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Die Herstellung petrochemischer Grundstoffe ist sowohl energetisch als auch stofflich in Deutschland für rund 20 % der Nachfrage nach Mineralölprodukten verantwortlich. Das Gros fließt in die Produktion von Olefinen und Aromaten, welche als sogenannte Plattformchemikalien wiederum die Ausgangsbasis für die Herstellung von Polymeren und Kunststoffen darstellen. Letztgenannte sind von größter Relevanz für die Branche: Von den knapp 60 Milliarden Euro Umsatz, welche die deutsche petrochemische Industrie im Jahr 2021 generierte, entfiel gut die Hälfte auf das Marktsegment der Polymere. Daraus resultieren jedoch über die gesamte Wertschöpfungskette CO2-Emissionen von rund 50 Millionen Tonnen jährlich.
Eine Transformation der heutigen auf fossilen Rohstoffen basierenden petrochemischen Industrie hin zu einem auf erneuerbaren Rohstoffen basierenden zirkulären System kann somit einen bedeutenden Beitrag zu einer primärenergetisch effizienten und klimaneutralen Wirtschaftsweise leisten. Das vom Wuppertal Institut geleitete Forschungsprojekt GreenFeed exploriert gemeinsam mit den Verbundpartnern Karlsruher Institut für Technologie und Deutsches Biomasseforschungszentrum mögliche Pfade hin zu einem solchen System.
Vor diesem Hintergrund wird im vorliegenden Papier zunächst das heutige System der ökonomischen und stofflichen Synergiebeziehungen zwischen den Raffinerien und der chemischen Industrie analysiert. Im geografischen Fokus stehen dabei Deutschland und der ARRRA-Raum als bedeutendste Chemie-Region innerhalb Europas sowie inhaltlich der sehr relevante Teilbereich der Polymer-Produktion. Die Kerninhalte des Papiers sind:
1) Charakterisierung des petrochemischen Metabolismus in Deutschland, einschließlich Produktions-, Energie-, Feedstock- und Kohlenstoffbilanz sowie Infrastruktur- und Transport-Verflechtungen innerhalb dieses Systems und
2) regionale Vertiefungen in Form von insgesamt acht Steckbriefen über alle petrochemischen Kunststoff-Regionen in Deutschland sowie des Antwerpener und Rotterdamer Clusters.
In the energy sector, few topics, if any, are more hyped than hydrogen. Countries develop hydrogen strategies to provide a perspective for hydrogen production and use in order to meet climate-neutrality goals. However, in this topical field the role of water is less accentuated. Hence, in this study, we seek to map the interrelations between the water and wastewater sector on the one hand and the hydrogen sector on the other hand, before reflecting upon our findings in a country case study. We chose the Hashemite Kingdom of Jordan because (i) hydrogen is politically discussed not least due to its high potentials for solar PV, and (ii) Jordan is water stressed - definitely a bad precondition for water-splitting electrolyzers. This research is based on a project called the German-Jordanian Water-Hydrogen-Dialogue (GJWHD), which started with comprehensive desk research mostly to map the intersectoral relations and to scope the situation in Jordan. Then, we carried out two expert workshops in Wuppertal, Germany, and Amman, Jordan, in order to further discuss the nexus by inviting a diverse set of stakeholders. The mapping exercise shows various options for hydrogen production and opportunities for planning hydrogen projects in water-scarce contexts such as Jordan.
Agriculture is a major sector responsible for greenhouse gas emissions. Local food production can contribute to reducing transport-related emissions. Since most of the worldwide population lives in cities, locally producing food implies practicing agriculture in urban and peri-urban areas. Exemplary, we analyze the potential to produce fresh vegetables within Berlin, Germany. We investigate the spatial extent of five different urban spaces for soil-based agriculture or gardening, i.e., non-built residential areas, allotment gardens, rooftops, supermarket parking lots, and cemeteries. We also quantify inputs required for such food production in terms of water, human resources, and investment. Our findings highlight that up to 82% of Berlin’s vegetable demand could be produced within the city, based on a reasonable validation of existing areas. Meeting this potential requires 42 km2 of urban spaces for cultivation, a considerable amount of irrigation water, around 17 thousand gardeners, and over 750 million EUR of initial investments. The final vegetable cost would be around 2 EUR to 10 EUR per kg without any profit margin. We conclude that it is realistic to produce a significant amount of Berlin's vegetable demand within the city, even if it comes with great challenges.
Sustainable urban mobility : interventions, key measures and solutions, actors, and opportunities
(2023)
Do ngân sách các-bon còn lại trên toàn thế giới đang giảm nhanh chóng, các quốc gia trên toàn cầu đang tìm kiếm các giải pháp để hạn chế phát thải khí nhà kính. Ngành công nghiệp sản xuất và sử dụng than là một trong những ngành phát thải nhiều các-bon nhất, do vậy, các khu vực khai thác than sẽ bị ảnh hưởng đặc biệt bởi quá trình chuyển đổi sang hệ thống năng lượng và kinh tế trung hòa với khí hậu. Tại các khu vực thực hiện chuyển đổi, những thách thức không chỉ tồn tại trong lĩnh vực sản xuất năng lượng, bảo vệ môi trường, mà còn ở các lĩnh vực kinh tế và xã hội - thường được biết đến với khái niệm "Chuyển đổi Công bằng". Các cấp ra quyết định ở các khu vực khai thác than rất cần có các công cụ hỗ trợ giúp họ xác định các giải pháp chuyển đổi, vừa giúp đa dạng hóa nền kinh tế, vừa hỗ trợ người lao động và cộng đồng địa phương. Viện Wuppertal mong muốn hỗ trợ nâng cao năng lực cho các khu vực khai thác than trên toàn thế giới thông qua Bộ công cụ Chuyển dịch Công bằng – một tài liệu tổng quát, minh họa những thách thức và cơ hội của quá trình chuyển đổi bền vững. Bộ Công cụ này bao gồm kiến thức về xây dựng chiến lược, đưa ra các khuyến nghị về quản trị quá trình chuyển đổi, thúc đẩy việc làm bền vững, nêu bật các lựa chọn công nghệ và đề cập tới vấn đề phục hồi môi trường, tái sử dụng các cơ sở hạ tầng sản xuất than. Bộ Công cụ này được xây dựng dựa trên các nghiên cứu của Viện Wuppertal trong khuôn khổ “Sáng kiến của Liên Minh Châu Âu về chuyển dịch tại các khu vực khai thác than” và các kinh nghiệm thực tế của một số khu vực khai thác than trên toàn thế giới.
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.
Der Gebäudebereich steht nicht nur aufgrund seiner Umweltwirkungen vor großen Herausforderungen. Bei der Einhaltung der Klima- und Nachhaltigkeitsziele spielen auch die mit langen Lebens- und Nutzungsdauern von Gebäuden einhergehenden Investitionszyklen eine entscheidende Rolle. Politische und planerische Maßnahmen werden bislang hauptsächlich im Rahmen von Effizienz- und Konsistenzstrategien entwickelt und umgesetzt, um Umweltwirkungen zu minimieren. Die Suffizienzstrategie erfährt im Vergleich dazu eine deutlich geringere Aufmerksamkeit. Ziel dieses Vorhabens ist es deshalb, Suffizienz für den Gebäudebereich zu definieren, geeignete technische und organisatorische Ansätze zu ihrer Unterstützung zu identifizieren sowie Vorschläge zu ihrer Verankerung in politischen und rechtlichen Rahmenbedingungen und Instrumenten zu erarbeiten und exemplarisch darzustellen.
Exnovation und Verkehrswende : vom Automobilitätsregime zu einer nachhaltigen urbanen Mobilität
(2023)
Der Verkehrssektor ist das Sorgenkind beim Klimaschutz. Um die Klimaschutzziele zu erreichen, sind ein rascher und tiefgreifender Wandel beim Verkehr und insgesamt weniger Autoverkehr nötig. In der Verkehrspolitik werden dazu meist innovationsorientierte Strategien verfolgt. Solange das Auto aber seinen privilegierten Status als bevorzugtes Verkehrsmittel behält, wird eine Verlagerung auf innovative und nachhaltige Alternativen verhindert.
Alina Wetzchewald untersucht hier, ob und wie "Exnovation" - also die Beendigung nichtnachhaltiger Praktiken - eine urbane Verkehrswende befördern kann, sodass sich nachhaltige Innovationen und Alternativen in der Folge besser etablieren können. Die Autorin begründet die Notwendigkeit von Exnovation, erarbeitet theoriebasiert Erklärungsansätze und untersucht Exnovation am Fall der Stadt Oslo. Im Ergebnis kann sie konkrete Empfehlungen zur aktiven Gestaltung der urbanen Verkehrswende durch Exnovation ableiten.
Ob die Rückführung von industriellen und gewerblichen Sekundärkunststoffen, das heißt von Abfällen bzw. von bereits wiederaufbereiteten Kunststoffrezyklaten, gelingen kann, ist von mehreren Faktoren wie insbesondere den spezifischen Materialeigenschaften, den Mengen, in denen sie anfallen, den aktuellen Marktpreisen (auch gegenüber Neuware) und auch der räumlichen Nähe von Sortier- bzw. Wiederaufbereitungsinfrastruktur abhängig. Trotz eigentlich guter Voraussetzungen für ein werkstoffliches Recycling, gelangen einzelne in Unternehmen anfallende Abfallchargen häufig in eine thermische Verwertung, weil sich ein Recycling wirtschaftlich nicht lohnt. Grund hierfür ist unter anderem, dass der Informationsaustausch zu den oben genannten Faktoren für Unternehmen häufig noch sehr mangelhaft ist.
Aktuell in Entwicklung befindliche digitale Plattformen und Applikationen sowie zugehörige Geschäfts- und Betreibermodelle, welche Kunststoffverarbeiter untereinander sowie Wertstofferzeuger und -verwerter vernetzen sollen, können künftig höhere Recyclingquoten ermöglichen und ökologische Einsparpotenziale heben.
Der Artikel führt Entwicklungen und Ergebnisse aktueller Forschungsprojekte zu solchen Vernetzungen zusammen, zeigt die aktuelle Situation des werkstofflichen Recyclings von industriellen und gewerblichen Kunststoffabfällen auf und beleuchtet welche Voraussetzungen für eine erfolgreiche Kreislaufführung von industriellen Kunststoffen gegeben sein müssen. Es wird insbesondere analysiert, in welcher Weise digitale Technologien und die durch sie erzielbare Informationstransparenz eine verbesserte Kreislaufwirtschaft bewirken können und in welcher Weise dies Wertschöpfungsnetzwerke räumlich beeinflussen kann.
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.
Auch in der Zukunft wird Getreide ein wichtiges Grundnahrungsmittel sein. Umso wichtiger ist nachhaltiges Handeln im Alltag der Berufe rund um das Korn. Der Modellversuch Korn-Scout leistet einen Beitrag dazu, Nachhaltigkeit in die Ausbildungen von Bäckerinnen und Bäckern, Brauerinnen und Brauern, Mälzerinnen und Mälzern, Konditorinnen und Konditoren, Fachkräften für Lebensmitteltechnik sowie Verfahrenstechnologinnen und Verfahrenstechnologen Mühlen- und Getreidewirtschaft zu integrieren. Gemeinsam mit Praxispartnerinnen und -partnern wurden im Modellversuch Lehr-/Lernmaterialien entwickelt und erprobt sowie Kompetenzen identifiziert, die die Nachhaltigkeit der Korn-Berufe stärken. Dabei zeigt sich: Kommunikation entlang der Wertschöpfungskette ist ein zentraler Gelingensfaktor für nachhaltiges Handeln und eine nachhaltige Entscheidungsfindung.
22 years are left until the German target for climate neutrality should be reached. For the industrial sector, this implies a fundamental change and an acceleration of emission reduction, as from 2000 to 2021 the sector has reduced its greenhouse gas (GHG) emissions by only 13% (ERK, 2022). For the large structures, plants and assets that are characteristic for the energy intensive industrial sectors, the timespan implies no room for delay. One sector facing particular challenges is the chemical industry. Here, fossil resources are used not only for energetic purposes but for feedstock as well, in the petrochemical industry in particular. The efforts made in the petrochemical sector thereby not only affects the sectors own emissions, but the chemicals value chain at large, including the management of end-of-life products. The dependency on energetic resources for material use also means that there is a particular connection from the chemical industry to the energy system at large, which also entails special consideration.
The chemical industry also has a particular relevance to the Antwerp-Rotterdam-Rhine-Ruhr-Area (ARRRA) which hosts several large petrochemical clusters in Germany as well as the Netherlands and Belgium, with complexly interlinked production chains. In reaching the climate targets, these regions especially face significant changes and may have the opportunity to position themselves as frontrunners for industrial transformation. That is, if a successful strategy can be found.
In the recent years, numerous scenario analyses and roadmaps have been released drawing out pathways for chemical industries to develop in line with national and international climate targets. This can entail mapping of technological options, important prerequisites, particular challenges as well as important opportunities and timeframes. This meta-analysis summarizes and compares the findings of some of the most recent previous works at the national, European and global level. As the goal is to investigate the various strategic options and development paths for Germany and the ARRRA, it has a particular focus on roadmaps for Germany, the Netherlands and Belgium. It takes a quantitative as well as qualitative approach, looking both at resource and production volumes, different emission reduction strategies relative importance, as well as policy recommendations and other important framework conditions. A particular focus is put on the use of non-fossil feedstocks to reduce emissions.
Die chemische Industrie ist auch für die Antwerpen-Rotterdam-Rhein-Ruhr-Region (engl. Antwerp-Rotterdam-Rhine-Ruhr-Area, kurz ARRRA) von besonderer Bedeutung, die mehrere große petrochemische Cluster in Deutschland, den Niederlanden und Belgien mit komplex vernetzten Produktionsketten beherbergt. Bei der Umsetzung der Klimaziele stehen diese Regionen vor bedeutenden Veränderungen und haben zugleich die Chance, sich als Vorreiter der Industrietransformation zu positionieren. Dafür müssen erfolgreiche Strategien für den Wandel identifiziert und angewendet werden.
In den letzten Jahren wurden zahlreiche Szenarioanalysen und Roadmaps veröffentlicht, in denen Entwicklungspfade für die chemische Industrie im Einklang mit nationalen und internationalen Klimazielen aufgezeigt werden. Diese können eine Darstellung von technologischen Optionen, wichtigen Voraussetzungen, besonderen Herausforderungen sowie bedeutsamen Chancen und zeitlichen Entwicklungen beinhalten. Die vorliegende Metaanalyse fasst die Ergebnisse einige der aktuellsten Arbeiten auf nationaler, europäischer und globaler Ebene zusammen und vergleicht diese kritisch miteinander. Da das Kernziel der vorliegenden Analyse darin besteht, die verschiedenen strategischen Optionen und Entwicklungspfade für Deutschland und die ARRRA zu untersuchen, liegt der Schwerpunkt der Arbeit auf Publikationen mit Fokus Deutschland, den Niederlanden und Belgien. Dabei wird sowohl ein quantitativer als auch ein qualitativer Ansatz verfolgt, der die Ressourcen- und Produktionsmengen, die relative Bedeutung verschiedener Emissionsminderungsstrategien sowie auch politische Empfehlungen und andere wichtige Rahmenbedingungen berücksichtigt. Der Fokus liegt dabei auf Strategien für den Einsatz alternativer nicht-fossiler Feedstocks und die Minderung damit verbundener Emissionen.
Transformative Forschung hat einen klaren normativen Transformationsanspruch, jedoch ist dieser oftmals weder einfach umzusetzen noch zu evaluieren. Denn auch in der Forschung muss die Komplexität der Transformation berücksichtigt werden. In der Nachwuchsgruppe UrbanUp wurden im Reallabor Wuppertal gemeinsam mit der Praxis Interventionen durchgeführt, die hier exemplarisch beschrieben werden und in denen Wissen über die Verstetigung von Nachhaltigkeitsnischen generiert werden sollte. Dabei wurden verschiedene Frei- und Lernräume geschaffen, die den Transformationsanspruch der Nachwuchsgruppe bilden.