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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.
Before linking emissions trading systems, there should be a good understanding of the expected economic implications: How could linking affect the development of the common allowance price, the development of emissions or industrial production, capital flows or liquidity? Answering these questions requires a multitude of data and assumptions and therefore usually the use of economic models.
This report gives an overview of various economic models that are suitable for assessing the economic effects of linking. It analyses the economic indicators relevant for the assessment of the effects of linking, formulates requirements for economic models to answer this question, discusses the advantages and disadvantages of different modelling approaches and gives an assessment of which models are suitable in principle for the assessment of linking. Five models were selected for a more detailed description: E3ME, GEM-E3, PACE, POLES, and TIMES-MARKAL.
In der Dissertation wird eine Methodik entwickelt, welche die Berechnung des Redispatcheinsatzes im deutschen Übertragungsnetz ermöglicht. Dabei wird die Auswirkungen einer Integration der Flexibilität aus dezentralen Anlagen in das elektrische Energiesystem dargestellt. Durch die Integration von dezentralen Flexibilitäten können geringere Brennstoff- und CO2-Zertifikatskosten bei relativ konstanten CO2-Emissionen erreicht werden. Bei einem Redispatcheinsatz, welcher die Leistungserhöhung aus konventionellen thermischen Kraftwerken weitgehend vermeidet, kann bei der Berücksichtigung dezentraler Flexibilitäten bis zu 99 Prozent der benötigten Redispatcherhöhung aus konventionellen Kraftwerken mit Hilfe dezentraler Alternativen ersetzt werden. Diese Übernahme der Redispatchaufgaben durch dezentrale Anlagen ist allerdings mit einer signifikanten Erhöhung der Redispatchkosten verbunden.
The "fuzzy front end" of innovation is argued to be crucial for the success and sustainability impact of a final product. Indeed, it is a promising area of focus in efforts to achieve the United Nations' 2015 Sustainable Development Goals (SDGs), which provide a globally accepted framework for sustainability. However, the usability of the 17 goals and the large number of sub-goals represent barriers to innovation practitioners. Moreover, this early innovation stage proves to be a challenge for corporate practitioners and innovators, largely due to the concept's intangible, qualitative nature and the lack of data. To help overcome these barriers, this article proposes a four-stage approach for structuring the innovation process using an online tool called the "SDG-Check", which help assess an innovator's sustainability orientation in the early phases of product and service development. It is a semi-quantitative tool to gather and combine assessments by experts involved in innovation processes with implications for the United Nations' SDGs. Furthermore, this article presents our first experiences in applying the SDG-Check based on three living lab innovation cases. The results indicate that the tools can support and inspire a dialogue with internal and external stakeholders with regards to sustainability considerations in the early design stages of product and service development.
Der Beitrag von synthetischen Kraftstoffen zur Verkehrswende : Optionen und Prioritäten ; Kurzstudie
(2019)
Diese Kurzstudie geht auf den möglichen Beitrag von synthetischen Kraftstoffen zur Verkehrswende ein. Sie stellt die Einsatzmöglichkeiten dar, zeigt alternative Minderungsoptionen auf, und vergleicht sie mit den Einsatzmöglichkeiten von synthetischen Kraftstoffen.
Zudem gibt der Bericht einen Überblick über volkswirtschaftliche Effekte, auf deren Basis abschließend Schlussfolgerungen für den Beitrag synthetischer Kraftstoffe zur Verkehrswende abgeleitet und diese in Handlungsleitlinien (Prioritäten) übersetzt werden.
Das Kopernikus-Projekt "ENavi" hat im Forschungsschwerpunkt "Transformation des Stromsystems" untersucht, wie der Stromsektor zur Erreichung der Klimaziele beitragen kann. Aktuell gilt es, den Kohleausstieg ökonomisch effizient und ökologisch zu organisieren. Seine Ergebnisse hat das Team der von der Bundesregierung eingesetzten Kommission für Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung ("Kohlekommission") präsentiert.
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.
Geschäftsmodelle zur Einbindung dezentraler Anlagen auf Haushaltsebene in Virtuelle Kraftwerke
(2019)
Virtuelle Kraftwerke (VKW) bieten die Möglichkeit, den steigenden Flexibilitätsbedarf des Stromsystems durch die Bündelung dezentraler Erzeugungsanlagen, Speicher und steuerbarer Verbraucher zu decken. Insbesondere die Hebung noch unerschlossener dezentraler Flexibilitätspotenziale auf Haushaltsebene, die durch die Digitalisierung und die Verfügbakeit smarter Technologien ermöglicht wird, eröffnet voraussichtlich zukünftige Geschäftsfelder. In diesem Artikel werden die zu erwartenden technologischen und ökonomischen Entwicklungen skizziert und darauf aufbauend ein Analyserahmen für Geschäftsmodelle Virtueller Kraftwerke vorgestellt.
Zivilgesellschaftliche Organisationen sind zentrale Akteure für den Wandel in Richtung Nachhaltigkeit. Sie treiben dieses zutiefst kulturelle Zivilisationsprojekt auf vielerlei Weise voran. Dabei bewirken sie immer dann besonders viel, wenn sie ihre Rolle als Mahner, Mittler und Motor gut zu kombinieren verstehen.
Research on sustainability transitions has expanded rapidly in the last ten years, diversified in terms of topics and geographical applications, and deepened with respect to theories and methods. This article provides an extensive review and an updated research agenda for the field, classified into nine main themes: understanding transitions; power, agency and politics; governing transitions; civil society, culture and social movements; businesses and industries; transitions in practice and everyday life; geography of transitions; ethical aspects; and methodologies. The review shows that the scope of sustainability transitions research has broadened and connections to established disciplines have grown stronger. At the same time, we see that the grand challenges related to sustainability remain unsolved, calling for continued efforts and an acceleration of ongoing transitions. Transition studies can play a key role in this regard by creating new perspectives, approaches and understanding and helping to move society in the direction of sustainability.
Ziel dieses Berichts im Rahmen des Projekts "Erfolgsbedingungen für Systemsprünge und Leitbilder einer Ressourcenleichten Gesellschaft" ist es, eine solche Ressourcenleichte Gesellschaft zu definieren. Hierzu wird zunächst der Rahmen für eine Ressourcenleichte Gesellschaft durch Aufbereitung der relevanten Diskurse bestimmt. Kapitel 1 zeichnet die zeitgeschichtliche Entwicklung des ressourcenbezogenen Nachhaltigkeitsdiskurses von 1972 bis in die Gegenwart nach. Aus dieser Analyse werden relevante Gesichtspunkte für eine Ressourcenleichte Gesellschaft identifiziert und am Ende des Kapitels in einer Übersicht dargestellt. Das zweite Kapitel entwickelt darauf aufbauend den bereits genannten definitorischen Rahmen, d.h. es erfolgt eine grundsätzliche Erarbeitung der normativen Kriterien, die eine solche Gesellschaft ausmachen sollte. Kapitel 3 skizziert dann existierende Zugänge zur Ressourcenleichten Gesellschaft und zeigt wichtige Merkmale dieser Ansätze auf, welche zur Entwicklung der Ressourcenleichten Gesellschaft durch Kontrastierung oder Übernahme von Merkmalen beitragen können.
Der vorliegende Bericht fasst die Inhalte des Projekts "Erfolgsbedingungen für Systemsprünge und Leitbilder einer Ressourcenleichten Gesellschaft" im Überblick zusammen und diskutiert diese. Er stellt damit den ersten Band der Berichte zu diesem Projekt dar. Nach einer Einführung wird die Ressourcenleichte Gesellschaft als ressourcenschonende, weitgehend dematerialisierte Gesellschaft mit hoher Lebensqualität definiert. Es folgt eine Vorstellung der Methodik bei der Leitbildentwicklung und die Skizzierung der Leitbilder selbst. Daraufhin werden die Ergebnisse von Diskussionen zu den Leitbildern mit Expertinnen und Experten in sogenannten Stakeholder-Workshops auf der einen Seite sowie mit Vertreterinnen und Vertretern der verschiedenen sozialen Milieus in Fokusgruppen und einer moderierten Online Community auf der anderen Seite dargestellt.
Transformative Wissenschaft versteht sich als Katalysator für gesellschaftliche Veränderungsprozesse. Sie musste sich in den vergangenen Jahren innerwissenschaftlicher Kritik und Dekonstruktion stellen. Daneben muss sie sich aber auch an ihrer gesellschaftlichen Wirkung messen lassen. Als Zwischenbilanz aus fünf Jahren Debatte um die transformative Wissenschaft halten wir fest: Die nächste Phase in der Weiterentwicklung transformativer Wissenschaft braucht Orte, an denen ihre gesellschaftlich produktive Wirkkraft erfahrbar wird und erprobt werden kann.
Phasing out coal in the German energy sector : interdependencies, challenges and potential solutions
(2019)
Relevant aspects of the options and requirements for reducing and phasing out coal-fired power generation have been under debate for several years. This process has produced a range of strategies, analyses and arguments, outlining how coal use in the energy sector could be reduced and phased out in the planned time frame, and determining structural policy measures suitable to support this. This Coal Report studies the existing analyses and provides an overview of the state of debate. It is intended to provide information on facts and contexts, present the advantages and disadvantages of individual courses of action, and reveal the respective scientific backgrounds. It strives to take a scientific and independent approach, and present facts in concise language, making it easy to follow for readers who are not experts in the field, without excessive abridgements or provocative statements.
Mit fortschreitender Energiewende steigt der Anteil erneuerbarer Energien im Strommix. Deren Angebot variiert im Tagesverlauf, nach Wetterlage und saisonal. Um Angebot und Nachfrage zur Deckung zu bringen, benötigt es daher Speicher mit großen Kapazitäten. Von allen technologischen Optionen mit großer Speicherkapazität sind Wasser-Pumpspeicherwerke die einzige, die langjährig erprobt und wirtschaftlich ist. Diese könnten in Braunkohletagebauen, welche im Zuge der Energiewende aufgegeben werden, errichtet werden. Unsere Überschlagsrechnung am Beispiel eines Pumpspeicherwerks in den heutigen Tagebauen Hambach, Garzweiler und Inden zeigt, dass diese mit bis zu 400 GWh ein signifikantes technisches Speicherpotenzial haben. Dies entspricht etwa der kontinuierlichen Maximalleistung eines Kernkraftwerks über zwei Wochen. Im Kontext der Diskussion um den Braunkohleausstieg skizziert das Papier ein netzdienliches Nachnutzungskonzept für Braunkohletagebaue, das zumindest für einen Teil der heute in der Kohleförderung und -Verstromung Beschäftigten mögliche Zukunftsperspektiven bietet.
Aufgrund der perspektivisch insbesondere mit dem benötigten weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien verbundenen weiter zunehmenden Auswirkungen der Energiesystemtransformation auf Landschaft und Ökosysteme erscheint es angemessen, dass Politik und Gesellschaft die Naturverträglichkeit der Energiewende bzw. ihrer konkreten Ausgestaltung stärker in den Blick nehmen als bisher. Denn eine angemessene Berücksichtigung und darauf aufbauende weitest mögliche Minderung der negativen Einflüsse von Energiewende-Maßnahmen auf die Natur ist aus verschiedenen Gründen von Bedeutung: Zum einen ist die gesellschaftliche Akzeptanz für das Gelingen der Energiewende entscheidend und eine weitgehend naturverträgliche Ausgestaltung der Energiewende kann diese Akzeptanz befördern. Zum anderen sind intakte Ökosysteme für das menschliche Wohlergehen von hoher Bedeutung und es kann darüberhinaus argumentiert werden, dass ihnen unabhängig vom Wert für den Menschen auch ein intrinsischer Wert zugesprochen werden sollte. (Zusätzliche) Ökosystemstörungen sollten folglich so weit wie möglich vermieden werden.
Vor diesem Hintergrund hat der Naturschutzbund Deutschland e.V. das Wuppertal Institut beauftragt, in dem vorliegenden Bericht mögliche Maßnahmen zu identifizieren und zu beschreiben, die sowohl wesentliche Beiträge zur Erreichung der Ziele der Energiewende leisten können, deren Umsetzung gleichzeitig aber nach derzeitigem Wissensstand keine oder nur geringe negative Auswirkungen auf die Natur hätte. Der Bericht soll dabei helfen, die Aufmerksamkeit auf gegenwärtig nicht ausgeschöpfte, von der Energiepolitik und auch von vielen vorliegenden Energiewende-Studien nicht oder wenig beachtete aber wahrscheinlich naturschutzgerechtere Klimaschutzoptionen zu richten und diese Optionen besser zu verstehen.
Die Transformation der deutschen Energieversorgung im Rahmen der Energiewende stellt eine enorme Herausforderung für die folgenden Jahrzehnte dar. Durch den weiteren Ausbau von erneuerbaren, fluktuierenden Erzeugungsanlagen entstehen zunehmend zeitliche und örtliche Differenzen zwischen der Stromerzeugung und der Stromnachfrage. Dies macht im Zeitverlauf verschiedene Flexibilitätsmaßnahmen erforderlich, um Erzeugung und Nachfrage möglichst effizient und kostengünstig in Einklang zu bringen und dabei die notwendige Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Aufgrund der Verzögerungen beim Netzausbau für den räumlichen Ausgleich gewinnen Maßnahmen für den zeitlichen Ausgleich zunehmend an Bedeutung. Dazu gehören insbesondere Demand-Side-Management (DSM) sowie die Umwandlung von erneuerbarem (Überschuss-)Strom zu Wärme (Power-to-Heat, PtH), zu Gasen (Power-to-Gas, PtG) oder auch zu chemischen Produkten (Power-to-Chemicals, PtC) und Kraftstoffen (Power-to-Fuel, PtF). Die zuletzt genannte, vielseitige Technologiefamilie wird häufig zu Power-to-X zusammengefasst. Dadurch rückt zudem eine verstärkte Kopplung der verschiedenen Sektoren, wie zum Beispiel Strom, Gas und Wärme, Industrie oder Mobilität, immer weiter in den Fokus der Forschung.
Im Virtuellen Institut "Strom zu Gas und Wärme" arbeiten sieben Forschungsinstitutionen aus Nordrhein-Westfalen im Auftrag der Landesregierung an einer Weiterentwicklung dieser Flexibilitätsmaßnahmen unter Einbeziehung des Energiemarktes, der Netzstabilität und des stetig wachsenden Gesamtsystems. Die Forschungsaktivitäten des Hauptprojekts der Jahre 2015-2017 wurden in Form eines mehrbändigen Abschlussberichts veröffentlicht.
New options are needed to reduce the impact of motor vehicles on climate change and declining fossil fuel resources. Cars which are fueled by hydrogen could be a sustainable method of transportation if suitable technologies can be devised to produce hydrogen in an environmentally benign manner along with the provision of the necessary fueling infrastructure. This paper assesses size, space, and cost requirements of bioreactors as a decentralized option to supply hydrogen powered cars with biohydrogen produced from algae or cyanobacteria on a theoretical basis. Decentralized supply of biohydrogen could help to reduce the problems that hydrogen cars face regarding market penetration. A feasibility study for decentralized biohydrogen production is conducted, taking the quantity of hydrogen which is needed to fuel current hydrogen cars into account. While this technology is, in theory, feasible, sizes, and costs of such reactors are currently too high for widespread adoption. Thus, more R&D is needed to close the gap and to approach marketability.
Sulphate aerosols are dominated by SO2 emissions from coal-burning for the Indian electricity sector and they are thought to have a short term but significant, negative impact on South Asian Summer Monsoon rainfall. This reduction in precipitation in turn can lead to reduced economic outputs, primarily through smaller agricultural yields. By bringing together estimates of (a) the impact of sulphate aerosols on precipitation and (b) the observed relationship between monsoon rainfall and GDP, we present a methodology to estimate the possible financial cost of this effect on the Indian economy and on its agricultural sector. Our preliminary estimate is that the derived benefits could be large enough that around 50% of India's SO2 emissions could be economically mitigated at no cost or net benefit, although it should be noted that the large uncertainties in the underlying relationships mean that the overall uncertainty is also large. Comparison of the 1952-1981 and 1982-2011 periods indicates that the Indian economy may now be more resilient to variability of the monsoon rainfall. As such, a case could be made for action to reduce SO2 emissions, particularly in the crucial monsoon period. This would have a significant, positive effect on a crucial and large sector in India's economy and the effects would be visible almost instantly. The recent growth in renewable energy sources in India and the consequent, reduced increase in coal burning means that further financial costs have already been avoided. This impact should be further investigated so that it can be included in cost-benefit analyses of different fuel types in the region. The significant uncertainties associated with these calculations are discussed.
Wie misst man ein Feuerwerk?
(2018)
Die Städte nutzen den Raum
(2019)
Erfolgreiche Transformation
(2018)
Zwischen 2005 und 2016 gab es in Deutschland über 150 Stadtwerke-Neugründungen im Energiebereich. Die insgesamt rund 900 Stadtwerke, die heute im Energiesektor tätig sind, spielen für die Energiewende eine zentrale Rolle. Denn sie stellen weit über die Hälfte der Versorgung an Strom, Gas und Wärme sicher. Zudem haben Stadtwerke aufgrund ihrer kommunalen Verankerung eine besondere Position im Spannungsgefüge von Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft. Dieser Beitrag zeigt auf, welche Gründe und Motive zu dieser Gründungswelle führten und welche Erfolgsfaktoren für Stadtwerke-Neugründungen ausschlaggebend waren.
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.
Obwohl viele der aktuellen Herausforderungen im Bereich der Energieversorgung eine internationale Dimension haben bzw. nur international gelöst werden können, ist die internationale Energiepolitik bis heute ein weitgehend ungesteuerter Politikbereich. Im letzten Jahrzehnt entwickelten sich zwar neue globale Kooperationsstrukturen und Initiativen, der Weg zu einer multilateralen, globalen Governance-Struktur, die zentrale Impulse für die gemeinsame Etablierung international geltender Normen und Regeln geben könnte, ist aber noch weit. Der Artikel führt in die aktuellen Entwicklungen ein und diskutiert die verbleibenden Herausforderungen.
Sustainable Urban Mobility Pathways examines how sustainable urban mobility solutions contribute to achieving worldwide sustainable development and global climate change targets, while also identifying barriers to implementation and strategies to overcome them. Building on city-to-city cooperation experiences in Europe, Asia, Africa and Latin America, the book examines key challenges in the context of the Paris Agreement, UN Sustainable Development Goals and the New Urban Agenda, including policies needed to achieve a sustainable, low-carbon pathway for transport and how an integrated policy strategy is designed to provide a basis for political coalitions.
The book explores which institutional framework creates sufficient political stability and continuity to foster the take-up of and long-term support for sustainable transport strategies. The linkages of climate change and wider sustainable development objectives are covered, including success stories, best practices, and quantitative analysis for key emerging economies in public transport, walking, cycling, freight and logistics, vehicle technology and fuels, urban planning and integration, and national framework policies.
Im Forschungsprojekt "Landscaping" untersuchte das Wuppertal Institut die für Nordrhein-Westfalen aus heutiger Sicht denkbaren Technologieansätze, die dafür nötigen politischen Rahmenbedingungen sowie mögliche Innovationen entlang der Wertschöpfungsketten. Bestandteil des Berichts sind Steckbriefe, in denen die möglichen Technologien für treibhausgasneutrale Industrieprozesse samt offener Forschungsfragen und Infrastrukturbedarfe dargestellt sind. Das Projekt entstand im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.
