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The German government has set itself the target of reducing the country's GHG emissions by between 80 and 95% by 2050 compared to 1990 levels. Alongside energy efficiency, renewable energy sources are set to play the main role in this transition. However, the large-scale deployment of renewable energies is expected to cause increased demand for critical mineral resources. The aim of this article is therefore to determine whether the transformation of the German energy system by 2050 ("Energiewende") may possibly be restricted by a lack of critical minerals, focusing primarily on the power sector (generating, transporting and storing electricity from renewable sources). For the relevant technologies, we create roadmaps describing a number of conceivable quantitative market developments in Germany. Estimating the current and future specific material demand of the options selected and projecting them along a range of long-term energy scenarios allows us to assess potential medium- or long-term mineral resource restrictions. The main conclusion we draw is that the shift towards an energy system based on renewable sources that is currently being pursued is principally compatible with the geological availability and supply of mineral resources. In fact, we identified certain sub-technologies as being critical with regard to potential supply risks, owing to dependencies on a small number of supplier countries and competing uses. These sub-technologies are certain wind power plants requiring neodymium and dysprosium, thin-film CIGS photovoltaic cells using indium and selenium, and large-scale redox flow batteries using vanadium. However, non-critical alternatives to these technologies do indeed exist. The likelihood of supplies being restricted can be decreased further by cooperating even more closely with companies in the supplier countries and their governments, and by establishing greater resource efficiency and recyclability as key elements of technology development.
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.
This report presents the findings and recommendations of the EMI case study undertaken as part of the Digital Europe project. Chapter 2 sets out the background to the case study; chapter 3 investigates the environmental impacts of digital music; and chapter 4 highlights the social impacts of digital music. Chapter 5 outlines future scenarios for the sector and chapter 6 draws recommendations for business and government.
Im Zentrum dieser Untersuchung steht die Aufbereitung der Erfahrungen mit den Elektrofahrzeugen in Einzelprojekten der Modellregionen Phase I hinsichtlich der energiebezogenen Parameter und der nach Fahrzeugsegmenten differenzierte Vergleich mit herkömmlichen Fahrzeugen. In der Literatur finden sich für die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen unterschiedliche Bewertungsmethoden, deren Ergebnisse kurzfristig stark streuen und sich erst mittel- bis längerfristig perspektivisch annähern. In der vorliegenden Untersuchung werden drei Varianten zur Bilanzierung der klimarelevanten Emissionen gerechnet: a) Werden Elektrofahrzeuge mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben, ist ihre Klimabilanz deutlich besser als diejenige fossil betriebener Pkw. Wann, inwieweit und unter welchen Voraussetzungen (Herkunftsnachweis) eine direkte Zuordnung des Fahrstroms zu einer Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien möglich ist, ist heute allerdings umstritten. b) Unter pragmatischen Gesichtspunkten bietet die Strommixmethode eine gute Orientierung für die klimabezogene Bewertung von Elektrofahrzeugen. Aufgrund der auf der Zeitachse planungsgemäß zunehmenden Anteile erneuerbarer Energien im Strommix führt dies für die Zeiten, in denen eine signifikante Durchdringung mit Elektrofahrzeugen zu erwarten ist, zu einer gegenüber heute deutlichen Verbesserung der spezifischen CO2-Emissionen und respektive Vorteilen gegenüber mit fossilen Kraftstoffen betriebenen Fahrzeugen. c) Legt man dem Kraftwerkseinsatz Merit Order als Regel des ökonomischen Betriebs zugrunde und betrachtet den Stromverbrauch von Elektrofahrzeugen als "zusätzlichen" Verbrauch gegenüber einem Zustand ohne Elektrofahrzeuge, stellt sich die Klimabilanz nicht so günstig dar.
Calculating MIPS 2.0
(2013)
The Wuppertal Institute developed, in the early 1990s, an input-oriented lifecycle-wide resource accounting method, the "Material Input per Service-Unit" concept (MIPS), today also referred to as "Material Footprint". The official handbook applicable to products, services, and processes describes a MS Excel-based sequential approach for calculating MIPS. Today's computing power, available to every researcher, and access to software and databases dedicated to lifecycle analysis make calculating MIPS using matrix inversion possible. This also opens up possibilities for enhancing MIPS-models programmatically: parameterizing the foreground and background systems, batch modeling for producing time series, and computational algorithms enhancing interpretation. The article provides (1) an overview of the methods and tools used for calculating MIPS from its origins to today, and (2) demonstrates some of the programmatically enhanced capabilities offered to MIPS-practitioners.
Dieser Leitfaden will eine Praxisanleitung zur Durchführung von Analysen nach dem MIPS-Konzept sein. MIPS steht für Material-Input Pro Serviceeinheit, einem Maß, das am Wuppertal Institut entwickelt wurde und einen Indikator des vorsorgenden Umweltschutzes darstellt. Diese Praxisanleitung ist keine umfassende Methodenbeschreibung, sondern vielmehr als Ergänzung zu den bestehenden Veröffentlichungen, insbesondere zum MAIA-Handbuch, zu verstehen. Die vorliegende Praxisanleitung enthält zusätzliche Informationen, die nicht Bestandteil einer Methodenbeschreibung sein können, jedoch für die praktische Arbeit unerlässlich sind. Dieser Leitfaden richtet sich an Unternehmen und Personen, die produkt- oder dienstleistungsbezogene MIPS- oder Material-Input(MI)-Analysen durchführen wollen, und gibt einen generellen Überblick darüber, was MIPS ist und wie MIPS gerechnet wird.
This manual sets out to be an instruction guide for the implementation of analyses according to the MIPS concept. MIPS stands for Material Input Per Service unit, a measure developed at the Wuppertal Institute, which serves as an indicator of precautionary environmental protection. However, this publication is not a comprehensive description of the methods used, but should rather be seen as supplementing existing publications, in particular, the MAIA Handbook. This practical guide contains additional information, which cannot be part of a methodological description, but which is indispensable for the practical work. This manual is directed at enterprises and persons, who wish to carry out MIPS or a material analysis in relation to products or services. It gives a general impression of what MIPS is, and how MIPS is calculated.
Technologien zur Ressourceneffizienzsteigerung : Hot Spots und Ansatzpunkte ; Projekt-Ergebnisse
(2007)
Supply risks and environmental concerns drive the interest in critical raw material recycling in the European Union. Globally, waste electrical and electronic equipment (WEEE) is projected to increase by almost 40% until 2030. This waste stream can be a source of secondary raw materials. The determination of the economic feasibility of recycling and recovering specific materials is a data-intensive, time-consuming, and case-specific task. This study introduced a two-part evaluation scheme consisting of upper continental crust concentrations and raw material prices as a simple tool to indicate the potential and limitations of critical raw material recycling. It was applied to the case of light-emitting diodes (LED) lamps in the EU. A material flow analysis was conducted, and the projected waste amounts were analyzed using the new scheme. Indium, gallium, and the rare earth elements appeared in low concentrations and low absolute masses and showed only a small revenue potential. Precious metals represented the largest revenue share. Future research should confirm the validity and usefulness of the evaluation scheme.
Mit dem Ziel, das Kunststoffrecycling weiter zu steigern, wurden in diesem Vorhaben die Verfahren und Prozesse der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen in den Blick genommen - von der Sortierung über die Aufbereitung bis hin zu einem erneuten Einsatz in der Produktion. Ausgehend von der Beschreibung des Standes der Technik wurden mögliche, innovative technische Optimierungspotenziale identifiziert und dargestellt, die zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten und ihren Einsatzmöglichkeiten in Neuprodukten beitragen können. Für eine Bewertung der Umweltwirkungen der technischen Innovationen im Vergleich zum Stand wurden ökobilanzielle Berechnungen vorgenommen.
Mit dem Ziel, das Kunststoffrecycling weiter zu steigern, wurden in diesem Vorhaben die Verfahren und Prozesse der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen in den Blick genommen - von der Sortierung über die Aufbereitung bis hin zu einem erneuten Einsatz in der Produktion. Ausgehend von der Beschreibung des Standes der Technik wurden mögliche, innovative technische Optimierungspotenziale identifiziert und dargestellt, die zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten und ihren Einsatzmöglichkeiten in Neuprodukten beitragen können. Für eine Bewertung der Umweltwirkungen der technischen Innovationen im Vergleich zum Stand wurden ökobilanzielle Berechnungen vorgenommen.
The environmental impacts of mobile computing : a case study with HP ; final report ; Digital Europe
(2003)
This report includes the results and calculations of the HP case study within the Digital Europe project. This case study investigates the environmental effects of mobile computing devices as an element of the growing ICT infrastructure for applications such as ecommerce, egovernment and telework. Specifically, the resource intensity of a notebook computer and a handheld device will be analysed and discussed.