ALBERT

Description: On the pathway to climate neutrality, EU member states are obliged to submit national energy and climate plans (NECPs) with planned policies and measures for decarbonization until 2030 and long-term strategies (LTSs) for further decarbonization until 2050. We analysed the 27 NECPs and 15 LTSs submitted by October 2020 using an interrater method. This paper focuses on energy sufficiency policies and measures in the transport sector. We found a total of 236 sufficiency policy measures with more than half of them (53 %) in the transport/mobility sector. Additionally, we found 41 measures that address two or more sectors (cross-sectoral measures). From the explicit sufficiency measures within the transport sector, 82 % aim at modal shift. A reduction of transport volumes is much less addressed. Countries plan to use mainly fiscal and economic instruments. Those are in many cases investments in infrastructure of low-carbon transport modes and taxation instruments. Plans on decarbonisation measures are also frequently mentioned. The majority of cross-sectoral measures are carbon taxes or tax reforms, also economic instruments. On the one hand it is encouraging that Member States strongly emphasize the transport sector in their NECPs and LTSs - at least quantitatively and concerning sufficiency measures - because this sector has been the worst-performing in climate mitigation so far. On the other hand, the measures described seem not sufficient to reach ambitious climate targets, and we doubt that the presented set of policy instruments will get the transport sector on track to mitigate greenhouse gas emissions in the necessary extent.

Description: 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.

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Dunlea, A. G., Murray, R. W., Tada, R., Alvarez-Zarikian, C. A., Anderson, C. H., Gilli, A., Giosan, L., Gorgas, T., Hennekam, R., Irino, T., Murayama, M., Peterson, L. C., Reichart, G., Seki, A., Zheng, H., & Ziegler, M. Intercomparison of XRF core scanning results from seven labs and approaches to practical calibration. Geochemistry Geophysics Geosystems, 21(9), (2020): e2020GC009248, doi:10.1029/2020GC009248.

Description: X‐ray fluorescence (XRF) scanning of marine sediment has the potential to yield near‐continuous and high‐resolution records of elemental abundances, which are often interpreted as proxies for paleoceanographic processes over different time scales. However, many other variables also affect scanning XRF measurements and convolute the quantitative calibrations of element abundances and comparisons of data from different labs. Extensive interlab comparisons of XRF scanning results and calibrations are essential to resolve ambiguities and to understand the best way to interpret the data produced. For this study, we sent a set of seven marine sediment sections (1.5 m each) to be scanned by seven XRF facilities around the world to compare the outcomes amidst a myriad of factors influencing the results. Results of raw element counts per second (cps) were different between labs, but element ratios were more comparable. Four of the labs also scanned a set of homogenized sediment pellets with compositions determined by inductively coupled plasma‐optical emission spectrometry (ICP‐OES) and ICP‐mass spectrometry (MS) to convert the raw XRF element cps to concentrations in two ways: a linear calibration and a log‐ratio calibration. Although both calibration curves are well fit, the results show that the log‐ratio calibrated data are significantly more comparable between labs than the linearly calibrated data. Smaller‐scale (higher‐resolution) features are often not reproducible between the different scans and should be interpreted with caution. Along with guidance on practical calibrations, our study recommends best practices to increase the quality of information that can be derived from scanning XRF to benefit the field of paleoceanography.

Description: Funding for this research was provided by the U.S. National Science Foundation to R. W. M. (Grant 1130531). USSSP postcruise support was provided to Expedition 346 shipboard participants A. G. D., R. W. M., L. G., C. A. Z., and L. P. Portions of this material are based upon work supported while R. W. M. was serving at the National Science Foundation.

Description: Impact chains are used in many different fields of research to depict the various impacts of an activity and to visualize the system in which this activity is embedded. Research has not yet conceptualized impact chains specifically for energy sufficiency policies. We develop such a concept based on current evaluation approaches and extend these by adding qualitative elements such as success factors and barriers. Furthermore, we offer two case studies in which we test this concept with the responsible climate action managers. We also describe options for integrating these impact chains into different types of energy models, which are key tools in policy consulting.

Description: Induced seismicity associated with geothermal energy applications is a threat to feasibility and social acceptance. Thermo-Hydro-Mechanical models that predict changes in the criticality of the rock help to mitigate induced seismicity. One of the key challenges in these models is the knowledge of the initial stress state. It can be predicted throughout a reservoir using 3D geomechanical-numerical models. However, their model results are subject to high uncertainties. Here, a novel modelling approach is presented that both quantifies the uncertainties and reduces them. Various model scenarios are set up that are possible options of the subsurface stress state based on data records. To limit the range to realistic stress states only, additional and more widely available constraints on stress magnitudes are incorporated. Information from boreholes such as formation integrity tests, borehole breakouts, or drilling induced tensile fractures as well as observed seismicity or distinguished seismological quiescence in connection with a failure criterion are used as constraints. A Bayesian approach is followed in order to weigh the input data and estimate a final weight for each model scenario. A case study in the Bavarian Molasse Basin shows that in the novel approach model uncertainties are reduced.

Description: The stress field in the Earth's crust plays a central role in the site-selection process for a deep geological repository for high-level nuclear waste. Site selection and construction planning must take into account several factors that are influenced by the stress state. These include the excavation damage zone, the hydraulic permeability of the host rock, the self-sealing capacity, the effects of seismic events and the possible reactivation of faults as migration pathways for fluids and radionuclides. Likewise, the initial stress state is of central importance for the long-term studies to prove site safety over 1 Ma. To obtain a continuous description of the current 3D stress state, 3D geomechanical numerical models are used. These models have to be calibrated with data on stress magnitudes to obtain robust predictions. One of the central goals of the SpannEnD project (Spannungsmodell Endlagerung Deutschland, http://www.spannend-projekt.de, last access: 31 October 2021) was to build the first comprehensive and publicly accessible stress magnitude database for Germany, including a quality ranking of the data compiled from different methods. This database is the logical extension of the database of the World Stress Map project, in which so far only information on stress orientations and the stress regime has been compiled systematically. We present this first compilation of stress magnitude data published and made available by Morawietz et al. (2020). The stress data density is generally low and heterogeneous, so that a model calibration at the scale of a site model is not possible. Therefore, the main objective of the SpannEnD project is to develop a 3D geomechanical numerical model for the whole of Germany. The resulting 3D stress field will provide the basis for regional and local models in a later phase of the site selection process. Details on this are presented in three complementary contributions in this symposium by Reiter et al., Röckel et al. and Ahlers et al. The new Geology Data Act (Geologie-Datengesetz) now allows access to considerably more data, which will be incorporated into an update of the database after assessment according to the defined quality criteria. This database extension will improve the reliability of the predictions of the geomechanical models on different spatial scales.

Description: Das Spannungsfeld in der Erdkruste spielt eine zentrale Rolle bei der Standortauswahl für ein geologisches Tiefenlager für hoch radioaktive Abfälle. Bei der Standortauswahl und Bauplanung müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, die durch den Spannungszustand beeinflusst werden. Diese beinhalten die Auflockerungszone, die hydraulische Durchlässigkeit des Wirtsgesteins, das Selbstabdichtungsvermögen, die Auswirkungen seismischer Ereignisse und die mögliche Reaktivierung von Störungen als Transportwege für Fluide und Radionuklide. Ebenso ist der initiale Spannungszustand von zentraler Bedeutung für Langzeitstudien zum Nachweis der Standortsicherheit über 1 Ma. Für eine kontinuierliche Beschreibung des derzeitigen 3D-Spannungszustands werden geomechanisch-numerische 3D-Modelle benutzt. Diese Modelle müssen mit Spannungsmagnitudendaten kalibriert werden, um belastbare Vorhersagen treffen zu können. Eines der zentralen Ziele des SpannEnD-Projekts (Spannungsmodell Endlagerung Deutschland, http://www.spannend-projekt.de, letzter Zugriff: 31. Oktober 2021) war es, die erste umfassende und öffentlich zugängliche Spannungsmagnituden-Datenbank für Deutschland aufzubauen, einschließlich einer Qualitätseinstufung der kompilierten Daten aus verschiedenen Methoden. Diese Datenbank ist die logische Erweiterung der Datenbank des World-Stress-Map-Projekts, in der bisher nur Informationen zu Spannungsorientierungen und Spannungsregime systematisch kompiliert wurden. Wir präsentieren hier diese erste Kompilation von Spannungsmagnitudendaten, die von Morawietz et al. (2020) veröffentlicht und zur Verfügung gestellt wurde. Die Dichte der Spannungsdaten ist generell niedrig und heterogen, sodass eine Modellkalibrierung im Maßstab eines Standortmodells nicht möglich ist. Deshalb ist das wichtigste Ziel des SpannEnD-Projekts, ein geomechanisch-numerisches 3D-Modell für ganz Deutschland zu entwickeln. Das resultierende 3D-Spannungsfeld wird die Basis für regionale und lokale Modelle in einer späteren Phase des Standortauswahlverfahrens bilden. Details dazu werden in diesem Symposium in drei weiteren Beiträgen von Reiter et al., Röckel et al. und Ahlers et al. präsentiert. Das neue Geologie-Datengesetz erlaubt jetzt den Zugang zu erheblich mehr Daten, die nach Beurteilung nach definierten Qualitätskriterien in ein Datenbank-Update integriert werden. Diese Ausweitung der Datenbank wird die Vorhersagezuverlässigkeit der geomechanischen Modelle auf verschiedenen räumlichen Skalen deutlich verbessern.

Description: The stress state is a key component for the safety and stability of deep geological repositories for the storage of nuclear waste. For the stability assessment and prediction over the repository lifetime, the stress state is put in relation to the rock strength. This assessment requires knowledge of both the future stress changes and the current in situ stress state. Due to the limited number of in situ stress data records, 3D geomechanical models are used to obtain continuous stress field prediction. However, meaningful interpretation of the stress state model requires quantification of the associated uncertainties that result from the geological, stress and rock-property data. This would require thousands of simulations which in a high-resolution model is called an exhaustive approach. Here we present a feasible approach to reduce computation time significantly. The exhaustive approach quantifies uncertainties that are due to variabilities in stress data records. Therefore, all available data records within a model volume are used individually in separate simulations. Due to the inherent variability in the available data, each simulation represents one of many possible stress states supported by data. A combination of these simulations allows estimation of an individual probability density function for each component of the stress tensor represented by an average value and a standard deviation. If weighting of the data records can be performed, the standard deviation can usually be reduced and the significance of the model result is improved. Alternatively, a range of different stress states supported by the data can be provided with the benefit that no outliers are disregarded, but this comes at the cost of a loss in precision. Both approaches are only feasible since the number of stress data records is limited. However, it is indicated that large uncertainties are also introduced by variabilities in rock properties due to natural intra-lithological lateral variations that are not represented in the geomechanical model or due to measurement errors. Quantification of these uncertainties would result in an exhaustive approach with a high number of simulations, and we use an alternative, feasible approach. We use a generic model to quantify the stress state uncertainties from the model due to rock property variabilities. The main contributor is the Young's module, followed by the density and the Poisson ratio. They affect primarily the σxx and σyy components of the stress tensor, except for the density, which mainly affects the σzz component. Furthermore, a relative influence of the stress magnitudes, the tectonic stress regime and the absolute magnitude of rock properties is observed. We propose to use this information in a post-computation assignment of uncertainties to the individual components of the stress tensor. A range of lookup tables need to be generated that compile information on the effect of different variabilities in the rock properties on the components of the stress tensor in different tectonic settings. This allows feasible quantification of uncertainties in a geomechanical model and increases the significance of the model results significantly.

Description: Der Spannungszustand ist eine Schlüsselkomponente für die Sicherheit und Stabilität einer geologischen Tiefenlagerung von radioaktivem Abfall. Um die Stabilität zu beurteilen und diese auch für die erwartete Dauer der Lagerung vorherzusagen, wird der Spannungszustand in Beziehung zur Gesteinsfestigkeit gesetzt. Für diese Beurteilung müssen sowohl der in Zukunft erwartete als auch der derzeit bestehende in-situ Spannungszustand bekannt sein. Da in Bezug auf den in-situ Spannungszustand nur wenige Daten vorliegen, kommen 3D-geomechanische Modelle zum Einsatz, um die zukünftigen Spannungsänderungen kontinuierlich vorhersagen zu können. Eine aussagekräftige Interpretation des Modells des Spannungszustands erfordert allerdings eine Quantifizierung der damit einhergehenden Ungewissheiten, die sich als Folge der geologischen Gegebenheiten, der Spannungsdatenpunkte und Gesteinseigenschaften ergeben. Eine umfassende Quantifizierung dieser Ungewissheiten erfordert Tausende Rechnungen, welches in einem hochauflösenden Modell nicht praktikabel ist. Hier stellen wir einen machbaren Ansatz vor, mit dem sicher der Zeitaufwand für die Modellierung auf einen realisierbaren Rahmen beschränken lässt. Mit dem umfassenden Ansatz lassen sich Ungewissheiten quantifizieren, die sich aus den Variabilitäten in den aufgezeichneten Spannungsdaten ergeben. Daher werden alle verfügbaren Datensätze aus einem Volumenmodell individuell in separaten Szenarien genutzt. Wegen der natürlichen Variabilität der verfügbaren Daten repräsentiert jede Simulation einen von vielen möglichen Spannungszuständen, der sich aus den Daten ergibt. Eine Kombination dieser Simulationen ermöglicht es, eine individuelle Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion für jede Komponente des Spannungstensors zu modellieren, und zwar jeweils mit einem Durchschnittswert und einer Standardabweichung. Wenn sich die Eingangsdaten gewichten lassen, lässt sich die Standardabweichung meist reduzieren und die Signifikanz des Modellergebnisses verbessern. Alternativ lässt sich ein Bereich an Spannungszuständen angeben, welche auf den Daten basieren. Das ermöglicht es, keine Ausreißer zu übersehen, geht aber mit einer geringeren Genauigkeit einher. Beide Ansätze sind nur praktikabel, weil es nur begrenzt viele Spannungsmagnitudendaten gibt. Hinzu kommt jedoch eine große Quelle für Ungewissheiten durch unterschiedliche Gesteinseigenschaften, die sich aus den natürlichen lateralen Variationen im Gestein ergeben oder ein Resultat von Messfehlern sind. Um diese Ungewissheiten zu quantifizieren, wäre ein sehr umfangreicher Ansatz mit zahlreichen Simulationen erforderlich; wir hingegen möchten einen alternativen, praktikablen Ansatz nutzen. Wir verwenden ein generisches Modell, um die Ungewissheiten des Spannungszustands zu quantifizieren, die sich aus den unterschiedlichen Gesteinseigenschaften ergeben. Am wichtigsten ist hierbei das Elastizitätsmodul, an zweiter Stelle die Dichte und die Poisson-Zahl. Diese beeinflussen vor allem die σxx und σyy Komponenten des Spannungstensors, mit Ausnahme der Dichte, die vor allem die σzz-Komponente beeinflusst. Außerdem lässt sich ein relativer Einfluss der Größenordnungen der Spannungen, des tektonischen Spannungsregimes und der absoluten Magnitude der Gesteinseigenschaften beobachten. Wir schlagen vor, anhand dieser Informationen im Anschluss an die Modellierung eine Zuordnung der Ungewissheiten zu den individuellen Komponenten des Spannungstensors vorzunehmen. Dafür werden zahlreiche Tabellen erstellt, welche die Effekte von verschiedenen Variabilitäten der Gesteinseigenschaften auf die Komponenten des Spannungstensors bei verschiedenen tektonischen Gegebenheiten umfassend darstellen. Das ermöglicht es, Ungewissheiten in einem geomechanischen Modell mit einem praktikablen Verfahren zu quantifizieren und die Aussagekraft der Ergebnisse des Modells deutlich zu verbessern.

Description: Das gegenwärtige Spannungsfeld der Erdkruste ist eine zentrale Feldgröße für die Beurteilung der Stabilität eines Endlagers. Erreichen die Spannungen einen kritischen Wert, dann versagt das Gestein. Es bilden sich Risse und Brüche, die Wegsamkeiten für Flüssigkeiten und Gase darstellen. Als Folge kann das Endlager undicht werden. Im direkten Bezug dazu stehen die Ausschlusskriterien seismische Aktivität und aktive Störungszonen aus dem Standortauswahlgesetz. Beide sind ein Ausdruck dafür, dass der kritische Wert überschritten wurde.