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In spite of current multiple political crises, global warming will remain a prime issue on the global agenda. The adoption of the Paris Agreement in 2015 and its quick ratification in 2016 have created a strong momentum for worldwide action against climate change. As global greenhouse gas emissions must decline towards levels close to zero by the middle of the century, the rapid decarbonisation of energy systems is high on the agenda of most countries around the globe. This publication delivers insights into cutting edge research on the necessary transitions towards low carbon societies and by this aims to contribute to international as well as national policymaking. The topics covered in more than 20 concise original articles are among the most important issues for progressing solutions for climate change and sustainable development. The papers discuss recent findings and case studies in the following subject areas: Governance of the necessary long-term transitions in the context of potential known and unknown adverse developments; Policy instruments and strategies that allow for financing the transition to low carbon economies and, at the same time, respond to today's economic and social challenges; Integrated strategies for three of the most important arenas of global decarbonisation: Cities, as much of the change and necessary investment for low carbon societies must take place, be planned, be financed and be built in cities; industry, particularly the energy-intensive processing industries, which are at the core of society's metabolism and are responsible for a large and growing share of global emissions and science as a whole, which must become more solutions-oriented because the transitions needed will rely heavily on research providing solutions for technological as well as societal problems. As a contribution to these great challenges and at the request of the G7 Environment Ministers, the Low Carbon Society Research Network (LCS-RNet) acts as a forum aimed at fostering research and policymaking to jointly achieve decarbonised energy systems in countries around the world. It convenes leading scientists, practitioners and policymakers and aims at supporting governments in proceeding jointly towards the design and implementation of climate-friendly low carbon societies.

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.

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.