Energiesysteme der Zukunft

Langfristszenarien spielen in der energiepolitischen Debatte seit vielen Jahren eine elementare Rolle. Allerdings sind sie aufgrund unterschiedlicher Methodiken, Annahmen und Auswerteroutinen mitunter schwer untereinander vergleichbar, was den Einsatz von Szenarien als Basis für ausgewogene politische Entscheidungen erschwert. Aus diesem Grund soll eine neue ESYS-Arbeitsgruppe ein inhaltliches und konzeptionelles Fundament für eine transparente Darstellung und vergleichende Analyse von Energieszenarien in Deutschland erarbeiten. Ziel dieser Aktivität ist es, die Vielzahl bestehender Energieszenarien zusammenzuführen, durch einheitliche Standards eine hohe Transparenz zu schaffen und eine fundierte Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen Szenarien zu ermöglichen.

Weißer Wasserstoff ist eine natürliche Form von Wasserstoff, der im Erdinneren bei verschiedenen Prozessen entsteht. Bisher wurden entsprechende Vorkommen eher zufällig entdeckt, aber seit etwa 2020 ist das wissenschaftliche Interesse an einer kommerziellen Nutzung stark gestiegen.  

Erste Schätzungen deuten auf ein großes energetisches Potenzial hin – allerdings bestehen einige Hürden. Manche geologischen Prozesse sind noch nicht ausreichend erforscht. In vielen Ländern gibt es außerdem regulatorische Hemmnisse, die Explorationsvorhaben erschweren.  

Falls eine wirtschaftliche Förderung möglich ist, könnte weißer Wasserstoff deutlich günstigere Produktionskosten aufweisen als beispielsweise grüner Wasserstoff. Damit könnte der Rohstoff lokal als kostengünstige und emissionsarme Wasserstoffalternative eingesetzt werden.  

Über strukturierte Interviews und einen Fachworkshop sollen die wesentlichen offenen Fragen, Forschungsbedarfe und der potenzielle Beitrag zur künftigen Energieversorgung identifiziert und in einer Publikation zusammengefasst werden.

Durch Sektorenkopplung, Dezentralisierung und Nutzung volatiler erneuerbarer Energien wird das Energiesystem komplexer. Digitalisierung kann helfen, das Zusammenspiel der verschiedenen Anlagen und Akteure effizienter zu machen. Welche digitalen Technologien und Daten sind dafür entscheidend und wie können sie wirksam eingesetzt werden? Welche Risiken und Abhängigkeiten können entstehen? Wie kann die Politik sicherstellen, dass die Digitalisierung zu einer klimafreundlichen, kostengünstigen und sicheren Energieversorgung beiträgt? Das sind die Fragen einer Aktivität, die ESYS aktuell vorbereitet.

Deutschland und die EU sind in hohem Maße auf den Import von Energierohstoffen wie Erdgas, Erdöl und Kohle angewiesen. Der russische Angriffskrieg gegen die Ukraine und der Stopp russischer Gaslieferungen haben eindrücklich gezeigt, welche Risiken mit einer starken Importabhängigkeit verbunden sind. Auch in einer klimaneutralen Zukunft wird Europa vermutlich weiterhin Energieträger importieren.

Für ein sicheres und bezahlbares Energiesystem spielt die Resilienz der Energierohstoffversorgung daher eine zentrale Rolle. ESYS bereitet derzeit eine Aktivität vor, die folgende Fragen aufgreifen könnte: Wie resilient ist die deutsche und europäische Energieversorgung? Wie kann ein geeignetes Maß an Resilienz definiert werden? Wie kann ein vorausschauendes Risikomanagement operativ aufgebaut werden? 

Die Wärmeversorgung von Gebäuden spielt eine entscheidende Rolle in dem Bestreben, bis 2045 Klimaneutralität zu erreichen. Bisherige Anstrengungen bezüglich der „Wärmewende“ haben in den vergangenen Jahren jedoch kaum zu einer Senkung der Emissionen im Gebäudesektor geführt. Da die notwendigen technischen Maßnahmen das Leben der Menschen unmittelbar betreffen, hängt der Erfolg der Wärmewende zudem wesentlich davon ab, ob es gelingt, auf drängende soziale Fragen überzeugende Antworten zu finden.

Die ESYS-Arbeitsgruppe „Energiewende der bebauten Umwelt“ entwickelt Handlungsoptionen für eine technisch umsetzbare, sozial ausgewogene und ökonomisch effiziente Wärmewende in Deutschland. Wie können das Wissen und Kommunikationsmaßnahmen zur Wärmewende verbessert werden? Welche gesellschaftlichen Hürden bestehen – und wie kann man mit ihnen umgehen? Was soll mit „Worst-Performing Buildings“ geschehen, also solchen, die den schlechtesten Sanierungszustand aufweisen? Und wie kann diese Transformation sozial bestmöglich ausgestaltet werden? Diese und weitere Fragen stehen im Zentrum der interdisziplinär besetzten AG.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Melanie Jaeger-Erben (Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg) und Prof. Andreas Wagner (Karlsruher Institut für Technologie).

Daten und Szenarien leisten beide einen entscheidenden Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende. Während Daten für die Planung, Steuerung und Optimierung von Energiesystemen unverzichtbar sind, bilden Szenarien die Grundlage für die Festlegung politischer Ziele und Maßnahmen. Die dreiteilige Workshopreihe widmet sich der Entstehung, Nutzung und Visualisierung von Energiedaten und -szenarien.

Im Mittelpunkt der Diskussion stehen zum einen die Identifizierung von Datenlücken innerhalb des Energiesystems und zum anderen die Frage, wie bestehende Energieszenarien vergleichbar gemacht werden können, um Orientierung für politische Entscheidungen zu bieten. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse entwickeln die Expert*innen Konzepte zur Umsetzung von Online-Plattformen im Rahmen des Projekts ESYS. Die geplanten Plattformen sollen vorhandene Energiedaten und -szenarien bündeln und in einen geeigneten Kontext stellen, um den Zugang und die Nutzbarkeit für politische, gesellschaftliche und wissenschaftliche Akteure zu verbessern.

Kohlenstoffhaltige Güter, wie Kunststoffe, werden auch zukünftig genutzt. Für die Herstellung verwendet die Industrie heute überwiegend Erdöl- und Erdgas als Kohlenstoffquelle. Im Verkehrssektor wird der Bedarf an Kraftstoffen durch Elektromobilität stark zurückgehen, insbesondere im Flug- und Schiffsverkehr werden aber synthetische Kraftstoffe, die auf Kohlenstoff basieren, eine Rolle spielen.

Um eine klimaneutrale Industrie aufzubauen, müssten aber alternative, klimaneutrale Kohlenstoffquellen entwickelt und angewendet werden. Dafür kommt neben Biomasse und Recycling von Kunststoffen auch die Nutzung von abgeschiedenem CO2 (Carbon Capture and Utilisation, CCU) in Frage.

Ziel der ESYS-Publikation ist es, den Status quo der Technologien und Produktionsprozesse darzustellen, die für eine nachhaltige Kohlenstoffnutzung benötigt werden. Ein Überblick über heutige Kohlenstoffströme und zu erwartende Entwicklungen ist ebenso in Arbeit. Zudem sollen die maßgeblichen Fragen aus technischer, wirtschaftlicher und regulatorischer Sicht herauskristallisiert werden.

Der Ausbau der erneuerbaren Energien schreitet voran. Dadurch verändert sich, wie Kraftwerke Strom produzieren: von einer stets einsatzbereiten Herstellung in großen Kraftwerken hin zu einer wetter- und tageszeitabhängigen Produktion in zahlreichen verteilten, kleineren Anlagen. Auch die Nachfrage verändert sich: Strom ersetzt zunehmend fossile Energieträger, direkt oder indirekt über Wasserstoff. Dadurch steigt der Strombedarf und die Nachfrage wird flexibler.

Mit dieser Entwicklung stellt sich die Frage: Können Grundlastkraftwerke im zukünftigen klimaneutralen Energiesystem gewinnbringend betrieben werden – und zwar durchgehend und mit hoher Auslastung? Oder führt die volatile Einspeisung aus Wind- und Solarstrom dazu, dass regelbare Kraftwerke so häufig abgeschaltet werden müssen, dass sie ungeeignet sind, um die erneuerbaren Energien zu ergänzen?

Die AG untersucht, unter welchen Bedingungen Grundlastkraftwerke sinnvoll ins europäische Energiesystem integriert werden können. Dazu erstellt das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI im Auftrag von ESYS eigene Modellrechnungen. Auf dieser Grundlage entwickelt die AG eine Publikation, die Voraussetzungen für eine Realisierung neuer Grundlastkraftwerke benennt und deren Auswirkungen auf das europäische Energiesystem skizziert.

Mit der Kernfusion könnte in rund zwei Jahrzehnten eine Technologie verfügbar sein, die zu einer klimaneutralen Energieversorgung beitragen kann. Bei der Kernfusion verschmelzen leichte Atome miteinander, wodurch Energie freigesetzt wird – aber keine Treibhausgase. Diesen Prozess technisch zu kontrollieren und die Energie zu nutzen: das strebt die Kernfusionsforschung an.  

Allerdings ist die Realisierung komplex und anspruchsvoll. Unter anderem müssen spezielle Materialien verwendet werden, weil beispielsweise während der Fusion sehr hohe Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius herrschen. Außerdem kann das sogenannte Plasma, in dem die Atomkerne verschmelzen, bei ungünstigen Bedingungen schnell instabil werden, was die Fusionsreaktion stoppt. 

Wo die Forschung zur Magnet- und Trägheitsfusion aktuell steht und bis wann mit einer Umsetzung zu rechnen ist, beleuchtet dieses Impulspapier. Die Publikation basiert auf einem Workshop mit Fachleuten und diskutiert neben den Herausforderungen auch die Chancen von Fusionskraftwerken und wie sich diese in das zukünftige Energiesystem einfügen könnten. 

Trotz ambitionierter Maßnahmen zur Vermeidung von Treibhausgasen wird es auch langfristig Restemissionen geben – das zeigen Klimaszenarien schon länger. Um trotzdem Klimaneutralität und langfristig sogar Netto-negativ-Emissionen erreichen zu können, ist sogenanntes Kohlenstoffmanagement erforderlich. Dessen Bausteine Carbon Capture & Storage (CCS), Carbon Capture & Utilization (CCU) und Carbon Dioxide Removal (CDR; Negativemissionen) benötigen teilweise die gleichen Infrastrukturen und überschneiden sich in ihrem Beitrag zum Klimaschutz. Daher ist eine übergreifende Strategie erforderlich.

Anlässlich der 2024 erscheinenden Carbon Management Strategie (CMS) der Bundesregierung und der geplanten Langfriststrategie Negativemissionen (LNe) betrachtet eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe die Anforderungen an eine solche übergreifende Strategie.

In der Publikation werden die Fachleute die Eckpunkte der Carbon Management Strategie einordnen, auf weitergehende Handlungsbedarfe blicken und Fragen thematisieren wie diese: Welche Rolle spielen Negativemissionen, CCU und CCS in einem umfassenden Kohlenstoffmanagement? Wie können sich die Verfahren sinnvoll ergänzen, damit die Klimaschutzziele umgesetzt werden?

Der freiwillige Kohlenstoffmarkt soll es Unternehmen und anderen privaten Akteuren ermöglichen, ihren eigenen Treibhausgasausstoß durch den Kauf von Emissionsgutschriften zu kompensieren und so Klimaschutzprojekte zu finanzieren. Die tatsächliche Klimaschutzwirkung dieses Instruments ist jedoch umstritten und für Verbraucher oft nur schwer zu beurteilen. 

Mit einer Publikation will sich ESYS in die Debatte um die Zukunft der privaten Klimaschutzfinanzierung einbringen. Das Papier soll einen Überblick über die Struktur und Funktionsweise des freiwilligen Kohlenstoffmarkts bieten und die daraus folgenden Herausforderungen und Handlungsbedarfe aufzeigen. 

Vor dem Hintergrund des russischen Angriffskriegs gegen die Ukraine erlebte die Debatte um Hydraulic Fracturing, kurz Fracking, in Deutschland eine Renaissance. Bereits im November 2022 richtete ESYS daher einen Workshop zum Thema Fracking in nicht konventionellen Lagerstätten aus, um einen interdisziplinären und ergebnisoffenen Austausch zwischen Fachleuten aus Wissenschaft, Industrie und Zivilgesellschaft zu ermöglichen.

Ausgehend davon erarbeitet ESYS eine Publikation, die ökonomische Potenziale, mögliche Umweltrisiken und Auswirkungen auf den Klimaschutz einordnet. Außerdem soll der Beitrag beleuchtet werden, den Fracking zur deutschen Versorgungssicherheit leisten könnte.

Der Ausbau von erneuerbaren Energien im Zuge der Energiewende in Deutschland und der EU führt zu einer neuen Dynamik auf den Strommärkten. Statt mit langfristigen Prognosen und Großkraftwerken planen zu können, müssen Strommärkte künftig kurzfristige Veränderungen durch fluktuierende erneuerbare Energiequellen, viele kleinere Marktteilnehmer und flexible Nutzung mitabbilden. Der geplante Wegfall von Kern- und Kohlekraftwerken verstärkt diese Dynamik. Die ESYS-Arbeitsgruppe „Strommarkt der Zukunft“ untersucht, wie das Marktdesign gestaltet werden könnte, um auch langfristig eine kostengünstige und sichere Versorgung zu garantieren. Hierbei geht es unter anderem um die folgenden Fragen: Wie können Anlagen für Erneuerbare Energien am besten finanziell gefördert werden oder wird eine Förderung durch einen hohen CO₂-Preis sogar obsolet? Können sich Kraftwerke und Speicher, die für die Versorgungssicherheit entscheidend sind, im bestehenden System refinanzieren? Wie kann es gelingen, mehr Flexibilität in den Strommarkt zu bringen, ohne die Versorgungssicherheit und Kosteneffizienz zu gefährden?

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Jürgen Kühling (Universität Regensburg) und Prof. Dr. Justus Haucap (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf).

Die klimapolitischen Ziele wurden in Deutschland und Europa verschärft, eine globale Wasserstoffwirtschaft ist im Entstehen und Potenziale zur Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre (Negative Emissionen) sollen ausgelotet werden: Wie wirken sich diese Entwicklungen auf die Energiewende aus? Die AG Integrierte Energieversorgung untersucht, wie mögliche Wege in die Klimaneutralität vor 2050 unter diesen veränderten Vorzeichen aussehen können. Anhand eines Vergleichs aktueller Energieszenarien und eigener Modellrechnungen schafft sie einen Überblick über verschiedene mögliche Pfade zur Klimaneutralität und zeigt den Einfluss wichtiger technischer und ökonomischer Parameter und gesellschaftlicher Präferenzen auf die künftige Energieversorgung auf. Welche Treibhaus-Minderungspfade sind für die verschiedenen Sektoren nötig, um die deutschen und europäischen Klimaziele zu erreichen? Welche Technologien und Infrastrukturen müssen hierfür bis wann zur Verfügung stehen? Welche Rolle spielen Änderungen im Verbrauchsverhalten oder in der Energieeffizienz und welche politischen und regulatorischen Maßnahmen sind bis wann erforderlich, um diese Transformation zu schaffen?

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Mario Ragwitz (Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und
Geothermie IEG) und Prof. Dr. Anke Weidlich (Albert-Ludwig-Universität Freiburg, Institut für
nachhaltige technische Systeme).

Wasserstoff gilt in der Energiewende als Schlüsselelement für die Sektorenkopplung: Er bietet die Möglichkeit fossile Energien in den Sektoren zu ersetzen, in denen der direkte Einsatz von erneuerbarem Strom nur schwer realisierbar ist. Beispiele hierfür wären etwa die Chemie- und Stahlindustrie sowie der Flug-, See- und Schwerlastverkehr. Die hierfür benötigten Mengen können voraussichtlich nicht allein in Deutschland hergestellt werden. Wasserstoffimporte könnten helfen, diese Lücke zwischen Bedarf und Erzeugung zu schließen. Die ESYS-Arbeitsgruppe „Wasserstoffwirtschaft 2030“ erarbeitet Handlungsoptionen für den Markthochlauf bis 2030, identifiziert Vor- und Nachteile der verschiedenen Optionen und ermittelt Forschungsbedarfe. Im Zentrum der Arbeit stehen Themen wie Verfügbarkeit, Transportvektoren, Infrastrukturen und Anwendungen sowie Zertifizierung. Welche Importmengen sind bis zum Jahr 2030 realisierbar? Können dafür bestehende Infrastrukturen genutzt werden oder müssen neue geschaffen werden? Wie muss der regulatorische Rahmen gestaltet sein, damit sich wirtschaftliche Geschäftsmodelle entwickeln können? Unter anderem diesen Fragen wird die AG nachgehen.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Frithjof Staiß (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Würtemberg).

Der russische Angriffskrieg auf die Ukraine und die daraus resultierenden geopolitischen Verwerfungen verändern die Rahmenbedingungen der Energieversorgung Deutschlands und Europas grundlegend. Wie könnte der Erdgasbedarf gedeckt werden, wenn westliche Staaten ein Embargo verhängen oder Russland die Lieferungen stoppt? Wie werden sich die Energiepreise in den nächsten Jahren entwickeln? Und was können Deutschland und Europa tun, um eine sichere und bezahlbare Energieversorgung für Industrie und Haushalte zu gewährleisten? Die Arbeitsgruppe betrachtet auf Basis zweier Gutachten ökonomische und netztechnische Auswirkungen unterbrochener Gaslieferungen aus Russland in einem Zeithorizont bis 2030 und leitet hieraus Handlungsoptionen für die deutsche und europäische Energiepolitik ab.

Photovoltaik und Windenergie haben in den letzten Jahren und Jahrzehnten enorme technologische Fortschritte gemacht: Mit ihnen erzeugter Strom wird immer günstiger, ihr Ausbaupotenzial ist groß – dennoch stockt der Ausbau und reicht nicht aus, um die Pariser Klimaziele zu erreichen. Will Deutschland die nationalen und europäischen Klimaziele erreichen, muss dieser Prozess an Fahrt aufnehmen. Dies gilt umso mehr in Anbetracht des wachsenden Strombedarfs und der verschärften EU-Klimaziele. Die Arbeitsgruppe „Ausbau von Photovoltaik und Windenergie“ identifiziert Ausbauhemmnisse für diese Energieträger und erarbeitet Handlungsoptionen, wie diese überwunden werden können. Neben rechtlich-ökonomischen Rahmenbedingungen und der Gestaltung der Planungs- und Genehmigungsprozesse sollen insbesondere auch Fragen der gesellschaftlichen Akzeptanz und Umsetzbarkeit in die Arbeit einfließen.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Andreas Bett (Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme) und Prof. Dr. Ellen Matthies (Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg).

Ohne Informations- und Kommunikationstechnologien ist die Energieversorgung inzwischen undenkbar. Sie ermöglichen den Informationsfluss zwischen Erzeugern, Verbrauchern, Umspannwerken und anderen Teilsystemen, überwachen das Netz und schlagen Alarm bei Problemen. Gleichzeitig birgt die Digitalisierung Risiken wie Manipulationen, Cyberangriffe oder fehlerhafte Anwendungen. Die Energieversorgung ist eine kritische Infrastruktur (KRITIS). Ein Blackout hätte daher weitreichende Folgen für die Gesellschaft. Der Anspruch lautet: Digitale Energieinfrastrukturen müssen sowohl sicher als auch sichernd sein. Das bedeutet, sie müssen sich selbst gegen Angriffe und Ausfälle verteidigen können und gleichzeitig das Gesamtsystem funktionsfähig halten. Wo liegen dabei die Chancen und Herausforderungen? Wer sind die Hauptakteure, welche Verantwortung tragen sie? Was muss auf Regulierungsebene und in der Praxis passieren? Mit diesen Fragen setzt sich die ESYS-Arbeitsgruppe „Resilienz digitalisierter Energiesysteme“ auseinander.

Geleitet wurde die AG von Dr. Christoph Mayer (OFFIS, Oldenburg) und Prof. Dr. Gert Brunekreeft (Jacobs University Bremen).

Die regulatorischen Fragen im Strommarkt sind heute andere als bei der Liberalisierung um die Jahrtausendwende, als wesentliche Weichen im deutschen Energiemarktdesign gestellt wurden. Das Marktdesign muss daher angepasst werden. Im Hinblick auf die absehbaren Herausforderungen sollte die Entwicklung des Marktdesigns unter Berücksichtigung der bisherigen Erfahrungen grundsätzlich überdacht werden. Optimiertes Marktdesign kann Klimaschutzziele effizienter und effektiver erreichen, die Integration erneuerbarer Energien verbessern und zur Versorgungssicherheit beitragen. Die AG erarbeitet für das Zieljahr 2030, wie der Strommarkt für die Dekarbonisierung des Energiesystems gestaltet sein sollte und welche Handlungsoptionen sich ergeben. Hierzu werden das europäische Emissionshandelssystem, die Förderung erneuerbarer Energien sowie die Wechselwirkungen des Stromsektors mit den Sektoren Verkehr und Wärme beleuchtet. 

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Felix Müsgens (Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg) und Prof. Dr. Hartmut Weyer (Technische Universität Clausthal).

Der Klimawandel ist eine globale Herausforderung, die nur durch den weltweiten Aufbau eines klimaneutralen Energiesystems bewältigt werden kann. Die Corona-Pandemie macht deutlich, wie unmittelbar uns globale Krisen bedrohen können. Die in diesem Zusammenhang angestoßenen Konjunkturprogramme können aber auch Chancen eröffnen, den langfristigen Transformationsprozess in Richtung Treibhausgas-Neutralität zu unterstützen. Vor diesem Hintergrund bietet die anstehende EU-Ratspräsidentschaft Deutschlands die Gelegenheit, die Bemühungen im Klimaschutz in einem europäischen Kontext weiterzuentwickeln. Die Ad-hoc-Arbeitsgruppe „Energiewende 2030“ wird in ihrer Stellungnahme Handlungspfade für eine effektive und effiziente Klimaschutzpolitik im Energiebereich aufzeigen.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Robert Schlögl (Alexander von Humboldt-Stiftung) und Prof. Dr. Dr. h.c. Christoph M. Schmidt (RWI – Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung).

Durch den steigenden Einsatz erneuerbarer Energien wird Strom heute nicht mehr ausschließlich in Großkraftwerken produziert, sondern auch in kleineren Erzeugungseinheiten. So speisen immer mehr Privatpersonen, Unternehmen oder Kommunen mit eigenen Wind- oder Photovoltaikanlagen Strom ins Netz ein. Viele Bürgerinnen und Bürger sehen diese Entwicklung als Chance, die Energiewende aktiv mitzugestalten. Unklar ist jedoch, wie sich der Trend zur dezentralen Energieversorgung auf das Gesamtsystem auswirkt. Erwächst daraus eine funktionsfähige neue Systemarchitektur oder führt eine Fragmentierung des Energiesystems zunehmend zu Problemen?
Die Arbeitsgruppe will aufzeigen, wie zentrale und dezentrale Elemente zu einem stabilen Versorgungssystem integriert werden können. Dazu untersucht sie technische Möglichkeiten, rechtliche Rahmenbedingungen sowie politische, ökonomische und gesellschaftliche Fragestellungen.

Bioenergie hat einige Vorteile: Weil sie sich gut speichern lässt, kann man damit die Schwankungen von Wind- und Sonnenenergie ausgleichen oder Wärme erzeugen. Man kann aus Biomasse Kraftstoffe herstellen oder in Kombination mit der CCS-Technologie einsetzen, sodass der Atmosphäre Treibhausgase entzogen werden. Klimamodelle zeigen, dass dies in einigen Jahrzehnten erforderlich sein wird. Die Nachteile: Bleiben Nachhaltigkeitskriterien außer Acht, verursacht der Anbau von Energiepflanzen Treibhausgase, wirkt sich negativ auf Artenvielfalt und Bodenqualität aus und belastet die Gewässer. Die Arbeitsgruppe untersucht, wie man Bioenergie möglichst nachhaltig für die Energieversorgung nutzen und so zum Klimaschutz beitragen kann.

Geleitet wurde die AG von Prof. Gernot Klepper, Ph.D (Institut für Weltwirtschaft Kiel) und Prof. Dr. Daniela Thrän (Deutsches Biomasseforschungszentrum DBFZ/ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung − UFZ).

Die Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung und der Pariser Klimavertrag legen fest, dass die Erderwärmung langfristig auf deutlich unter 2 Grad begrenzt und die Welt in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts treibhausgasneutral werden soll. Dafür muss die europäische Energieversorgung gemeinschaftlich umgebaut werden. Die Arbeitsgruppe untersucht den rechtlichen, politischen und ökonomischen Rahmen der europäischen Energiepolitik, vor allem im Hinblick auf bestehende Hemmnisse bei der Errichtung der europäischen Energieunion. Darauf aufbauend entwickelt sie Leitlinien für eine Governance der Energieunion, die nachhaltig, sicher und bezahlbar ist und auf eine vollständige CO₂-Neutralität abzielt. Sie will aufzeigen, wie der Prozess optimal gesteuert werden könnte, wie die Aufgaben innerhalb der EU gerecht und effizient verteilt werden könnten und wie Zivilgesellschaft und Privatwirtschaft eingebunden werden sollten.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Sabine Schlacke (WWU Münster), Prof. Dr. Michèle Knodt (TU Darmstadt) und Prof. Dr. Christoph Böhringer (Universität Oldenburg).
 

*) Die Verwendung von Inhalten zu nichtwerblichen Zwecken ist mit Quellenangabe möglich. Bitte verwenden Sie als Quelle Schlacke et al. 2018, Akademienprojekt „Energiesysteme der Zukunft“.

Da gerade neue Energieinfrastrukturen lange im Voraus geplant werden müssen und hohe Investitionen erfordern, lassen sich einmal eingeschlagene Wege oft nur schwer wieder verlassen – es entstehen Pfadabhängigkeiten. Andererseits weiß heute noch niemand genau, welche Technologien 2050 verfügbar sein und was sie kosten werden. Wie kann man also heute schon sinnvolle Entscheidungen für das Energiesystem 2050 treffen? Dieser Frage geht die Arbeitsgruppe anhand der Beispiele „urbane Mobilität“ und „Güterverkehr“ nach. 

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Armin Grunwald (Karlsruher Institut für Technologie) und Prof. Dr.-Ing. Manfred Fischedick (Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH).

Um das politische Ziel von 80 bis 95 Prozent CO₂-Einsparung zu erreichen, genügt es nicht, nur die Stromerzeugung auf erneuerbare Energien umzustellen. Auch Wärmeversorgung und Verkehr müssen klimafreundlicher werden. Um das zu erreichen, werden die einzelnen Sektoren stärker miteinander vernetzt. Einen Ansatzpunkt bietet die Elektrifizierung: Elektroautos und Wärmepumpen können künftig ausschließlich mit Strom aus regenerativen Quellen betrieben werden. Power-to-X-Technologien wiederum kann man nutzen, um synthetisches Gas und Kraftstoffe herzustellen. Die Arbeitsgruppe analysiert mögliche Entwicklungspfade für eine stärkere Vernetzung der Sektoren und arbeitet heraus, welche Konsequenzen sich daraus für die Energieversorgung der Zukunft ergeben würden.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Eberhard Umbach (Karlsruher Institut für Technologie) und Prof. Dr. Hans-Martin Henning (Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme).

Bricht die Energieversorgung zusammen, drohen Schäden für Wirtschaft und Gesellschaft. Daher sollte das Energiesystem möglichst robust sein. Idealerweise „lernt“ es sogar aus Störfällen und ist danach besser auf künftige Ereignisse vorbereitet. Wie also kann eine sichere Energieversorgung auch dann gewährleistet werden, wenn mehrere unvorhergesehene Ereignisse zusammenkommen? Und welchen Einfluss hat die Energiewende auf die Widerstandskraft des Systems? Eine Arbeitsgruppe hat dazu beispielhafte „Bedrohungsszenarien“ entworfen und in einer Analyse beschrieben. Für die darauf aufbauende Stellungnahme hat sie Maßnahmen für ein resilientes Energiesystem der Zukunft herausgearbeitet.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Ortwin Renn (Forschungsinstitut für Nachhaltigkeit | am GFZ).

Um den Endenergiebedarf zu reduzieren, müssen auch Privatverbraucher sparsamer mit Energie umgehen. Eine hohe Stromrechnung führt jedoch nur selten dazu, dass Bürgerinnen und Bürger ihr Energieverbrauchsverhalten aktiv ändern. Auf Basis verhaltenswissenschaftlicher Erkenntnisse hat eine Arbeitsgruppe unter anderem analysiert, welche Anreize Privathaushalte zum Energiesparen motivieren können.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Ortwin Renn (Forschungsinstitut für Nachhaltigkeit | am GFZ).

Die Energiewende beeinflusst den Rohstoffbedarf: Während der Verbrauch von Kohle, Öl und Gas langfristig sinken soll, kann Bioenergie dazu beitragen, die schwankende Einspeisung aus Wind- und Solarenergie auszugleichen. Gleichzeitig werden mehr Metalle benötigt, um Erneuerbare-Energieanlagen, Speicher und Netze auszubauen. Die Arbeitsgruppe hat untersucht, wie Deutschland unabhängiger von Rohstoffimporten werden kann und welche Maßnahmen dazu beitragen, die Versorgung langfristig zu sichern.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Peter Herzig (GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel) und Prof. Dr.-Ing. Friedrich-Wilhelm Wellmer (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe).

Energieszenarien dienen häufig als Grundlage für politische Entscheidungen. Umso wichtiger ist es, dass die Ergebnisse nachvollziehbar und transparent sind. Viele beauftragte Institute legen ihre Rechenmodelle jedoch nicht offen. Auch wird nicht immer deutlich, ob Vorgaben der Auftraggeber die Ergebnisse beeinflussen. Um mehr Transparenz zu schaffen, hat die Arbeitsgruppe Leitlinien für die Arbeit mit Energieszenarien entwickelt.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Armin Grunwald (Karlsruher Institut für Technologie).

Die Einspeisung aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen schwankt in Abhängigkeit vom Wetter. Flexibilitätstechnologien müssen diese Schwankungen ausgleichen – mit flexiblen Kraftwerken, Speichern und Lastmanagement, das den Verbrauch mit dem Angebot in Einklang bringt. Doch welche Technologien verbinden Stabilität mit Nachhaltigkeit, Kosteneffizienz und gesellschaftlicher Akzeptanz? Eine Arbeitsgruppe hat mithilfe eines eigens entwickelten Rechenmodells rund 130 Systemkonstellationen verglichen.

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Dirk Uwe Sauer (RWTH Aachen) und Prof. Dr. Hans-Martin Henning (Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE).

Um die globale Erderwärmung zu begrenzen, müssen die Energieversorgungssysteme möglichst vieler Länder nachhaltiger werden. Daher wäre es sinnvoll, die deutsche Energiewendepolitik stärker mit der europäischen Energie- und Klimapolitik zu verzahnen. Eine Arbeitsgruppe hat die Voraussetzungen für ein international anschlussfähiges europäisches Modell herausgearbeitet und dabei insbesondere den europäischen Emissionshandel, die Förderung erneuerbarer Energien und den Strombinnenmarkt beleuchtet. 

Geleitet wurde die AG von Prof. Dr. Dr. h.c. Christoph M. Schmidt (RWI – Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung).