ALBERT

Description: 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.

Description: This case study examined the structural change in Lusatia caused by the system change from a centrally planned economy to a market economy in the period 1990-2015. It analysed the structural change process and the structural policies implemented as a reaction to this process with the objective to make this knowledge available for future structural change processes in other (coal) regions by deploying various qualitative and quantitative methods of empirical social and economic research. A discourse analysis helped to recognise who supported which structural policy approaches and why - and thus gives indications of the possible relevance of experiences for other regions.

Description: Are efficiency improvements in the use of natural resources the key for sustainable development, are they the solution to environmental problems, or will second round effects - so-called rebound effects - compensate or even overcompensate potential savings, will they fire back? The answer to this question will have fundamental policy implications but the research on rebound effects does not provide clear results. This paper aims to clarify the theoretical basis of various analytical approaches which lead to widely different estimates of rebound effects.

Description: Das Vorhaben analysiert 1.) die Argumente verschiedener Positionen im Wachstumsdiskurs und formuliert eine idealtypische "vorsorgeorientierte Postwachstumsposition". Er präsentiert zudem Ursachen von Wirtschaftswachstum und identifiziert gesellschaftliche Bereiche, deren Funktion vom Wirtschaftswachstum abhängen könnte. Darüber hinaus werden Reformvorschläge diskutiert, um diese Wachstumsabhängigkeit zu verringern. Das Vorhaben untersucht 2.) die Relevanz der Postwachstumsdebatte für Ressourcenpolitik und eine entsprechende Instrumentierung. Außerdem werden 3.) konstitutive Kernelemente einer nachhaltigen (Postwachstums-)Gesellschaft bestimmt. Das Vorhaben setzt damit Impulse zur gesellschaftlichen Debatte über die Ausgestaltung und Instrumentierung von Transformationspfaden für "gesellschaftliches Wohlergehen innerhalb planetarer Grenzen".

Description: Der Materialverbrauch entwickelter Volkswirtschaften wird von verschiedener Seite als zentraler Indikator für die ökologische Zukunftsfähigkeit industriellen Wirtschaftens angesehen: die vom Menschen verursachten Stoffströme seien zu hoch und müßten reduziert werden, um die Ökosphäre als Grundlage menschlichen Lebens und Wirtschaftens nachhaltig zu sichern. Am Wuppertal Institut wurden daher erstmals Zeitreihen verschiedener Kategorien des gesamtwirtschaftlichen Materialverbrauchs ermittelt und publiziert. Internationale Vergleichsdaten existieren für die USA, die Niederlande und Japan. In diesem Papier werden nun Vergleiche anderer Art angestellt: wie entwickelte sich in den letzten drei Jahrzehnten das ökologische Belastungspotential der deutschen Volkswirtschaft, gemessen an den Materialströmen, im Vergleich zu ökonomischen Eckdaten, wie dem realen Bruttoinlandsprodukt, der Beschäftigung, oder des Kapitalstocks. Das Ziel dieses Papiers besteht darin, die Zeitreihen dieser ökologischen Indikatoren denen solcher ökonomischer Größen gegenüberzustellen, mit denen sie in einem produktionstheoretischen Zusammenhang stehen. Auf Basis derartiger Arbeiten sind vertiefende und empirisch abgesicherte Aussagen zu einer Entkopplung des BIP vom Materialverbrauch sowie zu den Möglichkeiten eines technischen Fortschritts möglich, der arbeitsschaffend und umweltsparend verläuft.

Description: To test the injection behaviour of CO2 into brine-saturated rock and to evaluate the dependence of geophysical properties on CO2 injection, flow and exposure experiments with brine and CO2 were performed on sandstone samples of the Stuttgart Formation representing potential reservoir rocks for CO2 storage. The sandstone samples studied are generally fine-grained with porosities between 17 and 32% and permeabilities between 1 and 100 mD. Additional batch experiments were performed to predict the long-term behaviour of geological CO2 storage. Reservoir rock samples were exposed over a period of several months to CO2-saturated reservoir fluid in high-pressure vessels under in situ temperature and pressure conditions. Petrophysical parameters, porosity and the pore radius distribution were investigated before and after the experiments by NMR (Nuclear Magnetic Resonance) relaxation and mercury injection. Most of the NMR measurements of the tested samples showed a slight increase of porosity and a higher proportion of large pores.

Description: The German government has set itself the target of reducing the country's GHG emissions by between 80 and 95% by 2050 compared to 1990 levels. Alongside energy efficiency, renewable energy sources are set to play the main role in this transition. However, the large-scale deployment of renewable energies is expected to cause increased demand for critical mineral resources. The aim of this article is therefore to determine whether the transformation of the German energy system by 2050 ("Energiewende") may possibly be restricted by a lack of critical minerals, focusing primarily on the power sector (generating, transporting and storing electricity from renewable sources). For the relevant technologies, we create roadmaps describing a number of conceivable quantitative market developments in Germany. Estimating the current and future specific material demand of the options selected and projecting them along a range of long-term energy scenarios allows us to assess potential medium- or long-term mineral resource restrictions. The main conclusion we draw is that the shift towards an energy system based on renewable sources that is currently being pursued is principally compatible with the geological availability and supply of mineral resources. In fact, we identified certain sub-technologies as being critical with regard to potential supply risks, owing to dependencies on a small number of supplier countries and competing uses. These sub-technologies are certain wind power plants requiring neodymium and dysprosium, thin-film CIGS photovoltaic cells using indium and selenium, and large-scale redox flow batteries using vanadium. However, non-critical alternatives to these technologies do indeed exist. The likelihood of supplies being restricted can be decreased further by cooperating even more closely with companies in the supplier countries and their governments, and by establishing greater resource efficiency and recyclability as key elements of technology development.

Description: Der Ergebnisbericht dokumentiert in Kapitel 2 die in diesem Forschungsvorhaben durchgeführten Arbeiten an dem von der TU Delft entwickelten agentenbasierten Strommarktmodell EMLab-Generation, das als Open-Source Modell konzipiert ist. Einen zentralen Aspekt bildet die Übertragung des Modells, das ursprünglich die beiden Regionen CWE (Central-Western- Europe) und UK umfasste, auf ein Modell mit den beiden Regionen Deutschland und Europa (ohne Deutschland), im Wesentlichen in den Grenzen der EU28. Diese Übertragung ist die Grundlage für die Untersuchung unterschiedlicher Fragestellungen hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung des Strommarkts in Deutschland innerhalb des europäischen Verbundnetzes bei hohen Anteilen fluktuierender erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung. Nach der Darstellung der konkreten Zielsetzung und der Grundlagen des vorhandenen Modells werden im Hauptteil (Kapitel 2.3) die eigenen Modellierungsarbeiten (Datenaufbereitung, Modellierung und "lessons learned") beschrieben. Im Anschluss erfolgt eine kurze Darstellung einer noch in Erarbeitung befindlichen Masterarbeit zur Berücksichtigung von Risikoaspekten innerhalb des Investitionsalgorithmus' von EMLab-Generation, die sich aus dem internationalen ABM-Workshop als offene methodische Fragestellung von Strommarktmodellen ergeben hat (Kapitel 2.4). Kapitel 2.5 gibt eine kritische Einschätzung der erreichten Modellierungsergebnisse sowie weitere mögliche Anwendungen der neu konzipierten Modellregionen. Kapitel 3 gibt anschließend einen Überblick über die in diesem Vorhaben durchgeführten gemeinsamen Workshops zwischen TU Delft und Wuppertal Institut sowie den internationalen Workshop, an dem fünf Forschungseinrichtungen aus Deutschland sowie die TU Delft erstmals ihre Erfahrungen mit ABM-Strommarktmodellierung austauschten und methodischen Forschungsbedarf aufarbeiteten. Der Bericht schließt mit einer kurzen Zusammenfassung sowie einem Ausblick auf weitere Forschungsarbeiten, mit denen die im Rahmen dieser Anbahnungsmaßnahme begonnene Kooperation zwischen Wuppertal Institut und TU Delft fortgesetzt werden soll.

Description: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat gemeinsam mit dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie in der Studie "STROMbegleitung" Technologien, Perspektiven und Ökobilanzen elektrifizierter PKW untersucht. Die Studie gibt einen umfassenden Einblick in den aktuellen Stand der Technik, identifiziert Trends und analysiert die Ökobilanz unterschiedlicher Fahrzeugkonzepte. Gleichzeitig ordnet sie die deutschen Aktivitäten im Bereich Elektromobilität in einen globalen Kontext ein.

Description: 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.

Description: The German government aims to achieve virtually climate-neutral building stock by 2050 to tackle climate change. To realise this goal, comprehensive policy packages based on neoclassical economic theory are in place to foster energy efficiency investment. However, in the building sector, there is increasingly a gap between this aspiration and the reality. It is claimed that one of the main reasons for this is that the existing policy framework fails to address the specific characteristics and needs of different groups of building owners. This is a particular challenge in Germany, where 80% of all dwellings are owned privately and 37% are rented out by small private landlords (SPL). Despite the significant numbers of SPL, they often follow black box decision-making processes when considering energy renovations. In this study, the author uses an explanatory model to understand the decision-making processes of SPL, combining theoretical aspects from different research disciplines. This model was applied to a low-demand housing market in a neighbourhood in the Ruhr area. Eighteen semi-structured interviews (each lasting between 37 and 115 min) were conducted, demonstrating that in addition to economic factors, the values, beliefs, norms and routines of SPL - as well as their personal capabilities and contextual factors - play an important role in their decision-making. Based on the findings, recommendations are made for enhancing the effectiveness of existing energy efficiency policies and other supporting instruments (e.g. tenancy law and social legislation), tailored to the specific needs of SPL.

Description: Multibeam bathymetry revealed the occurrence of numerous craterlike depressions, so-called pockmarks, on the sea floor of the Hammerfest Basin and the Loppa High, south-western Barents Sea. To investigate whether these pockmarks are related to ongoing gas seepage, microbial processes associated with methane metabolism were analyzed using geochemical, biogeochemical and microbiological techniques. Gravity cores were collected along transects crossing individual pockmarks, allowing a direct comparison between different locations inside (assumed activity center), on the rim, and outside of a pockmark (reference sites). Concentrations of hydrocarbons in the sediment, particularly methane, were measured as headspace (free) gas, and in the occluded and adsorbed gas fraction. Down to a depth of 2.6 m below sea floor (mbsf) sulfate reduction rates were quantified by radiotracer incubations. Concentrations of dissolved sulfate in the porewater were determined as well. Neither the sulfate profiles nor the gas measurements show any evidence of microbial activity or active fluid venting. Methane concentrations and sulfate reduction rates were extremely low or even below the detection limit. The results show that the observed sediment structures are most likely paleo-pockmarks, their formation probably occurred during the last deglaciation.

Description: To study the applicability of the passive seismic interferometry technique to near-surface geological studies, seismic noise recordings from a small scale 2-D array of seismic stations were performed in the test site of Nauen (Germany). Rayleigh wave Green's functions were estimated for different frequencies. A tomographic inversion of the traveltimes estimated for each frequency from the Green's functions is then performed, allowing the laterally varying 3-D surface wave velocity structure below the array to be retrieved at engineering–geotechnical scales. Furthermore, a 2-D S-wave velocity cross-section is obtained by combining 1-D velocity structures derived from the inversion of the dispersion curves extracted at several points along a profile where other geophysical analyses were performed. It is shown that the cross-section from passive seismic interferometry provides a clear image of the local structural heterogeneities that are in excellent agreement with georadar and geoelectrical results. Such findings indicate that the interferometry analysis of seismic noise is potentially of great interest for deriving the shallow 3-D velocity structure in urban areas.

Description: The CO2 utilisation is discussed as one of the future low-carbon technologies in order to accomplish a full decarbonisation in the energy intensive industry. CO2 is separated from the flue gas stream of power plants or industrial plants and is prepared for further processing as raw material. CO2 containing gas streams from industrial processes exhibit a higher concentration of CO2 than flue gases from power plants; consequentially, industrial CO2 sources are used as raw material for the chemical industry and for the synthesis of fuel on the output side. Additionally, fossil resources can be replaced by substitutes of reused CO2 on the input side. If set up in a right way, this step into a CO2-based circular flow economy could make a contribution to the decarbonisation of the industrial sector and according to the adjusted potential, even rudimentarily to the energy sector. In this study, the authors analyse potential CO2 sources, the potential demand and the range of applications of CO2. In the last chapter of the final report, they give recommendations for research, development, politics and economics for an appropriate future designing of CO2 utilisation options based upon their previous analysis.

Description: In order to ensure security of supply in a future energy system with a high share of volatile electricity generation, flexibility technologies are needed. Industrial demand-side management ranks as one of the most efficient flexibility options. This paper analyses the effect of the integration of industrial demand-side management through the flexibilisation of aluminium electrolysis and other flexibilities of the electricity system and adjacent sectors. The additional flexibility options include electricity storage, heat storage in district heating networks, controlled charging of electric vehicles, and buffer storage in hydrogen electrolysis. The utilisation of the flexibilities is modelled in different settings with an increasing share of renewable energies, applying a dispatch model. This paper compares which contributions the different flexibilities can make to emission reduction, avoidance of curtailment, and reduction of fuel and CO2 costs, and which circumstances contribute to a decrease or increase of overall emissions with additional flexibilities. The analysis stresses the rising importance of flexibilities in an energy system based on increasing shares of renewable electricity generation, and shows that flexibilities are generally suited to reduce carbon emissions. It is presented that the relative contribution towards the reduction of curtailment and costs of flexibilisation of aluminium electrolysis are high, whereby the absolute effect is small compared to the other options due to the limited number of available processes.

Description: In the framework of the Dead Sea Integrated Research project (DESIRE), 59 seismological stations were deployed in the region of the Dead Sea Basin. Twenty of these stations recorded data of sufficiently high quality between May and September 2007 to be used for ambient seismic noise analysis. Empirical Green’s functions are extracted from cross-correlations of long term recordings. These functions are dominated by Rayleigh waves, whose group velocities can be measured in the frequency range from 0.1 to 0.5 Hz. Analysis of positive and negative correlation lags of the Green’s functions makes it possible to identify the direction of the source of the incoming energy. Signals with frequencies higher than 0.2 Hz originate from the Mediterranean Sea, while low frequencies arrive from the direction of the Red Sea. Travel times of the extracted Rayleigh waves were measured between station pairs for different frequencies, and tomographically inverted to provide independent velocity models. Four such 2D models were computed for a set of frequencies, all corresponding to different sampling depths, and thus together giving an indication of the velocity variations in 3D extending to a depth of 10 km. The results show low velocities in the Dead Sea Basin, consistent with previous studies suggesting up to 8 km of recent sedimentary infill in the Basin. The complex structure of the western margin of the Basin is also observed, with sedimentary infill present to depths not exceeding 5 km west of the southern part of the Dead Sea. The high velocities associated with the Lisan salt diapir are also observed down to a depth of ~5 km. The reliability of the results is confirmed by checkerboard recovery tests.

Description: The need for deep decarbonisation in the energy intensive basic materials industry is increasingly recognised. In light of the vast future potential for renewable electricity the implications of electrifying the production of basic materials in the European Union is explored in a what-if thought-experiment. Production of steel, cement, glass, lime, petrochemicals, chlorine and ammonia required 125 TW-hours of electricity and 851 TW-hours of fossil fuels for energetic purposes and 671 TW-hours of fossil fuels as feedstock in 2010. The resulting carbon dioxide emissions were equivalent to 9% of total greenhouse gas emissions in EU28. A complete shift of the energy demand as well as the resource base of feedstocks to electricity would result in an electricity demand of 1713 TW-hours about 1200 TW-hours of which would be for producing hydrogen and hydrocarbons for feedstock and energy purposes. With increased material efficiency and some share of bio-based materials and biofuels the electricity demand can be much lower. Our analysis suggest that electrification of basic materials production is technically possible but could have major implications on how the industry and the electric systems interact. It also entails substantial changes in relative prices for electricity and hydrocarbon fuels.

Description: This study predicts the subsurface temperature distribution of Germany's capital Berlin. For this purpose, a data-based lithosphere-scale 3D structural model is developed incorporating 21 individual geological units. This model shows a horizontal grid resolution of (500 x 500) m and provides the geometric base for two different approaches of 3D thermal simulations, (i) calculations of the steady-state purely conductive thermal field and (ii) simulations of coupled fluid flow and heat transport. The results point out fundamentally different structural and thermal configurations for potential geothermal target units. The top of the Triassic Middle Buntsandstein strongly varies in depth (159‑2,470 m below sea level) and predicted temperatures (15‑95°C), mostly because of the complex geometry of the underlying Permian Zechstein salt. The top of the sub-salt Sedimentary Rotliegend is rather flat (2,890‑3,785 m below sea level) and reveals temperatures of 85-139°C. The predicted 70°C-isotherm is located at depths of about 1,500‑2,200 m cutting the Middle Buntsandstein over large parts of Berlin. The 110°C‑isotherm at 2,900‑3,700 m depth widely crosscuts the Sedimentary Rotliegend. Groundwater flow results in subsurface cooling the extent of which is strongly controlled by the geometry and the distribution of the Tertiary Rupelian Clay. The cooling effect is strongest where this clay-rich aquitard is thinnest or missing thus facilitating deep reaching forced convective flow. The differences between the purely conductive and coupled models highlight the need for investigations of the complex interrelation of flow- and thermal fields to properly predict temperatures in sedimentary systems.

Description: Hyperspectral remote sensing data open up new opportunities for analyzing urban areas characterized by a large variety of spectrally distinct surface materials. Spectroscopic analysis using diagnostic spectral features yields the potential for automated identification and mapping of these materials. This study proposes a new approach for the determination and evaluation of such spectral features that are robust against spectral overlap between material classes and within-class variability. Analysis is based on comprehensive field and image spectral libraries of more than 21,000 spectra of surface materials widely-used in German cities. The robustness of the interactively defined spectral features is evaluated by a separability analysis. This method is performed based on confusion matrices for each material computed from classification results. For comparison this analysis is also performed for material-specific gray values of selected bands. The obtained commission and omission errors show superiority of the spectral features compared to gray values for most of the investigated materials. The results indicate that robust spectral features yield the potential for unsupervised detection of endmembers in hyperspectral image data.

Description: Die Energiewende ist der Umstieg der Energieproduktion, -versorgung und -nutzung von nuklearen und fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien. Dieser tiefgreifende Wandel des über viele Jahre gewachsenen Energiesystems in Deutschland umfasst zahlreiche, hoch komplexe Aspekte und Prozesse. Aus einer eher technologischen Perspektive heraus betrachtet sind die Ziele der Energiewende eine Weiterentwicklung und Dezentralisierung des technischen Stromsystems und seiner Komponenten (Speicher, Netze, Management), die Steigerung der Energieeffizienz (bspw. in industriellen Prozessen sowie in Haushalten, durch energetische Modernisierung des Gebäudebestandes oder eine intelligentere Nutzung der Wärme) sowie die Elektrifizierung des Verkehrs. In dem vorliegenden Kapitel werden die verschiedenen Herausforderungen zur Umsetzung der Energiewende genauer beleuchtet und dargestellt und schließlich in zentrale Schlussfolgerungen zur Realisierung der Energiewende überführt.

Description: Das Gebiet südlich und östlich der Ostsee weist eine sehr geringe Bebenaktivität auf. Jedoch ist diese nicht vernachlässigbar klein, wie anhand der vier jüngsten Beben gezeigt wird, die Gegenstand dieser Untersuchung sind: in Mecklenburg-Vorpommern nahe Wittenburg, am 19. Mai 2000, Mw = 3,1 und Rostock am 21. Juli 2001, Mw = 3,4 sowie im Gebiet Kaliningrad (Russland) am 21. September 2004 zwei Beben mit Mw = 4,6 und 4,7. Lokalisierungen, Magnituden (ML und Mw und Herdflächenlösungen wurden für die ersten beiden genannten Beben berechnet. Für die Kaliningrad-Beben konnte die Herdtiefe mittels synthetischer Modellierungen bestimmt werden. Die Analyse der makroseismischen Beobachtungen zu den genannten Beben beruht auf der Anwendung einer neu entwickelten Inversionstechnik, die simultan die Lokalisierung sowie die Bestimmung der Herdtiefe und der Epizentralintensität erlaubt. Die anhand der Herdflächenlösungen erhaltenen Orientierungen der maximalen horizontalen Kompressionsspannungen sind in sehr guter Übereinstimmung mit dem bekannten regional unterschiedlich orientierten krustalen Spannungsfeld; d.h. maximale horizontale N-S Kompressionsspannung für das Wittenburg- und das Rostock-Beben und NNW-SSE für die Kaliningrad-Ereignisse. Mögliche Bruchstörungen, die ursächlich mit dem Beben in Verbindung stehen könnten, werden diskutiert. Es wird gezeigt, dass die jüngsten Beben zu keinen signifikanten Änderungen der Magnituden-Häufigkeitsverteilungen führen.

Description: Im Projekt KomRev werden effiziente Energienutzungs- und Versorgungskonzepte am Beispiel der Stadt Rheine entwickelt. Ziel war es, mit einer sinnvollen Vernetzung der Bereiche Strom, Wärme und Verkehr eine weitgehend CO2-"freie" Energieversorgung im Jahr 2050 zu erreichen. Das Forschungskonsortium bestand aus dem Solar-Institut Jülich der FH Aachen, dem Wuppertal Institut sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Description: Energy storage is one option to provide the electricity grid with flexibility. Short-term storage can provide system services for power quality, whereas medium-term storage allows to shift significant amounts of energy over some hours up to days. Seasonal or long-term storage can, for example, be provided by the power-to-gas technology. Significant amounts of storage will be necessary, especially when a fully renewable supply is approached. New mechanisms are needed to ensure anticipatorily that sufficient flexibility is in the system at any time.

Description: Kunststoffabfälle, die nach dem Gebrauch von Kunststoffprodukten anfallen, werden in Deutschland noch immer überwiegend energetisch verwertet. Hemmnisse für eine werkstoffliche Verwertung sind zum Beispiel Zusatzstoffe, die die Recyclingfähigkeit einschränken, die zunehmende Verwendung von Verbunden, die gemischte Sammlung und die mangelnde Wirtschaftlichkeit. Ziel dieses Projektes ist, für die nach dem Gebrauch im Gewerbe und bei Haushalten anfallenden Kunststoffabfälle und ggf. weitere Wertstoffe die Frage zu beantworten, ob und unter welchen Randbedingungen diese dem Restabfall oder derzeit energetisch genutzten Fraktionen entzogen und so die werkstoffliche Verwertung gesteigert werden kann. Das Projekt entwickelt einen integrierten Policymix, der sowohl beim Angebot, der Nachfrage als auch den Marktbedingungen für den Einsatz von Sekundärkunststoffen ansetzt.

Description: Auf dem Weg in eine Ressourcenleichte Gesellschaft benötigen die betroffenen Akteurinnen und Akteure Leitbilder, an denen sie einen massiven Wandel wie diesen orientieren können. Der vorliegende Band stellt fünf solcher Leitbilder dar. Sie waren Hauptbestandteil des Projekts "Erfolgsbedingungen für Systemsprünge und Leitbilder einer ressourcenleichten Gesellschaft" und wurden mithilfe der Szenario -Methode erstellt. Inhaltlich wurden sie von Pionierinnen und Pionieren sowie Expertinnen und Experten ressourcenleichten Lebens erarbeitet, so dass alltagsnahe, praxistaugliche Elemente für die Leitbilder entwickelt wurden. Die Leitbilder zeigen eine große Spannbreite von Möglichkeiten, einen massiven gesellschaftlichen Wandel, wie er für eine Ressourcenleichte Gesellschaft nötig wäre, zu erreichen. Entsprechend unterschiedlich sind auch die möglichen Ressourcenschonungseffekte. Diese werden abschließend dargestellt und miteinander verglichen.

Description: 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.

Description: The increasing rate of renewable energies poses new challenges for industries: the amount of wind and solar energy is by far more subject to fluctuations than that of fossil based energy. Large production facilities from the aluminium, cement, steel or paper industry, however, depend on a highly secure energy supply. To which amount is a limitation of fluctuations possible? This was the key question of the project "Flexibilisation of Industries Enables Sustainable Energy systems", which was realised by the Wuppertal Institute in cooperation with the polymers company Covestro last year. In the final report, authors around project co-ordinator Karin Arnold not only show which technological and economic parameters have been considered, but also present possible business models to promote "flexibility products".

Description: Die Prozesse der Grundstoffindustrie sind verantwortlich für einen Großteil des industriellen Energie- und Stromverbrauchs in Deutschland. Welche technischen Möglichkeiten bieten sich in diesen Prozessen auf Flexibilitätsanforderungen des Stromsystems zu reagieren? Das vom BMBF geförderte Kopernikus-Projekt SynErgie untersucht die Flexibilität von Industrieprozessen. Ein Arbeitspaket, das aus dem Projektantrag des INFLUX Konsortiums hervorgegangen ist, hat nun umfassende Studie zu den Flexibilitätsoptionen in den Prozessen der Grundstoffindustrie veröffentlicht.

Description: 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.

Description: Since its first application on Sumatra-Andaman earthquake, back-projection analysis has been widely exploited to infer the time-evolution of the rupture fronts of mega-earthquakes. In this technique, selected seismic phases recorded at teleseismic distances by a network of sensors are shifted according to a possible source position and a velocity model, and a multichannel version of the cross-correlation function is estimated. In this way, the time dependent map of the seismic energy emission in the source area can be inferred. We have back-projected the mainshock of Maule earthquake (Mw 8.8), which nucleated on 27/02/2010 in central Chile and is one of the largest earthquakes recorded in modern times. We have analyzed P phases filtered in the frequency range (0.4-3) Hz recorded by three seismic arrays located in US, Africa and Antarctica. Relative time shifts between sensors (inferred by maximizing the cross-correlation function) have been estimated with respect to a 1D global velocity model (ak135) and have been refined introducing two corrections, a static correction anda dynamic correction. The former is the time shift induced by local effects in the sensor area, whereas the latter is the correction associated with the source-sensor path and is mostly affected by medium properties in the source area. We have inferred these two corrections by analyzing the waveforms of 23 aftershocks and foreshocks with high magnitude (〉5.3). In detail, static correction was chosen as the mean time shift averaged over all the events recorded by one station, while dynamic correction was the remaining part of the travel time after removing the 1Dmodel travel time and the static correction. Moreover, dynamic corrections (and hence the complete travel times)have been interpolated over all the source area by Kriging, a spatial interpolation method. Results show that high-frequency seismic energy emission mostly occurs along the coastline with a general northward migration during the event. Specifically, in the first minute of the rupture process, the energy emission occurs southerly from or close to the epicenter. Afterwards, seismic emission moves northwards, with a gap with respect to the first emission zone, and a further northward migration occurs till the end of emission. Both the spatial gap of seismic emission and the northward migration are in line with the results of other studies in the same area, whereas we find a shallower emission area and different emission features in the zone close to the epicenter. Results for different frequency bands and the analysis of secondary maxima of energy emission are being investigated. In particular, we are shifting towards higher frequencies looking at the frequency bands (1-4) Hz and (2-8) Hz. The former band displays an emission pattern similar to that of (0.4-3) Hz, but with a sharper gap of about 50 Km; the latter band hows coherent arrivals only during the first 80 s, with a clear energy emission south of the epicenter at the onset of the event and preserving the northward migration afterwards.

Description: Combined heat and power (CHP) production in buildings is one of the mitigation options available for achieving a considerable decrease in GHG emissions. Micro-CHP (mCHP) fuel cells are capable of cogenerating electricity and heat very efficiently on a decentralised basis. Although they offer clear environmental benefits and have the potential to create a systemic change in energy provision, the diffusion of mCHP fuel cells is rather slow. There are numerous potential drivers for the successful diffusion of fuel cell cogeneration units, but key economic actors are often unaware of them. This paper presents the results of a comprehensive analysis of barriers, drivers and business opportunities surrounding micro-CHP fuel-cell units (up to 5 kWel) in the German building market. Business opportunities have been identified based not only on quantitative data for drivers and barriers, but also on discussions with relevant stakeholders such as housing associations, which are key institutional demand-side actors. These business opportunities include fuel cell contracting as well as the development of a large lighthouse project to demonstrate the climate-neutral, efficient use of fuel cells in the residential building sector. The next step could involve the examination and development of more detailed options and business models. The approach and methods used in the survey may be applied on a larger scale and in other sectors.

Description: Temperature is one of the main parameters influencing the properties of CO2 during storage in saline aquifers since it along with pressure and co-constituents controls the phase behavior of the CO2/brine mixture. When the CO2 replaces brine as a free gas it is well known to affect the elastic properties of porous media considerably. In order to track the migration of geologically stored CO2 at the Ketzin site, 3D time-lapse seismic data were acquired by means of a baseline (pre-injection) survey in autumn 2005 and a first monitor survey in autumn 2009. During this period the temperature in the storage reservoir near the injection well was observed to have increased from 34 °C to 38 °C. This temperature increase led us to investigate the potential impact of temperature on the seismic response to the CO2 injection and on the CO2 mass estimations based on the Ketzin 4D seismic data. Two temperature scenarios in the reservoir (34 °C and 38 °C) were studied using multiphase fluid flow modeling. The simulations show that the impact of temperature on the seismic response is minor, but that the impact of the temperature on the CO2 mass estimations is significant and can, with the help of the multiphase fluid flow simulations, be explained mostly by the impact on the density of the CO2.

Description: In recent years, many energy scenario studies have proven that a power supply system based on renewable energies (RE) 〉90 percent is feasible. However, existing scenarios differ significantly in the composition of generation technologies. Some scenarios focus on wind energy in the northern part of Europe, others base on a large utilisation of solar technologies in the south. Apart from the generation capacities, the needed technical flexibilisation strategies such as grid extension, demand flexibilisation and energy storage are generally known and considered in many scenarios. Yet, the impact of different renewable generation strategies on the local utilisation of flexibility options needs to be further assessed. Based upon the BMBF research project RESTORE2050, analyses have been carried out that focus on these interdependencies. The results of the project show that the local utilisation of flexibilisation options depends to a great extent on the technology focus of the long-term renewable expansion strategy. This applies for the spatial flexibilisation as provided by transnational interconnection capacities, especially the ones connecting regions with a surplus of power generation (e.g. GB, Norway and Spain). Another impact of the renewable scenario is seen on the required temporal flexibilisation of electricity generation and demand. In addition, the available options will compete for high utilisation in a future energy system. The differences in the utilisation of these applications, which base on the varying shares of photovoltaic (PV) and wind energy generation, lead to the conclusion that the decision about longterm RE expansion ought to be made very soon in order to avoid inefficient flexibility pathways. Otherwise, if the future RE structure will be kept open, adequate adoption of new flexibility options will be difficult, especially in case of technologies with long lead and realisation time (e.g. new power grids and large scale energy storage devices).

Description: Green hydrogen and synthetic fuels are increasingly recognized as a key strategic element for the progress of the global energy transition. The Middle East and North Africa (MENA) region, with its large wind and solar potential, is well positioned to generate renewable energy at low cost for the production of green hydrogen and synthetic fuels, and is therefore considered as a potential future producer and exporter. Yet, while solar and wind energy potentials are essential, other factors are expected to play an equally important role for the development of green hydrogen and synthetic fuels (export) sectors. This includes, in particular, adequate industrial capacities and infrastructures. These preconditions vary from country to country, and while they have been often mentioned in the discussion on green hydrogen exports, they have only been examined to a limited extent. This paper employs a case study approach to assess the existing infrastructural and industrial conditions in Jordan, Morocco, and Oman for the development of a green hydrogen and downstream synthetic fuel (export) sector.

Description: It has recently been shown that correlations of seismic noise can contain significant information about the Green's function along the station profile. Using an array of 38 temporary broad-band stations located in Finland between 1998 September and 1999 March, we study the resulting 703 noise correlations to understand how they are influenced by the directivity of the noise field. The latter information is obtained through f-k analysis of data from two permanent seismic arrays in Germany and Norway and from a subset of stations of the array in Finland. Both types of analysis confirm that the characteristic of the seismic noise is strongly frequency-dependent. At low frequencies (0.02-0.04 Hz), we observe diffuse noise and/or randomly distributed sources. In contrast, the noise is strongly direction-dependent and not fully diffuse in the intermediate period ranges (0.04-0.25 Hz) which correspond to the first and second micro seismic peak, created at the Irish and Scottish coast and the western coast of Norway In this frequency interval the noise is sufficiently close to a plane wave to introduce systematic errors in group velocities for station pairs which are not parallel to the direction of the dominant incident noise. Phase velocities calculated by slant stack over many traces are however correct, independently of profile direction. In the high-frequency band (0.25-1.0 Hz), the situation is a mix between the low-frequency and the intermediate frequency cases. Average phase velocities and individual group velocities from well-oriented profiles are in excellent agreement with results from Rayleigh wave studies of the area.

Description: Die Energieeinsparverordnung (EnEV) adressiert die Energieeffizienz sowohl der Gebäudehülle als auch der Anlagentechnik - die Anlagen ihrerseits werden mit Energieträgern betrieben, die mittels Primärenergiefaktoren (PEF) untereinander vergleichbar gemacht werden. Im Rahmen der EnEV müssen bestimmte Grenzwerte bei den Bauteilen und / oder beim Primärenergiebedarf des Gesamtgebäudes eingehalten werden. Da die Primärenergiefaktoren einen entscheidenden Einfluss auf die Größe des zu berechnenden Jahres-Primärenergiebedarfs haben, hat ihre Festlegung Auswirkung auf die Wahl von Heizungstechnologien und deren Energieträger bzw. auf das Binnenverhältnis von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz bei Gebäudehülle und Anlagentechnik. Vor diesem Hintergrund werden in der Studie die Definition und Bedeutung der Primärenergiefaktoren sowie ihre Steuerungswirkung in Richtung Klimaschutzziele (CO2) und weiterer Ziele untersucht. Das Ergebnis der Studie zeigt, dass insbesondere aus den folgenden beiden Gründen eine Neujustierung beim PEF im Rahmen der EnEV erforderlich scheint: 1) Der Primärenergiefaktor ist in vielen Fällen kein geeignetes Maß zur Bestimmung der Treibhausgasemissionen eines Heizungssystems oder eines Endenergieträgers und hat damit in Bezug auf den Klimaschutz nur eine bedingte Lenkungswirkung. 2) Primärenergiefaktoren (PEFne), die Null betragen (Beispiel Fernwärme), nahe Null liegen (Beispiel Holz) oder perspektivisch gegen Null laufen (Beispiel Strom), verlieren ihre Steuerungswirkung für die Energieeffizienz von Gebäuden. Auch wenn dadurch die formalen Ansprüche an die Bilanzierung von Gebäuden erfüllt werden, werden doch andere wichtige Aspekte wie z. B. die Ressourcenverfügbarkeit und Importabhängigkeit von Energieträgern oder andere mit der Primärenergiebereitstellung verbundene Effekte vernachlässigt. In dem Diskussionspapier werden daher erste Ansätze skizziert, wie der PEF in der EnEV methodisch sinnvollerweise weiterentwickelt werden könnte bzw. ob ggf. weitere oder andere Indikatoren zur Charakterisierung der ökologischen Performance von Gebäuden herangezogen werden sollten.

Description: Für die Umsetzung der Energiewende und speziell den Ausbau erneuerbarer Energien sind nicht nur energiewirtschaftliche oder Klimaschutz-Kriterien maßgeblich. Zu einer umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung gehört unter anderem auch die Ressourcenbewertung. Hier ist unstrittig, dass die Gesamt-Ressourceninanspruchnahme eines Energiesystems generell erheblich niedriger ist, wenn dieses nicht auf fossilen, sondern auf erneuerbaren Energien basiert (und dabei nicht hauptsächlich auf Biomasse ausgerichtet ist). Bisher wurde jedoch insbesondere der Verbrauch und die langfristige Verfügbarkeit der mineralischen Rohstoffe, die in der Regel zur Herstellung von Energiewandlern und Infrastruktur benötigt werden, wenig untersucht. Im Rahmen des Projekts KRESSE wurde daher erstmals analysiert, welche "kritischen" mineralischen Rohstoffe für die Herstellung von Technologien, die Strom, Wärme und Kraftstoffe aus erneuerbaren Energien erzeugen, bei einer zeitlichen Perspektive bis zum Jahr 2050 in Deutschland relevant sind. Die Einschätzung als "kritisch" umfasst dabei die langfristige Verfügbarkeit der identifizierten Rohstoffe, die Versorgungssituation, die Recyclingfähigkeit und die Umweltbedingungen der Förderung. Die Studie macht deutlich, dass die geologische Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe für den geplanten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland grundsätzlich keine limitierende Größe darstellt. Dabei kann jedoch möglicherweise nicht jede Technologievariante unbeschränkt zum Einsatz kommen.

Description: Im Forschungsprojekt "Landscaping" untersuchte das Wuppertal Institut die für Nordrhein-Westfalen aus heutiger Sicht denkbaren Technologieansätze, die dafür nötigen politischen Rahmenbedingungen sowie mögliche Innovationen entlang der Wertschöpfungsketten. Bestandteil des Berichts sind Steckbriefe, in denen die möglichen Technologien für treibhausgasneutrale Industrieprozesse samt offener Forschungsfragen und Infrastrukturbedarfe dargestellt sind. Das Projekt entstand im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

Description: In recent years, most countries in the Middle East and North Africa (MENA), including Jordan, Morocco and Tunisia, have rolled out national policies with the goal of decarbonising their economies. Energy policy goals in these countries have been characterised by expanding the deployment of renewable energy technologies in the electricity mix in the medium term (i.e., until 2030). This tacitly signals a transformation of socio-technical systems by 2030 and beyond. Nevertheless, how these policy objectives actually translate into future scenarios that can also take into account a long-term perspective up to 2050 and correspond to local preferences remains largely understudied. This paper aims to fill this gap by identifying the most widely preferred long-term electricity scenarios for Jordan, Morocco and Tunisia. During a series of two-day workshops (one in each country), the research team, along with local stakeholders, adopted a participatory approach to develop multiple 2050 electricity scenarios, which enabled electricity pathways to be modelled using Renewable Energy Pathway Simulation System GIS (renpassG!S). We subsequently used the Analytical Hierarchy Process (AHP) within a Multi-Criteria Analysis (MCA) to capture local preferences. The empirical findings show that local stakeholders in all three countries preferred electricity scenarios mainly or even exclusively based on renewables. The findings demonstrate a clear preference for renewable energies and show that useful insights can be generated using participatory approaches to energy planning.

Description: Wo werden zukünftig grüner Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe produziert? Zu welchen Kosten können diese erzeugt werden? Und welchen Anteil hätte eine heimische Produktion daran? Die Ergebnisse der Studie MENA-Fuels zeigen, dass im Nahen Osten und Nordafrika langfristig sehr große kostengünstige Potenziale für grünen Strom, Wasserstoff und Synfuels bestehen. Die Berücksichtigung von Investitionsrisiken hat jedoch einen signifikanten Einfluss auf deren Kosten und damit auf die Wahl der potenziellen Exportländer.

Description: The production of green hydrogen in Germany is more competitive than expected compared to imports. This is the key finding of a meta-analysis conducted by the Wuppertal Institute on behalf of the North Rhine-Westphalia Association for Renewable Energies (Landesverband Erneuerbare Energien NRW). The hydrogen study focuses primarily on the year 2030 and beyond - and confirms the advantages of green hydrogen produced in Germany from domestic renewable energies, especially when the evaluation is viewed from a holistic system perspective.

Description: Seit Veröffentlichung der vom Landesverband Erneuerbare Energien NRW beauftragten und durch das Wuppertal Institut durchgeführten Studie "Bewertung der Vor- und Nachteile von Wasserstoffimporten im Vergleich zur heimischen Erzeugung" Ende 2020 haben sich die Rahmenbedingungen für den Wasserstoffhochlauf in Deutschland zum Teil deutlich geändert. Darüber hinaus ist zwischenzeitlich eine Reihe von Klimaschutz- und Transformationsstudien erschienen, mit teilweise neuen und differenzierten Einschätzungen zu Wasserstoff-Kosten und -Entwicklungspfaden. Dazu gehören insbesondere die als "Big Five" der Klimaneutralitätsszenarien bezeichneten Publikationen sowie weitere, spezifische H2-Analysen. Vor diesem Hintergrund sind die Ziele der vorliegenden Studie: 1. Eine Aktualisierung der Metaanalyse der oben genannten Wasserstoff-Studie aus dem Jahr 2020 - bezogen auf Kosten- und Mengen-Bandbreiten für die zukünftige Produktion und Bereitstellung von grünem und, soweit möglich, blauem Wasserstoff für Deutschland. 2. Eine kritische Einordnung der absehbaren Wasserstoff-Nachfrage in Deutschland, welche von der Wahl der Nutzungssektoren abhängt. 3. Eine kritische Diskussion und Einordnung der künftigen Rolle von blauem Wasserstoff, also der Frage, ob und inwiefern er eine sinnvolle Übergangslösung zu grünem Wasserstoff darstellen könnte.

Description: Model-based scenario analyses of future energy systems often come to deviating results and conclusions when different models are used. This may be caused by heterogeneous input data and by inherent differences in model formulations. The representation of technologies for the conversion, storage, use, and transport of energy is usually stylized in comprehensive system models in order to limit the size of the mathematical problem, and may substantially differ between models. This paper presents a systematic comparison of nine power sector models with sector coupling. We analyze the impact of differences in the representation of technologies, optimization approaches, and further model features on model outcomes. The comparison uses fully harmonized input data and highly simplified system configurations to isolate and quantify model-specific effects. We identify structural differences in terms of the optimization approach between the models. Furthermore, we find substantial differences in technology modeling primarily for battery electric vehicles, reservoir hydro power, power transmission, and demand response. These depend largely on the specific focus of the models. In model analyses where these technologies are a relevant factor, it is therefore important to be aware of potential effects of the chosen modeling approach. For the detailed analysis of the effect of individual differences in technology modeling and model features, the chosen approach of highly simplified test cases is suitable, as it allows to isolate the effects of model-specific differences on results. However, it strongly limits the model's degrees of freedom, which reduces its suitability for the evaluation of fundamentally different modeling approaches.

Description: Energy systems with high shares of renewable electricity are feasible, but require balancing measures such as storage, grid exchange or demand-side management to maintain system stability. The demand for these balancing options cannot be assessed separately since they influence each other. Therefore, a model was developed to analyze these mutual dependencies by optimizing a concerted use of balancing technologies. This model is presented here. It covers the European electricity system in hourly resolution. Since this leads to a large optimization problem, several options for reducing system complexity are presented. The application of the model is illustrated with a case study outlining the effects of pumped hydro storage and controlled charging of electric vehicles in central Europe.

Description: Im Zentrum dieser Untersuchung steht die Aufbereitung der Erfahrungen mit den Elektrofahrzeugen in Einzelprojekten der Modellregionen Phase I hinsichtlich der energiebezogenen Parameter und der nach Fahrzeugsegmenten differenzierte Vergleich mit herkömmlichen Fahrzeugen. In der Literatur finden sich für die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen unterschiedliche Bewertungsmethoden, deren Ergebnisse kurzfristig stark streuen und sich erst mittel- bis längerfristig perspektivisch annähern. In der vorliegenden Untersuchung werden drei Varianten zur Bilanzierung der klimarelevanten Emissionen gerechnet: a) Werden Elektrofahrzeuge mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben, ist ihre Klimabilanz deutlich besser als diejenige fossil betriebener Pkw. Wann, inwieweit und unter welchen Voraussetzungen (Herkunftsnachweis) eine direkte Zuordnung des Fahrstroms zu einer Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien möglich ist, ist heute allerdings umstritten. b) Unter pragmatischen Gesichtspunkten bietet die Strommixmethode eine gute Orientierung für die klimabezogene Bewertung von Elektrofahrzeugen. Aufgrund der auf der Zeitachse planungsgemäß zunehmenden Anteile erneuerbarer Energien im Strommix führt dies für die Zeiten, in denen eine signifikante Durchdringung mit Elektrofahrzeugen zu erwarten ist, zu einer gegenüber heute deutlichen Verbesserung der spezifischen CO2-Emissionen und respektive Vorteilen gegenüber mit fossilen Kraftstoffen betriebenen Fahrzeugen. c) Legt man dem Kraftwerkseinsatz Merit Order als Regel des ökonomischen Betriebs zugrunde und betrachtet den Stromverbrauch von Elektrofahrzeugen als "zusätzlichen" Verbrauch gegenüber einem Zustand ohne Elektrofahrzeuge, stellt sich die Klimabilanz nicht so günstig dar.

Description: Um Strom aus regenerativen Energien, der zeitweise nicht in das Stromnetz aufgenommen werden kann, nicht abregeln zu müssen, können neben dem Netzausbau auch verschiedene Speichertechnologien eingesetzt werden. Hier wird ein Vergleich dieser Optionen hinsichtlich ihrer Eignung für einen nachhaltigen Umgang mit Stromüberschüssen angestellt. Dazu werden mit einer multikriteriellen Analyse (engl. Multi-Criteria Analysis, MCA) sowohl ökonomische als auch ökologische, soziale und technologischeKriterien herangezogen. Die MCA bildet ein wertvolles Werkzeug zur Entscheidungsfindung und dokumentiert einen transparenten und nachvollziehbaren Entscheidungsprozess. Dieser Artikel beschreibt die Struktur der MCA, die zur Bewertung genutzten Kriterien und insbesondere den Gewichtungsprozess, der einen wichtigen Aspekt der MCA darstellt.

Description: 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.

Description: The Deep Decarbonization Pathways Project (DDPP) is a collaborative global initiative led by IDDRI and SDSN that aims to demonstrate how individual countries can transition to a low-carbon economy preferably consistent with the internationally agreed target of limiting the increase in global temperature to less than 2°C. Achieving this target will require a profound transformation of energy systems by mid-century, a "deep decarbonization". The project comprises 16 research teams composed of leading institutions from the world's largest GHG emitting countries: Australia, Brazil, Canada, China, France, Germany India, Indonesia, Italy, Japan, Mexico, Russia, South Africa, South Korea, United Kingdom, and United States. Each team is exploring what is required to achieve this transformation in their own country's economy while taking into account socio-economic conditions, development aspirations, infrastructure stocks, natural resource endowments, and other relevant factors. The DDPP country study for Germany explores what is required to achieve deep decarbonization in Germany. It has been conducted by the Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy, with the support of Stiftung Mercator. The study discusses how the German government's target of reducing domestic GHG emissions by 80 to 95% by 2050 (versus 1990) can be reached.

Description: The pilot study at the Ketzin site close to Berlin (Germany) aims at in-situ testing of geological storage of CO2 in a saline aquifer. Following site characterization and the drilling of one injection well and two observation wells, the in-situ field laboratory has been fully in use since CO2 injection started in June 2008. After two years of operation, about 36,000 tons of CO2 have been injected. This paper presents the key results from the second year of injection and the interdisciplinary monitoring concept in the frame of the European project CO2SINK (CO2 Storage by Injection into a Natural Saline Aquifer at Ketzin) and accompanying projects.

Description: This study presents in detail: the use of plastic products and the opportunities for recyclate use in the construction sector, quantities of plastic used, take-back systems, recycling techniques, current recyclate use and plastic construction product packaging.Potentials for increasing high-quality recyclate use were identified. Existing hurdles and options for action for industry and politics are presented. Current recyclate use as well as its potential use are strongly dependent on the application area of plastics. The biggest hurdles for the use of recycled materials are product life time, dismantling and technical requirements.

Description: Within a few years after the German reunification, most open pit lignite mines in the Central German Lignite Mining District have been shut down leaving more than 200km2 of devastated land in Saxony (Germany) even now. These areas are in demand of short term conceptions for future landuse and suitable recultivation methods. This thesis investigates, how thermal infrared (TIR) remote sensing in particular can provide valuable information, which is required to assist the landuse planning in identifying and classifying critical areas. In order to establish the mining of the lignitic seams the overburden Quatemary and Tertiary sediments had been removed and dumped in conveyor bridge dumps. The Tertiary sediments contain the mineral pyrite, which reacts to sulfuric acid under wet oxidizing conditions. The acidification of the dumps is not only strongly affecting the chemical characteristics of groundwater and residual lakes but also the stability of slopes leaving the risk of slides and subsidences. For a risk assessment of the aff~cted areas the geochemical and mineralogical composition as well as compositional changes of the dumps have to be explored. This is giving strong motivation for the application of remote sensing methods to answer the short term demands of landuse planners. Hyperspectral scanner data were acquired over two open pits (Espenhain, Zwenkau). The used scanner is DLR's Digital Airbome Imaging Spectrometer (DAIS 7915) which records data in 79 bands from the visible to thermal infrared. To allow a quantitative approach by means of empirical methods, the airbome data had to undergo a number of correction procedures and accompanying ground truth measurements had to be carried out. For a quantitative analysis of the target area, the data were calibrated and atmospherically corrected. Atmospheric modeling is based on the software packages SENSAT and ATCOR using the MODTRAN code. Interna! distortions of the imagery were corrected from flight attitude information and the data were finally geocoded to Gauß-Krüger-coordinates. A total of 77 field sarnples were taken to develop quantification algorithms based on spectral characteristics. Chemical and mineralogical analyses (GFZ Potsdam) as well as thermal infrared laboratory spectrometry (2.5-14μm) were performed. The samples were found tobe mainly composed of quartz (50-90 weigth percent), alkaline feldspars (5-20 wt.% ), kaolinite (0-15 wt.%), illite (2-20 wt.%) and pyrite (0-4 wt.%). In the TIR, many rock-forming minerals (e.g. silicates) show characteristic spectral features. To investigate the influence of different grain sizes on the spectral behavior, the particulate material was ground to grain sizes 〈63μm. Both, the fine homogenized and the original dump sediments were measured. The mineralogical quantitative sarnple composition was correlated with the spectral features measured in the laboratory. Different approaches were investigated to quantify the rnineralogical composition including absorption band depths and spectral angle mapping (SAM). The analysis in the laboratory allowed a determination of kaolinite and quartz contents of the overburden dumps. By transferring the regressions obtained from laboratory spectroscopy to atmospherically corrected and calibrated DAIS 7915 data, quartz contents were successfully mapped. Due to the broad TIR bands of DAIS, the spectral features of kaolinite were not resolved in the airbome data. A temperature map derived from night-time DAIS thermal infrared data were evaluated with respect to exothermic pyrite oxidation, too. The fresh Tertiary dumps in Zwenkau show thermal anomalies which seem to be related to exothermic oxidation processes. As a final outlook, the potential of the ASTER sensor, which is planned to be launched in early 1999, was evaluated. The TIR bands of ASTER are likely tobe a powerful tool for the mapping of quartz contents of particulate material. However, the low geometric resolution in the thermal infrared (90m pixel size) causes limitations for a structural analysis. Therefore, the Multi-Sensor-Multi-Resolution Technique (MMT) was used to unmix the low resolution bands using the higher resolution reflective ASTER bands (15-30m pixel size). The results show a significant improvement of the images. The MMT algorithm allows a further spectral investigation of the unmixed TIR data. The results presented in this work show that remote sensing data can provide useful information for a quantitative assessment and monitoring of environmental impacts. The combined use of the wavelength region from the VIS to TIR produces characteristic features that allow a differentiation of the mineralogical components, which could not have been achieved with either data set separately.

Description: Der Abschlussbericht mit den Ergebnissen der wissenschaftlichen Begleitforschung möchte darüber informieren, wie das Projekt entwickelt, initiiert, geplant und letztlich prozessual umgesetzt worden ist. Der erste Teil gibt insbesondere die im Prozess gewonnenen Erkenntnisse weiter und nennt erste Handlungsempfehlungen. Die darauffolgenden Kapitel bündeln die Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitforschung, welche zudem durch vier thematisch verschiedene Masterthesen im Untersuchungsraum ergänzt werden konnten. Zielgruppe für die erarbeiteten Handlungsempfehlungen sind all jene, die eine strategische Planung im Bereich des Ehrenamtes und des Klimaschutzes auf lokaler Ebene in den ländlichen Räumen (Südwestfalens) anstreben. Der Abschlussbericht mit seinen Erkenntnissen richtet sich an die Personen, Gruppen und Institutionen auf regionaler Ebene, die gemeinsam mit Partnern einen ganzheitlichen Klimaschutz im Ehrenamt zur räumlichen Entwicklung und Gestaltung systematisch vorantreiben wollen und dabei ähnliche Voraussetzungen und Strukturen aufweisen. Nicht zuletzt aber auch die, die von den gelebten Projekten und den gesammelten Erfahrungen lernen möchten. Daher sind folgende Zielgruppen insbesondere angesprochen: Dorfgemeinschaften, Vereine, Ehrenamtliche Gruppierungen (Bürgerstiftungen, Genossenschaften), LEADER-Arbeitsgruppen, Landkreise, Städte und Kommunen, Regionalmanager, Energie- und Umweltbeauftragte, Klimaschutzmanager, Unternehmen der Wertschöpfungsketten Energie- und Klima und viele mehr.

Description: An automatic procedure is presented to retrieve rupture parameters for large earthquakes along the Sunda arc subduction zone. The method is based on standard array analysis and broadband seismograms registered within 30°–100° epicentral distance. No assumptions on source mechanism are required. By means of semblance the coherency of P waveforms is analysed at separate large-aperture arrays. Waveforms are migrated to a 10°×10° wide source region to study the spatio-temporal evolution of earthquakes at each array. The multiplication of the semblance source maps resulting at each array increases resolution. Start, duration, extent, direction, and propagation velocity are obtained and published within 25 min after the onset of the event. First preliminary results can be obtained even within 16 min. Their rapid determination may improve the mitigation of the earthquake and tsunami hazard. Real-time application will provide rupture parameters to the GITEWS project (German Indonesian Tsunami Early Warning System). The method is applied to the two M8.0 Sumatra earthquakes on 12 September 2007, to the M7.4 Java earthquake on 2 September 2009, and to major subduction earthquakes that have occurred along Sumatra and Java since 2000. Obtained rupture parameters are most robust for the largest earthquakes with magnitudes M≥8. The results indicate that almost the entire seismogenic part of the subduction zone off the coast of Sumatra has been ruptured. Only the great Sumatra event in 2004 and the M7.7 Java event on 17 July 2006 could reach to or close to the surface at the trench. Otherwise, the rupturing was apparently confined to depths below 25 km. Major seismic gaps seem to remain off the coast of Padang and the southern tip of Sumatra.

Description: The Mw = 9.3 Sumatra earthquake of 26 December 2004 generated a tsunami that affected the entire Indian Ocean region and caused approximately 230 000 fatalities. In the response to this tragedy the German government funded the German Indonesian Tsunami Early Warning System (GITEWS) Project. The task of the GEOFON group of GFZ Potsdam was to develop and implement the seismological component. In this paper we describe the concept of the GITEWS earthquake monitoring system and report on its present status. The major challenge for earthquake monitoring within a tsunami warning system is to deliver rapid information about location, depth, size and possibly other source parameters. This is particularly true for coast lines adjacent to the potential source areas such as the Sunda trench where these parameters are required within a few minutes after the event in order to be able to warn the population before the potential tsunami hits the neighbouring coastal areas. Therefore, the key for a seismic monitoring system with short warning times adequate for Indonesia is a dense real-time seismic network across Indonesia with densifications close to the Sunda trench. A substantial number of supplementary stations in other Indian Ocean rim countries are added to strengthen the teleseismic monitoring capabilities. The installation of the new GITEWS seismic network – consisting of 31 combined broadband and strong motion stations – out of these 21 stations in Indonesia – is almost completed. The real-time data collection is using a private VSAT communication system with hubs in Jakarta and Vienna. In addition, all available seismic real-time data from the other seismic networks in Indonesia and other Indian Ocean rim countries are acquired also directly by VSAT or by Internet at the Indonesian Tsunami Warning Centre in Jakarta and the resulting "virtual" network of more than 230 stations can jointly be used for seismic data processing. The seismological processing software as part of the GITEWS tsunami control centre is an enhanced version of the widely used SeisComP software and the well established GEOFON earthquake information system operated at GFZ in Potsdam (http://geofon.gfz-potsdam.de/db/eqinfo.php). This recently developed software package (SeisComP3) is reliable, fast and can provide fully automatic earthquake location and magnitude estimates. It uses innovative visualization tools, offers the possibility for manual correction and re-calculation, flexible configuration, support for distributed processing and data and parameter exchange with external monitoring systems. SeisComP3 is not only used for tsunami warning in Indonesia but also in most other Tsunami Warning Centres in the Indian Ocean and Euro-Med regions and in many seismic services worldwide.

Description: In this receiver function study, we investigate the structure of the crust beneath six seismic broadband stations close to the Sunda Arc formed by subduction of the Indo-Australian under the Sunda plate. We apply three different methods to analyse receiver functions at single stations. A recently developed algorithm determines absolute shear-wave velocities from observed frequency-dependent apparent incidence angles of P waves. Using waveform inversion of receiver functions and a modified Zhu and Kanamori algorithm, properties of discontinuities such as depth, velocity contrast, and sharpness are determined. The combination of the methods leads to robust results. The approach is validated by synthetic tests. Stations located on Malaysia show high-shear-wave velocities (V S) near the surface in the range of 3.4–3.6 km s − 1 attributed to crystalline rocks and 3.6–4.0 km s − 1 in the lower crust. Upper and lower crust are clearly separated, the Moho is found at normal depths of 30–34 km where it forms a sharp discontinuity at station KUM or a gradient at stations IPM and KOM. For stations close to the subduction zone (BSI, GSI and PSI) complexity within the crust is high. Near the surface low V S of 2.6–2.9 km s − 1 indicate sediment layers. High V S of 4.2 km s − 1 are found at depth greater than 6 and 2 km at BSI and PSI, respectively. There, the Moho is located at 37 and 40 km depth. At station GSI, situated closest to the trench, the subducting slab is imaged as a north-east dipping structure separated from the sediment layer by a 10 km wide gradient in V S between 10 and 20 km depth. Within the subducting slab V S ≈ 4.7 km s − 1. At station BSI, the subducting slab is found at depth between 90 and 110 km dipping 20° ± 8° in approximately N 60° E. A velocity increase in similar depth is indicated at station PSI, however no evidence for a dipping layer is found.

Description: Die voranschreitende Umstellung des Energiesystems von einer "additiven Rolle" regenerativer Energien hin zu deren Dominanz wirft zahlreiche Fragestelllungen auf, für deren Beantwortung in zunehmendem Maße Modellierungsansätze gewählt werden. Vor diesem Hintergrund ist in den letzten Jahren eine große Anzahl von modellbasierten Szenarioanalysen des deutschen Energiesystems entstanden. Da sie zum Teil sehr unterschiedliche Ergebnisse erzielen, die nur schwer miteinander vergleichbar sind, erschwert dies die Weiterentwicklung des Zukunftswissens zur Energiewende und auch die gegenseitige Qualitätssicherung der Ergebnisse. Vor diesem Hintergrund hat das Wuppertal Institut zusammen mit den Partnern Fraunhofer ISE und DLR das RegMex-Projekt durchgeführt. Ziel des Projektes war zum einen die inhaltliche Weiterentwicklung der Diskussion zur Ausgestaltung der Energiewende. Zum anderen sollte durch den Modellvergleich eine höhere Transparenz der teilnehmenden Modelle erreicht werden, um die Implikationen und Auswirkungen verschiedener Modellansätze besser differenzierten zu können. Im Modellexperiment 1 wurden für zwei Szenarien (Zielszenario und Ambitioniertes Szenario) das Gesamtsystem mit Hilfe von drei Energiesystemmodellen und im Modellexperiment 2 das Stromsystem und flexible Sektorenkopplung mit Hilfe von vier Stromsystemmodellen modelliert. In einem weiteren Arbeitspaket wurden "Disruptive Elemente" identifiziert und analysiert, die gravierende Auswirkungen auf das Energiesystem haben können. Die Modellexperimente zeigen klar, dass die Einordnung und Interpretation von Modellergebnissen nicht losgelöst von den Modellen und deren methodischen Unterschieden erfolgen darf.

Description: Viele Städte in Nordrhein-Westfalen stehen vor vielfältigen sozialen, ökologischen und ökonomischen Herausforderungen, wie wachsenden sozialen Ungleichheiten, den Auswirkungen des Klimawandels, des demographischen Wandels und der Bewältigung des Strukturwandels. Stadt- und Quartiersentwicklung, Städtebau und die infrastrukturelle Versorgung sind zentral von diesen Veränderungen betroffen und müssen zukunftsweisende Lösungen entwickeln. Ein wichtiger Aspekt wird hierbei die Resilienz der Städte gegenüber Störereignissen und Krisen sein. Vor diesem Hintergrund zeigt das Gutachten "Resiliente Stadt - Zukunftsstadt" auf, wie die konzeptionelle Leitidee einer resilienten Stadt in verschiedenen Handlungsfeldern und auf verschiedenen Ebenen umgesetzt werden kann. Es werden wichtige Zukunftsfragen der Städte aufgegriffen, Strategien der Resilienz für zentrale Handlungsfelder entwickelt und wichtige Hinweise für die Umsetzung in die Planungspraxis gegeben.

Description: In this paper a new method for the evaluation and comparison of potential future electricity systems is presented. The German electricity system in the year 2050 is used as an example. Based on a comprehensive scenario analysis defining a corridor for possible shares of fluctuating renewable energy sources (FRES) residual loads are calculated in a unified manner. The share of electricity from PV and wind power plants in Germany in the year 2050 is in a range of 42-122% and the load demand has a bandwidth of around 460-750 TWh. The residual loads are input for an algorithm that defines a supplementary mix of technologies providing flexibility to the system. The overall system layout guarantees the balance of generation and demand at all times. Due to the fact that the same method for residual load calculation and mixture of technologies is applied for all scenarios, a good comparability is guaranteed and we are able to identify key characteristics for future developments. The unique feature of the new algorithms presented here is the very fast calculation for a year-long simulation with hourly or shorter time steps taking into account the state of charge or availability of all storage and flexibility technologies. This allows an analysis of many different scenarios on a macro-economic level, variation of input parameters can easily be done, and extensive sensitivity analysis is possible. Furthermore different shares of FRES, CO2-emission targets, interest rates or social acceptance of certain technologies can be included. The capabilities of the method are demonstrated by an analysis of potential German power system layouts with a base scenario of 90% CO2-reduction target compared to 1990 and by the identification of different options for a power sector with a high degree of decarbonisation. The approach also aims at a very high level of transparency both regarding the algorithms and regarding the input parameters of the different technologies taken into account. Therefore this paper also gives a comprehensive and complete overview on the technology parameters used. The forecast on all technologies for the year 2050 regarding technical and economic parameters was made in a comprehensive consultation process with more than 100 experts representing academia and industry working on all different technologies. An extensive analysis of options for the design of potential German energy supply systems in 2050 based on the presented methodology will be published in a follow-up paper.