ALBERT

Beschreibung: Radikale Benzinpreiserhöhungen an der Tankstelle, steigende Heizölkosten sowie deutliche Verteuerungen der Strom- und Gasrechnungen sind an der Tagesordnung. Die Endlichkeit der Energiereserven und der drohende Klimawandel stehen als Top-Themen mehr denn je im Fokus des öffentlichen Interesses. Verheerende Naturkatastrophen verursachen jährlich volkswirtschaftliche Schäden in dreistelliger Milliardenhöhe. Bald werden deshalb Umwelt- und Effizienztechnologien zu den größten Wachstumsmärkten der Welt zählen. Umso erstaunlicher, dass viele innovative Leistungen, Produkte und Ideen nach wie vor den kreativen Köpfen kleiner unabhängiger Projektteams oder Einzelpersonen entspringen. Diese autonomen Erfinder gewinnen immer mehr an Bedeutung, da sie einen bemerkenswerten Beitrag zur ökonomischen, ökologischen und sozialen Entwicklung leisten können. Das Buch stellt acht Preisträger des Wuppertaler Energie- und Umweltpreises mit ihren Erfindungen vor, die erheblich zur Steigerung der Energieeffizienz und Ressourcenproduktivität beitragen: Innovative Meisterleistungen mit so vielversprechenden Namen wie "Lion Powerblock", Energie-Trichter oder "Sonnenschiff".

Beschreibung: Die Vision einer klimafreundlichen zukünftigen energetischen Nutzung von Wasserstoff ist untrennbar mit dessen Erzeugung auf der Basis von regenerativer Energie verknüpft. Für einen Übergangszeitraum kann der Rückgriff auf anderweitig in Industrieprozessen erzeugten Wasserstoff einschließlich vorhandener Infrastrukturelemente sinnvoll sein. Nordrhein-Westfalen bietet hierfür mit dem Rhein-Ruhr-Raum besonders günstige Voraussetzungen und verfügt über zahlreiche Standorte, die sich für energetische Pioniernutzungen von Wasserstoff anbieten. Der Beitrag verknüpft die Erhebung der verfügbaren Wasserstoffmengen in NRW mit der Modellierung des Aufbaus einer Wasserstoffinfrastruktur in NRW und stellt dabei die besondere Ausgangslage des Bundeslandes heraus.

Beschreibung: Diese Fallstudie untersuchte den durch die geringe Wettbewerbsfähigkeit des Steinkohlebergbaus ausgelösten Strukturwandel im Ruhrgebiet vom Ende der 1950er Jahre bis 2015. Mit Hilfe verschiedener qualitativer und quantitativer Methoden der empirischen Sozial- und Wirtschaftsforschung analysierte sie den Strukturwandelprozess und die in Reaktion auf diesen Prozess umgesetzte Strukturpolitik mit dem Ziel, dieses Wissen für zukünftige Strukturwandelprozesse in anderen (Kohle-)Regionen zur Verfügung zu stellen. Eine Diskursanalyse half zu erkennen, wer warum welche strukturpolitischen Ansätze unterstützte - und gibt damit Hinweise auf die mögliche Relevanz von Erfahrungen für andere Regionen.

Beschreibung: Diese Fallstudie untersuchte den durch den Systemwechsel von der Plan- zur Marktwirtschaft ausgelösten Strukturwandel in der Lausitz im Zeitraum 1990-2015. Mit Hilfe verschiedener qualitativer und quantitativer Methoden der empirischen Sozial- und Wirtschaftsforschung analysierte sie den Strukturwandelprozess und die in Reaktion auf diesen Prozess umgesetzte Strukturpolitik mit dem Ziel, dieses Wissen für zukünftige Strukturwandelprozesse in anderen (Kohle-)Regionen zur Verfügung zu stellen. Eine Diskursanalyse half zu erkennen, wer warum welche strukturpolitischen Ansätze unterstützte - und gibt damit Hinweise auf die mögliche Relevanz von Erfahrungen für andere Regionen.

Beschreibung: Deutschlands Klimaschutzstrategie baut auf den Einsatz von grünem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien. Doch wo soll der Wasserstoff herkommen, aus heimischer Produktion oder importiert aus dem Ausland? Eine Studie des Wuppertal Instituts und DIW Econ schafft einen Überblick über die aktuelle Datenlage und ermittelt Wertschöpfungs- und Beschäftigungseffekte beider Strategien. Das Resümee: Es trifft nicht zu, dass importierter Wasserstoff allgemein günstiger ist, entscheidend sind je nach Herkunftsland die tatsächlich realisierbaren Strom- und Transportkosten. Wird der grüne Wasserstoff stattdessen im eigenen Land produziert, wird dies zudem eine positive Beschäftigungswirkung und Wertschöpfung entfalten. Mit der Erreichung der Klimaziele 2050 betrüge die zusätzliche Wertschöpfung bei einer stark auf die heimische Erzeugung ausgerichtete Strategie bis zu 30 Milliarden Euro im Jahr 2050 und es könnten bis zu 800.000 Arbeitsplätze geschaffen werden.

Beschreibung: Die Stadt Mannheim kann spätestens bis zum Jahr 2050 vollständig klimaneutral werden und damit einen maßgeblichen Beitrag zur Umsetzung der Ziele des Pariser Klimaabkommens auf kommunaler Ebene leisten. Das ist das zentrale Ergebnis der vorliegenden "Energierahmenstudie Mannheim", die das Energieunternehmen MVV in Abstimmung mit der Stadt beim Wuppertal Institut in Auftrag gegeben hat. Die Studie untersucht und beschreibt die Handlungsmöglichkeiten und Umsetzungsvoraussetzungen in den Bereichen Strom, Wärme, Verkehr und Industrie.

Beschreibung: Die vorliegende Broschüre setzt sich mit der Technologie der CO2-Abtrennung und Speicherung (CCS: Carbon Capture and Storage) auseinander. Sie bereitet den heute verfügbaren Sachstand auf und beschreibt die Entwicklungsperspektiven und Potenziale. Sie geht dabei sowohl diagnostisch als auch analytisch vor und zeigt die noch offenen Fragen für die Bewertung dieser Technologielinie sowie die noch notwendigen Handlungsschritte für ihre Umsetzung auf.

Beschreibung: Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der Verknappung fossiler Ressourcen haben nachwachsende Rohstoffe in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Insbesondere die Bioenergie hat durch staatliche Fördermaßnahmen viel Aufmerksamkeit erfahren. Mit der Ausweitung der energetischen Nutzung von Biomasse sollen Beiträge zum Klimaschutz durch die Vermeidung von Treibhausgasen geleistet, die Versorgungssicherheit soll durch Ersatz der knapper werdenden fossilen Ressourcen erhöht und der ländliche Raum gestärkt werden. Die selben Argumente lassen sich auch für die stoffliche Nutzung von Biomasse heranziehen. Auch wenn diese etwas aus dem Blickfeld der energiebezogenen Diskussion geraten ist, kann hier in den nächsten Jahren ein erhebliches Marktwachstum erwartet werden. Biomasse als erneuerbare Ressource kann in Land- und Forstwirtschaft aber nur begrenzt bereitgestellt werden. Dies gilt umso mehr, als bestimmte Nachhaltigkeits-Anforderungen eingehalten werden müssen. Der zu erwartenden Nachfragesteigerung für nachwachsende Rohstoffe (Nawaro) steht damit eine limitierte Verfügbarkeit entgegen. Aus dieser leitet sich die Forderung nach einer möglichst effizienten Verwertung ab. In diesem Zusammenhang fällt immer häufiger der Begriff der Kaskadennutzung von Nawaro als möglicher Lösungsansatz. Dieses Konzept kann im Wesentlichen als eine Hintereinanderschaltung von (mehrfacher) stofflicher und energetischer Nutzung desselben Rohstoffs gesehen werden und schafft so eine Verbindung von Material- und Energiesektor. Das Prinzip der Kaskadennutzung ist damit ein Ansatz zur Steigerung der Rohstoffeffizienz von nachwachsenden Rohstoffen und zur Optimierung der Flächennutzung. Das Ziel des vorliegenden Berichts ist es, die Option "Kaskadennutzung" strategisch, differenziert und ganzheitlich zu beleuchten. Im Rahmen der Projektarbeit sind daher Anforderungen an eine nachhaltige Kaskadennutzung von Nawaro abgeleitet und Schlussfolgerungen zu deren Ausgestaltung gezogen worden, um die Potenziale von Biomasse hochwertig und erfolgreich zu nutzen.

Beschreibung: Die Studie untersucht die Perspektiven einer künftigen Bereitstellung von Wasserstoff als Energieträger in Deutschland bis 2050. Ausgangspunkt ist die Analyse der möglichen Entwicklung des Kraftstoffmarktes als Teil des Energiemarktes. Darauf aufbauend wird die Entwicklung von Wasserstoff als Kraftstoff beleuchtet. Ziel ist die Erarbeitung einer deutschen Wasserstoff-Roadmap unter Berücksichtigung von Energieeffizienz, CO2-Minderung und Kostenentwicklung.

Beschreibung: Die nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung beinhaltet zentrale Zielkonflikte: Stärkung der deutschen Wirtschaft versus hohe Importquote, günstigere Produktionskosten im Ausland versus höhere Wertschöpfung durch Produktion im Inland. Vor diesem Hintergrund wird in diesem Beitrag diskutiert, wie groß die Kostenunterschiede ausfallen, welche Bedeutung die Transportkosten haben und welche Reboundeffekte bei Importen aus Nordafrika zu beachten sind.

Beschreibung: Digitale Technologien und Anwendungen tragen dazu bei, gegenwärtige Verfahren, Prozesse und Strukturen zu verbessern (Improve) oder erste Schritte in eine neue Ausrichtung von Geschäftsmodellen oder Rahmenbedingungen zu gehen (Convert). Gleichzeitig muss die Digitalisierung aber auch für einen umfassenden Umbau von Wirtschaft und Wertschöpfung sowie für die ökologische Neuorientierung von Gesellschaft und Lebensstilen wirksam werden (Transform). Gerade diese letzte Wirkungsebene wird entscheidend für den Erfolg des ökologischen Wandels sein und muss stärker in den Fokus der Debatte rücken. Hier setzt das Projekt "Digitalisierung gestalten - Transformation zur Nachhaltigkeit ermöglichen" an. Innerhalb des Projekts sollen die besonderen Transformationspotenziale der Digitalisierung herausgearbeitet und für Deutschland am Beispiel von drei ausgewählten Handlungsfeldern zu diskutiert werden: 1) Digitale Circular Economy - mit Daten zur Ressourceneffizienz. 2) Intelligente Mobilität im Umweltverbund - vernetzt, attraktiv und klimaschonend. 3) Transparenz für eine nachhaltige Agrar- und Ernährungswende. Diese Studie ist der Startpunkt des Projekts. In dieser skizzieren die Forschenden die Potenziale der Digitalisierung als eine Erfolgsvoraussetzung für den ökologischen Systemwandel in den genannten Bereichen.

Beschreibung: Das Forschungsvorhaben FlexGeber hat die Darstellung des Flexibilitätspotentials von gewerblich und industriell genutzten Gebäuden in Deutschland sowie die Verknüpfung mit den sich wandelnden Anforderungen des Energiesystems zum Ziel. Im Rahmen des Projekts wurde durch die Projektpartner eine gemeinsame Vision für einen treibhausgasneutralen Nichtwohngebäudebestand erarbeitet. Die Vision stellt ein von den Projektpartner geteiltes Zielszenario dar, in welchem ein treibhausgasneutraler Nichtwohngebäudebestand Realität ist. Im vorliegenden Bericht betrachten das IKEM und das Wuppertal Institut die für ein solches Szenario erforderlichen gesellschaftlichen, wirtschaftlichen, ökologischen und politischen Rahmenbedingungen.

Beschreibung: In dieser Studie werden detailliert dargestellt: die Verwendung von Kunststoffprodukten und Möglichkeiten des Rezyklateinsatzes im Baubereich, verwendete Kunststoffmengen, Rücknahmesysteme, Verwertungstechniken, aktueller Rezyklateneinsatz und Bauproduktverpackungen aus Kunststoff. Potentiale zur Steigerung des hochwertigen Rezyklateinsatzes wurden identifiziert und bestehende Hürden und Handlungsoptionen für Politik und Wirtschaft dargestellt. Aktueller Rezyklateinsatz sowie technische und mengenmäßige Potentiale sind stark abhängig vom Einsatzbereich der Kunststoffe. Die größten Hürden für einen Rezyklateinsatz sind dabei Produktlebensdauer, Rückbaufähigkeit und technische Anforderungen.

Beschreibung: Der Oberbürgermeister der Stadt Wuppertal hat in seinem 100-Tage-Programm das Ziel ausgegeben, die Stadt bis 2035 auf den Weg Richtung Klimaneutralität zu bringen. Das Wuppertal Institut hat in einer Sondierungsstudie die zentralen Handlungsfelder zusammengestellt und hebt hervor, welche Herausforderungen damit verbunden sind. Deutlich wird: Wuppertal alleine kann das nicht schaffen. Es braucht dazu veränderte Rahmenbedingungen auch auf Landes- und Bundesebene, die dieses ambitionierte Ziel unterstützen. Doch bis dahin kann auch die Stadt selbst einiges anstoßen.

Beschreibung: Die Digitalisierung des deutschen Energiesystems wird als eine wichtige Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende gesehen. Insbesondere im Bereich der Elektrizitätsversorgung kann Digitalisierung die Flexibilitätspotenziale, z. B. für das Verteilnetz, steigern. Dafür sollen klassische Energietechnologien (der Erzeugung, Speicherung und Verbraucher) mit Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) oder "Internet-of-Things"-Technologien (IoT) zusammenspielen. Auf diese Weise wandelt sich das Energieversorgungssystem beispielsweise im Elektrizitätsbereich von einem unidirektionalen Netz zu einem bidirektionalen Netzwerk, ein sogenanntes Smart Grid. Sowohl Energie als auch energiebezogene Informationen können zwischen Verbrauchern, Netzbetreibern sowie zwischen Energieerzeugungsanlagen und Energiespeichern ausgetauscht werden. In diesem Zusammenhang entwickeln Unternehmen innovative smarte Produkte und Dienstleistungen für private Haushalte, z. B. Smart Home Systeme, Energiemanagementsysteme, Smart Meter, intelligente Beleuchtungssysteme oder sie bieten digitale Dienstleistungen wie z. B. die datenbasierte Fernwartung von Photovoltaik-Anlagen an.

Beschreibung: Die vorangegangenen Analysen im RESTORE2050 Projekt, die im Rahmen dieses Berichts weitergeführt werden, haben gezeigt, dass der Einsatz von Wasserstoffspeichern zur Residuallastglättung nur bedingt geeignet ist. Zwar bietet die Technologie ein hohes technisches Potenzial hinsichtlich der Speicherkapazitäten und der installierbaren elektrischen Leistungen. Jedoch führt ein systemdienlicher Einsatz, bei dem positive Residuallastspitzen u. a. durch Anheben geringer Residuallasten gesenkt werden, wie er in den Modellrechnungen des RESTORE2050 Projektes implementiert ist, zu einer Absenkung der Deckungsraten von erneuerbaren Energien (EE) im europäischen Stromsystem. Dies ist dadurch begründet, dass die Umwandlung und Speicherung von EE-Strom als Wasserstoff (H2) im Vergleich zu anderen Speichertechnologien hohe Wandlungsverluste sowohl bei der H2-Erzeugung als auch bei der Rückverstromung aufweisen. Daher wird im Rahmen dieses Aufstockungsprojektes (RESTORE2050_plus) untersucht, welchen Beitrag alternative Einsatzstrategien der H2-Speicher zur Minimierung der negativen Residuallast, also potenzielle erneuerbaren Stromüberschüssen, und gleichzeitig zur Erhöhung der EE- Versorgungsanteile leisten kann.

Beschreibung: 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.

Beschreibung: Das übergeordnete Ziel des Forschungs-Projektes RESTORE 2050 (Regenerative Stromversorgung & Speicherbedarf in 2050; Förderkennzeichen 03SF0439) war es, wissenschaftlich belastbare Handlungsempfehlungen für die Transformation des deutschen Stromsystems im europäischen Kontext zu geben. Dafür wurden auf Basis der zukünftig prognostizierten Entwicklung von Stromangebot und -nachfrage innerhalb des ENTSO-E Netzverbundes für den Zeithorizont des Jahres 2050 sowie mittels örtlich und zeitlich hoch aufgelöster meteorologischer Zeitreihen die Themenkomplexe (1) Nationale Ausbaustrategien für erneuerbare Energien, (2) Übertragungsnetzausbau und (3) Alternativmaßnahmen wie Lastmanagement, (4) Bedeutung des EE-Stromaustauschs mit Drittstaaten und (5) die Rolle von Stromspeichern auf Übertragungsnetzebene analysiert. Die aus den Untersuchungsergebnissen abgeleitenden Handlungsempfehlungen stellen wichtige Beiträge für die weitere Integration von erneuerbaren Energien dar und geben Hinweise für den Aufbau einer leistungsfähigen europäischen Infrastruktur.

Beschreibung: Nicht erst seit dem Klimaabkommen von Paris, welches im Kern eine Begrenzung der menschengemachten globalen Erwärmung auf deutlich unter 2 °C gegenüber vorindustriellen Werten vorsieht, ist offensichtlich, dass eine umfassende Transformation der meisten Wirtschaftssektoren erforderlich ist, um die gesteckten Ziele zu erreichen. Die Transformation erfolgt dabei zum einen durch Steigerung der Energieeffizienz und zum anderen durch eine Dekarbonisierung der bestehenden Prozesse, bei denen heute noch ein hoher Anteil fossiler Energien eingesetzt wird - dies kann gelingen durch eine weitreichende Sektorkopplung, Flexibilisierung und Elektrifizierung bei vollständiger Nutzung Erneuerbarer Energien. Letzteres stellt auch die Energieversorgung in Rheinland-Pfalz vor einen Paradigmenwechsel: Die schrittweise Transformation eines von konventionellen Energieträgern geprägten Versorgungsystems zu einem durch Erneuerbare Energien dominierten System. Als eines der ersten Bundesländer hat sich Rheinland-Pfalz bereits im Jahr 2014 ein eigenes Klimaschutzgesetz gegeben sowie erstmals im Jahr 2015 ein Landesklimaschutzkonzept (LKSK) erarbeitet, welches energiepolitische Leitplanken für den angestoßenen Transformationsprozess setzt. Die vorliegende Studie im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten Rheinland-Pfalz beleuchtet die Auswirkungen eines weiteren Ausbaus der Erneuerbaren Energien in Rheinland-Pfalz und der damit verbundenen Flexibilisierung und Dekarbonisierung unterschiedlicher Anwendungsfelder, insbesondere in der Industrie aber auch im ÖPNV und zentraler Wärmeversorgung.

Beschreibung: Mit dem Ziel, das Kunststoffrecycling weiter zu steigern, wurden in diesem Vorhaben die Verfahren und Prozesse der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen in den Blick genommen - von der Sortierung über die Aufbereitung bis hin zu einem erneuten Einsatz in der Produktion. Ausgehend von der Beschreibung des Standes der Technik wurden mögliche, innovative technische Optimierungspotenziale identifiziert und dargestellt, die zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten und ihren Einsatzmöglichkeiten in Neuprodukten beitragen können. Für eine Bewertung der Umweltwirkungen der technischen Innovationen im Vergleich zum Stand wurden ökobilanzielle Berechnungen vorgenommen.

Beschreibung: Mit dem Ziel, das Kunststoffrecycling weiter zu steigern, wurden in diesem Vorhaben die Verfahren und Prozesse der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen in den Blick genommen - von der Sortierung über die Aufbereitung bis hin zu einem erneuten Einsatz in der Produktion. Ausgehend von der Beschreibung des Standes der Technik wurden mögliche, innovative technische Optimierungspotenziale identifiziert und dargestellt, die zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten und ihren Einsatzmöglichkeiten in Neuprodukten beitragen können. Für eine Bewertung der Umweltwirkungen der technischen Innovationen im Vergleich zum Stand wurden ökobilanzielle Berechnungen vorgenommen.

Beschreibung: Industrieregionen stehen vor besonderen Herausforderungen für eine nachhaltige und klimagerechte Entwicklung, sie müssen zu "grünen Industrieregionen" werden. Doch was macht eine "grüne Industrieregion" überhaupt aus? Die vorliegende Studie des Wuppertal Instituts verdeutlicht, worauf es besonders ankommt, wie Fortschritte gemessen werden können und welche Maßnahmen die erforderliche Transformation beschleunigen können. Das Autorenteam schätzt die Vorreiterpotenziale der Metropole Ruhr für sieben Indikatoren ein, die besonders deutlich bei der Umweltwirtschaft und der Entwicklung der Grün- und Erholungsflächen herausstechen.

Beschreibung: 2019 haben das Karlsruher Institut für Technologie, die Leuphana Universität Lüneburg, das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie und das Ecological Research Network das Netzwerk Reallabore der Nachhaltigkeit gegründet. Die Kommunikations- und Kooperationsplattform will zu einer transformativen Nachhaltigkeitsforschung beitragen.

Beschreibung: A clear understanding of socio-technical interdependencies and a structured vision are prerequisites for fostering and steering a transition to a fully renewables-based energy system. To facilitate such understanding, a phase model for the renewable energy transition in MENA countries has been developed and applied to the case of Palestine. It is designed to support the strategy development and governance of the energy transition and to serve as a guide for decision-makers. The transition towards renewable energies is still at a very early stage in Palestine. The long-standing political conflict between Palestine and Israel has prevented the large-scale deployment of renewable energy due to land restrictions. Palestine's political instability, its geographically fragmented territories, and its high dependence on Israel's imports are the most pressing concerns for Palestine’s electricity sector. At the operational level, particularly the transmission and distribution infrastructure need to be better interconnected, renewed and expanded to accommodate larger volumes of renewable electricity and at the same time improve efficiency. The modelled demand development shows that Palestine will most likely have to continue importing electricity even if the potential of renewable energy is fully exploited. This underlines the importance of sustainable energy partnerships for Palestine. The results of the analysis along the transition phase model towards 100% renewable energy are intended to stimulate and support the discussion on Palestine's future energy system by providing an overarching guiding vision for the energy transition and the development of appropriate policies.

Beschreibung: In den nächsten Jahren müssen die Weichen für Klimaschutz, zur Reduktion des Ressourcenverbrauchs sowie der Erhaltung der Artenvielfalt gestellt werden. In allen zentralen Handlungsbereichen von Wirtschaft und Gesellschaft - den sogenannten Transformationsarenen - steht ein tiefgreifender ökologischer Systemwandel an. Digitalisierung ist eine Erfolgsvoraussetzung für diesen Wandel und wirkt auf verschiedenen Ebenen: digitale Technologien und Anwendungen ermöglichen, gegenwärtige Verfahren, Prozesse und Strukturen zu verbessern (Improve) oder erste Schritte in eine neue Ausrichtung von Geschäftsmodellen oder Rahmenbedingungen zu gehen (Convert). Gleichzeitig muss die Digitalisierung aber auch für einen weitergehenden Umbau von Wirtschaft und Wertschöpfung sowie für die ökologische Neuorientierung von Gesellschaft und Lebensstilen wirksam werden (Transform). Die Fähigkeit zur Gewinnung, Verknüpfung und Nutzung von Daten ist eine Grundvoraussetzung, um die Potenziale der Digitalisierung für die Nachhaltigkeitstransformation zu erschließen. Daten sind dabei jedoch kein homogener Rohstoff - Daten erlangen erst einen Wert, wenn der Kontext, in welchem sie erhoben wurden, bekannt ist und sie für den angestrebten Zweck nutzbar gemacht werden können. Die Diskussion darüber, welche Strukturen und Voraussetzungen für die systemverändernde Nutzung von Daten erforderlich sind, hat erst begonnen. Die vorliegende Studie leistet hierzu einen ersten Beitrag und beschreibt die Möglichkeiten und Voraussetzungen für eine datenbasierte Nachhaltigkeitstransformation. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Umweltdaten, Daten von Anlagen, Maschinen, Infrastrukturen oder von Produkten im Internet der Dinge (Internet of Things). Die Aufgabe ist, diese Daten stärker als bisher für systemische Lösungsansätze (Systeminnovationen) in den jeweiligen Transformationsarenen einzusetzen, bei denen unterschiedliche Stakeholder zusammenarbeiten und gemeinsam den Umbau von Infrastrukturen, Wertschöpfungsketten und Geschäftsmodellen einleiten.

Beschreibung: 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.

Beschreibung: 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.

Beschreibung: Der Diskurs um die Transformation des Energiesystems ist in den vergangenen Jahren vermehrt über wissenschaftlich fundierte Szenarien geführt worden, die aus verschiedenen gesellschaftlichen Perspektiven in Auftrag gegeben wurden. Der Vergleich von vier im Jahr 2021 erschienenen Studien zeigt auf, wo weitgehende Einigkeit über die erforderlichen Strategien zur Erreichung der Klimaneutralität bis 2045 besteht, und wo die größten Differenzen liegen.

Beschreibung: Deutschland soll bis 2045 klimaneutral werden. So steht es im verschärften Klimaschutzgesetz, das im Juni 2021 vom Bundestag verabschiedet wurde. Die deutsche Industrie verursacht derzeit knapp ein Viertel der Treibhausgasemissionen, etwa ein Drittel davon entfällt auf die Eisen- und Stahlproduktion. Um das Klimaziel zu erreichen, müssen somit große CO2-Einsparungen in der Stahlindustrie realisiert werden.

Beschreibung: Das Ziel der Klimaneutralität bis zum Jahr 2045 stellt nicht zuletzt den Industriesektor vor erhebliche Herausforderungen. Für diesen Sektor werden teilweise sehr unterschiedliche Entwicklungspfade in Richtung Klimaneutralität beschrieben, wie ein Blick in verschiedene aktuelle Szenariostudien zeigt. Dennoch gibt es auch im Industriesektor bestimmte Emissionsminderungsstrategien, die in allen vorliegenden Szenarien als unverzichtbar angesehen werden.

Beschreibung: Um den Klimawandel begrenzen zu können, wird zunehmend der Einsatz von Direct Air Capture (DAC) zur Erzeugung von Negativemissionen diskutiert. Anhand von Kosten sowie dem Flächen-, Wasser- und Energieverbrauch werden in diesem Artikel mögliche Implementierungspfade der DAC-Technologie, aufbauend auf einem bestehenden Klimaneutralitätsszenario für Deutschland, analysiert. Während die technische Realisierung machbar sein sollte, stellt der hohe Flächen- und Energiebedarf eine kritische Größe dar.

Beschreibung: Die vorliegende Darstellung vergleicht fünf ausgewählte aktuelle Klimaschutzszenarien für Deutschland in Hinblick auf zentrale Entwicklungen im Energiesystem bis Mitte des Jahrhunderts. Die fünf Szenarien sind zwischen April und Oktober 2021 erschienen und beschreiben unterschiedliche Pfade, wie Klimaneutralität in Deutschland bis zum Jahr 2045 bzw. 2050 erreicht werden könnte. Die Szenarien wurden von verschiedenen Organisationen in Auftrag gegeben und von unterschiedlichen wissenschaftlichen Instituten bzw. Beratungsunternehmen erarbeitet. Im vorliegenden Vergleich werden verschiedene Kenngrößen des Energiesystems auf Energieangebots- sowie Energienachfrageseite betrachtet. Die Gegenüberstellung der jeweiligen Entwicklungen in den Szenarien soll aufzeigen, in welchen Bereichen die Studien auf dem Weg zur Klimaneutralität ähnliche Entwicklungen vorsehen und in welchen Bereichen es derzeit noch deutlich abweichende Vorstellungen über die genaue Ausgestaltung der Energiesystemtransformation gibt.

Beschreibung: Im Auftrag der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN im Bayerischen Landtag haben Forschende des Wuppertal Instituts wissenschaftlich überprüft, wie viele Treibhausgas-Emissionen im Jahr 2030 bestimmte landespolitische Klimaschutz-Maßnahmen potenziell einsparen können. Die vorliegende Studie schätzt dabei sowohl die Effekte der Maßnahmen auf die insgesamt verursachten Treibhausgas-Emissionen (Verursacherprinzip) als auch auf die in Bayern selbst statistisch erfassten Emissionen (Quellenprinzip) ab. Die Maßnahmen adressieren die folgenden fünf Bereiche: 1) Gebäude und Verkehrsmittel im Besitz der öffentlichen Hand. 2) Ausbau der Windenergie und Photovoltaik. 3) Energieeffizienz im Gebäudesektor. 4) Energieeffizienz und Verkehrsverlagerung im Transportsektor. 5) Landwirtschaft und Landnutzung. Zwei Beispiele der untersuchten Maßnahmen sind Verbesserungen der Rahmenbedingungen für den Bau neuer Windenergieanlagen und eine stärkere Nutzung des industriellen Abwärmepotenzials.

Beschreibung: Auch die thermische Abfallbehandlung in Deutschland kann zu einem Baustein des klimaneutralen Wirtschaftens werden. Allerdings sind dafür noch verschiedene Voraussetzungen zu schaffen. Technisch sind neben den bereits bekannten weitere innovative Verfahren in der Entwicklung; nicht zu vernachlässigen ist zudem die anspruchsvolle Aufgabe des CO2-Handlings. Hier ist zum einen der Aufbau der benötigten Infrastruktur zu nennen. In Bezug auf die Nutzung des abgetrennten CO2 ist auch die Industrie gefragt, um sektorübergreifende, klimafreundliche Use-Cases und Geschäftsmodelle rund um CCU und die weitmöglichste Schließung von Kohlenstoffkreisläufen zu entwickeln. Entsprechende Regularien und Marktanreize sind politisch zu setzen.

Beschreibung: Die Bauindustrie und die Immobilienwirtschaft gehören zu den ressourcenintensivsten Sektoren der heutigen Zeit. Jährlich werden Millionen Tonnen mineralischer Rohstoffe, Metalle, Holz, Kunststoff, Glas und anderen Materialien für die Erstellung und Sanierung von Wohngebäuden genutzt. Auch die Herstellung von Zement ist als ein Hauptbestandteil von Beton mit enormen Treibhausgas-Emissionen verbunden. Der Neubau, die Sanierung und der Abriss von Gebäuden sorgt zudem für große Mengen Bau- und Abbruchabfälle. Für die Immobilienwirtschaft stellt sich daher die Frage, wie sie ihren Gebäudebestand ökologisch optimieren kann. Doch was wiegt ökologisch stärker: der Mehrbedarf an Rohstoffen und die anfallenden Abfallmengen bei Abriss und Neubau oder die ressourcenintensivere Nutzungsphase von sanierten Bestandsgebäuden, wenn deren energetische Qualität niedriger ist als bei Neubauten? Vor diesem Hintergrund hat das Wohnungsunternehmen LEG das Wuppertal Institut beauftragt, anhand von drei exemplarischen LEG-Gebäuden die energetische Gebäudesanierungen im Vergleich zur Alternative eines Abrisses und Neubaus ökologisch zu bewerten. Im Fokus der Untersuchung standen dabei der Primärenergieverbrauch, die damit verbundenen Treibhausgas-Emissionen der Nutzungsphase sowie die gespeicherte Graue Energie der Gebäude und den hiermit verbundenen Treibhausgas-Emissionen. Nun liegen die Studienergebnisse vor: Wird der gesamte Lebenszyklus berücksichtigt, verursacht die energetische Sanierung nur die Hälfte der CO2-Fußabdrücke eines Neubaus. Um das Ziel zu erreichen, müsse der Weg zur Elektrifizierung von Heizsystemen noch beschleunigt und damit die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern verringert werden. Zwar gleicht der Neubau das Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage aus und hat damit einen sozialen Wert, eine Alternative zur Sanierung in Beständen ist er aus ökologischer Sicht allerdings nicht.

Beschreibung: Im Zeitalter der Machine Economy ist der maschinelle Dialog allgegenwärtig - das bietet neue Chancen für Nachhaltigkeit, erhöht gleichzeitig aber durch die zugrundeliegenden Technologien auch den Druck auf unsere Umwelt. Internet of Things (IoT), Künstliche Intelligenz (KI) und Distributed Ledger Technology (DLT) sind das technologische Fundament der Machine Economy. Damit verbunden sind Infrastrukturen, Datenströme und Anwendungen, die hohe Energie- sowie Ressourcenaufwände erzeugen. Der derzeitige politische Diskurs sowie die Nachhaltigkeitsforschung fokussieren sich auf Umweltwirkungen durch digitale Infrastrukturen. Daten, Applikationen sowie die Rolle von Akteuren als Treiber der Umweltwirkung werden zu wenig beleuchtet. In diesem Papier sprechen sich die Autorinnen und Autoren für eine "Grüne Governance der Machine Economy" aus. Adressiert werden Annahmen zu systemübergreifenden Treibern von Umweltbelastungen und ihrer Wirkung. Ziel ist es, ein Gesamtsystem nachhaltiger Entscheidungen und ein ökologisches Zusammenspiel aller beteiligten Technologien in der Wertschöpfung zu ermöglichen. Zukünftige Forschung soll die hier vorgestellten Hypothesen weiter ausarbeiten und konkrete Handlungsoptionen für eine Stakeholder übergreifende Roadmap erarbeiten.

Beschreibung: Mit der Blockchain - und allgemein mit Distributed-Ledger-Technologien (DLT) - werden große Erwartungen verknüpft, die Prozesse der digitalen Welt des 21. Jahrhunderts neu zu organisieren, effizienter zu gestalten und bislang ungekannte Möglichkeiten für Transaktionen zwischen Beteiligten in Wirtschaft, Gesellschaft und Verwaltung zu ermöglichen. Diese Chancen müssen genutzt werden. Gleichzeitig ist mit der Blockchain-Technologie wie mit allen anderen digitalen Lösungen die Herausforderung verbunden, die Technologien, Anwendungen und zugrundeliegenden Infrastrukturen nachhaltig zu gestalten und an Energieeffizienz, Klimaschutz und Ressourcenschonung auszurichten. Handlungsbedarf besteht auch bei Blockchain-Anwendungen. Der Energieverbrauch des derzeit größten Blockchain-Netzwerks Bitcoin wird auf bis über 130 TWh/Jahr abgeschätzt, womit eine Größenordnung in Höhe des gesamten Jahresstrombedarfs von Ländern wie Argentinien erreicht würde. Blockchain-Anwendungen sind somit schon heute umweltpolitisch relevante Einflussgrößen und die zu erwartende Wachstumsdynamik erhöht den Handlungsdruck. Es ist das Ziel dieser Kurzstudie, geeignete Nachhaltigkeitskriterien zur Bewertung der Energieverbräuche und Umweltwirkungen von Blockchain-Anwendungen zu identifizieren sowie ein erstes Konzept für deren Implementierung bei der Umsetzung und Vergabe staatlich geförderter oder initiierter Projekte vorzuschlagen.

Beschreibung: Die direkte Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft, das sogenannte Direct Air Capture (DAC), wird vermehrt als eine der Möglichkeiten zur Reduzierung von Treibhausgasen und damit der Begrenzung der Klimaerwärmung diskutiert. Vorteilhaft gegenüber anderen technischen Ansätzen zur Entnahme von atmosphärischen CO2 (Negativemissionstechnologien) ist die genaue Planbarkeit, die geringen Auswirkungen auf die Umwelt und die Ausgabe von CO2 in Reinform. Das CO2 kann anschließend dauerhaft gespeichert (Direct Air Capture and Sequestration) oder zur Erzeugung von bspw. synthetischen Brennstoffen (Direct Air Carbon Capture and Utilization) in Power-to-X-Routen (PtX) genutzt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, im Kontext der deutschen Klimaneutralitätsziele bis 2045 beispielhaft eine Auslegung von DAC-Anlagen in Deutschland zu untersuchen. Dabei werden die unterschiedlichen Ressourcenverbräuche (Energie, Wasser, Fläche) sowie Kosten und mögliche Einsparungen durch eine Abwärmenutzung dargestellt und verglichen. Dabei soll diese Arbeit zur Beantwortung der folgenden Forschungsfragen beitragen: Welche technologischen DAC-Ansätze sind für Deutschland realisierbar? Welche Mengen an CO2 müssen in Deutschland umgesetzt werden, um den Bedarf an Negativemission zu decken? Welcher Ressourcenverbrauch entsteht in Deutschland, wenn die betrachteten Fallstudien umgesetzt werden? Welchen Infrastrukturaufwand hat dies zur Folge? Ist eine Implementierung in den notwendigen Größenordnungen realisierbar, und welche Faktoren wirken hierbei beschränkend? Für eine systematische Analyse wurden die DAC-, die PtX- und die elektrischen und Wärmeenergieerzeugungsanlagen modular für die Jahre 2020, 2030, 2040 und 2045 aufbereitet. Die Bezugsgrößen wurden so gewählt, dass sie dem DAC-Modul entsprechen. In vier Fallstudien wurden mögliche Kombinationsmöglichkeiten und Implementierungspfade bis 2045 zusammengestellt, analysiert und diskutiert. Es zeigt sich, dass ein großskaliger Einsatz von DAC in Deutschland realisierbar ist. Zentrale Herausforderungen ergeben sich allerdings aus dem hohen Flächen- und Energiebedarf. Der Flächenbedarf resultiert dabei vor allem aus den flächenintensiven erneuerbaren Energieerzeugern. Mit Fokus auf ertragreiche Standorte sind Nord- und Süddeutschland, mit Blick auf ihr Wind- bzw. Sonnenpotenzial, als vielversprechend bei der Implementierung der DAC- Technologie einzustufen. Eine Implementierung der DAC-Technologie mit dem Ziel der dauerhaften CO2-Speicherung ist an norddeutschen Küstengebieten im Vergleich zu Süddeutschland vorteilhafter. Die Installation der DAC-Technologie in Kombination mit der PtX-Route wird aufgrund des hohen elektrischen Energiebedarfs in Deutschland als nicht realisierbar eingeschätzt.

Beschreibung: A medida que el presupuesto mundial de carbono disminuye rápidamente, los países de todo el mundo buscan soluciones para limitar las emisiones de gases de efecto invernadero. Dado que la producción y el uso del carbón son algunos de los procesos más intensivos en emisiones carbono, es previsible que las regiones que producen carbón se vean especialmente afectadas por las consecuencias de una transformación hacia la neutralidad climática. Estas regiones se enfrentan a retos en el ámbito de la producción de energía y la protección del medio ambiente, pero también a retos económicos y sociales, que se engloban en la necesidad de una "transición justa". Los responsables de la toma de decisiones en las regiones dependientes de la producción de carbón necesitan urgentemente herramientas de apoyo que ayuden a poner en marcha medidas para diversificar las economías locales y, al mismo tiempo, apoyar a los trabajadores y las comunidades locales. Wuppertal Institute busca apoyar a las regiones carboníferas de todo el mundo desarrollando una caja de herramientas para la transición justa, que ilustra los retos y las oportunidades de una transición sostenible para un público global. La caja de herramientas incluye recomendaciones para el desarrollo de estrategias y estructuras de gobernanza, líneas guía para la creación de empleo sostenible, el desarrollo de alternativas tecnológicas, la rehabilitación medioambiental y la reutilización de infraestructuras relacionados con el carbón. La caja de herramientas se basa parte del trabajo de Wuppertal Institute dentro de la Iniciativa de la UE para las Regiones Carboníferas en Transición y tiene en cuenta las circunstancias específicas de los países socios de la SPIPA: India, Indonesia, Sudáfrica, Japón, Corea del Sur, Canadá y Estados Unidos. El acrónimo SPIPA es la abreviatura de "Asociaciones Estratégicas para la Aplicación del Acuerdo de París", un programa UE-BMU cofinanciado por la GIZ.