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Im Rahmen der Energiewende haben sich erneuerbare Energien zur Stromerzeugung in Deutschland bereits etabliert. Um jedoch das volle Potenzial der Reduktion von fossilen Energien und Treibhausgasen (THG) auszuschöpfen, muss aus der Energiewende auch eine Wärmewende werden. Der Energieeinsatz für die Wärmebereitstellung der Industrie betrug im Jahr 2012 etwa 535 TWh (22 % des Endenergiebedarfs Deutschlands), hauptsächlich bereitgestellt durch Erdgas (48 %) und Steinkohle (17 %) 1. Damit wurden für die Wärmebereitstellung im Industriesektor rund 159 Mio. t CO2-äq emittiert, was 17 % der THG-Emissionen Deutschlands entspricht.
Aufgrund der Vielseitigkeit der einzelnen Branchen und Wärmeanwendungen im Industriesektor kann dieser Beitrag nur beispielhaft einzelne Komponenten für eine Wärmewende aufzeigen, die auch wiederum die Aktivitäten der einzelnen Autoren widerspiegeln. Ausgehend von einer nationalen Betrachtung und expliziten Modellierungsergebnissen für die energieintensive Industrie in NRW, werden einzelne Potenziale und Aktivitäten im Bereich der Wärmebereitstellung, -speicherung und -integration behandelt.
The Port of Rotterdam is an important industrial cluster mainly comprising of oil refining, chemical manufacturing and power and steam generation. In 2015, the area accounted for 18 % of the Netherlands' total CO2 emissions. The Port of Rotterdam Authority is aware that the port's economy is heavily exposed to future global and EU decarbonization policies, as the bulk of its activities focuses on trading, handling, converting and using fossil fuels. Based on a study for the Port Authority, our paper explores possible pathways of how the industrial cluster can keep its strong market position in Europe and still reduce its CO2 emissions by 98 % by 2050. The "Biomass and CCS" scenario assumes that large amounts of biomass can be supplied sustainably and will be used in the port for power generation as well as for feedstock for refineries and the chemical industry. Fischer-Tropsch fuel generation plays an important role in this scenario, allowing the port to become a key cluster for the production of synthetic fuels and feedstocks in Western Europe. The "Closed Carbon Cycle" scenario assumes that renewables-based electricity will be used at the port to supply heat and hydrogen for the synthetic generation of feedstock for the chemical industry. The carbon required for the chemicals will stem from recycled waste. Technologies particularly needed in this scenario are water electrolysis and gasification or pyrolysis to capture carbon from waste, as well as technologies for the production of base chemicals from syngas. The paper compares both scenarios with regard to their respective technological choices and infrastructural changes. The scenarios’ particular opportunities and challenges are also discussed. Using possible future pathways of a major European petrochemical cluster as an example, the paper illustrates options for deep decarbonisation of energy intensive industries in the EU and beyond.
Diese Studie untersucht Notwendigkeiten und Möglichkeiten, Wasserstoff und Strom zu nutzen, um den Verkehrssektor in Deutschland perspektivisch zu dekarbonisieren. Basis der Untersuchung ist das Dekarbonisierungsszenario des Wuppertal Instituts von 2017, welches den Verkehrssektor Deutschlands unter der Maßgabe dekarbonisiert, dass Deutschland einen adäquaten Beitrag dazu leistet, den Klimawandel auf 1,5 °C mittlere Temperaturerhöhung gegenüber dem vorindustriellen Zeitalter zu begrenzen.
Das Dekarbonisierungsszenario nimmt eine ambitionierte Verkehrswende an, um dieses Politikziel zu erreichen. Es zeichnet sich durch eine besonders effiziente Mobilität aus, indem es umfangreiche Vermeidungs- und Verlagerungsmaßnahmen vorsieht und dadurch der Energieverbrauch besonders gering bleiben kann. Dennoch werden selbst in diesem Klimaschutzszenario signifikante Mengen erneuerbaren Stroms für den Verkehrssektor benötigt.
Es findet eine möglichst "direkte Elektrifizierung" statt, also ein Strombezug von batterie-elektrischen Pkw aus dem Netz, sowie über Oberleitungen für die Schiene und für große Lkw auf Bundesautobahnen. Es ist aber auch eine "indirekte Elektrifizierung" nötig, indem aus erneuerbarem Strom unter der Hinnahme von Wirkungsgradverlusten Wasserstoff (H2) und als Folgeprodukt auch synthetische Kraftstoffe hergestellt werden. Diese strombasierten Produkte werden im Dekarbonisierungsszenario für große Pkw und Lkw verwendet.
Die vorliegende Studie berechnet zusätzlich den H2- bzw. PtX-Bedarf des internationalen Flug- und Seeverkehrs. Sie bestimmt außerdem das Lastprofil für eine ungesteuerte Ladung von Elektro-Pkw im Zieljahr. Die Berechnungen verdeutlichen, dass die Dekarbonisierung des Verkehrssektors in Zukunft sehr viel stärker mit dem Stromsystem wechselwirkt. Für Klimaschutz im Verkehr bedarf es neben einer drastischen Energieverbrauchssenkung und einem beschleunigten Ausbau erneuerbarer Energien auch die Infrastruktur für Strom und strombasierte Produkte.
The need for deep decarbonisation in the energy intensive basic materials industry is increasingly recognised. In light of the vast future potential for renewable electricity the implications of electrifying the production of basic materials in the European Union is explored in a what-if thought-experiment. Production of steel, cement, glass, lime, petrochemicals, chlorine and ammonia required 125 TW-hours of electricity and 851 TW-hours of fossil fuels for energetic purposes and 671 TW-hours of fossil fuels as feedstock in 2010. The resulting carbon dioxide emissions were equivalent to 9% of total greenhouse gas emissions in EU28. A complete shift of the energy demand as well as the resource base of feedstocks to electricity would result in an electricity demand of 1713 TW-hours about 1200 TW-hours of which would be for producing hydrogen and hydrocarbons for feedstock and energy purposes. With increased material efficiency and some share of bio-based materials and biofuels the electricity demand can be much lower. Our analysis suggest that electrification of basic materials production is technically possible but could have major implications on how the industry and the electric systems interact. It also entails substantial changes in relative prices for electricity and hydrocarbon fuels.
The Low Carbon Future Cities (LCFC) project aims at facing a three dimensional challenge by developing an integrated city roadmap balancing: low carbon development, gains in resource efficiency and adaptation to climate change. The paper gives an overview of the first outcomes of the analysis of the status quo and assessment of the most likely developments regarding GHG emissions, climate impacts and resource use in Wuxi - the Chinese pilot city for the LCFC project. As a first step, a detailed emission inventory following the IPCC guidelines for Wuxi has been carried out. In a second step, the future development of energy demand and related CO2 emissions in 2050 were simulated in a current policy scenario (CPS). In parallel, selected aspects of material and water flows for the energy and the building sector were analyzed and modeled. In addition, recent and future climate impacts and vulnerability were investigated. Based on these findings, nine key sectors with high relevance to the three dimensions could be identified. Although Wuxi's government has started a path to implement a low carbon plan, the first results show that, for the shift towards a sustainable low carbon development, more ambitious steps need to be taken in order to overcome the challenges faced.
Zielsetzung des Forschungsprojektes war es, Klimaschutzszenarien für Deutschland zu entwickeln, die hinsichtlich ihres klimapolitischen Ziels, d.h. ihres langfristigen Emissionsminderungsbeitrags, im Wesentlichen gleich sind, die aber zum Teil auf unterschiedliche Optionen zur Reduktion der energiebedingten CO2-Emissionen setzen. Diese Klimaschutzszenarien wurden hinsichtlich sozioökonomischer und ökologischer Kriterien evaluiert und miteinander verglichen.
The German federal state of North Rhine-Westphalia (NRW) is home to one of the most important industrial regions in Europe, and is the first German state to have adopted its own Climate Protection Law (CPL). This paper describes the long-term (up to 2050) mitigation scenarios for NRW’s main energy-intensive industrial sub-sectors which served to support the implementation of the CPL. It also describes the process of scenario development, as these scenarios were developed through stakeholder participation. The scenarios considered three different pathways (best-available technologies, break-through technologies, and CO2 capture and storage). All pathways had optimistic assumptions on the rate of industrial growth and availability of low-carbon electricity. We find that a policy of "re-industrialisation" for NRW based on the current industrial structures (assumed here to represent an average growth of NRWs industrial gross value added (GVA) of 1.6% per year until 2030 and 0.6% per year from 2030 to 2050), would pose a significant challenge for the achievement of overall energy demand and German greenhouse gas (GHG) emission targets, in particular as remaining efficiency potentials in NRW are limited. In the best-available technology (BAT) scenario CO2 emission reductions of only 16% are achieved, whereas the low carbon (LC) and the carbon capture and storage (CCS) scenario achieve 50% and 79% reduction respectively. Our results indicate the importance of successful development and implementation of a decarbonised electricity supply and breakthrough technologies in industry - such as electrification, hydrogen-based processes for steel, alternative cements or CCS - if significant growth is to be achieved in combination with climate mitigation. They, however, also show that technological solutions alone, together with unmitigated growth in consumption of material goods, could be insufficient to meet GHG reduction targets in industry.
