ALBERT

Description: Kommunale Wärmetransformationsprojekte verfolgen verschiedene Ziele gleichzeitig. In der Regel soll die Transformation einen Beitrag leisten, um die Treibhausgasemissionen der Wärmeversorgung zu senken. Gleichzeitig stehen aber weitere Ziele, u. a. die Sozialverträglichkeit, Akzeptanz und wirtschaftliche Tragfähigkeit im Fokus der Akteure. Dabei muss eine einseitige Zieloptimierung vermieden werden. Darüber hinaus erscheint es sinnvoll, den Beitrag der jeweiligen Konzepte zu den Nachhaltigkeitszielen im Blick zu behalten. Im Kontext kommunaler Wärmetransformationsprojekte geht es auf der Bedarfsseite darum, die Energieverbräuche für Raum- und Prozesswärme zu senken. Die Akteure auf Seiten der Abnehmer und Wärmenutzer:innen sind u. a. gewerbliche Unternehmen, die Wohnungswirtschaft, die öffentliche Hand und die Bewohner:innen. Auf der Versorgungsseite muss die Wärmebereitstellung von fossilen Energieträgern umgestellt werden auf regenerative Energien, wie Bioenergie, Solarthermie, Geothermie, Umgebungswärme und industrielle Abwärme. Daher treten hier als Akteure der Wärmewende nicht mehr nur Energieversorgungsunternehmen, Stadtwerke und Kommunen, sondern bspw. auch Industrieunternehmen als Abwärmequellen und Selbsterzeuger auf. Dieser Beitrag ordnet zunächst eine multikriterielle Nachhaltigkeitsbewertung in das Vorgehen kommunaler Wärmetransformationsprojekte ein. Anschließend werden Ansätze einer multikriteriellen Nachhaltigkeitsbewertung aus Projekten von FVEE- Mitgliedseinrichtungen dargestellt. Der dritte Abschnitt schließlich zeigt, wie diese in der Interaktion und Kommunikation mit den Akteuren genutzt werden können.

Description: Es besteht Einvernehmen, dass die hohe Komplexität des Wärmesystems das zentrale Hindernis für die Wärmewende darstellt: Der Wärmebedarf im Industrie- und Gebäudesektor ist durch unterschiedliche Temperatur- und Nachfrageprofile aber auch durch verschiedene Geschäftsmodelle gekennzeichnet. Im Gebäudebereich sind darüber hinaus auch die vielfältigen Erwartungen und Präferenzen der Millionen von Investoren und Nutzern entscheidend, die über rein techno-ökonomische Überlegungen hinausgehen. Diese Systemkomplexität erschwert die Entwicklung von Strategien im Wärmesektor und hemmt unter anderem auch die Möglichkeiten für Technologieentwickler das Marktpotenzial ihrer Innovationen einzuschätzen. Fragen der Akzeptanz müssen folglich auf mehreren Ebenen Berücksichtigung finden, von Fragestellungen der Gesamtsystemanalyse bis hin zu einzelnen Umsetzungsprojekten. Entsprechend vielfältig ist die Forschung zur gesellschaftlichen Akzeptanz der Wärmwende im FVEE. Sie umfasst sowohl die Analyse von Nutzerpräferenzen bis hin zur gemeinsamen Gestaltung von Energiewendeprojekten, um die Gelingensbedingungen zu verbessern. Allen Ansätzen ist gemein, dass die vorherrschende technisch-ökonomische Betrachtung der Wärmewende erweitert wird: Es wird nach Faktoren geforscht, welche die Nutzer*innen beeinflussen und es werden gezielt Bereiche untersucht, welche das Potenzial für zukünftige Akzeptanzkonflikte haben. Des Weiteren gibt es Ansätze, die Akzeptanzfragen bereits im Entwicklungsprozess von Innovationen zu berücksichtigen. Abschließend, in Bezug auf die konkrete Umsetzung von Wärmetransformationsprojekten, werden verschiedene Methoden des Co-Designs entwickelt, erforscht und getestet. Im Folgenden werden einzelne Projekte aus den verschiedenen Bereichen vorgestellt.

Description: Fernwärme (FW) spielt aufgrund ihres Potenzials zur effizienten Integration erneuerbarer Energien (EE) und Abwärme eine entscheidende Rolle für die Umsetzung der Wärmewende. Im Rahmen dieses Beitrags werden Herausforderungen, Maßnahmen und Trends sowie Projektbeispiele für die künftige Fernwärmeversorgung beleuchtet.

Description: Der Beitrag stellt Ergebnisse aus der "AG Industrielle Prozesswärme" des Thinktanks IN4climate.NRW in Zusammenarbeit mit dem wissenschaftlichen Kompetenzzentrum Sci4Climate.NRW vor. Hier wurde in einem mehrjährigen Stakeholder-Prozess unter Einbindung von Wissenschaft, Politik und Unternehmen der energieintensiven Industrie in NRW ein Diskussionspapier entwickelt, welches in einem "Vier-Stufen- Modell" eine aus gesamtsystemischer Sicht optimale Vorgehensweise zur Dekarbonisierung bzw. Defossilisierung industrieller Prozesswärme aufzeigt. Flankierend werden über die Koautor:innen Technologie-Beispiele innerhalb des "Vier-Stufen-Modells" aufgezeigt.

Description: Ca. 50 % des Endenergiebedarfes in Deutschland, wie auch im Mittel in Europa, sind Wärme. Die Energiewende kann also nur mit einer Wärmewende gelingen. Eine klimaneutrale Wärmeversorgung zeitnah zu erreichen muss daher wesentliches Ziel der Gesellschaft und der Politik der kommenden Jahre sein. Dies spiegelt sich auch in den Sektorenzielen der Bundesregierung wider: sowohl im Gebäudesektor als auch im Industriesektor werden deutliche Einsparungen der CO2-Emissionen erwartet, die wesentlich auf eine Umstellung der Wärmebereitstellung abzielen. In Jahr 2022 kamen zu dieser bereits bekannten Zielsetzung aus klimapolitischer Sicht durch den Krieg in der Ukraine weitere wesentliche Aspekte hinzu: In der öffentlichen Diskussion dominierte das Thema "Versorgungssicherheit" in der Wärmeversorgung von Gebäuden und Industrie. Gleichzeitig wurde Erdgas als billige und ausreichend zur Verfügung stehende "Brückentechnologie" in Frage gestellt und die hohen fossilen Energiepreise rückten einige bisher oft als zu aufwändig betrachtete nachhaltige Technologien schlagartig mehr ins Zentrum der Lösungen. Somit war 2022 das Jahr, in dem das Thema klimaneutrale Wärme bisher unbekannte Aufmerksamkeit erfuhr.

Description: Der Anteil erneuerbarer Energien bei der Wärme- (und Kälte-)Versorgung lag 2021 in Deutschland bei 16,5 % (knapp 200 TWh/a). Davon stammten 86 % aus Biomasse und davon wiederum 47% allein aus Holzfeuerungen im häuslichen Bereich. Der Rest der erneuerbaren Wärme stammte aus oberflächennaher Geothermie und Umgebungswärme (Wärmepumpen) mit 9 % und Solarthermie mit 4,2 %. Bisher vergleichsweise kleine Beiträge stammten aus der tiefen Geothermie. Im Jahr 2021 waren bezogen auf die rund 21 Millionen im Bestand befindlichen Einzelgebäudeheizanlagen (nicht Einzelraumfeuerstätten) 1,1 Mio. Wärmepumpen und 0,9 Mio. Biomassekessel im Betrieb. Hinzu kommen zusätzliche 2,5 Mio. solarthermische Anlagen mit einer Gesamtkollektorfläche von rund 21 Mio. m2. Bei den neu installierten Wärmeerzeugern konnten Wärmepumpen und Biomassekessel auch 2021 einen deutlich steigenden Absatz verzeichnen, wobei ihr Anteil an den insgesamt rund 930.000 neu installierten Wärmerzeugern bei knapp 25% lag. Doch 2021 nutzten immer noch rund 19 Mio. Wärmeerzeuger Gas und Öl. Darüber hinaus müssen in Wohngebäuden auch noch Etagenheizungen und veraltete Biomasseheizsysteme ausgetauscht werden. Für eine erfolgreiche Wärmewende bis 2045 im Gebäudewärmebereich müssen also weiterhin jedes Jahr rund eine Million neue komplett Erneuerbare-Heizanlagen installiert und in Betrieb genommen werden. Nach dem Anschluss an zumindest perspektivisch vollständig erneuerbar versorgte Wärmenetze sind für alle anderen Objekte Wärmepumpen, Wärmepumpen-Biomasse-Hybride und, nur wo es keine anderen Möglichkeiten gibt, reine Biomassekessel zu installieren. Alle Lösungen lassen sich zusätzlich mit Solarthermieanlagen ergänzen. Im Vergleich zu Erdgasthermen ist jedoch allein die Installation der deutlich komplexeren Systeme mit mindestens dem doppelten Zeitaufwand zu veranschlagen, während die Branche bereits heute über einen realen Fachkräftemangel klagt. Es braucht also wirksame Lösungsansätze der Forschung zur Überwindung dieser und vieler anderer Hemmnisse zur erfolgreichen Wärmewende bis 2045.

Description: Im Rahmen einer aktuellen Studie zur Transformation des Europäischen Energiesystems zur Klimaneutralität unter Berücksichtigung der Gaskrise entwickelte das Wuppertal Institut ein Szenario (EU27+UK) für die Transformation der europäischen Industrie inklusive Raffinerien und Kokereien, in dem die industriellen Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2050 um 99 % gegenüber 2018 gemindert werden. Der Endenergiebedarf der Industrie sinkt in diesem Szenario durch den Einsatz von Wärmepumpen, andere Energieeffizienzmaßnahmen sowie einen Rückgang der Produktion in Raffinerien bis 2040 deutlich und der Bedarf an fossilen Gasen kann zeitnah gemindert und bis 2045 auf nahezu Null gesenkt werden. Im Rahmen dieses Szenarios erfolgte auch eine detaillierte Abbildung der Entwicklung der Prozesswärmebereitstellung in Deutschland. Die Bereit- stellung von Niedertemperaturwärme (〈 150 °C) erfolgt im Szenario größtenteils über Wärmepumpen und Fernwärme. Solar- und Geothermie spielen eine (kleinere) Rolle. Für die Dampfbereitstellung (150 - 500 °C) werden vielfach hybride Strom/H2-Kessel eingesetzt, daneben Biomasse. In der Chemieindustrie spielen auch langfristig Reststoffe aus Steamcrackern eine wichtige Rolle. Die Bereitstellung von Hochtemperaturwärme erfolgt prozessspezifisch je nach den technischen Gegebenheiten der Prozesse (z. B. H2 in den Direktreduktions- anlagen und Biomasse in den Walzwerken der Stahlindustrie, abfallbasierte Brennstoffe vor allem in den Klinkeröfen der Zementindustrie, Biomethan und Strom in der Glasindustrie, Strom für Primär- und Sekundäraluminium). Biogene Energieträger in Kombination mit CCS (BECCS) ermöglichen in der Stahlindustrie und in der mineralischen Industrie die Bereitstellung von Hochtemperaturwärme und gleichzeitig negative Emissionen zur Kompensation von Restemissionen.

Description: Der Klimawandel stellt uns vor die globale Herausforderung, auf fossile Energieträger zu verzichten. Die erfolgreiche Transformation des Energiesystems ist eine wesentliche Voraussetzung für eine vollständige Reduktion der Treibhausgase. Eine solche Transformation kann nur gelingen, wenn der fundamental neue Charakter des Systems erfasst und im abgeleiteten Rückschluss daraus der passende Pfad eingeschlagen wird. Im Kern lässt sich dieser neue Charakter als ein defossilisiertes, auf regenerativen Energien basierendes Energiesystem beschreiben.

Description: Der Wärmesektor hat einen Anteil von rund 55 Prozent am deutschen Primärenergieverbrauch, wobei der Anteil klimafreundlicher Wärmeerzeugung (erneuerbare Energien und Abwärmenutzung) bislang aber noch sehr gering ist und unter 20 Prozent liegt. Entsprechend sind die Potenziale zur Erschließung von Dekarbonisierungserfolgen im Wärmesektor besonders groß. Ein Gelingen der Wärmewende ist daher zwingende Voraussetzung dafür, dass die nationalen Klimaschutzziele erreicht werden. Gerade Städte spielen auf Grund des hohen Energie- und Ressourcenverbrauchs, der hohen örtlichen Dichte von Infrastrukturen und durch die Vielzahl von Akteuren eine zentrale Rolle bei der Energiewende und für den Klimaschutz. So bilden beispielsweise gewachsene Strukturen im Bestand und hohe Nutzungsdichten potenzielle Restriktionen für die Integration von Technologien zur effizienten Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Städtische Quartiere sind gleichzeitig der sinnvollste Umsetzungsmaßstab für integrierte innovative Systeme, da hier die größten Synergieeffekte zwischen Effizienzmaßnahmen und nachhaltiger Energieerzeugung erschlossen werden können.

Description: 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.

Description: 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.

Description: The EU aims to become the first climate neutral continent. To achieve this goal, the industry sector needs to reduce its GHG emissions to net zero or at least close to net zero. This is a particularly challenging task due to the high energy demand especially of primary materials production and the little potential to reduce this energy intensity when switching to other production processes based on electricity or hydrogen. In order to identify robust strategies for achieving a net-zero-compatible industry sector, the paper at hand analyses the transformation of the industry sector as described by a number of recent climate neutrality scenarios for Germany. Apart from overall industry, a focus is set on the sectors of steel, chemicals and cement. The analysed scenarios show very deep GHG emission reductions in industry and they appear to be techno-economically feasible by the mid of the century, without relying on offsets or on shifts from domestic production to imports. The scenarios agree on a suite of core strategies to achieve this, such as direct and indirect electrification, energy efficiency and recycling as well as new technological routes in steel making and cement. The scenarios differ, however, regarding the future mix of electricity, hydrogen and biomass and regarding the future relevance of domestic production of basic chemicals.

Description: More and more cities are setting themselves ambitious climate protection targets, including CO2 neutrality. Schools are important institutions of cities and therefore they have to play a central role in achieving this goal. With the investment backlog building up and pressure from the Friday for Future movement increasing, the Wuppertal Institute and Büro Ö-quadrat have initiated the project Schools4Future, aiming to support secondary schools to become climate-neutral. In cooperation with secondary school students and teachers, the project team evaluated the existing situation of the participating schools and developed GHG-balances and feasible climate protection concepts. For this purpose, an Excel-based carbon footprint (CF) assessment tool for schools has been developed which is freely available. The tool covers all important emission areas, including heating energy, electricity use, travel to and from schools, school trips, the school canteen and paper consumption. The students were found capable to conduct the CF assessment with the guidance of the teacher, information materials and support of the researchers. So far, six pilot schools have completed their CF assessment with emissions ranging between 335 and 944 kg CO2 per person. In this paper we present the tool and compare the CF assessment of some schools. We further elaborate on how the tool and project has increased the climate awareness and self-efficacy of students and even stimulated measures by the school board.

Description: Mit dem European Green Deal hat Europa seine Klimaschutzziele nach oben korrigiert und einen weiteren, erforderlichen Schritt auf dem Weg zur Dekarbonisierung unternommen. Die neuen europäischen Zielvorgaben sind in Deutschland mit der Verabschiedung des Klimaschutzgesetzes seit Ende 2019 schon verbindlich festgeschrieben, wobei hier bereits spezifische CO2-Budgets für die Einzelsektoren definiert werden. Die Umsetzung dieser Ziele verlangt eine radikale Transformation des heutigen Energieversorgungssystems. Der Umbau des komplexen und heterogenen Wärmebereiches stellt dabei eine der größten Herausforderung dar: Wärme ist in Europa für über 50 % des Endenergieverbrauches verantwortlich, wird aber gegenwärtig nur zu 22 % aus erneuerbaren Quellen bereitgestellt. Aus geoklimatischen, kulturellen und politischen Gründen sind dabei die Anteile in den einzelnen europäischen Ländern sehr unterschiedlich. Unter den Spitzenreitern sind Schweden (66 %) und Dänemark (48 %). Unser Nachbarland Österreich erreicht immerhin 34 %. Im Vergleich dazu liegt Deutschland mit 15 % abgeschlagen auf einem hinteren Platz. Der verstärkte Einsatz erneuerbarer Energien ist neben der Steigerung der Energieeffizienz die tragende Säule der Wärmewende, wobei hier ein breiter Mix an Technologien gefragt ist. Die direkte Nutzung der Wärmetechnologien hat weiterhin Priorität, erfordert aber eine stark beschleunigte Erschließung der vorhandenen Potenziale sowie einen nachhaltigen Umgang mit wertvoller Biomasse. Die Sektorenkopplung bietet die notwendige Ergänzung für die geplante Transformation (BMWi, 2021). Solarenergie in Form von Solarwärme und Solarstrom wird somit in Kombination mit Umweltwärme eine zentrale Rolle im zukünftigen Wärme- und Kälteversorgungssystem spielen. Darauf fokussiert sich der Beitrag, wobei die spezifische Situation der Niedertemperatur-Solarthermie und der Schlüsseltechnologie Wärmepumpe adressiert werden.

Description: Die Erkenntnisse der Klimaforschung sind eindeutig: Um das im Pariser Klimaabkommen vereinbarte Ziel der Begrenzung der Erderwärmung auf "deutlich unter 2 °C" noch einhalten zu können, müssen die globalen Treibhausgasemissionen umgehend ihren Scheitelpunkt erreichen und anschließend kontinuierlich und steil zurückgehen. Dies gilt umso mehr für die ebenfalls im Pariser Klimaabkommen vereinbarte Absicht, die Erwärmung möglichst sogar unter 1,5 °C zu halten. Durch eine entsprechende Begrenzung der Erderwärmung kann nach aktuellem Wissensstand die Gefahr des Auslösens gefährlicher Kipppunkte und einer sich selbst verstärkenden Erwärmung deutlich vermindert werden.

Description: Das Ziel der Energiewende - ein sicheres, umweltverträgliches und ökonomisch erfolgreiches Energiesystem - birgt diverse Herausforderungen. Diese umfassen die Erreichung der Klimaneutralität, den Umstieg auf erneuerbare Energieträger in allen Sektoren (inkl. Schwerlast- und Flugverkehr sowie industrielle Prozesswärme) als auch deren gegenseitige Integration. Bioenergie kann hierzu einen multiplen Beitrag leisten, sowie negative Emissionen bereitstellen und darüber hinaus auch Beiträge jenseits des Energiesystems erbringen, wie Naturschutz, ländliche Entwicklung, oder die Bereitstellung von biogenem CO2 als Rohstoff für die chemische Industrie. Somit ist Bioenergie ein unverzichtbarer Bestandteil für die Lösung der Herausforderungen in der Transformation zu einem nachhaltigen Energiesystem. Gegenwärtig stellt Bioenergie mit dem größten Anteil an erneuerbaren Energien im Primärenergieverbrauch (60 %) als auch im Endenergieverbrauch (53 %), mehr als alle anderen erneuerbaren Energieträger zusammen. Dabei bestehen Unterschiede zwischen den Endenergiesektoren: während Bioenergie in der Bruttostromerzeugung 24 % des erneuerbaren Stroms deckt, dominiert sie die erneuerbare Bereitstellung von Wärme mit 86 % als auch den erneuerbaren Endenergieverbrauch im Verkehrssektor mit 88 % in 2018. Aufgrund der Bedeutung von Bioenergie heute werden Beispiele vorgestellt, welche einen zukünftigen multipleren Systembeitrag von Bioenergie fokussieren.

Description: This paper analyses and compares industry sector transformation strategies as envisioned in recent German, European and global deep decarbonisation scenarios. The first part of the paper identifies and categorises ten key strategies for deep emission reductions in the industry sector. These ten key strategies are energy efficiency, direct electrification, use of climateneutral hydrogen and/or synthetic fuels, use of biomass, use of CCS, use of CCU, increases in material efficiency, circular economy, material substitution and end-use demand reductions. The second part of the paper presents a meta-analysis of selected scenarios, focusing on the question of which scenario relies to what extent on the respective mitigation strategies. The key findings of the meta-analysis are discussed, with an emphasis on identifying those strategies that are commonly pursued in all or the vast majority of the scenarios and those strategies that are only pursued in a limited number of the scenarios. Possible reasons for differences in the choice of strategies are investigated. The paper concludes by deriving key insights from the analysis, including identifying the main uncertainties that are still apparent with regard to the future steps necessary to achieve deep emission reductions in the industry sector and how future research can address these uncertainties.

Description: Technological innovations in energy-intensive industries (EIIs) have traditionally emerged within the boundaries of a specific sector. Now that these industries are facing the challenges of deep decarbonisation and a significant reduction in greenhouse gas (GHG) emissions is expected to be achieved across sectors, cross-industry collaboration is becoming increasingly relevant for low-carbon innovation. Accessing knowledge and other resources from other industrial sectors as well as co-developing innovative concepts around industrial symbiosis can be mutually beneficial in the search for fossil-free feedstocks and emissions reductions. In order to harness the potential of this type of innovation, it is important to understand not only the technical innovations themselves, but in particular the non-technical influencing factors that can drive the successful implementation of cross-industry collaborative innovation projects. The scientific state of the art does not provide much insight into this particular area of research. Therefore, this paper builds on three separate strands of innovation theory (cross-industry innovation, low-carbon innovation and innovation in EIIs) and takes an explorative case-study approach to identify key influencing factors for cross-industry collaboration for low-carbon innovation in EIIs. For this purpose, a broad empirical database built within the European joint research project REINVENT is analysed. The results from this project provide deep insights into the dynamics of low-carbon innovation projects of selected EIIs. Furthermore, the paper draws on insights from the research project SCI4Climate.NRW. This project serves as the scientific competence centre for IN4Climate.NRW, a unique initiative formed by politicians, industry and science to promote, among other activities, cross-industry collaboration for the implementation of a climate-neutral industry in the German federal state of North Rhine-Westphalia (NRW). Based on the results of the case study analysis, five key influencing factors are identified that drive the implementation of cross-industry collaboration for low-carbon innovation in EIIs: Cross-industry innovation projects benefit from institutionalised cross-industry exchange and professional project management and coordination. Identifying opportunities for regional integration as well as the mitigation of financial risk can also foster collaboration. Lastly, clear political framework conditions across industrial sectors are a key driver.

Description: The paper describes quantitative scenarios on a possible evolution of the EU petrochemical industry towards climate neutrality. This industry will be one of the remaining sectors in a climate neutral economy still handling hydrocarbon material to manufacture polymers. Concepts of a climate neutral chemical industry stress the need to consider the potential end-of-life emissions of polymers produced from fossil feedstock and draft the vision of using renewable electricity to produce hydrogen and to use renewable (hydro)carbon feedstock. The latter could be biomass, CO2 from the air or recycled feedstock from plastic waste streams. The cost-optimization model used to develop the scenarios describes at which sites investments of industry in the production stock could take place in the future. Around 50 types of products, the related production processes and the respective sites have been collected in a database. The processes included cover the production chain from platform chemicals via intermediates to polymers. Pipelines allowing for efficient exchange of feedstock and platform chemicals between sites are taken into account as well. The model draws on this data to simulate capacity change at individual plants as well as plant utilization. Thus, a future European production network for petrochemicals with flows between the different sites and steps of the value chain can be sketched. The scenarios described in this paper reveal how an electrification strategy could be implemented by European industry over time with minimized societal costs. Today's existing assets as well as geographical variance of energy supply and the development of demand for different plastic sorts are the major model drivers. Finally, implications for the chemical industry, the energy system and national or regional governments are discussed.

Description: For some time, 3D printing has been a major buzzword of innovation in industrial production. It was considered a game changer concerning the way industrial goods are produced. There were early expectations that it might reduce the material, energy and transport intensity of value chains. However for quite a while, the main real world applications of additive manufacturing (AM) have been some rapid prototyping and the home-based production of toys made from plastics. On this limited basis, any hypotheses regarding likely impacts on industrial energy efficiency appeared to be premature. Notwithstanding the stark contrast between early hype and practical use, the diffusion of AM has evolved to an extent that at least for some applications allows for a preliminary assessment of its likely implications for energy efficiency. Unlike many cross-cutting energy efficiency technologies, energy use of AM may vary substantially depending on industry considered and material used for processing. Moreover, AM may have much greater repercussions on other stages of value chains than conventional cross-cutting energy efficiency technologies. In case of AM with metals the following potential determinants of energy efficiency come to mind: - A reduction of material required per unit of product and used during processing; - Changes in the total number and spatial allocation of certain stages of the value chain; and - End-use energy efficiency of final products. At the same time, these various streams of impact on energy efficiency may be important drivers for the diffusion of AM with metals. This contribution takes stock of AM with metals concerning applications and processes used as well as early evidence on impacts on energy efficiency and combine this into a systematic overview. It builds on relevant literature and a case study on Wire Arc Additive Manufacturing performed within the REINVENT project.

Description: Financial institutions play a crucial role in achieving the 2015 Paris Climate Agreement. They can manage capital flows for financing the required transformation towards a decarbonized industry. Currently established policy programs and regulations at European and national level increasingly address financial institutions to make their climate warming impact measurable and transparent. However, required science-based assessment methods have not been sufficiently developed so far. This paper discusses methodological opportunities and challenges for measuring carbon footprints of financial institutions. Based on a scientific case study undertaken with the German GLS Bank, the authors introduce an innovative method for quantifying greenhouse gas emissions from a bank's asset with a focus on loans. The authors apply an input/output database to calculate greenhouse gas (GHG) intensities and allocate them with bank's loans and investments. Moreover, the paper provides insights of calculating avoided GHG emissions initiated by a bank's investment and loans. In conclusion, a high degree of consistent and standardized assessment methods and guidelines need to be developed and applied to promote comparability and transparency.

Description: Die Digitalisierung ist längst gelebte Praxis. Jeden Tag werden Milliarden an "digitalen" Handlungen ausgeführt. Beispielsweise werden täglich 207 Mrd. E-Mails verschickt, 8,8 Mrd. YouTube-Videos angesehen und 36 Mio. Amazonkäufe getätigt. Dabei nimmt die Geschwindigkeit, mit der neue Anwendungen entwickelt und etabliert werden, kontinuierlich zu. Es stellt sich also die Frage, was im Energiesektor zu erwarten ist und wie die Entwicklung zielgerichtet genutzt werden kann.

Description: Der schnell fortschreitende Digitalisierungs- und Automatisierungsprozess ist heute schon ein wichtiger Wegbegleiter für die Transformation des aktuellen Energiesystems. Im vorliegenden Beitrag werden sechs Anwendungsbeispiele vorgestellt, die deutlich machen, dass die Energiewende ohne Digitalisierung nicht denkbar ist.

Description: Welche Rolle spielt die Digitalisierung mit der Vielzahl ihrer Methoden und Anwendungen für die Energiewende - also für die Transformation unseres Energiesystems im Sinne der vereinbarten Klimaschutzziele? Ist sie notwendige Voraussetzung für den Systemumbau und ermöglicht beispielsweise erst den Übergang auf ein nahezu vollständig erneuerbares Energiesystem (Enabler) oder ist sie lediglich ein nützliches, den Umbau beschleunigendes Hilfsmittel (Facilitator)? Welche Veränderungen sind durch die Ziele der Energiewende getrieben und welche durch die Verbreitung von Techniken der Digitalisierung? All dies waren Fragen, die im Rahmen der Jahrestagung 2018 des Forschungsverbunds Erneuerbare Energien unter dem Titel "Die Energiewende - smart und digital" behandelt wurden. Dieser einführende Beitrag versucht einige Anhaltspunkte zur Beantwortung dieser Fragen zu liefern und in das Thema einzuführen.

Description: Petrobiona massi1iana ist ein Vertreter der Calcaronea mit einem rigiden sekundären Hoch-MagnesiumkalzitBasalskelett ("Pharetronida"). Der kalkige Basalkörper besteht aus irregulären, meist elongaten PseudoSphäruliten. Der Schwamm selbst lebt nur an der Oberfläche des Basal körpers. Vom Choanosom stülpen sich dOnne Kanäle aus, die den gesamten Basalkörper durchziehen. In einer dOnnen (ca.1~) Grenzlage zwischen dem Pinacoderm und dem Basalkörper (extra-pinacodermale Mucuschicht) bilden sich prismatische Primärelemente (Kristall-Fladen). Die kalzitischen Spiculae des Schwammes werden hier in den Basalkörper integriert. Dies geschieht über Mg-kalzitische Zemente (Synvivo-Diagenese sensu REITNER 1987), die sich in vergrößerten Hohlräumen im Bereich der extra-pinacodermalen Mucusschicht bilden. Das vergrößerte Lumen in dieser Mucusschicht entsteht durch die Ablösungsbewegung des lebenden Schwammgewebes durch Wachstum. Die monokristalinen Skleren werden durch eine frOhdiagenetische Neomorphose in polykristalline Strukturen Ubergeführt, oft verbunden mit einem Verlust an Mg. Isotopenchemisch unterscheiden sich Skleren und Basalskelett nur durch veränderte Ö 018 Werte, die auf diagenetische Prozesse zurückgeführt werden können. Bemerkenswert ist der hohe ÖC13 Gehalt (ca.+2,3). Eine intrazelluläre Bildung des Basalskeletts konnte nicht festgestellt werden. Der Vergleich mit der pharetroniden Gattung Hinchine11a (Calcaronea) zeigt einige Unterschiede. Die Skleren werden hier nicht durch neomorphe Prozesse aufgelöst. Die großen choanosomalen Tetractinen werden zuerst an ihren Kontaktpunkten mit einem orthogonalen Zement verbunden. Dieser Zement ist vergleichbar mit den primären Zementfladen von Petrobiona. Im weiteren Verlauf der Ontogenese werden die Skleren vollständig von diesem Zement überwachsen. Das Basalskelett zeichnet das primäre Skelett nach ("" stromatoporoi der" Bau). Es handelt sich bei den Zementen wiederum um extra-dermale Bildungen, allerdings hier initiiert durch das Choanosom. Die chemischen und isotopenchemischen Parameter sind vergleichbar mit denen von Petrobiona. Das Basalskelett von Hurrayona (Calcinea) unterscheidet sich grundlegend von dem der Calcaronea. Das sekundäre Kalkskelett ist aspikulär, allerdings werden gelegentlich eingefangene Skleren beobachtet. Das sekundäre Skelett hat eine sphärulitische Struktur. In der Aufsicht zeigen sich allerdings wiederum primäre Elemente, die vergleichbar sind mit den primären Zementfladen der Calcaronea. Das Basalpkelett wird wiederum in einem extra-dermalen/choanosomalen Raum gebildet. Isotopenchemisch unterscheideF $ich dieses Basalskelett grundlegend von den anderen. Während die Basalskelette der Calcaronea erheblich schwerer sind, ist das von Hurrayona extrem leicht (ÖC13 -3,45; öQ1. -2,81) und nahezu identisch mit den Skleren von Leucetta, ebenfalls ein Vertreter der Calcinea. In diesem Fall muß mit einem erheblichen Vitaleffekt bei der Bildung des Basalskeletts gerechnet werden.

Description: Aus unterkarnischen Cipit-Kalken (Cassianer Schichten) wird eine artenarme Faunula rigider Kieselschwiin.ne beschrieben. Erstmalig fur die Trias gelingt der Nachweis komplett erhaltener lithistider Schwanvne. Sie inkrustieren als sekundare Gerustbildner die abgestorbenen corallinen Spongien. Im Gegensatz dazu siedeln die Hexactinelliden im Weichboden der Mud mounds. Das bisher fragwurdige Vorkonvnen der hexactinelliden Gattung Casearia in der Trias wird gesichert belegt. Die schlechte Erhaltung der nur im Dunnschliff erkennbaren Kieselschwamme erlaubt jedoch keine weitreichenden systematischen Aussagen.

Description: A small, low divers ity fauna of sponges with r i gid primary si 1 iceous skeletons is described from the socalled "Cipit-Boulders" of Lower Carnian age (Cassian Beds, Northern Italy). Completely preserved lithistid sponges of Triassic age are described for the first time. They grew on calcareous skeletons of dead coralline sponges within mud mounds. In contrast, hexactinellid sponges settled on the soft mud between the other reef dwellers. The questionable occurrence of the hexactinellid genus Casearia in the Triassic is now confirmed. Owing to the poor preservation of the calcified siliceous sponges, which can only be recognized in thin sections, evidence for specific systematic determinations is limited.

Description: Der Schutz des Klimas und die dafür erforderliche Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien ist eine globale Herausforderung, welche nach maßgeschneiderten Lösungen für die unterschiedlichen Klimazonen und Märkte der Erde verlangt. Die verstärkte Solarenergienutzung spielt dabei eine maßgebliche Rolle. Die Rolle Deutschlands als Exportnation beschränkt sich hierbei nicht auf die Klimawende im eigenen Land, sondern beinhaltet auch den weltweiten Export erneuerbarer Energietechnologien. Die Kosten der photovoltaischen Stromerzeugung (PV) und der Windkraft sind in den vergangenen Jahren erfreulicherweise deutlich gesunken, entsprechend wurden in vielen Ländern große Kapazitäten zugebaut. Die resultierende stark gestiegene Einspeisung fluktuierender Erzeuger stellt Netzbetreiber vor neue Herausforderungen, insbesondere durch die extremen Lastschwankungen für plan- und steuerbare, heute größtenteils fossil befeuerte konventionelle Kraftwerke. Hier bieten solarthermische Kraftwerke Lösungen.

Description: In dem Forschungsprojekt "Technologien für die Energiewende" (TF_Energiewende) bewertet ein Konsortium von drei Verbundpartnern und zehn Technologiepartnern unter der Federführung des Wuppertal Instituts seit Herbst 2016 den mittelfristigen Forschungs- und Entwicklungsbedarf für die zentralen Technologien, die im Rahmen der Energiewende derzeit und zukünftig benötigt werden.

Description: Im Verkehrssektor sind die Emissionen in den vergangenen Jahren gestiegen statt gesunken. Schnelle Entscheidungen und innovative Mobilitätskonzepte sind notwendig, damit Städte klimafreundlicher werden können. Haben sich Kommunen aber einmal festgelegt, ist der Umstieg auf einen alternativen Ansatz mitunter schwierig und teuer - es können Pfadabhängigkeiten entstehen. Dabei weiß niemand derzeit genau, welche Technologien sich in den kommenden Jahrzehnten durchsetzen werden. Dies gilt gleichermaßen auch für zahlreiche Bereiche bei der Umsetzung der Energiewende. Die vorliegende Analyse des Akademienprojektes "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) zeigt Strategien für den Umgang mit Pfadabhängigkeiten auf und will damit Politikerinnen und Politiker in ihrem Entscheidungsprozess unterstützen. Die Autorinnen und Autoren erklären in der Analyse, wie die Entscheidungstheorie Kommunal- und Bundesspolitiker bei der Gestaltung eines zukunftsfähigen Mobilitätssystems und beim Umbau der Energieversorgung helfen kann. Am Beispiel des kommunalen Flottenumbaus wird verdeutlicht, wie sie Lösungen bewusst auswählen und dabei trotzdem flexibel bleiben können.

Description: Szenarien spielten und spielen eine zentrale Rolle für die Gestaltung der Energiewende. Sie beschreiben dabei auf konsistente Weise die mögliche zukünftige Entwicklung des Systems unter bestmöglicher Berücksichtigung des aktuellen Wissens bezüglich des Systems, d.h. der internen Abhängigkeiten und Wechselwirkungen der Systemkomponenten, aber auch die Abhängigkeit der Systementwicklung von äußeren Faktoren. Damit liefern Szenarien Leitplanken für zentrale technisch-strukturelle, energiepolitische, ökonomische und gesellschaftliche Weichenstellungen, die einen zielgerichteten Transformationsprozess flankieren müssen.

Description: Dieser Artikel ist der Frage gewidmet, welchen Beitrag eine verstärkte Sektorenkopplung zum Gelingen der Energiewende leisten kann. Ausgehend von einer Einführung der Prinzipien und Technologien bietet er Einblicke in die zur Erforschung der Sektorenkopplung angewendeten Methoden, sowie ausgewählte Ergebnisse. Hinsichtlich der Energieversorgung versteht man unter Sektorenkopplung im Allgemeinen eine engere Verzahnung und Verknüpfung verschiedener Energieanwendungsbereiche, sowie die Zunahme von Verzweigungs- und Verknüpfungsstellen im Energiesystem. Die wesentlichen Anwendungsbereiche der Energie sind dabei die Bereitstellung von Strom, Wärme und Mobilität.

Description: Bei der Energiewende handelt es sich um einen komplexen Transformationsprozess, der nicht allein aus der nationalen Perspektive betrachtet werden kann. Er ist nicht vollständig unabhängig, sondern in einen Mehr-Ebenen-Prozess eingebunden. Es gilt entsprechend sowohl lokale als auch regionale, nationale, europäische und auch die internationalen Energiewendeprozesse und zugehörigen Rahmenbedingungen zu diskutieren und zu beachten. Es gilt aber auch, über den eigentlichen Energiebereich hinausgehende Trends in ihren Wechselwirkungen mit dem Energiesystem zu identifizieren und zu analysieren. Mit der Energiewende wird zudem eine Zielvielfalt angesprochen. Es geht über das Erreichen von Klimaschutzzielen hinaus um eine größere Vielfalt von gesellschaftlich-politischen Zielen. Der Transformationsprozess hat keine eindimensionale Zielorientierung, sondern muss in einer mehrdimensionalen Betrachtung analysiert werden.

Description: Als Beitrag zu einer fundierten Diskussion über adäquate Politikinstrumente in der Wärmewende hat der FVEE mit seinen Mitgliedsinstituten im September 2015 ein Positionspapier erstellt: "Erneuerbare Energien im Wärmesektor - Aufgaben, Empfehlungen und Perspektiven". Dieses gibt einen umfassenden Überblick über die Herausforderungen und Handlungsoptionen im Wärmesektor und bietet damit eine wichtige Orientierung bei der Gestaltung der Energiewende. Um die Energiewende erfolgreich umzusetzen, plädiert der FVEE für eine deutliche Stärkung des Wärmesektors in der Energiepolitik und eine entschiedene und langfristig angelegte Politik der Wärmewende, die den besonderen Anforderungen des Wärmesektors gerecht wird. Im vorliegenden Beitrag werden ausgewählte Analyseergebnisse und Empfehlungen des Positionspapiers vorgestellt.

Description: Die Transformation des Energieversorgungssystems zu einer dekarbonisierten Energiebereitstellung bedingt ein koordiniertes Zusammenspiel der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr. Dabei ist die Kopplung des Stromsektors mit dem Wärmesektor eine der entscheidenden Maßnahmen bei der Transformation. Die Aufnahme von Wind- und Sonnenenergie in das Netz kann durch genaue Einspeiseprognosen optimiert werden, die Kopplung zum Wärmesektor mittels Wärmepumpen und Power-to-Heat (Heizstab) ermöglicht die weitere Flexibilisierung der Nachfrageseite. Diese Interaktion wird durch intelligente Lösungen der Systemtechnik für das Energie- und Netzmanagement ermöglicht. Die Entwicklung von entsprechenden Anreizsystemen, Marktmechanismen und Geschäftsmodellen ist ebenfalls erforderlich, um diese Kopplung auch wirtschaftlich erfolgreich zu gestalten. Der Beitrag stellt das im Forschungsvorhaben "Interaktion EE-Strom, Wärme und Verkehr" erstellte 80-Prozent-Szenario für das Jahr 2050 vor und zeigt anhand von Beispielen zukünftige Anforderungen und Entwicklungen zu dieser Thematik auf.

Description: Im Rahmen der Energiewende haben sich erneuerbare Energien zur Stromerzeugung in Deutschland bereits etabliert. Um jedoch das volle Potenzial der Reduktion von fossilen Energien und Treibhausgasen (THG) auszuschöpfen, muss aus der Energiewende auch eine Wärmewende werden. Der Energieeinsatz für die Wärmebereitstellung der Industrie betrug im Jahr 2012 etwa 535 TWh (22 % des Endenergiebedarfs Deutschlands), hauptsächlich bereitgestellt durch Erdgas (48 %) und Steinkohle (17 %) 1. Damit wurden für die Wärmebereitstellung im Industriesektor rund 159 Mio. t CO2-äq emittiert, was 17 % der THG-Emissionen Deutschlands entspricht. Aufgrund der Vielseitigkeit der einzelnen Branchen und Wärmeanwendungen im Industriesektor kann dieser Beitrag nur beispielhaft einzelne Komponenten für eine Wärmewende aufzeigen, die auch wiederum die Aktivitäten der einzelnen Autoren widerspiegeln. Ausgehend von einer nationalen Betrachtung und expliziten Modellierungsergebnissen für die energieintensive Industrie in NRW, werden einzelne Potenziale und Aktivitäten im Bereich der Wärmebereitstellung, -speicherung und -integration behandelt.

Description: Die Wärmewende ist als Teil der Energiewende ein gesellschaftliches Großprojekt. Für eine erfolgreiche Umsetzung benötigt die Wärmewende im Vergleich zur Stromwende vielfältigere und differenziertere Handlungsmechanismen. Es geht dabei nicht nur um den Ersatz fossiler Energieträger im Bereich der Wärmeversorgung durch regenerative Quellen, sondern vielmehr um einen systemischen Ansatz, der zudem eine stringente Forcierung von Energieeffizienzmaßnahmen, eine optimierte Verzahnung von Strom- und Wärmesystemen sowie eine zielgruppenspezifische Adressierung und Sensibilisierung von Akteursgruppen (hier: Kommunen, Privathaushalte, Industrie, GHD) erforderlich macht.

Description: Die zunehmende Abkehr vom ursprünglichen EEG-Vergütungssystem mit einer festen Einspeisevergütung hin zu einer mehr und mehr marktorientierten Ausrichtung führt zu der Frage, ob die Umstrukturierung des EEG am Ende zu einer neuen Phase der Energiewende führt, der Neo-EEG-Phase. Im vorliegenden Artikel werden die Veränderungen und Entwicklungsphasen des EEG mit besonderem Blick auf die Akteure des Stromsystems analysiert. Im Kontext der Energiewende können die zu beobachtenden und teils deutlich einschneidenden Veränderungen für alle Akteure des Systems durchaus als "Akteurswende" verstanden werden.

Description: Die Energiewende stellt einen ambitionierten und zugleich hochkomplexen Transformationsprozess dar. Der vorliegende Artikel stellt acht Thesen auf, die dabei helfen können, die Herausforderungen besser zu verstehen und Ansatzpunkte für zukünftiges Handeln zu identifizieren sowie Forschungsbedarf aufzuzeigen.

Description: Die Transformation des deutschen Energiesystems in Richtung signifikanter Reduktion energiebedingter CO2-Emissionen kann durch eine Abfolge verschiedener Phasen beschrieben werden. Phasenübergänge ergeben sich dabei aus strukturellen Erfordernissen im Gesamtsystem bei kontinuierlichem weiteren Ausbau erneuerbarer Energiewandler, insbesondere Sonne und Wind. Die anstehende zweite Phase der Transformation ist durch eine umfassende Systemintegration volatiler erneuerbarer Energien insbesondere im Bereich der Strombereitstellung geprägt. Dies erfordert sowohl eine flexible komplementäre Erzeugung als auch die Aktivierung von Flexibilitätsoptionen auf der Verbrauchsseite.

Description: Technologische Innovationen in den Bereichen erneuerbare Energien und Energieeffizienz bilden eine wesentliche Grundlage der weltweiten Energiesystemtransformation und wirken bei geeigneter Implementierung als Wertschöpfungsmotor. Die Größe und erhebliche Wachstumsdynamik der internationalen Märkte für Energietechnologien und -systeme macht die Positionierung deutscher Unternehmen auf diesen Märkten daher zu einem Thema von sehr weitreichender wirtschaftspolitischer Relevanz. Daraus ergibt sich die Frage, wie Deutschland von einer konsequenten Umsetzung der Energiewende und seiner damit verbundenen Vorreiterfunktion auf den internationalen Märkten für Energietechnologien profitieren kann.

Description: Energieszenarien können in der Diskussion zur Energiewende Orientierung bieten und Entscheidungen unterstützen. Fehlende Transparenz sowie die Vielzahl und Heterogenität der verfügbaren Studien erschweren es jedoch, diese angemessen zu interpretieren. Das vorliegende Diskussionspapier bietet Nutzern eine Hilfestellung und leistet einen Beitrag zur Entwicklung eines grundsätzlichen Analyse- und Interpretationsrahmens, der auch in anderen thematischen Bereichen angewendet werden kann.

Description: Eine zukünftige Herausforderung der Energiewende wird darin bestehen, zunehmende Stromnetzeinspeisungen von fluktuierenden erneuerbaren Energien (FEE) in das Energiesystem zu integrieren. Neben den Flexibilitäten im Stromsystem sollten dabei auch die Möglichkeiten des Wärmemarktes zur Stabilisierung des Strommarktes berücksichtigt werden. So können Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK), Elektroheizer und Wärmepumpen als Verbindungstechnologien zwischen Strom- und Wärmemarkt abhängig vom FEE-Dargebot und damit auch den Preissignalen des Strommarktes zu- bzw. abgeschaltet werden. Dazu werden Wärmespeicher benötigt, da die Flexibilisierung nur möglich ist, wenn die Produktion von der Wärmenutzung entkoppelt werden kann. Eine besonders aussichtsreiche Kopplung von Strom- und Wärmemarkt ist im Bereich der Fernwärmesysteme möglich, da sich hier große Energiemengen in Fernwärmespeichern im Vergleich zu dezentralen Lösungen kostengünstiger und effizienter speichern lassen.

Description: Die Wahrung der Systemsicherheit muss perspektivisch von konventionellen Kraftwerken auf regenerative Energien und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) verlagert werden. Diese sollen zukünftig Systemdienstleistungen übernehmen, um in zunehmendem Maße fluktuierende erneuerbare Energien (FEE) zu integrieren. Deutschland strebt an, im Jahr 2020 ein Viertel der elektrischen Energie aus KWK-Anlagen zu erzeugen. Damit werden diese Anlagen einen wesentlichen Teil der regelbaren Stromerzeugung ausmachen. Insbesondere die Erzeugung in dezentralen Blockheizkraftwerken (BHKW) wird zunehmen. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob dezentrale Anlagen überhaupt nennenswert zur Systemstabilität beitragen können.