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Schon seit dem 19. Jahrhundert gilt Wasserstoff als Basis einer nachhaltigen Energiezukunft. Auch wenn sich noch keine kommerzielle Nutzung etabliert hat, sind Wasserstofftechnologien in den vergangenen Jahren deutlich weiterentwickelt worden. In Zusammenarbeit mit dem Wuppertal Institut hat Shell untersucht, welchen Beitrag Wasserstoff zu einer nachhaltigen Energieversorgung - vor allem im Verkehr - künftig leisten kann.
Energy of the future? : Sustainable mobility through fuel cells and H2 ; Shell hydrogen study
(2017)
Over the years Shell has produced a number of scenario studies on key energy issues. These have included studies on important energy consumption sectors such as passenger cars and commercial vehicles (lorries and buses) and the supply of energy and heat to private households, as well as studies on the state of and prospects for individual energy sources and fuels, including biofuels, natural gas and liquefied petroleum gas.
Shell has been involved in hydrogen production as well as in research, development and application for decades, with a dedicated business unit, Shell Hydrogen. Now, in cooperation with the Wuppertal Institute in Germany, Shell has conducted a study on hydrogen as a future energy source. The study looks at the current state of hydrogen supply path- ways and hydrogen application technologies and explores the potential and prospects for hydrogen as an energy source in the global energy system of tomorrow. The study focuses on the use of hydrogen in road transport and specifically in fuel cell electric vehicles (FCEVs), but it also examines non-automotive resp. stationary applications.
Energie der Zukunft? : Nachhaltige Mobilität durch Brennstoffzelle und H2 ; Shell Wasserstoff-Studie
(2017)
Wasserstoff ist ein Element, das viel Beachtung erhält: Es gilt als Basis einer nachhaltigen Energiezukunft. Allerdings ist Wasserstoff nicht allein, er konkurriert mit anderen Energien und ihren Nutzungstechnologien. Es stellt sich die Frage, ob Wasserstoff im globalen Energiesystem der Zukunft eine tragende Rolle spielen kann bzw. wird. Shell ist schon seit Jahrzehnten in der Wasserstoff-Forschung und -Entwicklung aktiv. In Zusammenarbeit mit dem Wuppertal Institut hat Shell jetzt eine Energieträger-Studie erstellt, die sich mit dem aktuellen Stand und den langfristigen Perspektiven der Wasserstoffnutzung, insbesondere für Energie- und Verkehrszwecke, befasst.
Die Shell Wasserstoff-Studie diskutiert zunächst natürliche Vorkommen, Eigenschaften sowie historische Sichtweisen des Elements Wasserstoff. Anschließend werden aktuelle sowie künftige Verfahren und Ausgangsstoffe zur Erzeugung von Wasserstoff untersucht; dabei werden die Herstellungspfade in puncto Energieaufwand, Treibhausgasemissionen sowie Bereitstellungskosten miteinander verglichen. Weiterhin werden Fragen der Wasserstofflogistik untersucht. Dazu gehören zum einen heutige und künftige Speichermethoden, zum anderen die verschiedenen Transportoptionen und ihre jeweiligen Vorzüge einschließlich Fragen der Transportökonomie.
Es folgt eine Darstellung der unterschiedlichen Nutzungsmöglichkeiten von Wasserstoff. Unterschieden wird zwischen stofflichen und energetischen Nutzungen. Die Analyse der energetischen Wasserstoffnutzung fokussiert auf die Brennstoffzelle - und nicht auf Wärmekraftprozesse. Auf der Anwenderseite werden energetische stationäre Anwendungen für die Back-up-Stromerzeugung sowie die Hausenergieversorgung - und diese einschließlich Wirtschaftlichkeit - untersucht.
Den Schwerpunkt der Studie bilden (auto)mobile Wasserstoffanwendungen. Hierfür werden zunächst technologischer Stand und Perspektiven mobiler Anwendungen - von der Raumfahrt über Material Handling bis hin zum Pkw - erörtert. Anschließend wird die Wirtschaftlichkeit von wasserstoff-betriebenen Brennstoffzellen-Pkw (FCEV) mit Hilfe eines vereinfachten Autokosten-Vergleichs analysiert. Es schließt sich eine Diskussion des Aufbaus einer Wasserstoff-Tankstelleninfrastruktur für den Straßenverkehr an. Abschließend werden in Anlehnung an das ambitionierte 2DS-Wasserstoffszenario der Internationalen Energieagentur mögliche Auswirkungen von Brennstoffzellen-Pkw auf Kraftstoffverbrauch und Treibhausgasemissionen in ausgewählten Regionen bis 2050 diskutiert.
A continuing trend of global urbanization leads to a geographical concentration of population and social activities that causes a regional compression of concomitant resource and energy consumption. This paper argues that a Sustainable Living Lab infrastructure (SusLab) in urban areas facilitates a systematic integration of user's consideration in the design and development of Product-Service Systems (PSS) that enables changes of daily routines in favor of urban wealth development and conservation of ecosystem services. The authors build on the Sustainable Consumption and Production (SCP) Model of the Wuppertal Institute that provides a theoretical framework of sociotechnical rearrangements towards urban sustainability transition. Therefore, a reconfiguration of social practices and PSS in a desired direction according to social, ecological and economic concerns is reconsidered on the micro level in line with efficiency, consistency, and sufficiency strategies. The authors introduce an assessment framework for urban sustainable development and illustrate multifarious concepts of PSS that are aiming to decouple wealth development from resource and energy consumption in urban areas.
The paper undertakes a closer look on the relation of institutions and policy mixes within the multi-level scope of the European Union in the policy field of resource efficiency and maps out different configurations. Based on an extensive analysis of scope, foci, instruments and especially the distribution of institutional responsibilities in 32 EU countries, the paper aims to amplify the categorisation of policy mix characteristics developed by Rogge and Reichardt by considerations on the institutional background of policy mixes. It specifically brings into question the potential impact of different institutional settings on the consistency and coherence of approaches in this evolving policy field. Resource efficiency is an eminently cross-cutting policy concept and a specific interesting unit of analysis due to the observable heterogeneity of implementation approaches. However, it is still mainly disconnected from energy issues and, at the same time, EU policy has shifted to the circular economy approach, indicating further need for streamlining with the resource efficiency approach. The paper stresses the need to include institutional and multi-level governance issues for policy design and the development of policy mixes, especially in the context of the now refocused resource efficiency agenda to the transition to a circular economy.
Against the background of the question which role tax based instruments have to play in policy mixes to counteract the unbroken growth trend of global resource use, this chapter initially describes how the insights from a country comparative study on national resource policy frameworks could be linked to instruments for the internalisation of external environmental costs on a European scale. On the basis of a project specific but substantiated resource use vision and potential governance principles for three transition processes to reach the goals, the tax concepts are subsequently connected to simulation scenarios in order to illustrate the resource impacts that could be achieved by those policy reforms. Conclusively, barriers to such fundamental changes of framework conditions are briefly reflected upon and some conclusions are drawn.
In addition to the expansion of renewable energies, the efficient use of energy is crucial in order to ensure energy transition successful. The Federal Government of Germany has therefore set itself clear objectives with the National Energy Efficiency Action Plan (NAPE), which aims to reduce the primary energy consumption in Germany - compared to 2008 levels - by 20 per cent until 2020, and by 50 per cent until 2050. In addition, greenhouse gas emissions should fall by 40 per cent compared to 1990.
To reach this goal, the German Federal Ministry of Economic Affairs and Energy (BMWi) inter alia launched the "National Top Runner Initiative (NTRI)" in January 2016. It is an important component and concerns private homes, as well as industry, retail and services.
The NTRI is intended to bring energy efficient and high-quality appliances (so called Top Runners) onto the market more quickly, thus accelerate market replacement. For this purpose, motivation, knowledge and competence in product-related energy efficiency is to be strengthened and expanded along the whole value chain - from the appliance manufacturer to the retailer and the consumer. Manufacturers are pushed to develop more efficient products and consumers get valuable information about Top-Runner products and how they can benefit. In this context, retailers are especially relevant as they act as "gatekeeper" between manufacturers and consumers. They play a key role in advancing an energy efficient production and consumption. They do not only select the products but they also have a direct contact to consumers and influence the purchase decision. In this paper, special emphasis will be put on the role of retailers and the efforts of the National Top Runner Initiative will be illustrated. Barriers and incentives to motivate this target group will be elaborated.
The study "Towards a Single and Innovative European Transport System" is developing action plans for the establishment of an integrated transport system in Europe. This report was created in a joint effort between VDI/VDE Innovation + Technik GmbH (Germany), Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy (Germany) and the Centre of Research and Technology Hellas, CERTH (Greece) on behalf of the European Commission's DG MOVE. Focus of the report is the international assessment of six different countries - Brazil, China, India, Japan, South Korea, USA - in five focus areas across all transportation modes. It provides actions plans on how to overcome existing European barriers towards a single and innovative European Transport System based on best practices and lessons learned in the countries under study. In addition to the actions plans, the study also provides recommendations for international collaboration.
Die meisten Konzessionsverträge für Strom und Gas auf der örtlichen Verteilnetzebene sind zwischen 2005 und 2016 ausgelaufen. Viele Gemeinden in Deutschland haben dies als Chance verstanden, um mit der Gründung eigener Stadtwerke die örtliche Energieversorgung stärker selbst gestalten zu können. Bei diesem Trend zur Rekommunalisierung waren Städte und Gemeinden mit unter 25.000 Einwohnern besonders stark beteiligt. Im Folgenden sollen die verschiedenen Aspekte der Rekommunalisierung näher betrachtet werden.
Für die Energiewende im Ruhrgebiet muss eine umfassende Strategie einer Wärmewende verfolgt werden. Wichtige Treiber dafür sind die Stadtwerke mit ihren Nah- und Fernwärmenetzen. Doch im Wärmemarkt sind die bisherigen Transformationserfolge gering. Während erneuerbare Energien mittlerweile einen Anteil von über 30 Prozent im Stromsektor haben, spielen sie im Wärmebereich mit lediglich rund 10 Prozent eine bescheidene Rolle. Die erforderliche Wärmewende ist gekennzeichnet durch eine ausgeprägte Wechselwirkung zwischen den Sektoren Strom, Wärme, Gas und Mobilität (Sektorenkopplung).
Kern des Projektes war es zu untersuchen, wie der Untersuchungsraum in Bezug auf die Energiewende aufgestellt ist und welche Entwicklungspotenziale künftig im Zuge einer gesellschaftlich und politisch gewollten Energiewende genutzt werden können. Zur Qualifizierung des wissenschaftlichen Nachwuchs wurde im Rahmen der hier bearbeiteten Forschungsfragen Studierende darin angeleitet, im Bereich der energiebezogenen Transformationsforschung eigenständig Teilaspekte zu untersuchen.
Dementsprechend wurden vom Wuppertal Institut insgesamt vier Studienarbeiten mit verschiedenen Themenschwerpunkten ausgeschrieben. Diese sollten am konkreten Beispiel der zu untersuchenden Region aufzeigen, welche Stärken und Schwächen, aber auch Chancen und Risiken in Bezug auf die pro-aktive Gestaltung der Energiewende bestehen. Zusätzlich sollte untersucht werden, wie stark kleine und mittlere Unternehmen (KMU) in der Region Unna davon betroffen sind beziehungsweise inwieweit sie als Akteure der Energiewende die Nachhaltigkeit ihrer unternehmerischen Tätigkeit stärken und sichern können. Auch die regionalwirtschaftlichen Effekte wie Wertschöpfungs- und Arbeitsplatzeffekte, die erzielbar wären, wenn die mittelständischen Unternehmen der Region pro aktiv die Herausforderungen der Energiewende in den Bereichen Energieeffizienz, erneuerbare Energien und dezentrale KWK aufgreifen, waren Bestandteil der Studienarbeiten. Der Schwerpunkt lag hier insbesondere im Bereich Energieeffizienz.
Stadtwerke sind im Ruhrgebiet strukturprägend und haben eine lange Tradition. Sie sind fester Bestandteil der Akteurskonstellation im Energiebereich der Emscher-Lippe-Zone. Schon heute zeichnen sich die Stadtwerke des Ruhrgebiets vielfach dadurch aus, dass sie die mit der Energiewende verbundenen Chancen nutzen. Ihre technische und gesellschaftliche Struktur entspricht weitgehend den mit der Energiewende verbundenen Transformationsprozessen hin zu einer stärkeren Dezentralität der Erzeugung und der Demokratisierung der Energieversorgung. Die meisten Stadtwerke des Ruhrgebiets sind auf mehreren Wertschöpfungsstufen im Energiebereich tätig. In der Stromerzeugung haben sie einen Schwerpunkt im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung und bei erneuerbaren Energien. Zudem sind sie vielerorts Partner und teilweise sogar Mitinitiator bürgerschaftlichen Engagements zum Ausbau erneuerbarer Energien. Als Verteilnetzbetreiber für Strom, Gas und Wärme sorgen sie vielerorts für die Integration und Verteilung erneuerbarer Energien. Die Energiewende findet weitgehend in den örtlichen Verteilnetzen statt und bedeutet für die Stadtwerke des Ruhrgebiets eine Zunahme an komplexen Koordinierungsfunktionen und teilweise auch die Herausbildung völlig neuer Aufgaben.
After two decades of privatization and outsourcing being the dominant trends across public services, an inclination towards founding new municipal power utilities can be observed. In this article, the authors examine the preservation strategies of the German energy regime following the transition approach developed by Geels. From the multi-level perspective, it can be stated that innovations take place in niches and have to overcome the obstacles and persistence of the conventional fossil-nuclear energy regime. Through an empirical analysis, it can be concluded that the established regime significantly delays the decentralization process required for a transformation of energy structures on local electricity grids. Furthermore, it is shown that municipal utilities (Stadtwerke) are important key actors for the German Energiewende (energy transition) as they function as local energy distributors and they meet a variety of requirements to promote fundamental structural change. The trend towards re-municipalization and the re-establishment of municipal utilities reveal the desire to further strengthen the scope of local politics.
The transformation processes towards a sustainable development are complex. How can science contribute towards new solutions and ideas leading to change in practice? The authors of this book discuss these questions along the energy transition in the building sector.
A transformative research that leaves the neutral observer position needs appropriate concepts and methods: how can knowledge from different disciplines and from practice be integrated in order to be able to explain and understand complex circumstances and interrelations? What role do complex (agent-based) models and experiments play in this respect? Which mix of methods is required in transformative science in order to actively support the actors in transformation processes?
Theses questions are illustrated by the example of the BMBF funded project "EnerTransRuhr".
A case study in the rural area of South Westphalia, Germany, showed the importance of independent intermediaries to support the development and implementation of sustainable energy and efficiency projects. The idea behind the project "Dorf ist Energie(klug)" (Village is Energy(smart)) was to foster, accompany, and support energy and efficiency projects in villages from the first idea to final implementation. Therefore, the South Westphalia Agency as independent intermediary initiated an application process in which villages could apply with their innovative energy and efficiency project ideas. During the following process the chosen "coaching villages" benefitted from the consultation of teams of thematic experts. Villages with less developed projects were supported through idea workshops with experts and study visits.
The accompanying scientific study evaluated the overall process focussing on the transferability, the sustainability and the quality of the process. Furthermore, a self evaluation tool for (energy) projects in villages was developed and tested in two of the participating coaching villages.
The paper gives a short insight into the project "Dorf ist Energie(klug)". It presents the methodology of the accompanying study and the results with a special focus on the role of the South Westphalia Agency as independent intermediary. Finally, it discusses the transferability and sustainability of the project.
Die vorangegangenen Analysen im RESTORE2050 Projekt, die im Rahmen dieses Berichts weitergeführt werden, haben gezeigt, dass der Einsatz von Wasserstoffspeichern zur Residuallastglättung nur bedingt geeignet ist. Zwar bietet die Technologie ein hohes technisches Potenzial hinsichtlich der Speicherkapazitäten und der installierbaren elektrischen Leistungen. Jedoch führt ein systemdienlicher Einsatz, bei dem positive Residuallastspitzen u. a. durch Anheben geringer Residuallasten gesenkt werden, wie er in den Modellrechnungen des RESTORE2050 Projektes implementiert ist, zu einer Absenkung der Deckungsraten von erneuerbaren Energien (EE) im europäischen Stromsystem. Dies ist dadurch begründet, dass die Umwandlung und Speicherung von EE-Strom als Wasserstoff (H2) im Vergleich zu anderen Speichertechnologien hohe Wandlungsverluste sowohl bei der H2-Erzeugung als auch bei der Rückverstromung aufweisen. Daher wird im Rahmen dieses Aufstockungsprojektes (RESTORE2050_plus) untersucht, welchen Beitrag alternative Einsatzstrategien der H2-Speicher zur Minimierung der negativen Residuallast, also potenzielle erneuerbaren Stromüberschüssen, und gleichzeitig zur Erhöhung der EE- Versorgungsanteile leisten kann.
In recent years, many energy scenario studies have proven that a power supply system based on renewable energies (RE) >90 percent is feasible. However, existing scenarios differ significantly in the composition of generation technologies. Some scenarios focus on wind energy in the northern part of Europe, others base on a large utilisation of solar technologies in the south. Apart from the generation capacities, the needed technical flexibilisation strategies such as grid extension, demand flexibilisation and energy storage are generally known and considered in many scenarios. Yet, the impact of different renewable generation strategies on the local utilisation of flexibility options needs to be further assessed. Based upon the BMBF research project RESTORE2050, analyses have been carried out that focus on these interdependencies. The results of the project show that the local utilisation of flexibilisation options depends to a great extent on the technology focus of the long-term renewable expansion strategy. This applies for the spatial flexibilisation as provided by transnational interconnection capacities, especially the ones connecting regions with a surplus of power generation (e.g. GB, Norway and Spain). Another impact of the renewable scenario is seen on the required temporal flexibilisation of electricity generation and demand. In addition, the available options will compete for high utilisation in a future energy system. The differences in the utilisation of these applications, which base on the varying shares of photovoltaic (PV) and wind energy generation, lead to the conclusion that the decision about longterm RE expansion ought to be made very soon in order to avoid inefficient flexibility pathways. Otherwise, if the future RE structure will be kept open, adequate adoption of new flexibility options will be difficult, especially in case of technologies with long lead and realisation time (e.g. new power grids and large scale energy storage devices).