Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland 3

2024 , Gnann, Till , Speth, Daniel , Krail, Michael , Wietschel, Martin

Die Langfristszenarien zur Transformation des Energiesystems zeigen Perspektiven zu einem treibhausgasneutralen Deutschland bis zum Jahr 2045 auf. In diesem Teilbericht wird auf den Verkehrssektor fokussiert, der auch bis 2045 ohne Kohlendioxidemissionen auskommen muss. Die Entwicklung der Energienachfrage in den verschiedenen Verkehrsbereichen (Pkw, Lkw, Bus, Bahn, Schiffe, Flugzeuge) wird in drei Szenarien mit unterschiedlichem Fokus beschrieben: Direktelektrifizierung (T45-Strom), direkter Einsatz von Wasserstoff (T45-H2) und vornehmliche Nutzung flüssiger oder gasformiger Kohlenwasserstoffe (T45-PtG/PtL). Die Ergebnisse zeigen, dass die Minderungziele im Klimaschutzgesetz bis 2030 und 2045 sehr schwer zu erreichen sind und vor allem im Pkw- und Lkw-Bereich in den kommenden Jahren mehr Geschwindigkeit notwendig ist. Im Pkw, bei kleinen und mittleren Lkw (bis 12t) sowie im Kurzstreckenverkehr schwerer Lkw ist die Zukunft klar elektrisch. Im Lkw-Langstreckenverkehr gibt es noch verschiedene Optionen, deren Zukunft maßgeblich durch Energieträgerpreise und den notwendigen Infrastrukturaufbau geprägt werden. Im Schiffs- und Luftverkehr werden biogene und synthetische Kraftstoffe aufgrund der Energiedichte nach heutigem Wissensstand unumgänglich sein.

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Was bewegt die regionalen Energieversorger? Eine Marktanalyse von Strom-, Gas- und Wärmenetzbetrieben

2024 , Friedmann, Annabel , Oberle, Stella , Wietschel, Martin

Dieser Beitrag befasst sich mit der aktuellen Marktsituation von Strom-, Gas- und Wärmenetzbetrieben. Mittels einer Umfrage unter 1.024 Netzbetrieben in Deutschland sowie insgesamt 11 Expert*inneninterviews zeigt die Studie neben den Synergien und Konkurrenzsituationen auch Chancen sowie Herausforderungen sowie unterschiedliche Organisationsstrukturen auf.

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Direct Air Carbon Capture and Storage. Ein Gamechanger in der Klimapolitik?

2023 , Breitschopf, Barbara , Dütschke, Elisabeth , Duscha, Vicki , Haendel, Michael , Hirzel, Simon , Kantel, Anne , Lehmann, Sascha , Marscheider-Weidemann, Frank , Riemer, Matia , Tröger, Josephine , Wietschel, Martin

Bisherige Strategien zur Verminderung des Ausstoßes von Kohlendioxid-Emissionen reichen zur Eindämmung des Klimawandels wahrscheinlich nicht mehr aus. Eine Möglichkeit den Anteil an Kohlendioxid (CO2) in der Luft zu reduzieren, sind negative Emissionen, also die CO2-Entnahme aus der Luft mit anschließender Speicherung. Hierfür bieten sich verschiedene natürliche und technische Verfahren an. Eine dieser technischen Optionen ist Direct Air Capture and Carbon Storage (DACCS). Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI gibt im aktuellen Policy Brief einen Überblick über Chancen und Herausforderungen dieses Verfahrens.

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Direct Air Carbon Capture and Storage. A game changer in climate policy?

2023 , Breitschopf, Barbara , Dütschke, Elisabeth , Duscha, Vicki , Haendel, Michael , Hirzel, Simon , Kantel, Anne , Lehmann, Sascha , Marscheider-Weidemann, Frank , Riemer, Matia , Tröger, Josephine , Wietschel, Martin

Existing strategies to reduce carbon dioxide emissions are unlikely to be sufficient to mitigate climate change. One way to reduce the amount of carbon dioxide (CO2) in the air is through negative emissions, which is the removal of CO2 from the air followed by storage. Various natural and technical processes are available for this purpose. One of these technical options is Direct Air Capture and Carbon Storage (DACCS). In the current Policy Brief, the Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI provides an overview of the opportunities and challenges of this process.

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Künftige Wasserstoffpreise und Auswirkungen auf die Nachfrage

2024 , Wietschel, Martin

In der deutschen Wasserstoffstrategie wird von einem schnellen Anstieg von Angebot und Nachfrage ausgegangen. Doch die künftigen Wasserstoffpreise sind mit großen Unsicherheiten behaftet und werden eher unterschätzt. Deshalb sollte eine Konzentration auf die Bereiche erfolgen, die den Wasserstoff und seine Derivate unbedingt benötigen.

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The long term price elastic demand of hydrogen - A multi-model analysis for Germany

2024 , Weißenburger, Bastian , Wietschel, Martin , Lux, Benjamin , Rehfeldt, Matthias

Hydrogen and its derivatives are important components to achieve climate policy goals, especially in terms of greenhouse gas neutrality. There is an ongoing controversial debate about the applications in which hydrogen and its derivatives should be used and to what extent. Typically, the estimation of hydrogen demand relies on scenario-based analyses with varying underlying assumptions and targets. This study establishes a new framework consisting of existing energy system simulation and optimisation models in order to assess the long-term price-elastic demand of hydrogen. The aim of this work is to shift towards an analysis of the hydrogen demand that is primarily driven by its price. This is done for the case of Germany because of the expected high hydrogen demand for the years 2025-2045. 15 wholesale price pathways were established, with final prices in 2045 between 56 €/MWh and 182 €/MWh. The results suggest that - if climate targets are to be achieved - even with high hydrogen prices (252 €/MWh in 2030 and 182 €/MWh in 2045) a significant hydrogen demand in the industry sector and the energy conversion sector is expected to emerge (318 TWh). Furthermore, the energy conversion sector has a large share of price sensitive hydrogen demand and therefore its demand strongly increases with lower prices. The road transportation sector will only play a small role in terms of hydrogen demand, if prices are low. In the decentralised heating for buildings no relevant demand will be seen over the considered price ranges, whereas the centralised supply of heat via heat grids increases as prices fall.

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Transformation der Gasinfrastruktur zum Klimaschutz. Abschlussbericht

2023 , Wachsmuth, Jakob , Duscha, Vicki , Wietschel, Martin , Oberle, Stella , Herrmann, Ulrike , Graf, Marieke Emilie Anna , Pfluger, Benjamin , Sorayaei, Mona , Brandes, Frederik , Gehrmann, Stefan , Rommelfanger, Janosch , Isik, Volkan , Köppel, Wolfgang , Heneka, Maximilian , Zubair, Asif , Vayas, Louis

Mit der Revision des Klimaschutzgesetzes im Jahr 2021 hat sich Deutschland u. a. verbindlich das langfristige Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2045 treibhausgasneutral zu werden. Dies bedeutet, dass die Nutzung von fossilen Energieträgern vollständig zu vermeiden ist, insbesondere durch ein Ausschöpfen von Energieeffizienzpotenzialen und einen vollständigen Umstieg auf erneuerbare Energiequellen. Diesbezüglich hat sich ein weitgehender Konsens entwickelt, dass eine THG-neutrale Energieversorgung, selbst im Fall von einem hohen Maß an Elektrifizierung, Effizienz, Flexibilität, Speicherung und Sektorkopplung, ergänzend auf THG-neutrale gasförmige Energieträger angewiesen sein wird. Es stellt sich daher die Frage, ob bezüglich der Nutzung von erneuerbaren Gasen bestimmte Pfade zu bevorzugen sind und wie das Ausphasen von fossilem Erdgas und die künftige Nutzung erneuerbarer Gase gestaltet werden kann. Vor diesem Hintergrund werden in dieser Studie die Gasinfrastruktur und ihre Entwicklungsmöglichkeiten im Rahmen der Energie- und Klimaschutzziele der Bundesregierung beleuchtet sowie strategische Leitplanken für erforderliche infrastrukturelle Weichenstellungen für gasförmige Energieträger entwickelt. Ziel dieser Studie ist es, in kompakter Form einen Eindruck des Übergangs von Erdgas- zur Wasserstoffinfrastrukturen zu vermitteln. Dabei werden die wesentlichen Meilensteine, Hemmnisse, regulatorischen und technischen Anpassungsbedarfe im Verlauf des Transformationspfades dargestellt, unter Berücksichtigung der Anwendungsbreite von Wasserstoff und des Zeitpunkts des aufkommenden Wasserstoffbedarfs.

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Was wissen wir über Importe von grünem Wasserstoff und seinen Derivaten und was lässt sich daraus für eine deutsche Importstrategie ableiten?

2024 , Wietschel, Martin , Weißenburger, Bastian , Wachsmuth, Jakob , Müller, Viktor Paul

Eine im Rahmen des Forschungsprojekts »HyPat« durchgeführte Metastudie des Fraunhofer ISI hat existierende Studien zu Erzeugung, Produktion und Handel von Wasserstoff ausgewertet. Aus den in einem Impulspapier festgehaltenen Erkenntnissen wurden Handlungsempfehlungen für eine deutsche Wasserstoff-Importstrategie abgeleitet, die klar zwischen dem Import reinen Wasserstoffs und von Wasserstoffderivaten unterscheidet.

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# 1_Wasserstoffimporte

2023-02-03 , Pieton, Natalia , Herbst, Andrea , Wietschel, Martin

Martin Wietschel leitet das Competence Center Energietechnologien und Energiesysteme am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI. In dieser Folge gehen unsere Moderatorinnen Andrea & Natalia mit Martin Wietschel den Fragen nach, welche Wasserstoffmengen für welche Bereiche benötigt werden, wie hoch die heimischen Potentiale bzw. globalen Potentiale sind und warum die nationalen Potenziale an grünem Wasserstoff nicht ausreichen werden.

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Export Potentials of Green Hydrogen - Methodology for a Techno-Economic Assessment

2023 , Pieton, Natalia , Abdel-Khalek, Hazem , Graf, Marieke Emilie Anna , Drechsler, Björn , Lenivova, Veronika , Nolden, Christoph , Bergup, Emily Felicitas , Sinha, Mohammad , Fragoso García, Joshua , Franke, Katja , Kleinschmitt, Christoph , Müller, Viktor Paul , Wietschel, Martin , Holst, Marius , Weise, Friedrich , Voglstätter, Christopher

This working paper describes the quantitative and model-based methodology used in HYPAT to assess hydrogen and Power-to-X (PtX) export potentials in the countries Morocco, Ukraine, Namibia, Turkey, United Arab Emirates, Kenya, Chile, Canada, Brazil, and New Zealand. The results of the techno-economic assessment are further used as a basis for a global hydrogen and PtX atlas, and as an indication of the price development of hydrogen and PtX.

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