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Angesichts von Extremwetterereignissen, Klimaprognosen und Bewegungen wie Fridays for Future lässt sich schwer leugnen, dass ein Teil der Menschheit auf eine Weise lebt, die eine gut bewohnbare Welt höchst unwahrscheinlich macht. Städten wird in dieser Situation eine zentrale Rolle zugeschrieben. Sie können die Welt vor der Erderwärmung retten - oder sie sind die Ersten, die untergehen. Doch was genau wird getan, um Städte in Richtung Nachhaltigkeit zu transformieren? Britta Acksel nimmt Aktionspläne, Klimafestivals, Awards und weitere Transformationsinstrumente in den Blick. Ethnographisch fundiert zeigt sie auf, wie sich die Arbeit mit dieser speziellen Form von Policy-Werkzeugen gestaltet - und welche Bemühungen besonders aussichtsreich erscheinen.
Power sector decarbonisation : metastudy ; WP 2.2 quantitative analysis of existing EU-wide studies
(2012)
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.
The Digital Product Passport (DPP) is a concept of a policy instrument particularly pushed by policy circles to contribute to a circular economy. The preliminary design of the DPP is supposed to have product-related information compiled mainly by manufactures and, thus, to provide the basis for more circular products. Given the lack of scientific debate on the DPP, this study seeks to work out design options of the DPP and how these options might benefit stakeholders in a product's value chain. In so doing, we introduce the concept of the DPP and, then, describe the existing regime of regulated and voluntary product information tools focusing on the role of stakeholders. These initial results are reflected in an actor-centered analysis on potential advantages gained through the DPP. Data is generated through desk research and a stakeholder workshop. In particular, by having explored the role the DPP for different actors, we find substantial demand for further research on a variety of issues, for instance, on how to reduce red tape and increase incentives for manufacturers to deliver certain information and on how or through what data collection tool (e.g., database) relevant data can be compiled and how such data is provided to which stakeholder group. We call upon other researchers to close the research gaps explored in this paper also to provide better policy direction on the DPP.
In order to calculate the financial return of energy efficiency measures, a cost-benefit analysis (CBA) is a proven tool for investors. Generally, however, most CBAs for investors have a narrow focus, which is - simply speaking - on investment costs compared with energy cost savings over the life span of the investment. This only provides part of the full picture. Ideally, a comprehensive or extended CBA would take additional benefits as well as additional costs into account. The objective of this paper is to reflect upon integrating into a CBA two important cost components: transaction costs and energy efficiency services - and how they interact. Even though this concept has not been carried out to the knowledge of the authors, we even go a step further to try to apply this idea. In so doing, we carried out a meta-analysis on relevant literature and existing data and interviewed a limited number of energy experts with comprehensive experience in carrying out energy services. Even though data is hardly available, we succeeded in constructing three real-world cases and applied an extended CBA making use of information gathered on transaction costs and energy services costs. We were able to show that, despite these additional cost components, the energy efficiency measures are economically viable. Quantitative data was not available on how energy services reduce transaction costs; more information on this aspect could render our results even more positive. Even though empirical and conceptual research must intensify efforts to design an even more comprehensive CBA, these first-of-its-kind findings can counterargue those that believe energy efficiency is not worth it (in monetary terms) due to transaction costs or energy services costs. In fact, this is good news for energy efficiency and for those that seek to make use of our findings to argue in favor of taking up energy efficiency investments in businesses.
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.
Reaching the climate goals for the building sector requires to improve insulation and to increase air tightness of buildings in order to minimize heat loss. To achieve these goals and to prevent risks to the health of occupants and damages to the building fabric due to insufficient removal of pollutants and humidity, broad implementation of Mechanical Ventilation and Heat Recovery (MVHR) systems is crucial.
Comparable and up to date figures on the market penetration of MVHR systems across the EU are hardly available. However, figures point to only a small share of residential buildings being currently equipped with such systems (cf. Riviere et al. 2009). For the German building stock the figure is estimated to be below 5% (Händel 2011). The paper presents insights into the reasons for the slow diffusion of HRV technologies in the German building stock. It builds on the results of a recently completed research project whose central aim was to identify actor-specific and structural barriers for the diffusion of efficient ventilation systems in apartment buildings and to examine how these barriers can be addressed.
The analysis is based on 40 semi-structured expert interviews with energy consultants, HVAC craftsmen, and housing companies, as well as guided in-depth interviews with private owners of apartment buildings or apartments that were evaluated by means of qualitative content analysis. Based on the collected data, seven barrier categories were identified, each containing a range of single barriers for the diffusion of efficient ventilation systems within the residential building stock.
Results of the analysis were quantitatively validated by means of online surveys and a household survey among 1,008 households. The paper points out interdependencies within the chain of effects leading up to the investment decision of building owners. Furthermore, based on good practice examples identified within the data collection process, it proposes different measures to address these barriers.
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.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde auf der Ebene von privaten Haushalten untersucht, in welchem Ausmaß eine Bedürfnisbefriedigung mit materiellen Gütern innerhalb der Randbedingungen von globaler Gerechtigkeit, einer nachhaltigen Rohstoffnutzung und einer umweltverträglichen Gesellschaft möglich ist. Zur Bestimmung des Rohstoffbedarfs langlebiger Haushaltsgüter wurden das methodische Konzept der Verfügungskorridore entwickelt und empirisch fundiert sowie global tragfähige Ausstattungen für verschiedene Haushalte prototypisch dargestellt. Das im Rahmen des Projekts entwickelte Webtool veranschaulicht wesentliche Ergebnisse des Forschungsvorhabens. Vor dem Hintergrund ihrer eigenen Haushaltsausstattungen wird den Nutzer/-innen des Webtools das Forschungsthema "Rohstoffverbrauch und Nachhaltigkeit" exemplarisch veranschaulicht, wodurch eine konkrete Reflexion des eigenen Konsumverhaltens ermöglicht wird.
Als Grundlage für die Praxishilfe "Klimaschutz in der räumlichen Planung" wurde im Auftrag des Umweltbundesamtes eine Reihe von Konzepten, Plänen und Programmen auf teil- bzw. gesamtstädtischer, regionaler und Landesebene untersucht, die für die Integration des Klimaschutz in die räumliche Planung beispielhaft sind. Es handelt sich im Schwerpunkt um formelle Instrumente (Bebauungs- und Flächennutzungspläne, Regionalpläne, Landesentwicklungspläne). Komplementär wurden auch informelle Instrumente untersucht, die die fachliche Grundlage für eine integrierte und effektive Bearbeitung des Klimaschutzes in der förmlichen Raumplanung darstellen (v.a. Energieversorgungs- und Klimaschutzkonzepte).
More and more cities are setting themselves ambitious climate protection targets, including CO2 neutrality. Schools are important institutions of cities and therefore they have to play a central role in achieving this goal.
With the investment backlog building up and pressure from the Friday for Future movement increasing, the Wuppertal Institute and Büro Ö-quadrat have initiated the project Schools4Future, aiming to support secondary schools to become climate-neutral. In cooperation with secondary school students and teachers, the project team evaluated the existing situation of the participating schools and developed GHG-balances and feasible climate protection concepts. For this purpose, an Excel-based carbon footprint (CF) assessment tool for schools has been developed which is freely available. The tool covers all important emission areas, including heating energy, electricity use, travel to and from schools, school trips, the school canteen and paper consumption. The students were found capable to conduct the CF assessment with the guidance of the teacher, information materials and support of the researchers. So far, six pilot schools have completed their CF assessment with emissions ranging between 335 and 944 kg CO2 per person.
In this paper we present the tool and compare the CF assessment of some schools. We further elaborate on how the tool and project has increased the climate awareness and self-efficacy of students and even stimulated measures by the school board.
Innovative Finanzierungskonzepte wie Solar und Spar-Bürgercontracting belegen, dass ein riesiges Einsparpotenzial an Schulen wirtschaftlich erschlossen werden könnte. Doch bislang passiert zu wenig, um dieses auch zu nutzen. Das Projekt Schools4Future zeigt, wie Schulen eigenständig eine CO2-Bilanz erstellen können, um nicht nur eigene Klimaschutzmaßnahmen umzusetzen, sondern auch, um der Politik zu zeigen, wo dringender Handlungsbedarf besteht.
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.
Measures to address climate change can result in human rights violations when the rights of affected populations are not taken into consideration. Climate change projects in so-called "developing" countries are often financed and/or also implemented by industrialised countries. The research project ClimAccount Human Rights Accountability of the EU and Austria for Climate Policies in Third Countries and their possible Effects on Migration focused on the accountability of the EU and its Member States with regard to negative impacts of climate change measures they are involved in on human rights in third countries - especially those associated with "migration effects". Based on three case studies - projects registered under the Kyoto Protocol's Clean Development Mechanism - the human rights dimension of climate change action was discussed, areas of human rights concerns that were discernible in all three case study projects were identified, the issue of extraterritorial human rights obligations was analysed and the subject of access to justice was scrutinized.
The data centre industry (DCI) has grown from zero in the 1980s, to enabling 60% of the global population to be connected in 2021 via 7.2 million data centres. The DCI is based on a linear economy and there is an urgent need to transform to a Circular Economy to establish a secure supply chain and ensure an economically stable and uninterrupted service, which is particularly difficult in an industry that is comprised of ten insular subsectors. This paper describes the CEDaCI project which was established to address the challenge in this unique sector; this ground-breaking project employs a whole systems approach, Design Thinking and the Double Diamond methods, which rely on people/stakeholder engagement throughout. The paper reviews and assesses the impact of these methods and project to date, using quantitative and qualitative research, via an online sectoral survey and interviews with nine data centre and IT industry experts. The results show that the project is creating positive impact and initiating change across the sector and that the innovative output (designs, business models, and a digital tool) will ensure that sectoral transformation continues; the project methods and structure will also serve as an exemplar for other sectors.
The research project seeks to identify the CDM SD tool's possible shortcomings, and to make structured recommendations on how to improve the EB's SD tool. Findings from this project are meant to have a lighthouse effect on the development of provisions on Sustainable Development within other carbon mechanisms of the UNFCCC and beyond. This report represents the consolidated findings of three work packages within this research project. The first chapter provides some background on the subject at hand, and leads into the report. The following chapter covers the assessment and comparison of the SD provisions of selected flexible mechanisms and multilateral standards.
In der öffentlichen Diskussion rücken die Konsequenzen der notwenigen Klimaschutzmaßnahmen sowie damit verbundene Kosten in den Fokus und entfalten ihre Sprengkraft. Ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit werden zunehmend gegeneinander in Stellung gebracht. Häufig wird Klimaschutz gegen Wohlstand, wirtschaftliche Entwicklung und Arbeitsplätze ausgespielt.
Mit der von der Friedrich-Ebert-Stiftung beim Wuppertal Institut in Auftrag gegebenen Studie entlarven die Autorinnen und Autoren "unheilige Allianzen", verbreitete Mythen und interessensgesteuerte Desinformation. Anhand von zehn konkreten Fragestellungen liefern sie eine faktenbasierte Analyse und zeigen, dass eine zukunftsorientierte Energie- und Klimapolitik im Einklang mit Wohlstand und sozialem Fortschritt sehr wohl möglich ist.
Standardised Baselines (SBs) shall improve the opportunities for least developed countries and other underrepresented regions to participate in the Clean Development Mechanism (CDM). SBs allow for shifting the effort of developing baseline scenarios and additionality testing from the individual project to the sectoral level. This research project followed two separate approaches in order to gather experiences with the development of SBs and to contribute to the advancement of the SB regulatory framework. Under the first approach, an SB for rural electrification in Ethiopia was developed in cooperation with the Ethiopian Designated National Authority, which submitted the SB to the UNFCCC Secretariat. In the second part of the project, a scoping study assesses how SBs can be developed to cover complex integrated production processes. The Indonesian cement sector was chosen as case for this study.
The objective of this paper is to analyse and make recommendations on a safeguard system for Article 6 that aims at preventing potential harm that mitigation activities may cause on the ground to local stakeholders and the environment. Following some definitory aspects of what and how to safeguard, the paper analyses a number of safeguard systems and do no harm principles as well as tools to implement them. It then gives an overview on Parties' views on the matter, as uttered in their latest submissions on Art. 6 options, as well as an overview of the references in the UNFCCC's SBSTA Chair's text with respect to sustainable development, safeguards, and human rights issues. The paper closes with recommendations on a possible safeguard system for Article 6.
Anpassung an den Klimawandel : Planungsansätze regionaler Entwicklungsstrategien im Vergleich
(2012)
Das Weißbuch der EU zum Thema Klimaanpassung sowie die deutsche Anpassungsstrategie nennen die Raumplanung als wichtige Koordinatorin für die Entwicklung und Koordination von Klimaanpassungsstrategien. Es gibt jedoch auch andere Ausgangspunkte für eine Entwicklung, mit denen eine Anpassungsstrategie formuliert werden kann. Wie Regionen ihre Anpassungsstrategien entwickeln, wurde im Rahmen dieser Arbeit anhand von vier Beispielprojekten untersucht. Es wurden jeweils zwei Projekte aus den Forschungsvorhaben KlimaMORO vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung (BMVBS) und zwei Projekte aus dem Forschungsvorhaben KLIMZUG vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) analysiert. Beide Fördervorhaben haben das Ziel regionale Anpassungsstrategien zu erarbeiten, verfolgen dabei jedoch unterschiedliche Herangehensweisen. KlimaMORO ist auf die Entwicklung neuer regionalplanerischer Instrumente und Anpassungsmaßnahmen konzentriert, während Klimzug einen innovativen und wirtschaftlich orientierten Weg vorschreibt. So bieten bereits diese Vorgaben unterschiedliche Ansätze einer Strategieentwicklung. Im Zuge dieser Arbeit wird untersucht, ob die unterschiedlichen Ansätze der Strategien der jeweiligen Projekte dennoch mit ähnlichen Chancen und Hemmnissen konfrontiert werden. Durch die Analyse der Planungsansätze der Beispielprojekte wurden Elemente für eine geeignete Anpassungsstrategieentwicklung identifiziert. In einer Gesamtbetrachtung aller Vorgehensweisen wurden die unterschiedlichen Lösungsansätze verglichen und potenzielle Chancen und Hemmnisse in einer Gesamtbetrachtung erarbeitet.
Decarbonizing transportation in emerging economies will be one of the key challenges in global climate change mitigation efforts. In this paper, pathways are developed towards achieving a 1.5° degree scenario for land-transport for four emerging economies (Brazil, India, Kenya and Vietnam). The aim is to highlight the key opportunities and challenges for low-carbon transport in countries with rapidly growing mobility demand. The main focus of this paper is to reconcile actual and required emission reduction targets and develop plausible pathways to achieve these targets. The paper also identifies potential strategies and measures for these countries to follow these pathways. The analysis considers the contributions of "avoid" (cutting travel growth), "shift" (to lower CO2 modes) and "improve" (vehicle and fuel CO2 characteristics) interventions to decarbonisation scenarios. These scenarios aim to inform renewed Nationally Determined Contributions and shed light on the feasibility of deep decarbonisation pathways that would be in line with the Paris Agreement. Results from this study show that achieving 1.5DS would require dramatic changes in travel patterns, technology and fuels, and major intensification of current policy approaches. Decarbonization solutions will need to include greater use and investment of efficient modes, major shifts toward near-zero carbon fuels such as clean electricity, systems integration, modal shift and urban planning solutions. Although the socio-economic situations and national transport systems differ between the selected countries, some fairly similar strategies appear likely to be core to the mitigation effort, such as rapid growth in light- and heavy-duty vehicle electrification and investments in public transit systems.
Biogas and bio-methane that are based on energy crops are renewable energy carriers and therefore potentially contribute to climate protection. However, significant greenhouse gas (GHG) emissions resulting from agricultural production processes must be considered. Among those, the production and use of fertilizer, and the resulting leaching of nitrous oxide (N2O), are crucial factors. This article provides an integrated life cycle assessment (LCA) of biogas (i.e. bio-methane that has been upgraded and injected into the natural gas grid), taking into account the processes of fermentation, upgrading and injection to the grid for two different types of biogas plants. The analysis is based on different feedstocks from crop rotation systems for different locations in Germany. A special focus is on the sensitivity of assumptions of nitrous oxide emissions to overall GHG emissions. Much research exists on the measurement or modeling of the actual N2O emissions that result from farming processes. Since there is as yet no precise regional data, most analyses use tier-1 data from the IPCC national GHG inventories as a default. The present article coincides with recent research in indicating that this data varies at the regional level. However, it is not the scope of the article to evaluate the quality of existing data for N2O emissions, but to show the effects of different assumptions on the LCA of GHGs from bio-methane. Thus, a link between the provision of emission data and the practical implementation of biogas technology is provided. The main result is that the supply chain of substrates from agricultural processes appears to contribute the most to the GHG emissions of bio-methane. The "worst case" scenario where 5% of the nitrogen fertilizer used is emitted in form of N2O shows that the GHG mitigation potential of bio-methane versus natural gas is very small, so there is not much margin for error in the plant technology.
Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der Verknappung fossiler Ressourcen haben nachwachsende Rohstoffe in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Insbesondere die Bioenergie hat durch staatliche Fördermaßnahmen viel Aufmerksamkeit erfahren. Mit der Ausweitung der energetischen Nutzung von Biomasse sollen Beiträge zum Klimaschutz durch die Vermeidung von Treibhausgasen geleistet, die Versorgungssicherheit soll durch Ersatz der knapper werdenden fossilen Ressourcen erhöht und der ländliche Raum gestärkt werden. Die selben Argumente lassen sich auch für die stoffliche Nutzung von Biomasse heranziehen. Auch wenn diese etwas aus dem Blickfeld der energiebezogenen Diskussion geraten ist, kann hier in den nächsten Jahren ein erhebliches Marktwachstum erwartet werden. Biomasse als erneuerbare Ressource kann in Land- und Forstwirtschaft aber nur begrenzt bereitgestellt werden. Dies gilt umso mehr, als bestimmte Nachhaltigkeits-Anforderungen eingehalten werden müssen. Der zu erwartenden Nachfragesteigerung für nachwachsende Rohstoffe (Nawaro) steht damit eine limitierte Verfügbarkeit entgegen. Aus dieser leitet sich die Forderung nach einer möglichst effizienten Verwertung ab. In diesem Zusammenhang fällt immer häufiger der Begriff der Kaskadennutzung von Nawaro als möglicher Lösungsansatz. Dieses Konzept kann im Wesentlichen als eine Hintereinanderschaltung von (mehrfacher) stofflicher und energetischer Nutzung desselben Rohstoffs gesehen werden und schafft so eine Verbindung von Material- und Energiesektor. Das Prinzip der Kaskadennutzung ist damit ein Ansatz zur Steigerung der Rohstoffeffizienz von nachwachsenden Rohstoffen und zur Optimierung der Flächennutzung. Das Ziel des vorliegenden Berichts ist es, die Option "Kaskadennutzung" strategisch, differenziert und ganzheitlich zu beleuchten. Im Rahmen der Projektarbeit sind daher Anforderungen an eine nachhaltige Kaskadennutzung von Nawaro abgeleitet und Schlussfolgerungen zu deren Ausgestaltung gezogen worden, um die Potenziale von Biomasse hochwertig und erfolgreich zu nutzen.
Hintergrund: Die Bezugsquellen und Transportwege von fossilem Erdgas werden sich in den kommenden beiden Dekaden diversifizieren. Veränderungen der Lieferstruktur, verbunden mit weiteren Transportentfernungen und dem Neubau von Pipelines sowie der verstärkte Einsatz von verflüssigtem Erdgas (LNG - Liquefied Natural Gas) sind zu erwarten. Entsprechend werden sich auch die vorgelagerten Prozessketten und die damit verknüpften THG-Emissionen verändern. Im Sinne einer korrekten und ganzheitlichen Bilanzierung der Lebenszyklusemissionen und weitgehender Treibhausgasminderungsziele, sind die vorgelagerten Emissionen eine nicht zu vernachlässigende Größe. Gleichzeitig wird Biomethan als Beimischung zum fossilen Erdgas an Bedeutung gewinnen. Obwohl seine Verbrennung als klimaneutral gewertet wird, sind die Prozesse zur Herstellung von Biomethan mit Emissionen verbunden.
Die Treibhausgasemissionen (THG) der Vorketten von in der EU eingesetzten Energieträgern werden in der neuen EU-Kraftstoffqualitätsrichtlinie (vom Dez. 2008) reguliert. Ihre Höhe und ihre Entwicklung wird für die klimapolitischen Diskussionen und politische Entscheidungen somit immer wichtiger.
Ziel: Vor dem Hintergrund der angesprochenen Aspekte sollen die zukünftige Entwicklung der Gasversorgung in Deutschland und die Veränderungen der vorgelagerten THG-Emissionen von Erdgas und Biomethan ermittelt werden. In zwei Szenarien werden die mit der Herstellung und dem Transport von Erdgas und Biomethan verknüpften Emissionen bis zum Jahr 2030 einschließlich des zu erwartenden technischen Optimierungspotenzials bilanziert. Mittels dieser Analyse können Einschätzungen der zukünftigen Emissionspfade und der durchschnittlichen Emissionen (Klimaqualität) des eingesetzten Gases (als Mischung fossiler und biogener Gase einschließlich der damit verbundenen Prozesskettenemissionen) gegeben werden. Diese können als Grundlage für energie- und klimapolitische Entscheidungen dienen.
Ergebnisse und Diskussion: Nach Erläuterung der Prozesskette von Biomethan werden die zu erwartenden technischen Entwicklungen der einzelnen Prozessschritte (Substratbereitstellung, Fermentierung, Aufbereitung, Gärrestnutzung) diskutiert und die Höhe der hiervon zu erwartenden Emissionen bilanziert. Basis sind Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitforschung des Wuppertal Instituts zur Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz. Dabei gehen wir davon aus, dass die nächste Anlagengeneration "optimierte Technik" das aus heutiger Sicht bestehende Optimierungspotenzial des heutigen Stands der Technik ausschöpfen wird, sodass sich die spezifischen, auf den Heizwert des Biomethan bezogenen, THG-Emissionen der Vorkette von aktuell 27,8 t CO2-Äq/TJ auf 14,8 t CO2-Äq/TJ in 2030 fast halbieren werden.
Die zu erwartenden Emissionen der Erdgasprozesskette wurden in einem Vorgängerartikel bereits im Detail analysiert. Bei der Förderung und der Transportinfrastruktur ist ebenfalls eine Optimierung der Technik zu erwarten. Die dadurch erzielte Verringerung der spezifischen THG-Emissionen kann die aus den künftig längeren Transportstrecken und aufwendigen Produktionsprozessen resultierende Erhöhung ausgleichen.
Abschließend werden zwei Szenarien (Hoch- und Niedrigverbrauch) der künftigen Gasversorgung Deutschlands bis 2030 aufgestellt. Im Hochverbrauchszenario wird damit gerechnet, dass der Gaseinsatz in Deutschland um 17 % steigen wird. Im Niedrigverbrauchszenario wird er dagegen um etwa 17 % sinken. Gleichzeitig wird der Anteil von Biomethan am eingesetzten Gas auf 8 bzw. 12 % ansteigen. Die - direkten und indirekten - Treibhausgasemissionen der Gasnutzung in Deutschland werden im Niedrigverbrauchszenario um 25 %, d. h. überproportional von 215,4 Mio. t CO2-Äq auf 162,4 Mio. t CO2-Äq zurückgehen. Im Hochverbrauchsszenario steigen die Gesamtemissionen leicht um 7 % (auf 230,9 Mio. t CO2-Äq) an.
Schlussfolgerungen: Gasförmige Energieträger werden in den kommenden beiden Dekaden eine zentrale Säule der deutschen Energieversorgung bleiben. Insgesamt zeigt sich, dass die THG-Emissionen der Nutzung von Erdgas v. a. von den Verbrauchsmengen der Gasversorgung abhängig sind. Das heißt, dass sowohl aus klima- als auch aus energiepolitischer Sicht die Steigerung der Energieeffizienz ein zentraler Faktor ist. Daneben bestehen sowohl in der verstärkten Nutzung von Biomethan als auch in der weiteren Investition in emissionsoptimierte Technologien entlang der Vorketten signifikante Emissionsminderungspotenziale. Hierdurch kann die "Klimaqualität", d. h. die spezifische Treibhausgasemissionshöhe über alle Prozessstufen, des eingesetzten Gases deutlich verbessert werden. Die spezifischen Gesamtemissionen pro TJ eingesetzten Gases werden hierdurch um ca. 9 % von heute 63,3 t CO2-Äq pro TJ auf etwa 54,5 t/TJ sinken. Entscheidend ist hierfür der verstärkte Einsatz von Biomethan, dessen Verbrennung aufgrund der biogenen Herkunft des Kohlenstoffs weitgehend klimaneutral ist (im Vergleich zu direkten Emissionen von 56 t CO2/TJ bei der Verbrennung von Erdgas oder 111 t CO2/TJ bei z. B. Braunkohle). Die Vorteile der gasförmigen Energieträger in der Klimaqualität und effizienten Nutzung werden - insbesondere auch in der künftig zu erwartenden Beimischung von Biomethan - auch zukünftig Bestand haben.
In der vorliegenden Screening-Studie werden zum Thema "Einführung synthetischer Kraftstoffe in Nordrhein-Westfalen" relevante Entscheidungsgrößen auf verschiedenen Ebenen der Energie-, Klima- und Industriepolitik in NRW aufgearbeitet und bewertet. Das Projekt im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Mittelstand und Energie (MWME) des Landes Nordrhein-Westfalen leistet damit einen Beitrag zur Einschätzung des Potenzials und der Effekte, die durch GTL in und für NRW erzielt werden können.
Energie aus Biomasse spielt unter den erneuerbaren Energien eine zunehmend wichtigere Rolle. Biomasse kann industriell weiterverarbeitet werden oder der Erzeugung von Wärme, Strom und anderen Energieformen dienen. Daher ist bereits heute beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe eine massive Nutzungskonkurrenz zwischen stofflicher und energetischer Verwertung absehbar.
Aus der begrenzten Verfügbarkeit der Ressource und der steigenden Nachfrage nach Biomasse leitet sich die Forderung nach ihrer möglichst effizienten Verwertung ab. In diesem Zusammenhang fällt immer häufiger der Begriff der Kaskadennutzung von nachwachsenden Rohstoffen (Nawaro) als möglicher Lösungsansatz. Dieses Konzept kann im Wesentlichen als eine Hintereinanderschaltung von (mehrfacher) stofflicher und energetischer Nutzung desselben Rohstoffs gesehen werden und schafft so eine Verbindung des Material- und Energiesektors.
Das Prinzip der Kaskadennutzung ist damit ein Ansatz zur Steigerung der Rohstoffeffizienz von Nawaro und zur Optimierung der Flächennutzung.
Die Ansatzpunkte für Nutzungskaskaden sind vielfältig. Ob und inwieweit derartige Konzepte tragen, wie hoch deren Potenzial ist, welche Voraussetzungen für die Umsetzung zu erfüllen sind, ist aber noch nicht ausreichend untersucht.
Im vorliegenden Diskussionspapier wird zunächst eine Definition des vielfach und teils unterschiedlich verwendeten Begriffs Kaskadennutzung erarbeitet. Die folgenden Darstellungen von Kaskadennutzung integrieren sowohl landwirtschaftliche als auch forstwirtschaftliche Produkte und beziehen sich auf Beispiele der Kaskadennutzung aus beiden Bereichen, um die breite Anwendbarkeit des Konzepts zu verdeutlichen. Zudem werden Anforderungen an eine nachhaltige Kaskadennutzung von Nawaro abgeleitet und Schlussfolgerungen zu deren Ausgestaltung gezogen, damit Unternehmen der Land- und Forstwirtschaft die Potenziale von Nawaro hochwertig und erfolgreich nutzen können.
Renewable energy plays a key role in the sustainable pathway towards a low carbon future and, despite new supply capacities, the transformation of the energy system also requires the adoption of a method which allows for the integration of increasing amounts of renewable energy. This requires a transition to more flexible processes at an industrial level and demand side management (DSM) is one possible way of achieving this transition. Currently, increased shares of variable renewable energy can cause the electricity supply to become more volatile and result in changes to the electricity market. In order to develop a new dynamic equilibrium to balance supply and demand, sufficient flexibility in demand is required. As adequate storage systems are not available in the short to medium term, the potential for large electricity consumers to operate flexibly is an attractive, pragmatic and feasible option. Recent studies in Germany suggest that there is significant potential for DSM in so-called "energy-intensive industries". However, the figures (which fall in the approximate range of 1,250-2,750 MW positive and 400-1,300 MW negative shiftable load) should be interpreted with caution. The range of industrial processes considered are diverse and vary from plant to plant, with the result that it is difficult to provide accurate calculations of the accumulated potential for Germany or the EU as a whole. Based on extensive surveys and panel discussions with representatives from energy-intensive industries (aluminum, cement, chemicals, iron & steel, pulp & paper), which together account for approximately one third of the industrial electricity demand in Germany, our paper provides an overview of both the opportunities and the barriers faced by DSM. One of the key findings is the possible loss in energy efficiency due to DSM: in order to decrease or increase production depending on the stability needs of the electricity system, plants and processes may no longer operate at their optimum levels. The effects on downstream production must also be taken into account in order to gain a more complete understanding of the overall effects of industrial DSM.
The increasing rate of renewable energies poses new challenges for industries: the amount of wind and solar energy is by far more subject to fluctuations than that of fossil based energy. Large production facilities from the aluminium, cement, steel or paper industry, however, depend on a highly secure energy supply. To which amount is a limitation of fluctuations possible? This was the key question of the project "Flexibilisation of Industries Enables Sustainable Energy systems", which was realised by the Wuppertal Institute in cooperation with the polymers company Covestro last year. In the final report, authors around project co-ordinator Karin Arnold not only show which technological and economic parameters have been considered, but also present possible business models to promote "flexibility products".
Technologiebericht 4.3 Power-to-liquids/-chemicals innerhalb des Forschungsprojekts TF_Energiewende
(2018)
Die Bundesregierung verfolgt das ambitionierte Ziel einer Beschleunigung des Ausbaus der erneuerbaren Energien auf 80 % bis 2030 bzw. einer nahezu vollständig erneuerbaren Stromversorgung 2035. Im Zuge der avisierten Elektrifizierung anderer Sektoren wie Wärme und Mobilität im Rahmen der Sektorenkopplung nimmt die Bedeutung des Stromsektors weiter zu. Angesichts der aktuellen geopolitischen Umwälzungen und den sich abzeichnenden Knappheiten für fossiles Gas wird in einer Kurzstudie evaluiert, welchen Platz Biogas in einem langfristig zukunftsfähigen Energiesystem einnehmen kann.
Die Stadt Mannheim kann spätestens bis zum Jahr 2050 vollständig klimaneutral werden und damit einen maßgeblichen Beitrag zur Umsetzung der Ziele des Pariser Klimaabkommens auf kommunaler Ebene leisten. Das ist das zentrale Ergebnis der vorliegenden "Energierahmenstudie Mannheim", die das Energieunternehmen MVV in Abstimmung mit der Stadt beim Wuppertal Institut in Auftrag gegeben hat. Die Studie untersucht und beschreibt die Handlungsmöglichkeiten und Umsetzungsvoraussetzungen in den Bereichen Strom, Wärme, Verkehr und Industrie.
Unvermeidbare Emissionen aus der Abfallbehandlung : Optionen auf dem Weg zur Klimaneutralität
(2022)
Auch die thermische Abfallbehandlung in Deutschland kann zu einem Baustein des klimaneutralen Wirtschaftens werden. Allerdings sind dafür noch verschiedene Voraussetzungen zu schaffen. Technisch sind neben den bereits bekannten weitere innovative Verfahren in der Entwicklung; nicht zu vernachlässigen ist zudem die anspruchsvolle Aufgabe des CO2-Handlings. Hier ist zum einen der Aufbau der benötigten Infrastruktur zu nennen. In Bezug auf die Nutzung des abgetrennten CO2 ist auch die Industrie gefragt, um sektorübergreifende, klimafreundliche Use-Cases und Geschäftsmodelle rund um CCU und die weitmöglichste Schließung von Kohlenstoffkreisläufen zu entwickeln. Entsprechende Regularien und Marktanreize sind politisch zu setzen.
Electronics containing growing quantities of high value and critical metals are increasingly used in automobiles. The conventional treatment practice for end-of-life vehicles (ELV) is shredding after de-pollution and partial separation of spare parts. Despite opportunities for resource recovery, the selective separation of components containing relevant amounts of critical metals for the purpose of material recycling is not commonly implemented. This article is aimed to contribute to recycling strategies for future critical metal quantities and the role of extended material recovery from ELVs. The study examines the economic feasibility of dismantling electronic components from ELVs for high value metal recycling. The results illustrate the effects of factors as dismantling time, labour costs and logistics on the economic potential of resource recovery from ELVs. Manual dismantling is profitable for only a few components at the higher labour costs in western/northern parts of Europe and applicable material prices, including the inverter for hybrid vehicles, oxygen sensor, side assistant sensor, distance and near distance sensors. Depending on the vehicle model, labour costs and current material prices, manual dismantling can also be cost-efficient for also some other such as the heating blower, generator, starter, engine and transmission control, start/stop motor, drive control, infotainment and chassis control.
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.
In this paper, we aim to present a comprehensive analysis on the emerging phenomenon of distributed innovation in commons-based peer production (CBPP) platforms. Starting with the exploration of the widely held belief on value-creation confined to industrial settings, we raise several questions regarding the feasibility of, and a need for, an inclusive innovation process that can tap grassroots capacity into both traditional (industrial research and development) and emerging (peer-to-peer) innovation models to yield sustainable solutions. In particular, we explore the emergence and structuration of digital innovations in the maker movement, as it presents an alternative construct of innovation wherein access to and sharing of knowledge is predominantly distributed. With innovation outcomes often freely revealed, its very structuration could pose a principal challenge to our conceptualizations of value creation and competitive advantage in the current economic model. Drawing from responses received from 200 collaborative innovation platforms, six semi‐structured interviews focusing on socio-technical innovation cases, as well as four in-depth narrative interviews with maker turned entrepreneurs, we present a detailed analysis on the topology of network, typology of actors, as well as the underlying innovation ecosystem in CBPP networks in Germany. In doing so, we contribute to the conceptualization of peer-to-peer distributed innovations in collaborative platforms.
The current momentum in the electrification of the car fuels hope for a transition in mobility. However, electric vehicles have failed before and it is thus asked: What is the potential of e-mobility developing as a sustainable system innovation? In order to deal with this challenge analytically, a theoretical framework is developed: the concepts of transformative capacity of a new technology (do electric vehicles trigger "social" innovations, e.g. new business models or use patterns?) and system adaptability (how stable is the mobility regime?) are introduced and the issue of sustainability is discussed. This framework will be explored for the German innovation system for e-mobility. It can be shown that electric cars will only be successful when part of a system innovation and that the German innovation system is dominated by regime actors and thus potentially used as a way to fend off more substantial change.
At the heart of transition research lies the question of how to "scale up" sustainable alternatives from a protected niche to the creation of mainstream practices. While upscaling processes are often seen as an essential element that contributes to societal transformation, upscaling itself remains a fuzzy concept. We argue that some fundamental dilemmas of upscaling can be identified, for example, the different understanding of the concept by researchers and practitioners. The dilemmas should be addressed in a more reflexive way by those from the worlds of science and practice who are involved in collaborative research settings.
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.