Diese Testfälle unterscheiden sich im Ausbau von Windkraft- und Photovoltaikanlagen, in der Verfügbarkeit verschiedener Flexibilitätsoptionen, sowie in der Berücksichtigung eines endogenen Zubaus dieser Flexibilitätsoptionen.
Ziel des Projektes war es, eine ressourceneffiziente Kreislauschließung in der Kunststoffwirtschaft durch verschiedene digitale Software und Sensorlösungen zu ermöglichen. Das Projekt war in folgende Arbeitspakete gegliedert:
Arbeitspaket 1: Bestimmung der Ist-Situation. Arbeitspaket 2.1: Entwicklung innovativer Prozessmesstechnik. Arbeitspaket 2.2: F&E zu einer digitalen Applikation. Arbeitspaket 2.3: Konzeption eines Wertschöpfungsnetzwerkes. Arbeitspaket 3.1: Erprobung und Optimierung. Arbeitspaket 3.1: Nachhaltigkeitsbewertung. Arbeitspaket 4: Aktivierung und Dissemination der Ergebnisse. Arbeitspaket 5: Kommunikation. Arbeitspaket 6: Projektmanagement.
Die Projekt-Ergebnisse werden im vorliegenden Abschlussbericht, gegliedert in diese Arbeitspakete, vorgestellt.
Der Autoverkehr verursacht mit fast zwei Dritteln den Großteil der Verkehrsemissionen. Um das im Klimaschutzgesetz für den Verkehrsbereich festgelegte Sektorziel zu erreichen, müssten die Emissionen bis zum Jahr 2030 annähernd halbiert werden. Die Regierungsparteien haben sich im Koalitionsvertrag das Ziel gesetzt, die Zahl der in Deutschland zugelassenen vollelektrischen Pkw bis 2030 auf 15 Millionen zu erhöhen. Doch reichen 15 Millionen Elektroautos aus, um das CO2-Ziel dieses Sektors einzuhalten?
Das haben Wissenschaftler des Wuppertal Instituts in einer Studie im Auftrag von Greenpeace untersucht. Ihr Ergebnis: Mit dem im Koalitionsvertrag genannten Ziel von 15 Millionen E-Autos bis 2030 wird das Klimaziel im Verkehr verfehlt, sofern in anderen Bereichen keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen werden - beispielsweise den Verkehr in den ÖPNV zu verlagern.
Berlin will bis 2045 klimaneutral werden und bis 2030 70 Prozent seiner CO2-Emissionen gegenüber 1990 reduzieren. Das größte Potenzial zur CO2-Vermeidung liegt im Gebäudesektor, in dem durch moderne Technologien der Einsatz fossiler Energien zu verringern ist. Im Verkehrssektor sind die CO2-Emissionen in den vergangenen Jahren sogar gestiegen: Rund 30 Prozent - das sind 5,6 Millionen Tonnen – der CO2-Emissionen in Berlin werden durch den Verkehr verursacht.
Das Berliner Energie- und Klimaschutzprogramm (BEK 2030) ist das zentrale Instrument auf dem Weg zu einer klimaneutralen Hauptstadt. Das Wuppertal Institut hat gemeinsam mit der Berliner Energieagentur GmbH und DIW Econ Empfehlungen für die Weiterentwicklung des Programms für den Umsetzungszeitraum 2022 bis 2026 entwickelt. Der Bericht basiert auf neun Monaten intensiven Beratungsgesprächen, an denen Bürger*innen sowie mehr als 500 Vertreter*innen aus Verwaltungen, dem Handwerk, der Ver- und Entsorgungsbranche, von Wohnungsunternehmen sowie von weiteren interessierten Institutionen teilgenommen haben. Es umfasst mehr als 70 Maßnahmenvorschläge in den Handlungsfeldern Energie, Gebäude, Verkehr, Wirtschaft sowie Privater Konsum und Haushalte, die mit den globalen Zielen des Berliner Klimaschutz- und Energiewendegesetzes konsistent sind. Die Senatsverwaltung für Umwelt, Mobilität, Verbraucher- und Klimaschutz wird nun aufbauend auf den wissenschaftlichen Empfehlungen eine Beschlussvorlage für den Senat erarbeiten.
Das Wuppertal Institut war federführend für die Bestimmung von sektoralen Zielpfaden sowie für die Maßnahmenentwicklung und -bewertung im Verkehrssektor verantwortlich. Zu den dort vorgeschlagenen Maßnahmen zählen unter anderem der Ausbau der Rad- und Fußverkehrsinfrastruktur sowie des ÖPNV, die Unterstützung der Antriebswende bei privaten und öffentlichen Fahrzeugflotten, die Ausweitung der Parkraumbewirtschaftung, aber auch die Neuaufteilung des knappen öffentlichen Raums zugunsten des Umweltverbunds und anderer Nutzungsformen.
Das Ernährungssystem steht vor einer Vielzahl von Herausforderungen, wie unter anderem: hoher Treibhausgas-Emissionen, der Gefährdung der Biodiversität, der vermehrten ernährungsbedingten Krankheiten durch unausgewogener Ernährung sowie sozial-problematischen komplexen Lieferketten. Das erfordert nicht nur eine Transformation der Agrarwirtschaft sondern auch einen Wandel in den Ernährungs- und Lebensstilen aller Konsumierenden. Digitale und technologische Innovationen zu nutzen und weiterzuentwickeln kann helfen, diese Herausforderungen zu lösen. Vor diesem Hintergrund liefert die vorliegende Studie des Wuppertal Instituts Impulse, wie die Digitalisierung dazu beitragen kann Produktion und Konsum umzugestalten und welche Voraussetzungen dafür gegeben sein müssen.
Die Studie beschreibt die Ansatzpunkte für die Digitalisierung entlang der Wertschöpfungskette. Dazu zählen die Optimierung des Ressourceneinsatzes in der Landwirtschaft, etwa mithilfe von Smart Farming, die Unterstützung von Verbraucher*innen durch digitale Tools und Assistenzsysteme - beispielsweise mit Apps als Einkaufshilfe. Daneben erlauben auch neue Geschäftsmodelle und Rahmenbedingungen eine bessere Vernetzung von Produktions- und Konsumprozessen. Dazu gehören zum Beispiel neue digitale Absatzkanäle oder Prozessstufen-übergreifend Nachhaltigkeitskennzahlen wie beispielsweise CO2-Emissionen mitzuführen und zu kommunizieren, um allen Akteur*innen richtungssicheres Handeln zu ermöglichen.
Ziel des Projektes ist es neuartige Wärme- und Kälteerzeugungstechnologien sowie neue Lösungen zur Steigerung und Qualitätssicherung der Energieeffizienz und zur Integration erneuerbarer Energien in drei Case Studies - in GHD und Industrie - zu demonstrieren. Es soll gezeigt werden, wie die einzelnen Sektoren Strom, Wärme und Kälte effizient gestaltet werden können und durch eine Verknüpfung das Potenzial zur Flexibilisierung in der Industrie und im GHD-Sektor gehoben werden kann. Hierfür werden Markt- und Betreibermodelle entwickelt, die die Schnittstellen der Sektoren adressieren und die Einbindung der GHD- und Industriebetriebe in die Energiewirtschaft schaffen. Es werden zudem die identifizierten Flexibilitätsoptionen im Gebäudesektor in ein regionales und deutschlandweites Energiesystem- und Energiemarktmodell eingebunden, um deren Interaktion mit dem Energiesystem und die damit verbundenen Auswirkungen zu bewerten.
Das Projekt hat nicht nur das Ziel, mit einem breiten Blick den Nutzen einer Flexibilitätserhöhung in verschiedenen Gebäudetypen zu analysieren, sondern wird im Rahmen der Case Studies in konkreten Anwendungsfällen das Flexibilitätspotenzial heben und dadurch eine direkte Auswirkung auf die Erhöhung der Flexibilität im deutschen Energiesystem erreichen und die Energiewende vorantreiben. In den Case Studies wird u.a. auch detailliert untersucht, welche Investitionen in Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR-Technik), flexible Energiewandler und -Speicher nötig sind, um die Flexibilität in den Gebäuden signifikant zu erhöhen und damit einen positiven Beitrag zur Energiewende zu leisten. Die identifizierten Maßnahmen werden im Rahmen des Projekts in den Case Studies implementiert und technisch-wirtschaftlich analysiert.
Die global gesehen größte Gesundheitsbedrohung des 21. Jahrhunderts ist der Klimawandel. Krankenhäuser müssen sich zwangsläufig vermehrt mit den Folgen des Klimawandels auseinandersetzen, wenn neue Krankheitserreger aus fernen Ländern auftreten oder wenn ältere Menschen, chronisch Kranke, Kinder oder anderweitig besonders betroffene Menschen an heißen Tagen mit bislang unerreichten Hitzerekorden dehydrieren mit der Folge von Herzkreislaufproblemen. Eine Untersuchung des Robert Koch-Instituts kommt zu dem Ergebnis, dass allein in den drei Sommern zwischen 2018 und 2020 in Deutschland über 19.000 Menschen aufgrund der Hitze gestorben sind.
Der Gesundheitssektor trägt aber auch wesentlich zur Klimakrise bei, indem er selbst für einen erheblichen Teil der klimaschädlichen Emissionen verantwortlich ist. Dieser Wuppertal Report zeigt einen Weg, wie Krankenhäuser perspektivisch Teil der Lösung der derzeit größten Transformationsherausforderung werden können. Dabei sind Krankenhäuser ein Mikrokosmos der Gesellschaft. In ihnen spiegelt sich förmlich alles, was das Leben einer Gesellschaft hinsichtlich der Herausforderung des Klimaschutzes ausmacht: Strom- und Wärmeversorgung, Mobilität, Ernährung, Ressourcenverbrauch und Abfall. Der vorliegende Wuppertal Report macht deutlich, dass Krankenhäuser als Reallabore des bevorstehenden Transformationsprozesses, hin zu einer klimagerechten und ressourcenleichten Gesellschaft verstanden werden können.
Das für die Krankenhausgesellschaft Nordrhein-Westfalen e. V. (KGNW) entwickelte Zielbild Klimaneutrales Krankenhaus gibt Krankenhäusern umsetzungsorientierte Hinweise darauf, wie sie sich auf den Weg zur Klimaneutralität begeben können:
Es identifiziert klimaschutzrelevante Handlungsfelder im Betrieb.
Es verdeutlicht, wie die KGNW die Krankenhäuser in NRW auf ihrem Weg in Richtung Klimaneutralität unterstützen kann.
Es motiviert, Klimaschutz als wichtiges Unternehmensziel aktiv anzugehen.
Das Wirtschafts- und Strukturprogramm für das Rheinische Zukunftsrevier enthält eine Reihe von Zielen, die demonstrieren sollen, wie der European Green Deal modellhaft im Rheinischen Revier bis 2038 umgesetzt werden kann. Das Konzept der "Ressourcenwende" stellt dabei einen Lösungsweg für die erfolgreiche Umsetzung dieser Transformation dar. Das Wuppertal Institut hat vor diesem Hintergrund gemeinsam mit der Prognos AG die vorliegende Studie zu einer regionalen Ressourcenwende im Rheinischen Revier erarbeitet.
Das Rheinische Revier ist geprägt durch die Gewinnung, Verstromung und Veredelung von Braunkohle. Darüber hinaus haben sich hier - aufgrund der Nähe zu bedeutenden europäischen Transportwegen und einer zentralen Lage zu wichtigen Märkten in Europa - viele weitere Branchen angesiedelt, wie etwa die Metall-, Chemie- und Aluminiumbranche. Im Hinblick auf den von der Bundesregierung und Nordrhein-Westfalen (NRW) beschlossenen Braunkohleausstieg 2030 und den European Green Deal wird die Notwendigkeit eines Wandels der energie- und ressourcenintensiven Industrien hin zu einer treibhausgasneutralen und ressourcenleichten Wirtschaft im Rheinischen Revier mehr als deutlich.
Welchen Fußabdruck hinterlässt das Rheinische Revier, welche innovativen Ressourcenstrategien sollte die Region verfolgen und wie kann dies gemessen werden?
Zu dieser Fragestellung haben die Forschenden ein methodisches Konzept einer regionalen Ressourcenwende für das Rheinischen Revier erarbeitet. Die Ressourcenwende selbst begrenzt sich dabei nicht nur auf Primärrohstoffe, sondern nimmt auch die Aspekte wie Bodennutzung bzw. Flächenverbrauch und Biodiversität bzw. Ökosystemleistungen in den Blick und setzt diese in den Kontext eines regionalen Kreislaufwirtschaftssystems.
Regionale Produkte sind im Trend. Kreative Manufakturen, offene Werkstätten und moderne Fertigungsmethoden verhelfen dem Handwerk in der Stadt zu einer Renaissance. Was ist daran eigentlich das Neue? Und warum schlummert darin so ein großes Potenzial für einen nachhaltigen Wohlstand und für lebenswerte Quartiere?
Knapp drei Jahre beforschte, förderte und vernetzte ein Projektteam aus Utopiastadt, dem Wuppertal Institut und dem transzent die Pioniere einer neuen Produktivität in der Region. Nun ist es an der Zeit, Bilanz zu ziehen - und nach vorne zu schauen, wo am Horizont die Visionen einer lebenswerten und produktiven Stadt von Morgen greifbar werden.
Der vorliegende Wegweiser ist die Essenz aus drei Jahren Forschung, Praxis und Dialog. Er weist eine neue Richtung für die Region und ihre gestaltenden Akteure. Ob Wirtschaftsförderung, Stadtverwaltung, Zivilgesellschaft, Gründerszene, Unternehmen oder Wissenschaft: Wir laden dazu ein, den Weg gemeinsam zu beschreiten!
Welche Auswirkungen hat der Ukrainekrieg auf die Energiepreise und Versorgungssicherheit in Europa?
(2022)
In den nächsten Jahren müssen die Weichen für Klimaschutz, zur Reduktion des Ressourcenverbrauchs sowie der Erhaltung der Artenvielfalt gestellt werden. In allen zentralen Handlungsbereichen von Wirtschaft und Gesellschaft - den sogenannten Transformationsarenen - steht ein tiefgreifender ökologischer Systemwandel an.
Digitalisierung ist eine Erfolgsvoraussetzung für diesen Wandel und wirkt auf verschiedenen Ebenen: digitale Technologien und Anwendungen ermöglichen, gegenwärtige Verfahren, Prozesse und Strukturen zu verbessern (Improve) oder erste Schritte in eine neue Ausrichtung von Geschäftsmodellen oder Rahmenbedingungen zu gehen (Convert). Gleichzeitig muss die Digitalisierung aber auch für einen weitergehenden Umbau von Wirtschaft und Wertschöpfung sowie für die ökologische Neuorientierung von Gesellschaft und Lebensstilen wirksam werden (Transform).
Die Fähigkeit zur Gewinnung, Verknüpfung und Nutzung von Daten ist eine Grundvoraussetzung, um die Potenziale der Digitalisierung für die Nachhaltigkeitstransformation zu erschließen. Daten sind dabei jedoch kein homogener Rohstoff - Daten erlangen erst einen Wert, wenn der Kontext, in welchem sie erhoben wurden, bekannt ist und sie für den angestrebten Zweck nutzbar gemacht werden können.
Die Diskussion darüber, welche Strukturen und Voraussetzungen für die systemverändernde Nutzung von Daten erforderlich sind, hat erst begonnen. Die vorliegende Studie leistet hierzu einen ersten Beitrag und beschreibt die Möglichkeiten und Voraussetzungen für eine datenbasierte Nachhaltigkeitstransformation. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Umweltdaten, Daten von Anlagen, Maschinen, Infrastrukturen oder von Produkten im Internet der Dinge (Internet of Things). Die Aufgabe ist, diese Daten stärker als bisher für systemische Lösungsansätze (Systeminnovationen) in den jeweiligen Transformationsarenen einzusetzen, bei denen unterschiedliche Stakeholder zusammenarbeiten und gemeinsam den Umbau von Infrastrukturen, Wertschöpfungsketten und Geschäftsmodellen einleiten.