Zukünftige Energie- und Industriesysteme
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In order to limit global warming and fulfill their contributions to the Paris agreement, both Germany and Japan have set targets for climate neutrality towards the middle of the century. Reaching these goals will imply transformation of all sectors of society to avoid all fossil greenhouse gas emissions, heavy industry not the least. The focus of this study is the transformation of the petrochemical industry. This sector can become climate neutral but cannot be "decarbonized", as carbon is integral to the chemical structures of the products like polymers and solvents. Reaching climate neutrality thus means that the whole lifecycle of the petrochemical products has to be regarded. Another specific challenge is today's synergetic relation of this industry to fossil transport fuel production, which cannot be maintained in a climate neutral world.
The two countries interestingly share a similar industrial structure overall, and the chemical and petrochemical industry is one of the major industries in both countries. The countries' respective chemical industries are the third and fourth largest in the world in terms of sales, but at the same time, these industries represent just over 5% of the respective countries' greenhouse gas emissions. However, these scope 1 emissions of the chemical industry itself are far less relevant than the end-of-life emissions of their products, which belong to scope 3 and are thus not counted under the chemical industry in the country greenhouse gas balances. To mediate these emissions, there is a need to set the direction, draw out paths and investigate possible alternatives for how the petrochemical industry can be become climate neutral. In this report, the existing scenario analyses, energy strategies and roadmaps dealing with this issue in the two countries are compared, as well as the current state of their petrochemical industries. We highlight similarities, differences and identify possible areas of cooperation and exchange in order to find robust paths forward for the transformation of the petrochemical industries.
In light of Egypt's transition to a green economy, this report focuses on reducing greenhouse gas (GHG) emissions and increasing resource efficiency along three different value chains in which small and medium-sized enterprises (SMEs) play a crucial role. In order to support SMEs in Egypt to take advantage of implementing greening options along value chains, more detailed analyses are needed. Therefore, the aim of this study is to analyse three selected supply chains to identify greening opportunities for SMEs. Against this background, the project report is structured as follows: Chapter 2 introduces the background with an overview over the concept of green economy followed by Egypt's economy and its green economy. This is followed by a presentation of the value chains and an overview of the respective sectors. Chapter 3 describes the research approach, methods and data collection. The following chapters examine the three selected value chains cotton, sugar beet and refrigerators, including environmental hot spots, greening options as well as the experts' evaluation of those greening options. The report concludes with key recommendations in Chapter 7.
Für Deutschland und viele Industrieländer weltweit wird der Import von grünem Wasserstoff ein zentraler Baustein auf dem Weg zur Klimaneutralität sein. Dabei muss einerseits gewährleistet sein, dass grüner Wasserstoff auch wirklich "grün" im Sinne von klimaneutral ist. Zugleich gibt es immer mehr Forderungen, dass auch andere Nachhaltigkeitskriterien - soziale, ökonomische und ökologische - bei der Produktion und dem Transport von Wasserstoff eingehalten werden. Der politisch getriebene Aufbau einer globalen Wasserstoffwirtschaft bietet von Anfang an die Möglichkeit, diesen Sektor in Einklang mit den bestehenden politischen Zielen zu bringen. Dazu zählen beispielsweise die Pariser Klimaziele oder die Agenda 2030. Die Industrienation Deutschland, die auch in Zukunft auf Energieimporte angewiesen sein wird, kann hier als führende Industrienation als Vorreiter Einfluss nehmen. Damit kann nicht nur sichergestellt werden, dass der nach Deutschland importierte Wasserstoff "grün und nachhaltig" ist, sondern auch die Nachhaltigkeit des globalen Wasserstoffmarktes insgesamt beeinflusst werden.
Diese Kurzstudie untersucht, welche bereits existierenden Politikinstrumente geeignet sind, Nachhaltigkeitskriterien für Wasserstoffimporte zu verankern und im Zusammenspiel den Weg zu einem nachhaltigen globalen Wasserstoffmarkt zu unterstützen. Dabei werden ausschließlich Nachhaltigkeitsziele und -kriterien jenseits der Klimawirkung von Wasserstoff analysiert. Es ist unbestritten, dass das zentrale Ziel der Wasserstoffwirtschaft die Reduktion von Treibhausgasen bis hin zur Klimaneutralität ist, was bereits in einer Vielzahl von Studien und Stellungnahmen diskutiert wurde. Daher wird in dieser Studie von der Klimaneutralität des grünen Wasserstoffs ausgegangen, um den Fokus auf die anderen wesentlichen Nachhaltigkeitsaspekte zu lenken, die für den Import von grünem und nachhaltigen Wasserstoff aus dem Globalen Süden von entscheidender Bedeutung sind.
Der hier vorliegende Klimaschutz-Aktionsplan 2030 für die Stadt Mannheim beschreibt Maßnahmen und Reduktionspfade für eine Minderung der Treibhausgasemissionen auf Mannheimer Stadtgebiet zur Erreichung der Klimaneutralität im Jahr 2030. Die Basis hierfür bildet die Energie- und CO2-Bilanz aus dem Jahr 2020.
In einem ersten Schritt wurden mit dem wissenschaftlichen Begleitkreis mögliche Reduktionspfade in den verschiedenen Sektoren und eine Definition für den Begriff der Klimaneutralität diskutiert. Mit dem Lenkungskreis wurden im nächsten Schritt acht Handlungsfelder festgelegt, für die in einzelnen Strategiegruppen die Maßnahmen entwickelt wurden. Weitere Vorschläge kamen aus der begleitenden öffentlichen Beteiligung. In diesem breit angelegten Beteiligungsprozess sind letztlich 81 Maßnahmen in acht thematischen Handlungsfeldern entstanden, von denen 34 als Maßnahmen von besonderer Priorität definiert wurden.
Deutschlands Haushalte werden, zu Beheizungszwecken, zu 70 % leitungsgebunden versorgt: 50 % mit Erdgas und 14 % mit Fernwärme; 5 % mit Elektrizität, davon je die Hälfte noch mit Nachtspeicherheizung, die andere Hälfte mit Wärmepumpen. So war es 2021. So wird es in Zukunft nicht sein, denn Erdgas ist ein Energieträger fossiler Herkunft. Dessen Nutzung geht in den nächsten beiden Jahrzehnten gen Null. Die Frage ist, was das für die Erdgasleitungen in Deutschland bedeutet.
Direct air capture (DAC) combined with subsequent storage (DACCS) is discussed as one promising carbon dioxide removal option. The aim of this paper is to analyse and comparatively classify the resource consumption (land use, renewable energy and water) and costs of possible DAC implementation pathways for Germany. The paths are based on a selected, existing climate neutrality scenario that requires the removal of 20 Mt of carbon dioxide (CO2) per year by DACCS from 2045. The analysis focuses on the so-called "low-temperature" DAC process, which might be more advantageous for Germany than the "high-temperature" one. In four case studies, we examine potential sites in northern, central and southern Germany, thereby using the most suitable renewable energies for electricity and heat generation. We show that the deployment of DAC results in large-scale land use and high energy needs. The land use in the range of 167-353 km2 results mainly from the area required for renewable energy generation. The total electrical energy demand of 14.4 TWh per year, of which 46% is needed to operate heat pumps to supply the heat demand of the DAC process, corresponds to around 1.4% of Germany's envisaged electricity demand in 2045. 20 Mt of water are provided yearly, corresponding to 40% of the city of Cologne's water demand (1.1 million inhabitants). The capture of CO2 (DAC) incurs levelised costs of 125-138 EUR per tonne of CO2, whereby the provision of the required energy via photovoltaics in southern Germany represents the lowest value of the four case studies. This does not include the costs associated with balancing its volatility. Taking into account transporting the CO2 via pipeline to the port of Wilhelmshaven, followed by transporting and sequestering the CO2 in geological storage sites in the Norwegian North Sea (DACCS), the levelised costs increase to 161-176 EUR/tCO2. Due to the longer transport distances from southern and central Germany, a northern German site using wind turbines would be the most favourable.
Die große Herausforderung der Industrietransformation ist von besonderer Bedeutung für Nordrhein-Westfalen als eine der wichtigsten Industrieregionen Deutschlands und Europas, in der etwa die Hälfte der Anlagen der energieintensiven Grundstoffindustrie Deutschlands verortet sind und in der die industrielle Produktion wirtschaftlich eine besonders große Rolle spielt. Gleichzeitig kann eine gelingende Transformation der Industrie in NRW als Blaupause für andere Regionen dienen. Der vorliegende Bericht stellt die Ergebnisse des Forschungsprojekts SCI4climate.NRW 2018-2022 dar, welches die Industrietransformation in NRW wissenschaftlich begleitet und untersucht hat.
Die Akzeptanz von grünem Wasserstoff in Nordrhein-Westfalen : Status quo und Handlungsempfehlungen
(2023)
Nordrhein-Westfalen (NRW) ist Heimat energieintensiver Industrien wie der Stahl- und Chemieindustrie. Künftig wird grüner Wasserstoff notwendig sein, damit die Industrie in NRW Klimaneutralität erreichen kann. Die Herausforderungen hierbei sind jedoch vielfältig - auch wenn die Akzeptanz für grünen Wasserstoff sowohl in der Gesellschaft als auch bei unmittelbar beteiligten Akteursgruppen hoch ist. Die Autor*innen fassen in diesem In Brief die Ergebnisse von zwei durchgeführten Akzeptanzstudien zu grünem Wasserstoff in NRW zusammen und diskutieren, welche Handlungsempfehlungen sich daraus ergeben.
Akzeptanz von industriellem CCS in Nordrhein-Westfalen : Empfehlungen für Politik und Industrie
(2023)
Für die Landesregierung Nordrhein-Westfalen (NRW) ist die industriell genutzte Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (engl. industrial carbon capture and storage, kurz iCCS) ein zentraler Baustein für den Übergang zu einer klimaneutralen Industrie bis 2045. Dafür braucht es aber eine breite gesellschaftliche Akzeptanz - zumal Pläne zur CO2-Abscheidung bei Kohlekraftwerken vor über zehn Jahren schon einmal an mangelnder gesellschaftlicher Akzeptanz gescheitert sind. In diesem In Brief haben die Autor*innen die Ergebnisse von zwei durchgeführten Akzeptanzstudien zu iCCS in NRW zusammengefasst und diskutieren, welche Handlungsempfehlungen sich daraus ergeben.
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 Morocco. It is designed to support the strategy development and governance of the energy transition and to serve as a guide for decision makers. Such a phase model could be shared widely as part of Morocco's engagement in international platforms of multilateral collaboration, such as the Energy Transition Council (chaired by the United Kingdom (UK) and managed by the British Embassy - Rabat).
The analysis shows that Morocco has fully embarked on the energy transition. According to the MENA phase model, Morocco can be classified as being in the second phase "System Integration of Renewables". Nevertheless, Morocco plans to considerably increase the use of natural gas in order to back up intermittent solar and wind energy sources. The diversification of energy sources and a diverse portfolio of storage options, including solar thermal power and hydrogen, can foster flexibility options. To this end, a roadmap for power-to-X (PtX) should be considered for a smooth transition of the Moroccan energy supply and demand system.
The expansion of local REs can significantly contribute to reducing Morocco's high fossil fuel imports that are causing a high fiscal burden. With this regard, energy security can be strengthened. Next to large-scale deployment, decentralisation of the energy system must be built to encourage an energy transition on all societal levels. The results of the analysis along the transition phase model towards 100% RE are intended to stimulate and support the discussion on Morocco's future energy system by providing an overarching guiding vision for 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 Jordan. It is designed to support the strategy development and to serve as a guide for decision-makers.
The analysis shows that Jordan has taken essential steps towards a RE transition. According to the MENA energy transition phase model, Jordan can be classified as being in a transitional stage between the first phase, "Take-Off Renewables", and the second phase, "System Integration". However, fossil fuels continue to play a dominant role in the Jordanian energy sector, and the fluctuating world market prices for fossil fuels impact the economy.
The expansion of domestically produced RE could significantly contribute to reducing Jordan's high imports of fossil fuels. This simultaneously increases energy security and reduces the trade deficit. To move towards a sustainable energy system, Jordan needs to embrace comprehensive flexibility measures. These include developing storage options, improving load management, upgrading the existing grid infrastructure, enhancing energy efficiency, exploring the electrification of end use sectors, and creating strong cooperation between stakeholders.
Um die Treibhausgasneutralität bis 2045 zu erreichen, wird unter anderem erforderlich sein, dass die Industrie klimaneutrale Produktionsweisen entwickelt und umsetzt. Damit einher gehen gesellschaftliche Aushandlungsprozesse darüber, welche neuen Technologien eingesetzt werden und welche Auswirkungen vor Ort akzeptiert werden. Das Ausmaß an Akzeptanz gegenüber Technologien oder Infrastrukturen beeinflusst neben anderen Faktoren die spezifische Ausgestaltung der Transformation. Mangelnde Akzeptanz kann die Entwicklung von Transformationspfaden verlangsamen oder gar verhindern, und zu Protesten, beispielsweise von lokalen Initiativen oder von etablierten Klimaschutz- und Umweltverbänden, führen.
Dieses Wuppertal Paper stellt die Frage in den Fokus, welchen Einfluss Protestbewegungen auf öffentliche Akzeptanz haben bzw. haben könnten. Grundlage dafür sind empirische Ergebnisse aus dem Projekt Protanz.NRW zu Protesten und Akzeptanz im Kontext der Industrietransformation in NRW. Darauf aufbauend wird ein Protest-Akzeptanz-Modell entwickelt und es werden Hypothesen abgeleitet, wie unterschiedliche Protestgruppen die öffentliche Akzeptanz von Technologien für die Industrietransformation in NRW beeinflussen können. Abschließend werden Handlungsempfehlungen für Politik und Industrie abgeleitet sowie Forschungsbedarfe aufgezeigt.
Reaching net-zero in the chemical industry : a study of roadmaps for industrial decarbonisation
(2024)
Striving to mitigate climate change, the European Union has adopted net-zero greenhouse gas emissions as a target for 2050. In this paper, European chemical industry roadmaps from the past six years are assessed and compared to uncover how the industry envisions its role in the transition to net-zero emissions. The roadmaps are assessed in terms of ambition level, technology and feedstock strategies, investment needs and costs, agency and dependency on other actors, as well as timeline and concretion. Although net-zero pathways are often drawn out in the roadmaps, some also choose to emphasize and argue for less ambitious pathways with emission reductions of only 40-60 %. The roadmaps vary widely in terms of the importance they assign to mechanical and chemical recycling, switching to biogenic carbon and carbon dioxide as feedstock, electrification and hydrogen, and carbon capture and storage. A commonality though, is that low-tech or near-term mitigation pathways such as demand reduction, reuse or material efficiency are seldom included. High investment needs are generally highlighted, as well as the need for policy to create enabling conditions, whereas the agency and responsibility of the chemical industry itself is downplayed. Our analysis highlights that the chemical industry does not yet have a strong and shared vision for pathways to net-zero emissions. We conclude that such a future vision would benefit from taking a whole value chain approach including demand-side options and consideration of scope 3 emissions.
Case study on the German discourse of industry decarbonisation : a discourse network analysis
(2023)
The adoption of the Paris Agreement in 2015 and the passing of the Climate Action Law in Germany in 2019 established the legal need for the basic material industry in Germany to decarbonise. For the industry sector, the target is sets at a 49-51% GHG reduction by 2030 compared to 1990. Even though the sector specific targets are likely to become obsolete, a Hydrogen Strategy, Industry Strategy and Climate Protection Contracts are currently being developed or elaborated on. These are to further ensure and enable the basic material industry in Germany to decarbonise. These developments are emphasising the relevance of studying the industry decarbonisation at the time of conducting this research.
As the institutionalisation of the industry decarbonisation is influenced by discourse, the analysis of the discourse is an important tool for studying the power effects produced by and built into the discourse. This is the first research aiming to provide a structured analysis of the discourse on industry decarbonisation in Germany. Drawing on discourse analysis and the Multilevel-Perspectives framework, this research investigated the power and dominance of storylines to influence the discourse of the industry transformation towards decarbonisation. In this research insights were obtained into the storylines used in this discourse, the actors who are part of this discourse, the frequency of storylines used and the percentage of actors making use of these storylines. Additionally, insights were generated into the discursive network and potential coalitions.
This research made use of the Discourse Network Analysis software in combination with Visone and Excel for data collection, analysis, and visualisation. Based on 117 documents of various categories from the years 2012 to 2023, the discourse on German industry decarbonisation is discovered to be dominated by storylines of mainly technological or economic nature. The general sentiment discovered by the different actors is positive with the storylines focusing on establishing the conditions for the industry to decarbonise and no resistance being communicated. The discourse is furthermore dominated by most storylines. 18 out of 27 storylines are being used by more than 56% of all actors. The high overlap in storyline indicates discursive homogeneity. The homogeneity is further indicated through the lack of emerging discourse coalitions and the therewith connected lack of struggles for discursive dominance. One coalition can be defined with some actors being deeper involved and some being less involved in the discourse.
As decisions on the transition path for Germany's industry to decarbonise are still to be taken the lack of discursive struggles has come to my surprise. In the discussion I reflect on how the positive sentiment, the discursive homogeneity and the great number of dominant storylines may come about.
Im September 2023 sind zwei wenig ermutigende Untersuchungen veröffentlicht worden: Das Klimasekretariat der Vereinten Nationen macht in seinem Report zur ersten Globalen Bestandsaufnahme (Global Stocktake) deutlich, dass die bisher zugesagten nationalen Klimaschutzbeiträge bei weitem nicht genügen, um die Pariser Klimaschutzziele zu erreichen. Auch das Update zur Einhaltung der planetaren Grenzen fällt ernüchternd aus: In sechs von neun Bereichen sind die Grenzen teils weit überschritten - auch in Bezug auf den Klimawandel.
Allerdings reichen die ergriffenen Klimaschutzmaßnahmen nicht aus, um die gesteckten Ziele zu erreichen. Suffizienzstrategien und -politik können den Wandel bringen - bei Konsum, Gebäuden, Verkehr, Kreislaufwirtschaft und Energie, wie der Zukunftsimpuls zeigt.
The production of green hydrogen in Germany is more competitive than expected compared to imports. This is the key finding of a meta-analysis conducted by the Wuppertal Institute on behalf of the North Rhine-Westphalia Association for Renewable Energies (Landesverband Erneuerbare Energien NRW).
The hydrogen study focuses primarily on the year 2030 and beyond - and confirms the advantages of green hydrogen produced in Germany from domestic renewable energies, especially when the evaluation is viewed from a holistic system perspective.
Die Bereitstellung industrieller Prozesswärme ist eine zentrale Herausforderung für ein zukünftiges, treibhausgasneutrales Energiesystem. Durch einen Vergleich der Prozesswärmebereitstellung in zwei Energiesystemszenarien werden Gemeinsamkeiten, die auf Richtungssicherheit hindeuten, dargestellt, sowie methodische und inhaltliche Gründe für Abweichungen herausgearbeitet.
Die Bereitstellung industrieller Prozesswärme ist eine zentrale Herausforderung für ein zukünftiges klimaneutrales Energiesystem. In diesem Artikel wird die Vielfalt an etablierten und neuen Energieträgern und Technologien zur treibhausgasarmen bzw. -neutralen Bereitstellung von Prozesswärme vorgestellt. Zudem werden ihre wichtigsten Stärken und Schwächen skizziert, um daraus geeignete Anwendungsfelder und eine Priorisierung ihres Einsatzes zu identifizieren.
There is a growing body of scientific evidence supporting sufficiency as an inevitable strategy for mitigating climate change. Despite this, sufficiency plays a minor role in existing climate and energy policies. Following previous work on the National Energy and Climate Plans of EU countries, we conduct a similar content analysis of the recommendations made by citizen assemblies on climate change mitigation in ten European countries and the EU, and compare the results of these studies. Citizen assemblies are representative mini-publics and enjoy a high level of legitimacy.
We identify a total of 860 mitigation policy recommendations in the citizen assemblies' documents, of which 332 (39 %) include sufficiency. Most of the sufficiency policies relate to the mobility sector, the least relate to the buildings sector. Regulatory instruments are the most often proposed means for achieving sufficiency, followed by fiscal and economic instruments. The average approval rate of sufficiency policies is high (93 %), with the highest rates for regulatory policies.
Compared to National Energy and Climate Plans, the citizen assembly recommendations include a significantly higher share of sufficiency policies (factor three to six) with a stronger focus on regulatory policies. Consequently, the recommendations can be interpreted as a call for a sufficiency turn and a regulatory turn in climate mitigation politics. These results suggest that the observed lack of sufficiency in climate policy making is not due to a lack of legitimacy, but rather reflects a reluctance to implement sufficiency policies, the constitution of the policy making process and competing interests.