Zukünftige Energie- und Industriesysteme
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Urban areas, being responsible for large shares of global greenhouse gas emissions, are important arenas for achieving global decarbonisation. However, the systemic challenge of decarbonisation requires deep structural changes - transitions - that take place across multiple scales and along entire value chains. We argue in this article that understanding the role of urban areas for global decarbonisation therefore requires consideration of their context and analysis of urban areas' contributions to transitions that extend past the individual urban area. We develop an analytical framework that proposes three principal ways urban areas contribute to low-carbon transitions and ten competences that regional and local governance actors have to support them. We apply this framework to the Cologne metropolitan area in Germany to demonstrate the ability of our framework to relate urban-scale activities to more encompassing low-carbon transitions. The paper concludes with future research possibilities.
In order to ensure security of supply in a future energy system with a high share of volatile electricity generation, flexibility technologies are needed. Industrial demand-side management ranks as one of the most efficient flexibility options. This paper analyses the effect of the integration of industrial demand-side management through the flexibilisation of aluminium electrolysis and other flexibilities of the electricity system and adjacent sectors. The additional flexibility options include electricity storage, heat storage in district heating networks, controlled charging of electric vehicles, and buffer storage in hydrogen electrolysis. The utilisation of the flexibilities is modelled in different settings with an increasing share of renewable energies, applying a dispatch model. This paper compares which contributions the different flexibilities can make to emission reduction, avoidance of curtailment, and reduction of fuel and CO2 costs, and which circumstances contribute to a decrease or increase of overall emissions with additional flexibilities. The analysis stresses the rising importance of flexibilities in an energy system based on increasing shares of renewable electricity generation, and shows that flexibilities are generally suited to reduce carbon emissions. It is presented that the relative contribution towards the reduction of curtailment and costs of flexibilisation of aluminium electrolysis are high, whereby the absolute effect is small compared to the other options due to the limited number of available processes.
For the option of “carbon capture and storage”, an integrated assessment in the form of a life cycle analysis and a cost assessment combined with a systematic comparison with renewable energies regarding future conditions in the power plant market for the situation in Germany is done. The calculations along the whole process chain show that CCS technologies emit per kWh more than generally assumed in clean-coal concepts (total CO2 reduction by 72-90% and total greenhouse gas reduction by 65-79%) and considerable more if compared with renewable electricity. Nevertheless, CCS could lead to a significant absolute reduction of GHG-emissions within the electricity supply system. Furthermore, depending on the growth rates and the market development, renewables could develop faster and could be in the long term cheaper than CCS based plants. Especially, in Germany, CCS as a climate protection option is phasing a specific problem as a huge amount of fossil power plant has to be substituted in the next 15 years where CCS technologies might be not yet available. For a considerable contribution of CCS to climate protection, the energy structure in Germany requires the integration of capture ready plants into the current renewal programs. If CCS retrofit technologies could be applied at least from 2020, this would strongly decrease the expected CO2 emissions and would give a chance to reach the climate protection goal of minus 80% including the renewed fossil-fired power plants.
Several countries with large coal deposits but limited domestic oil reserves show high interest in coal-to-liquid (CtL) technologies, which could reduce crude oil imports by converting coal into liquid hydrocarbon fuels. After decades of successful large-scale operating experiences in South Africa, CtL activities in the United States, China and Germany have been fanned by the high oil price in the last years. However, CtL indicates negative techno-economic and resource-related features, such as high capital costs, high greenhouse gas discharges and high water consumption. Therefore, the technology's diffusion strongly depends on a favourable framework of policies and strong technology advocates. Daniel Vallentin analyses interdependencies between technical and non-technical parameters affecting the diffusion of CtL technologies in the United States, China and Germany. Applying the inter-disciplinary technological system approach, he identifies factors which determine the market prospects of CtL in these countries, including costs, the geographic distribution of coal reserves, actor constellations and technology, energy and climate policies. At the end of his study, he derives general conclusions with regard to driving forces and barriers for CtL diffusion. As the investigated countries are major consumers of energy and belong to the world's largest emitters of greenhouse gases, their strategies in substituting crude oil based fuels are of utmost global relevance. Therefore, Vallentin's study is recommended to experts, planners, decision-makers, and politicians in the field of climate and resource protection.
Die Technologie der CO2-Abtrennung und -Speicherung (CCS) sowie die CO2-Nutzung (CCR) wird in diesem Fachbuch umfassend und aus unterschiedlicher Perspektive beleuchtet.
Experten aus Forschung und Industrie stellen die CCS- und CCR-Technologie auf Basis der naturwissenschaftlichen und technischen Grundlagen vor und legen den Stand der Technik dar. Sie vergleichen Energiebilanzen für verschiedene Techniken und diskutieren rechtliche, wirtschaftliche und gesellschaftspolitische Aspekte. In Szenarioanalysen zeigen sie den möglichen zukünftigen Beitrag der Technologien auf und stellen die Sichtweisen der verschiedenen Stakeholder-Gruppen vor.
Die Autoren haben den Anspruch, wertfrei zu informieren. Dabei legen sie die Kriterien für die Bewertung der einzelnen Sichtweisen offen.
Das vorliegende Papier zeigt, welche Weichen die Politik stellen muss, um den Gebäudebestand bis 2045 klimaneutral zu machen. Im Fokus stehen höhere Effizienzanforderungen für Bestands- und Neubauten, ein schnellerer Ausstieg aus Gas- und Ölheizungen, gleichzeitig aber auch höhere Anreize und bessere Unterstützung für Gebäudebesitzende sowie warmmietenneutrale Sanierungen, um Mietende vor einer Überlastung zu schützen.
Dabei müssen bestehende Gebäude so renoviert werden, dass sie ähnlich wie Neubauten kaum noch Energie verbrauchen. Gleichzeitig müssen Heizenergie und Stromversorgung komplett auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Zudem muss durch intelligentere Nutzungskonzepte der Anstieg der Gebäudeflächen gebremst werden. Die kommende Legislaturperiode ist somit entscheidend, damit Klimaneutralität im Gebäudesektor bis spätestens 2045 erreicht werden kann.
Dieser Zukunftsimpuls schlägt daher ein 14 Maßnahmen umfassendes und konsistentes Politikpaket vor. Neben den oben genannten Maßnahmen des Förderns und Forderns gehören dazu insbesondere klare Vorgaben für eine bessere energetische Sanierung und ein deutliches Ziel für den Ausstieg aus fossilen Gas- und Ölheizungen, die allen Beteiligten Sicherheit geben. Individuelle Sanierungsfahrpläne für alle heute noch nicht effizienten Gebäude bis spätestens 2028 und kommunale Wärmepläne helfen den Gebäudebesitzenden bei der technischen Entwicklung ihrer Gebäude und der Investitionsplanung. Häufig sind es die nicht-monetären Hemmnisse, die maßgeblich für die geringe Sanierungsrate sind. One-Stop-Shops verringern die Hemmschwelle Maßnahmen umzusetzen. Darüber hinaus wirkt Quartiersmanagement unterstützend und hilft Kräfte zu bündeln.
Die in Paris Ende 2015 beschlossene Vereinbarung gibt das Ziel vor, die Erderwärmung bis 2100 auf deutlich unter 2 Grad Celsius zu begrenzen, möglichst aber auf unter 1,5 Grad Celsius. Die vorliegende Studie setzt sich mit der Frage von Fridays for Future Deutschland auseinander, welche Dimension von Veränderungen im deutschen Energiesystem erforderlich wären, um einen angemessenen Beitrag für das Erreichen der 1,5-Grad-Grenze leisten zu können. Nach Abschätzung des Weltklimarates, dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), lassen sich mit dieser Temperaturgrenze die Risiken und Auswirkungen des Klimawandels gegenüber einer stärkeren Erderwärmung erheblich verringern.
Die Autorinnen und Autoren haben dabei den Budgetansatz des Sachverständigenrats für Umweltfragen (SRU) der Bundesregierung zugrunde gelegt. Um das 1,5-Grad-Ziel mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent zu erreichen, ist das Restbudget an damit verträglichen Treibhausgasemissionen eng begrenzt. Für Deutschland bleibt gemäß des Sachverständigenrats für Umweltfragen ab dem Jahr 2020 noch ein Restbudget von 4,2 Gigatonnen CO2. Dabei geht der Sachverständigenrat von der Annahme aus, dass auf globaler Ebene jedem Menschen für die Zukunft ein gleiches Pro-Kopf-Emissionsrecht zugestanden werden soll. Mit dieser Klimaschutzvorgabe geht er deutlich weiter als die aktuellen politischen Vorgaben der Europäischen Union und der Bundesregierung, die diese für sich aus den Pariser Klimaschutzvereinbarungen ableiten.
Die vom SRU formulierte Zielmarke lässt sich einhalten, wenn das Energiesystem (Energiewirtschaft, Industrie, Verkehr und Gebäudewärme) bis zum Jahr 2035 CO2-neutral aufgestellt wird und die Emissionen insbesondere in den nächsten Jahren bereits überproportional stark gesenkt werden können.
Die vorliegende Studie untersucht die technische und in gewissem Maße auch die ökonomische Machbarkeit einer Transformation zur CO2-Neutralität bis 2035. Ob sich dieses Ziel jedoch tatsächlich realisieren lässt, hängt auch maßgeblich von der gesellschaftlichen Bereitschaft und einem massiven politischen Fokus auf die notwendige Transformation ab. Die Studie gibt somit Aufschluss darüber, inwiefern es grundlegende technologische und wirtschaftliche Hindernisse für die CO2-Neutralität 2035 gibt; nicht jedoch ob die Umsetzung realpolitisch tatsächlich gelingen kann bzw. was dafür im Einzelnen getan werden muss. Neben den technischen und ökonomischen Herausforderungen einer Transformation hin zu CO2-Neutralität bestehen zentrale Herausforderungen auch in institutioneller und kultureller Hinsicht, zum Beispiel bei Themen wie der Akzeptanz für einen starken Ausbau von Erneuerbaren-Energien-Anlagen und von Energieinfrastrukturen oder hinsichtlich der Notwendigkeit eines deutlich veränderten Verkehrsverhaltens.
CO2-capture and geological storage as a climate policy option : technologies, concepts, perspectives
(2007)
The idea of removing carbon dioxide from flue gas and industrial gas flows and putting it into suitable long-term storage sites is referred to as Carbon Capture and Storage (CCS). This publication provides a close look at this new line of technologies, describing its current status and outlining the prospects for development. The approach is both diagnostic and analytical, identifying the questions a technology assessment poses and showing the steps that need to be taken to implement CCS.
CCS is currently moving to the centre of climate policy discussion. Nonetheless this line of technologies is still the subject of controversial discussion. On the one hand there is a clear hope that these technologies will open up opportunities to use fossil fuels without harming the climate and thus make it possible to continue using oil, natural gas and above all coal even under a stricter climate regime. Accordingly, numerous R&D projects have been initiated all over the world, and various demonstration projects are at the planning or implementation stage. On the other hand, CCS (especially the storage part) has given rise to considerable scepticism from an ecological point of view.