Zukünftige Energie- und Industriesysteme
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Globale Krisen wie der Klimawandel und die Corona-Pandemie machen die Politische Ökologie zu einem unverzichtbaren Forschungsfeld der Zukunft. Die Beiträger*innen des ersten deutschsprachigen Handbuchs zum Thema stellen die hierfür relevanten Theorien vor und zeigen anhand konkreter Konflikte und Kämpfe die Aktualität und den Mehrwert einer politisch-ökologischen Herangehensweise auf. Sie erläutern die zentralen Begriffe, die für Analyse, Kritik und Transformation von gesellschaftlichen Naturverhältnissen wichtig sind, und stellen für die Politische Ökologie fruchtbare Methoden und Arbeitsweisen vor. Ein übersichtliches Nachschlagewerk für unübersichtliche Verhältnisse.
Ziel des Projektes ist es neuartige Wärme- und Kälteerzeugungstechnologien sowie neue Lösungen zur Steigerung und Qualitätssicherung der Energieeffizienz und zur Integration erneuerbarer Energien in drei Case Studies - in GHD und Industrie - zu demonstrieren. Es soll gezeigt werden, wie die einzelnen Sektoren Strom, Wärme und Kälte effizient gestaltet werden können und durch eine Verknüpfung das Potenzial zur Flexibilisierung in der Industrie und im GHD-Sektor gehoben werden kann. Hierfür werden Markt- und Betreibermodelle entwickelt, die die Schnittstellen der Sektoren adressieren und die Einbindung der GHD- und Industriebetriebe in die Energiewirtschaft schaffen. Es werden zudem die identifizierten Flexibilitätsoptionen im Gebäudesektor in ein regionales und deutschlandweites Energiesystem- und Energiemarktmodell eingebunden, um deren Interaktion mit dem Energiesystem und die damit verbundenen Auswirkungen zu bewerten.
Das Projekt hat nicht nur das Ziel, mit einem breiten Blick den Nutzen einer Flexibilitätserhöhung in verschiedenen Gebäudetypen zu analysieren, sondern wird im Rahmen der Case Studies in konkreten Anwendungsfällen das Flexibilitätspotenzial heben und dadurch eine direkte Auswirkung auf die Erhöhung der Flexibilität im deutschen Energiesystem erreichen und die Energiewende vorantreiben. In den Case Studies wird u.a. auch detailliert untersucht, welche Investitionen in Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR-Technik), flexible Energiewandler und -Speicher nötig sind, um die Flexibilität in den Gebäuden signifikant zu erhöhen und damit einen positiven Beitrag zur Energiewende zu leisten. Die identifizierten Maßnahmen werden im Rahmen des Projekts in den Case Studies implementiert und technisch-wirtschaftlich analysiert.
Nigeria is Africa's top cement producer and could be on course to be one of the top producers globally. The goal of this study is to identify and critically examine the pathways available to Nigeria to meet its decarbonisation goals in the cement sector. Based on a literature review, the study assesses demand drivers and decarbonisation potentials for the sector. It then presents two different quantitative pathways for growth in production of cement by 2050, and three different pathways for decarbonisation of the sector. Using published data and a scenario analysis tool, the study calculates how the sector's emissions might evolve under each of these pathways. The results indicate that, in the most ambitious scenario, emissions from the sector can plateau by the late 2030s, resulting in an overall increase of 21% by 2050 (compared to 2015 levels). Achieving this scenario is necessary in order to put the sector on a path to net zero emissions beyond 2050. The scenario is driven by reductions in both energy-related and process emissions, as well as a small share of carbon capture and storage and demand management. A moderately ambitious scenario that relies mostly on savings on energy-related emissions results in an 84% increase in emissions by 2050. Finally, the Business-as-Usual scenario results in an almost tripling of emissions by 2050. The results indicate a strong potential for policies to drive improvements in energy efficiency and clinker-to-cement ratio. Critical areas of uncertainty within the assumptions include the production rates (including the evolution of the export market) and the fuel mix.
Bis 1990 verlief durch den Schaalsee die deutsch-deutsche Grenze. 2021 treffen sich dort Menschen aus dem Osten und aus dem Westen, aus der Stadt und vom Land. Sie arbeiten heute schon für ein gutes Leben in und mit der Natur, und sie erzählen von einem anderen Morgen.
MORGEN werden Lebensmittel wertvoll sein, wenn ihre Herstellung die Bodenfruchtbarkeit erhöht und das Wasser schützt. Davon können auch kleine Initiativen und Betriebe gut leben. Sie werden von einer Verwaltung unterstützt, die sich in der ökologischen Landwirtschaft gut auskennt. All das wird möglich, weil die Politik sich etwas traut.
MORGEN wird der Wald vielfältig sein und kann sich selbst verjüngen. Denn er muss nicht mehr liefern, was Handwerk und Industrie brauchen, weil diese nun nehmen wollen, was der Wald kann. Die Politik hat verstanden, dass Wald in Verbindung mit Boden und Wasser ein elementares Gut ist.
MORGEN werden die kleinen Energiewenden einfach zu verwirklichen sein. Neben klugen Kopplungen und Netzen gibt es regionale Eigenversorgung, und die mit der Herstellung von Strom und Wärme verbundene Wertschöpfung kommt den Gemeinden und Kommunen zugute.
Die vielen kleinen Transformationen brauchen eine große Transformation - für eine friedliche, nachhaltige west-östliche Zukunft.
Klimaneutrale Streitkräfte?
(2022)
Energiesparen ist durch den Krieg in der Ukraine das Gebot der Stunde, um uns unabhängig von russischen Energieträgern zu machen; vor Kriegsbeginn spielte dieses Thema keine allzu große Rolle in der breiteren politischen Diskussion. In Szenarien und Strategien, wie mittel- und langfristige Klimaziele erreicht werden könnten, gewann das Thema Energiesparen durch Energiesuffizienz in den vergangenen Jahren hingegen immer mehr an Bedeutung, wobei die technischen Strategien Effizienz und Konsistenz, also die Umstellung auf erneuerbare Energien, noch immer maßgebend sind.
In diesem Beitrag zeigen wir, welche Rolle das Senken des Energieverbrauches spielt, um Klimaziele zu erreichen, und warum dies eine geeignete Möglichkeit ist, multiple Krisen gleichzeitig zu lösen. In Hinblick darauf ist Energiesuffizienz unabdingbarer Bestandteil möglicher Lösungsstrategien. Außerdem skizzieren wir, welche kurz, mittel- und langfristigen Politikinstrumente derzeit diskutiert werden, und ergänzen dies um weitere Ideen zu Einsparpotenzialen sowie um Umsetzungsbeispiele.
Deutschland liegt bei Klimaschutz und der langfristigen Sicherung der Energie- und Rohstoffversorgung weit hinter seinen eigenen Zielen. Nur mit Tempo, Mut und Ehrlichkeit lässt sich der Rückstand jetzt aufholen. Dazu gehören ein beschleunigter Ausbau erneuerbarer Energien, ein sofortiger Aufbau eines umfassenden Netzes für grünen Wasserstoff, verbindliche Ziele für eine echte Kreislaufwirtschaft, klare Vorgaben für den Wohnungsbestand, eine ernsthafte Mobilitätswende und wirksame Anreize für eine nachhaltige Produktion. Bei all dem müssen sozial gerechte Lösungen gefunden werden, nur so lässt sich CO2-Vermeidung und Ressourcenschutz in der Breite durchsetzen.
Das vorliegende Impulspapier des Wuppertals Instituts zeigt, wie sehr Deutschland auf dem Weg zur Nachhaltigkeit seinen eigenen Zielen hinterherhinkt.
Das Energiesystem der Zukunft wird stark durch Elektrifizierung geprägt sein. Für die Langzeitspeicherung von Energie sowie für Bereiche, die sich nicht sinnvoll durch Strom defossilieren lassen, werden aber auch in Zukunft chemische Energieträger benötigt. Das Ziel der Klimaneutralität bedingt, dass diese Energieträger vollständig emissionsfrei aus erneuerbaren Energien (EE) hergestellt werden. Diese grünen Energieträger sind transportier- und handelbar, sodass sich ein internationaler Markt für grünen Wasserstoff und seine Folgeprodukte entwickeln wird.
Derzeit gibt es diesen Markt noch nicht. Grüner Wasserstoff ist preislich noch nicht konkurrenzfähig gegenüber fossilen Brennstoffen. Den größten Anteil am Wasserstoffpreis haben die Kosten für die Elektrolyseanlage sowie die Kosten für die Strombereitstellung. Die besten Bedingungen für die Wasserstoffproduktion bieten daher EE-Standorte und Technologien mit hohen Volllaststundenzahlen, an denen auch der Elektrolyseur bei wenig EE-Abregelung auf viele Betriebsstunden kommt.
Transponder-based Aircraft Detection Lighting Systems (ADLS) are increasingly used in wind turbines to limit beacon operation times, reduce light emissions, and increase wind energy acceptance. The systems use digital technologies such as receivers of digital transponder signals, LTE/5G, and other information and communication technology. The use of ADLS will be mandatory in Germany both for new and existing wind turbines with a height of >100 m from 2023 (onshore) and 2024 (offshore), so a nationwide rollout is expected to start during 2022. To fully realize the benefits while avoiding risks and bottlenecks, a thorough and holistic understanding of the efforts required and the impacts caused along the life cycle of an ADLS is essential. Therefore, this study presents the first multi-aspect holistic evaluation of an ADLS. A framework for evaluating digital applications in the energy sector, previously developed by the authors, is refined and applied. The framework is based on multi-criteria analysis (MCA), life cycle assessment (LCA), and expert interviews. On an aggregated level, the MCA results show an overall positive impact from all stakeholders’ perspectives. Most positive impacts are found in the society and politics category, while most negative impacts are of technical nature. The LCA of the ADLS reveals a slightly negative impact, but this impact is negligible when compared to the total life cycle impact of the wind turbines of which the ADLS is a part. Besides the aggregated evaluation, detailed information on potential implementation risks, bottlenecks, and levers for life cycle improvement are presented. In particular, the worldwide scarcity of the required semiconductors, in combination with the general lack of technicians in Germany, lead to the authors’ recommendation for a limited prolongation of the planned rollout period. This period should be used by decision-makers to ensure the availability of technical components and installation capacities. A pooling of ADLS installations in larger regions could improve plannability for manufacturers and installers. Furthermore, an ADLS implementation in other countries could be supported by an early holistic evaluation using the presented framework.
Community-based approaches to natural resource management are being discussed and experienced as promising ways for pursuing ecological conservation and socio-economic development simultaneously. However, the multiplicity of levels, scales, objectives and actors that are involved in sustainability transformations tends to be challenging for such bottom-up approaches. Collaborative and polycentric governance schemes are proposed for dealing with those challenges. What has not been fully explored is how knowledge from local contexts of community-based initiatives can be diffused to influence practices on higher levels and/or in other local contexts. This study explores how theoretical advances in the diffusion of grassroots innovation can contribute to understanding and supporting the diffusion of knowledge and practices from community-based initiatives and proposes a transdisciplinary approach to diffusion. For that aim, we develop an analytical perspective on the diffusion of grassroots innovations that takes into consideration the multiplicity of actors, levels and scales, the different qualities/types of knowledge and practices, as well as their respective contributions. We focus on the multiplicity and situatedness of cognitive frames and conceptualize the diffusion of grassroots innovations as a transdisciplinary process. In this way three different diffusion pathways are derived in which the knowledge and practices of grassroots initiatives can be processed in order to promote their (re)interpretation and (re)application in situations and by actors that do not share the cognitive frame and the local context of the originating grassroots initiative. The application of the developed approach is illustrated through transdisciplinary research for the diffusion of sustainable family farming innovations in Colombia. This conceptualization accounts for the emergence of multiplicity as an outcome of diffusion by emphasizing difference as a core resource in building sustainable futures.
Die Bundesrepublik Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2045 klimaneutral zu werden. Das kann nur funktionieren, wenn fossile Rohstoffe durch erneuerbare Energien ersetzt werden - insbesondere in den Bereichen Industrie und Verkehr. Ein wesentlicher Baustein in diesem Transformationsprozess ist die Errichtung einer Wasserstoffwirtschaft, innerhalb derer Strom aus erneuerbaren Energien in grünen Wasserstoff umgewandelt und dieser als Energieträger vor allem in den Bereichen Industrie und Verkehr angewendet wird.
Die Forschung der FVEE-Institute zum Einsatz von klimaneutral erzeugtem Wasserstoff in der Industrie deckt sowohl technische Aspekte für einzelne Prozesse ab als auch systemanalytische Betrachtungen, die die Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff am einzelnen Standort oder für bestimmte Branchen in Deutschland bzw. Europa untersuchen.
Die Motivation zum Einsatz von Wasserstoff ergibt sich aus drei Gründen:
1. In der stofflichen Verwendung wird Wasserstoff als Molekül benötigt und kann deshalb auch nicht durch andere Energieträger substituiert werden. So wird Wasserstoff bereits heute in großen Mengen in der Ammoniaksynthese (Haber-Bosch-Verfahren) sowie in den Raffinerien benötigt.
2. Eine weitere Verwendungsart für Wasserstoff ergibt sich aus seiner Fähigkeit, Sauerstoff aus Eisenerz chemisch zu binden. Beim Einsatz in Direktreduktionsanlagen kann Wasserstoff als Reduktionsmittel eingesetzt werden, um Eisenerz zu Roheisen zu reduzieren.
3. Als dritte Option gerät die energetische Verwendung von Wasserstoff in der Industrie zunehmend in den Fokus der energiepolitischen Debatten. Hier steht Wasserstoff in einem klimaneutralen System direkt in Konkurrenz zu anderen Energieträgern wie Strom und Biomasse.
Sufficiency measures are potentially decisive for the decarbonisation of energy systems but rarely considered in energy policy and modelling. Just as efficiency and renewable energies, the diffusion of demand-side solutions to climate change also relies on policy-making. Our extensive literature review of European and national sufficiency policies fills a gap in existing databases. We present almost 300 policy instruments clustered into relevant categories and publish them as "Energy Sufficiency Policy Database". This paper provides a description of the data clustering, the set-up of the database and an analysis of the policy instruments. A key insight is that sufficiency policy includes much more than bans of products or information tools leaving the responsibility to individuals. It is a comprehensive instrument mix of all policy types, not only enabling sufficiency action, but also reducing currently existing barriers. A policy database can serve as a good starting point for policy recommendations and modelling, further research is needed on barriers and demand-reduction potentials of sufficiency policy instruments.
Unvermeidbare Emissionen aus der Abfallbehandlung : Optionen auf dem Weg zur Klimaneutralität
(2022)
Auch die thermische Abfallbehandlung in Deutschland kann zu einem Baustein des klimaneutralen Wirtschaftens werden. Allerdings sind dafür noch verschiedene Voraussetzungen zu schaffen. Technisch sind neben den bereits bekannten weitere innovative Verfahren in der Entwicklung; nicht zu vernachlässigen ist zudem die anspruchsvolle Aufgabe des CO2-Handlings. Hier ist zum einen der Aufbau der benötigten Infrastruktur zu nennen. In Bezug auf die Nutzung des abgetrennten CO2 ist auch die Industrie gefragt, um sektorübergreifende, klimafreundliche Use-Cases und Geschäftsmodelle rund um CCU und die weitmöglichste Schließung von Kohlenstoffkreisläufen zu entwickeln. Entsprechende Regularien und Marktanreize sind politisch zu setzen.
A clear understanding of socio-technical interdependencies and a structured vision are prerequisites for fostering and steering a transition to a fully renewables-based energy system. To facilitate such understanding, a phase model for the renewable energy transition in MENA countries has been developed and applied to the case of Palestine. It is designed to support the strategy development and governance of the energy transition and to serve as a guide for decision-makers.
The transition towards renewable energies is still at a very early stage in Palestine. The long-standing political conflict between Palestine and Israel has prevented the large-scale deployment of renewable energy due to land restrictions. Palestine's political instability, its geographically fragmented territories, and its high dependence on Israel's imports are the most pressing concerns for Palestine’s electricity sector. At the operational level, particularly the transmission and distribution infrastructure need to be better interconnected, renewed and expanded to accommodate larger volumes of renewable electricity and at the same time improve efficiency.
The modelled demand development shows that Palestine will most likely have to continue importing electricity even if the potential of renewable energy is fully exploited. This underlines the importance of sustainable energy partnerships for Palestine. The results of the analysis along the transition phase model towards 100% renewable energy are intended to stimulate and support the discussion on Palestine's future energy system by providing an overarching guiding vision for the energy transition and the development of appropriate policies.
A clear understanding of socio-technical interdependencies and a structured vision are prerequisites for fostering and steering a transition to a fully renewables-based energy system. To facilitate such understanding, a phase model for the renewable energy (RE) transition in the Middle East and North Africa (MENA) countries has been developed and applied to ten countries: Algeria, Egypt, Iraq, Israel, Jordan, Lebanon, Morocco, Palestine, Tunisia, and Yemen. This report synthesises the results of these ten studies.
The analysis shows that the state of the energy sector in the MENA region varies from country to country, but some underlying trends are present in all countries. In the majority of countries, energy prices are subsidised, and energy markets are mostly not liberalised. The energy demand in all analysed countries is growing and most grid systems are poorly interconnected across borders. Still, the expansion of RE in the MENA region can benefit from significant global progress and cost reductions in RE technologies.
Reducing greenhouse gas (GHG) emissions is not the only key driver for energy transition. In fact, the main motives for transition are that RE can help to meet growing demand, reduce dependence on imports, increase energy security, and provide opportunities for economic development.
All countries studied have RE targets. While some countries are on track to meet these targets, others need to increase their efforts to expand renewable electricity generation in order to meet their goals. Strong progress has been made in countries with limited fossil energy resources, while in some countries that produce and export large amounts of fossil energy resources, the energy transition is progressing rather slowly.
A clear understanding of socio-technical interdependencies and a structured vision are prerequisites for fostering and steering a transition to a fully renewables-based energy system. To facilitate such understanding, a phase model for the renewable energy (RE) transition in MENA countries has been developed and applied to the country case of Yemen. It is designed to support the strategy development and governance of the energy transition and to serve as a guide for decision makers.
The transition towards REs is still at a quite early stage in Yemen. The military conflict has prevented the implementation of most of the planned large-scale renewable projects. The political instability, the high dependence on fossil fuels, and poor administrative performance are the most pressing concerns for Yemen's electricity sector. At an operational level, Yemen requires a total retrofit of the electricity infrastructure and needs to expand its overall capacity while improving its efficiencies.
Despite these challenges, rebuilding the energy system after the political turmoil and the subsequent violent conflicts could offer Yemen the capability to transition towards renewables. This will provide short-term and long-term opportunities and avoid stranded investments in fossil-fuel capacities.
The priority is to improve the framework conditions for RE in Yemen, starting with the development of a long-term strategy up to 2030 and beyond. Also, an appropriate and transparent legislation must be created. Furthermore, based on the legislation, clear regulations for REs must be introduced, and a realistic timeframe for expansion must be established in order to promote acceptance and market development on a large scale.
The results of the analysis along the transition phase model towards 100% RE are intended to stimulate and support the discussion on Yemen's future energy system by providing an over-arching guiding vision for the energy transition and the development of appropriate policies.
A clear understanding of socio-technical interdependencies and a structured vision are prerequisites for fostering and steering a transition to a fully renewables-based energy system. To facilitate such understanding, a phase model for the renewable energy (RE) transition in the Middle East and North Africa (MENA) countries has been developed and applied to the country case of Lebanon. It is designed to support the strategy development and governance of the energy transition and to serve as a guide for decision makers.
Lebanon's energy transition towards REs stands at a very early stage of the first transformation phase. Although abundant solar and wind energy potential does exist, the pathway towards a 100% renewables energy seems very challenging for Lebanon, as a consequence of highly unstable political conditions. The most pressing concern for Lebanon's electricity sector is combating the country's fiscal imbalance, while providing secure and reliable electricity supply. At the operational level, Lebanon's grid network requires significant investments to rebuild, retrofit, and expand the overall capacity and energy efficiency improvements.
The need to strengthen the energy system after the political turmoil of the civil war is likely to offer several long-term opportunities, such as developing the economy, reducing environmental pollution, and increasing the energy security. In order to move forward into the first phase, Lebanon needs to improve the framework conditions for REs and implement its visions. It needs to support the market development in a realistic timeframe, where structural reforms represent the highest priority.
The results of the analysis along the transition phase model towards 100% renewables energy are intended to stimulate and support the discussion on Lebanon's future energy system by providing an overarching guiding vision for the energy transition and the development of appropriate policies.
