This paper undertakes a step to explaining the international economics of resource productivity. It argues that natural resources are back on the agenda for four reasons: the demand on world markets continues to increase, the environmental constraints to using resources are relevant throughout their whole life cycle, the access to critical metals could become a barrier to the low carbon economy, and uneven patterns of use will probably become a source of resource conflicts. Thus, the issue is also of relevance for the transition to a low carbon economy. "Material Flow Analysis" is introduced as a tool to measure the use of natural resources within economies and internationally; such measurement methodology now is being harmonized under OECD auspices. For these reasons, the paper argues that resource productivity - that is the efficiency of using natural resources to produce goods and services in the economy - will become one of the key determinants of economic success and human well-being. An empirical chapter gives evidence on time series of resource productivity increases across a number of economies. Introducing the notion of "material flow innovation", the paper also discusses the innovation dynamics and issues of competitiveness. However, as the paper concludes, market barriers make a case for effective resource policies that should provide incentives for knowledge generation and get the prices right.
The papers for this special issue were originally contributed to the 2nd International Wuppertal Colloquium on "Sustainable Growth, Resource Productivity and Sustainable Industrial Policy - Recent Findings, new Approaches for Strategies and Policies" that was held from 10 to 12 September 2009 in Wuppertal, Germany. The intensive discussion during the Colloqium and the subsequent rigorous review process have helped to facilitate this process - we wish to thank all participants and contributers, as well as Sevan Hambarsoomian and Deniz Erdem for administrative support.
The physical dimension of international trade. Part 1: Direct global flows between 1962 and 2005
(2010)
The physical dimension of international trade is attaining increased importance. This article describes a method to calculate complete physical trade flows for all countries which report their trade to the UN. The method is based on the UN Comtrade database and it was used to calculate world-wide physical trade flows for all reporting countries in nine selected years between 1962 and 2005. The results show increasing global trade with global direct material trade flows reaching about 10 billion tonnes in 2005, corresponding to a physical trade volume of about 20 billion tonnes (adding both total imports and total exports). The share from European countries is declining, mainly in favour of Asian countries. The dominant traded commodity in physical units was fossil fuels, mainly oil. Physical trade balances were used to identify the dominant resource suppliers and demanders. Australia was the principal resource supplier over the period with a diverse material export structure. It was followed by mainly oil-exporting countries with varying volumes. As regards to regions, Latin America, south-east Asian islands and central Asia were big resource exporters, mostly with increasing absolute amounts of net exports. The largest net importers were Japan, the United States and single European countries. Emerging countries like the "Asian Tigers" with major industrial productive sectors are growing net importers, some of them to an even higher degree than European countries. Altogether, with the major exception of Australia and Canada, industrialized countries are net importers and developing countries and transition countries are net exporters, but there are important differences within these groups.
Ein institutionelles Reformprogramm zur Förderung transdisziplinärer Nachhaltigkeitsforschung
(2010)
Die deutsche Politik orientiert sich in weiten Teilen an Nachhaltigkeit. Da erstaunt es, dass transdisziplinäre Nachhaltigkeitsforschung im Land kaum etabliert ist. Ein institutionelles Reformprogramm, das die besonderen Strukturbedingungen des deutschen Wissenschaftssystems berücksichtigt, vermag dies zu ändern.
The optimization of value chains is an important process to promote sustainable development, since value chains are closely linked to the satisfaction of human needs and combine different driving forces for environmental change. This article presents a methodological approach for the participatory development of value-chain wide sustainability indicator sets and their integration into a decision support tool in the specific case study of the chain "construction and refurbishment with wood". There are numerous indicator sets for sustainable development of forests and sustainable forestry available at different levels, ranging from local, regional and national to global scale assessments. Some efforts were also made to integrate later production stages of forest value chains (such as wood processing) in the assessment scope (e.g. for chain-of-custody certification). However, no indicator set has so far been available covering environmental, social and economic aspects for the entire value chain of building with timber. This gap was closed through applied sustainability research in the project "Holzwende 2020: Sustainable future markets for wood in the building sector".
Several energy scenario studies consider concentrated solar power (CSP) plants as an important technology option to reduce the world's CO2 emissions to a level required for not letting the global average temperature exceed a threshold of 2–2.4 °C. A global ramp up of CSP technologies offers great economic opportunities for technology providers as CSP technologies include highly specialised components. This paper analyses possible value creation effects resulting from a global deployment of CSP until 2050 as projected in scenarios of the International Energy Agency (IEA) and Greenpeace International. The analysis focuses on the economic opportunities of German technology providers since companies such as Schott Solar, Flabeg or Solar Millennium are among the leading suppliers of CSP technologies on the global market.
Comparative analysis of environmental impacts of maize-biogas and photovoltaics on a land use basis
(2010)
This study aims to stimulate the discussion on how to optimize a sustainable energy mix from an environmental perspective and how to apply existing renewable energy sources in the most efficient way. Ground-mounted photovoltaics (PV) and the maize-biogas-electricity route are compared with regard to their potential to mitigate environmental pressure, assuming that a given agricultural area is available for energy production. Existing life cycle assessment (LCA) studies are taken as abasis to analyse environmental impacts of those technologies in relation to conventional technology for power and heat generation. The life-cycle-wide mitigation potential per area used is calculated for the impact categories non-renewable energy input, green house gas (GHG) emissions, acidification and eutrophication. The environmental performance of each system depends on the scenario that is assumed for end energy use (electricity and heat supply have been contemplated). In all scenarios under consideration, PV turns out to be superior to biogas in almost all studied impact categories. Even when maize is used for electricity production in connection with very efficient heat usage, and reduced PV performance is assumed to account for intermittence, PV can still mitigate about four times the amount of green house gas emissions and non-renewable energy input compared to maize-biogas. Soil erosion, which can be entirely avoided with PV, exceeds soil renewal rates roughly 20-fold on maize fields. Regarding the overall Eco-indicator 99 (H) score under most favourable assumptions for the maize–biogas route, PV has still a more than 100% higher potential to mitigate environmental burden. At present, the key advantages of biogas are its price and its availability without intermittence. In the long run, and with respect to more efficient land use, biogas might preferably be produced from organic waste or manure, whereas PV should be integrated into buildings and infrastructures.
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.
Renewable energy can become the major energy supply option in low-carbon energy economies. Disruptive transformations in all energy systems are necessary for tapping widely available renewable energy resources. Organizing the energy transition from non-sustainable to renewable energy is often described as the major challenge of the first half of the 21st century. Technological innovation, the economy (costs and prices) and policies have to be aligned to achieve full renewable energy potentials, and barriers impeding that growth need to be removed. These issues are also covered by IPCC's special report on renewable energy and climate change to be completed in 2010. This article focuses on the interrelations among the drivers. It clarifies definitions of costs and prices, and of barriers. After reviewing how the third and fourth assessment reports of IPCC cover mitigation potentials and commenting on definitions of renewable energy potentials in the literature, we propose a consistent set of potentials of renewable energy supplies.