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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.
Innerhalb des Projekts TFE-NRW bewertete das Wuppertal Institut den Forschungsbedarf für Energiewende-Technologien in Nordrhein-Westfalen. Ziel war es herauszufinden, welche Technologien und Forschungsbereiche im Rahmen der Energieforschung für Nordrhein-Westfalen (NRW) einen besonders hohen Stellenwert in Relation zur Bewertung für Deutschland haben könnten und für die eine besondere Unterstützung innerhalb der Energieforschung gerechtfertigt erscheint. Dabei sollten die speziellen Anforderungen des Bundeslandes berücksichtigt werden.
Betrachtet wurden 31 Technologiefelder aus den Bereichen erneuerbare Energien, konventionelle Kraftwerke, Infrastruktur, Technologien für die Sektorenkopplung (Power-to-X, P2X), energie- und ressourceneffiziente Gebäude, Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie und integrative Aspekte, die mithilfe eines Kriterienrasters qualitativ bewertet wurden.
Die Transformationsprozesse hin zu einer nachhaltigen Entwicklung sind komplex.
Wie kann Wissenschaft dazu beitragen, dass neue Lösungen und Ideen in der Praxis zu Veränderung führen? Dieser Frage gehen die Autorinnen und Autoren am Beispiel der Gebäudeenergiewende nach. Eine transformative Forschung, die den neutralen Beobachterposten verlässt, braucht entsprechende Konzepte und Methoden: Wie kann Wissen aus unterschiedlichen Disziplinen und aus der Praxis integriert werden, um komplexe Sachverhalte und Zusammenhänge zu erklären und zu verstehen? Welche Rolle spielen komplexe (agentenbasierte) Modelle und Experimente dabei? Wie sieht der Methodenmix einer transformativen Wissenschaft aus, die Akteure bei Transformationsprozessen aktiv unterstützt? Illustriert werden diese Fragen am Beispiel des vom BMBF geförderten Forschungsprojektes "EnerTransRuhr".
Um den Klimawandel begrenzen zu können, wird zunehmend der Einsatz von Direct Air Capture (DAC) zur Erzeugung von Negativemissionen diskutiert. Anhand von Kosten sowie dem Flächen-, Wasser- und Energieverbrauch werden in diesem Artikel mögliche Implementierungspfade der DAC-Technologie, aufbauend auf einem bestehenden Klimaneutralitätsszenario für Deutschland, analysiert. Während die technische Realisierung machbar sein sollte, stellt der hohe Flächen- und Energiebedarf eine kritische Größe dar.
Zur Realisierung der europäischen Klimaschutzziele muss der Industriesektor, besonders die energieintensive Grundstoffindustrie, seine Treibhausgasemissionen stark reduzieren. Obwohl in der Vergangenheit bereits große Fortschritte erzielt wurden, sind in Zukunft weitere, teils bahnbrechende Innovationen und der Aufbau der dafür benötigten Infrastruktur erforderlich. Im Rahmen dieses Projekts stellt das Wuppertal Institut für die "European Climate Foundation" den aktuellen Wissensstand zum Thema zusammen, diskutiert diesen vor dem Hintergrund der aktuellen Situation für Nordrhein-Westfalen (NRW), erstellt konsistente mögliche Zukunftsszenarien für NRW und leitet Schlüsselfragen und weiteren Forschungsbedarf für die Region ab.
Damit sich die weltweit zunehmend ambitionierten Klimaschutzziele erreichen lassen, müssen auch im Industriesektor weitgehende Emissionsreduktionen innerhalb weniger Jahrzehnte realisiert werden. Expertinnen und Experten sind sich einig, dass dies nicht ohne den Umstieg von fossilen auf erneuerbare Energieträger und Rohmaterialien - sogenannte Feedstocks - umsetzbar ist. Im Zuge der verstärkten Nutzung dieser grünen Energieträger ist denkbar, dass sich deren Verfügbarkeit und Kosten zu immer wichtigeren Standortfaktoren für die Produktion industrieller Güter entwickeln werden. Dies könnte dazu führen, dass zukünftig Standorte mit kostengünstiger Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien attraktiver gegenüber anderen Standorten werden und es dann zu Standortverlagerungen kommt - insbesondere im Bereich der energieintensiven Industrie.
In dem vorliegenden Artikel greifen die Autoren diese möglichen Verlagerungen industrieller Produktion auf. In diesem Zusammenhang führen sie auch den Begriff "Renewables Pull" ein. Die in bestimmten Regionen der Welt kostengünstig und in großen Mengen verfügbaren erneuerbaren Energien könnten nach Ansicht der Autoren künftig eine Sogwirkung auslösen und bestimmte Teile der industriellen Produktion anziehen - auch Pull-Effekt genannt.
Eine oft kontrovers diskutierte Frage ist, ob eine massive Dämmung von Häusern in der Gesamtbilanz nicht mehr Ressourcenverbrauch und Emissionen verursacht, als sie im Endeffekt einspart. Zur Untersuchung dieser Frage wurde nun erstmals eine trade-off Analyse durchgeführt. Hierzu wurde ein bottom-up Wirkungsanalyse-Modell entwickelt, dessen Kern ein Emissions- und Energiemodell für den Haushaltssektor bildet, gekoppelt mit einem Ökobilanzierungs-Tool. Den Rahmen für beide Modelle bilden Energieszenarien bis 2050, die für jede Dekade Sanierungsraten und Energiemixe vorgeben. Damit können "reine" Energieszenarien um ressourcenpolitische Analysen erweitert und die Auswirkungen verschiedener Dämmstrategien ermittelt werden.
Das zentrale Ergebnis der Modellierung ist, dass zusätzliche Aufwendungen für Dämmstoffe (untersucht wurden extrudierter Polystyrolhartschaum XPS und Zellulose) sowohl ressourcen- als auch emissionsseitig in fast allen Umweltwirkungskategorien durch erhebliche Einsparungen bei der Gebäudebeheizung überkompensiert werden. Im Wesentlichen sind keine Trade-offs erkennbar und der prozentuale Beitrag der Dämmstoffe an den Umweltwirkungsindikatoren ist gering. Relevant ist dagegen die Wahl des Treibmittels bei den aufgeschäumten XPS-Dämmstoffen: Gegenüber dem in Deutschland verwendeten XPS, das weitgehend mit CO2 aufgeschäumt wird, führt ein Dämmstoff, der hohe Anteile an Fluorkohlenwasserstoffen aufweist, zu einem hohen Trade-off bezüglich der Wirkungskategorie "stratosphärischer Ozonabbau" und zu einer erkennbaren, jedoch nicht so deutlichen Wirkung auf das Treibhaus-Potenzial. Eine Sensitivitätsanalyse mit dem alternativen Dämmmaterial Zellulose zeigt, dass sich die an sich schon geringen Anteile der Dämmstoffe an den Umweltwirkungsindikatoren weiter verringern. Hinsichtlich der Materialintensität sind XPS- und Zellulose-Dämmung jedoch mit vergleichbaren Auswirkungen verbunden.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass für beide Materialien ambitionierte Dämmstoffstrategien im Hinblick auf alle in dieser Studie analysierten Faktoren einen wesentlichen Beitrag sowohl zu Materialeffizienz- als auch zu Emissionsminderungszielen leisten können.
Der Ergebnisbericht dokumentiert in Kapitel 2 die in diesem Forschungsvorhaben durchgeführten Arbeiten an dem von der TU Delft entwickelten agentenbasierten Strommarktmodell EMLab-Generation, das als Open-Source Modell konzipiert ist. Einen zentralen Aspekt bildet die Übertragung des Modells, das ursprünglich die beiden Regionen CWE (Central-Western- Europe) und UK umfasste, auf ein Modell mit den beiden Regionen Deutschland und Europa (ohne Deutschland), im Wesentlichen in den Grenzen der EU28. Diese Übertragung ist die Grundlage für die Untersuchung unterschiedlicher Fragestellungen hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung des Strommarkts in Deutschland innerhalb des europäischen Verbundnetzes bei hohen Anteilen fluktuierender erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung.
Nach der Darstellung der konkreten Zielsetzung und der Grundlagen des vorhandenen Modells werden im Hauptteil (Kapitel 2.3) die eigenen Modellierungsarbeiten (Datenaufbereitung, Modellierung und "lessons learned") beschrieben. Im Anschluss erfolgt eine kurze Darstellung einer noch in Erarbeitung befindlichen Masterarbeit zur Berücksichtigung von Risikoaspekten innerhalb des Investitionsalgorithmus' von EMLab-Generation, die sich aus dem internationalen ABM-Workshop als offene methodische Fragestellung von Strommarktmodellen ergeben hat (Kapitel 2.4). Kapitel 2.5 gibt eine kritische Einschätzung der erreichten Modellierungsergebnisse sowie weitere mögliche Anwendungen der neu konzipierten Modellregionen.
Kapitel 3 gibt anschließend einen Überblick über die in diesem Vorhaben durchgeführten gemeinsamen Workshops zwischen TU Delft und Wuppertal Institut sowie den internationalen Workshop, an dem fünf Forschungseinrichtungen aus Deutschland sowie die TU Delft erstmals ihre Erfahrungen mit ABM-Strommarktmodellierung austauschten und methodischen Forschungsbedarf aufarbeiteten.
Der Bericht schließt mit einer kurzen Zusammenfassung sowie einem Ausblick auf weitere Forschungsarbeiten, mit denen die im Rahmen dieser Anbahnungsmaßnahme begonnene Kooperation zwischen Wuppertal Institut und TU Delft fortgesetzt werden soll.
Eine zukünftige Herausforderung der Energiewende wird darin bestehen, zunehmende Stromnetzeinspeisungen von fluktuierenden erneuerbaren Energien (FEE) in das Energiesystem zu integrieren. Neben den Flexibilitäten im Stromsystem sollten dabei auch die Möglichkeiten des Wärmemarktes zur Stabilisierung des Strommarktes berücksichtigt werden. So können Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK), Elektroheizer und Wärmepumpen als Verbindungstechnologien zwischen Strom- und Wärmemarkt abhängig vom FEE-Dargebot und damit auch den Preissignalen des Strommarktes zu- bzw. abgeschaltet werden. Dazu werden Wärmespeicher benötigt, da die Flexibilisierung nur möglich ist, wenn die Produktion von der Wärmenutzung entkoppelt werden kann. Eine besonders aussichtsreiche Kopplung von Strom- und Wärmemarkt ist im Bereich der Fernwärmesysteme möglich, da sich hier große Energiemengen in Fernwärmespeichern im Vergleich zu dezentralen Lösungen kostengünstiger und effizienter speichern lassen.
Um das vom Weltklimarat (IPCC) geforderte 2°C-Ziel einhalten zu können, ist eine Reduktion der globalen CO2-Emissionen um 80% bis 2050 gegenüber dem Stand von 1990 zwingend notwendig. Hierbei wird auch solarthermischen Kraftwerken eine immer größere Bedeutung beigemessen. Im BLUE Map-Szenario der Internationalen Energieagentur (IEA), das von einer CO2-Reduktion um 50% bis 2050 gegenüber 2005 ausgeht, müssen im Jahr 2050 ca. 11% (4.754 TWh) des weltweiten Strombedarfs durch Sonnenenergie gedeckt werden (IEA 2008). Neben Photovoltaik sollen solarthermische Kraftwerke (Concentrated Solar Power, CSP) etwa 46% (ca. 2.200 TWh) der prognostizierten Menge an Solarstrom erzeugen. Im Energy[R]evolution Szenario von Greenpeace International und EREC (European Renewable Energy Council) aus dem Jahr 2008 werden rund 6.000 TWh an CSP-Strom im Jahr 2050 angenommen (bei einer installierten Leistung von 801 GW), während andere Studien bis zu 1.000 GW installierter Leistung in 2050 betrachten (Viebahn et al. 2010). Die DESERTEC-Initiative gibt ein Ziel von 5.000 GW installierter Leistung im Jahr 2050 vor.
Der Export von CSP-Technologien in die "Sunbelt"-Regionen bietet große Chancen für deutsche Anlagenbauer. So sind u.a. Schott Solar, die Ferrostaal Group mit ihrem Geschäftssegment "Solar Energy", Flagsol, die Solar Power Group, Solar Millenium und Fichtner Solar auf dem Gebiet CSP aktiv. Schott Solar (Receiver) und Flabeg (Spiegel) haben eine weltweit führende Markstellung inne. Große deutsche Energieversorger und Anlagenbauer wie E.On, RWE und Siemens gehören zum Industriekonsortium der Desertec Industrial Initiative, die den Ausbau von CSP in der MENA-Region vorantreiben will. Die Initiative wurde von der Münchener Rück angestoßen.
In diesem Artikel wird dargestellt, welche Aktivitäten deutsche Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette bislang aufweisen und wie ihre Marktstellung im Vergleich zu führenden internationalen Unternehmen zu bewerten ist. Anschließend wird auf Basis von vorliegenden Energieszenarien ermittelt, welche messbaren ökonomischen Effekte für deutsche Unternehmen, z.B. zusätzliche Wertschöpfung und die Schaffung neuer Arbeitsplätze, aus den genannen Potentialen resultieren. Die Ergebnisse basieren auf einer Studie des Wuppertal Instituts, die im Auftrag von Greenpeace Deutschland und der DESERTEC Foundation erstellt wurde.
Das Wuppertal Paper beschreibt die Planung einer neuen modernen Beleuchtungsanlage für eines der Hauptgebäude der Universität Osnabrück (Allgemeines Verfügungszentrum AVZ mit 11.241 m2 Hauptnutzfläche) im Jahre 1996 und entwickelt ein Modell für ein Einspar-Contracting zur Finanzierung der neuen Anlage.
Der Kleinverbrauchssektor, zu dem die Universitäten gehören, war zu der Zeit mit rund 18 % am Endenergieverbrauch Deutschlands beteiligt. Im Hochschulbereich liegen die größten Stromverbräuche in der Beleuchtung (Anteil 30 %) und im Lüftungsbereich (Anteil 25 %). Nach Studien in Schleswig-Holstein, Österreich und der Schweiz sowie von hessischen Modelluntersuchungen an Schulen und Verwaltungsgebäuden sind "besonders hohe Einsparungen bei der Optimierung von Lüftungsanlagen und der Beleuchtung erreichbar".
In den Kapiteln 1-8 wird zunächst allgemein dargestellt, wie Stromverbrauch, einsparpotential sowie Betriebskosten von Beleuchtungsanlagen ermittelt werden können, welche Hemmnisse bei der Umsetzung speziell im öffentlichen Bereich bestehen und wie Einspar-Contracting hier ansetzen kann. Zudem werden Wirtschaftlichkeitsberechnungen für die Investition in eine neue Anlage besprochen. Die Einsparanalyse beruht auf der Schweizer Norm SIA 380/4.
In den Kapiteln 9-18 werden anschließend die vorher beschriebenen Sachverhalte anhand eines Beispiels aus der Praxis mit Leben gefüllt. Für das AVZ der Universität Osnabrück wird untersucht, welches Stromeinsparpotential bei der dort installierten veralteten Beleuchtungsanlage aus den 70er Jahren bestand, warum es trotz zehnjähriger Bemühungen der Universität nicht umgesetzt werden konnte und wie ein Contracting-Verfahren helfen könnte.
Für die Umsetzung der Energiewende und speziell den Ausbau erneuerbarer Energien sind nicht nur energiewirtschaftliche oder Klimaschutz-Kriterien maßgeblich. Zu einer umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung gehört unter anderem auch die Ressourcenbewertung. Hier ist unstrittig, dass die Gesamt-Ressourceninanspruchnahme eines Energiesystems generell erheblich niedriger ist, wenn dieses nicht auf fossilen, sondern auf erneuerbaren Energien basiert (und dabei nicht hauptsächlich auf Biomasse ausgerichtet ist). Bisher wurde jedoch insbesondere der Verbrauch und die langfristige Verfügbarkeit der mineralischen Rohstoffe, die in der Regel zur Herstellung von Energiewandlern und Infrastruktur benötigt werden, wenig untersucht.
Im Rahmen des Projekts KRESSE wurde daher erstmals analysiert, welche "kritischen" mineralischen Rohstoffe für die Herstellung von Technologien, die Strom, Wärme und Kraftstoffe aus erneuerbaren Energien erzeugen, bei einer zeitlichen Perspektive bis zum Jahr 2050 in Deutschland relevant sind. Die Einschätzung als "kritisch" umfasst dabei die langfristige Verfügbarkeit der identifizierten Rohstoffe, die Versorgungssituation, die Recyclingfähigkeit und die Umweltbedingungen der Förderung. Die Studie macht deutlich, dass die geologische Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe für den geplanten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland grundsätzlich keine limitierende Größe darstellt. Dabei kann jedoch möglicherweise nicht jede Technologievariante unbeschränkt zum Einsatz kommen.
Ende Dezember 2008 wurde im Europäischen Parlament die "Richtlinie über die geologische Speicherung von CO2" (auch als CCS-Richtlinie bezeichnet) verabschiedet, die eine Schlüsselrolle für die Entwicklung und die Umsetzung von Projekten der CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS) spielt. Der Artikel erläutert den Zusammenhang der CCS-Richtlinie mit dem Energie- und Klimapaket der EU, stellt die wesentlichen Inhalte der Richtlinie vor, zeigt die energiewirtschaftlichen Implikationen auf und arbeitet heraus, welche Regelungen zur Umsetzung der Richtlinie nun vom deutschen Gesetzgeber erfolgen müssen.
Als Direct Air Capture (DAC) werden Technologien zur Abscheidung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre bezeichnet. Diese könnten zunehmend zum Einsatz kommen, um CO2 für Power-to-X-Prozesse (PtX) oder zur Erzielung "negativer Emissionen" bereitzustellen. Die Ergebnisse einer multidimensionalen Bewertung im Rahmen der BMWi-Studie "Technologien für die Energiewende" (et 09/2018) zeigen, dass noch große Unsicherheiten bestehen und die Entwicklung überwiegend an Deutschland vorbeigeht.
In dem Forschungsprojekt "Technologien für die Energiewende" (TF_Energiewende) bewertet ein Konsortium von drei Verbundpartnern und zehn Technologiepartnern unter der Federführung des Wuppertal Instituts seit Herbst 2016 den mittelfristigen Forschungs- und Entwicklungsbedarf für die zentralen Technologien, die im Rahmen der Energiewende derzeit und zukünftig benötigt werden.
Wo werden zukünftig grüner Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe produziert? Zu welchen Kosten können diese erzeugt werden? Und welchen Anteil hätte eine heimische Produktion daran? Die Ergebnisse der Studie MENA-Fuels zeigen, dass im Nahen Osten und Nordafrika langfristig sehr große kostengünstige Potenziale für grünen Strom, Wasserstoff und Synfuels bestehen. Die Berücksichtigung von Investitionsrisiken hat jedoch einen signifikanten Einfluss auf deren Kosten und damit auf die Wahl der potenziellen Exportländer.
Der Politikbericht ist ein Ergebnis des Forschungsvorhabens "Technologien für die Energiewende", das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) als Teil des strategischen Leitprojekts "Trends und Perspektiven der Energieforschung" von 2016 bis 2018 gefördert wurde. Er enthält neben einer kurzen deutschen und englischen Einleitung vierseitige Zusammenfassungen zu jedem der 31 analysierten Technologiefelder und eine Kurzdarstellung der Bewertungsmethodik. Die Zusammenfassungen sind gegliedert nach Definition des Technologiefeldes, aktueller Stand der Technologie, ausgewählte Bewertungskriterien und F&E-Empfehlungen.
Im Herbst 2018 wird das neue Energieforschungsprogramm (EFP) der Bundesregierung verabschiedet. Das Forschungsprojekt "Technologien für die Energiewende", kurz TF_Energiewende, hat hierfür eine wesentliche wissenschaftliche Basis geliefert. Für 31 Technologiefelder, die mehrere Hundert Technologien umfassen, analysierten die Projektpartner das Innovations- und Marktpotenzial, bewerteten Chancen und Risiken sowie den möglichen Beitrag der Technologien zur Umsetzung der Energiewende und zeigten Forschungs- und Entwicklungsbedarf auf. Die nun veröffentlichten Ergebnisse dienen gleichzeitig als umfassendes Nachschlagewerk für Entscheider in Unternehmen, Forschungsabteilungen, Fördergeber und die interessierte Fachöffentlichkeit.
Der Teilbericht 2 enthält alle 31 Technologieberichte, die im Forschungsvorhaben "Technologien für die Energiewende" erstellt wurden. Für jedes Technologiefeld wird der Entwicklungsstatus und der Bedarf an Forschung und Entwicklung dargestellt. Die Bewertung erfolgte mittels 12 Bewertungskriterien, die nach dem klimapolitischen und energiewirtschaftlichen Beitrag der jeweiligen Technologien fragen, die Positionierung deutscher Unternehmen im internationalen Kontext betrachten sowie die Systemkompatibilität bewerten. Hinzu kommen Aspekte der gesellschaftlichen Akzeptanz sowie des Standes von F&E im internationalen Vergleich.
Band 1 enthält die Technologieberichte aus den Bereichen Erneuerbare Energien, konventionelle Kraftwerke und Infrastruktur.
Der Teilbericht 2 enthält alle 31 Technologieberichte, die im Forschungsvorhaben "Technologien für die Energiewende" erstellt wurden. Für jedes Technologiefeld wird der Entwicklungsstatus und der Bedarf an Forschung und Entwicklung dargestellt. Die Bewertung erfolgte mittels 12 Bewertungskriterien, die nach dem klimapolitischen und energiewirtschaftlichen Beitrag der jeweiligen Technologien fragen, die Positionierung deutscher Unternehmen im internationalen Kontext betrachten sowie die Systemkompatibilität bewerten. Hinzu kommen Aspekte der gesellschaftlichen Akzeptanz sowie des Standes von F&E im internationalen Vergleich.
Band 2 enthält die Technologieberichte aus den Bereichen Sektorenkopplung, Energie- und Ressourceneffizienz in Gebäuden sowie in der Industrie und integrative Aspekte.