Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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  • Publication
    Internationale Kooperationen im Bereich Umwelttechnologie und die Rolle Deutschlands
    (UBA, 2022)
    Gandenberger, Carsten
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    Ostertag, Katrin orcid-logo
    In den vergangenen Jahren ließ sich ein starkes Wachstum der Umweltinnovationsaktivitäten in Schwellenländern beobachten. Angesichts dieser Entwicklung stellt sich die Frage, ob das deutsche Innovationssystem offen genug ist, um die sich dadurch ergebenden Chancen für die internationale technische Zusammenarbeit zu nutzen. Um dieser Frage nachzugehen, erfolgt in diesem Bericht eine Bestandsaufnahme der internationalen Kooperationsaktivitäten mit Fokus auf internationale Ko-Publikationen, internationale Ko-Patente, ausländische F&E-Direktinvestitionen deutscher Unternehmen sowie den internationalen Handel mit Umwelttechnologien.
  • Publication
    Innovationsmotor Umweltschutz: Forschung und Patente in Deutschland und im internationalen Vergleich
    (UBA, 2022)
    Gehrke, Birgit
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    Ingwersen, Kai
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    Schasse, Ulrich
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    Ostertag, Katrin orcid-logo
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    Marscheider-Weidemann, Frank orcid-logo
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    Rothengatter, Oliver orcid-logo
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    Sievers, Luisa
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    Stijepic, Denis orcid-logo
    Weltweit werden immer größere Anstrengungen zum Schutz und zur Verbesserung von Umwelt und Klima unternommen. Diese Entwicklung schlägt sich nicht nur in wachsenden Kosten und Investitionen für Umweltschutz nieder, sondern hat auch zu einer wachsenden Bedeutung der internationalen Innovationsanstrengungen für Umweltschutzlösungen geführt. Die Studie untersucht anhand verschiedener Indikatoren zu Forschung und Entwicklung von Staat und Wirtschaft sowie zu den Patentanmeldungen die deutschen und internationalen Strukturen und Entwicklungen in der Umweltforschung. In längerfristiger Sicht sind sowohl in Deutschland als auch weltweit die öffentlichen FuE-Budgets in diesem Bereich deutlich gestiegen - mit klaren strukturellen Verschiebungen zulasten von physischer Umweltforschung (Abfall, Wasser, Boden, Lärm) und zugunsten von Energie- und Klimaschutzforschung. Maßgeblicher Treiber dieser Entwicklung war zunächst vor allem der Bereich der erneuerbaren Energien. Erst im Verlauf der letzten Dekade sind innovative Energieeffizienzlösungen und Speichertechnologien weltweit stärker in den Fokus gerückt. Die Patentaktivitäten weisen Deutschland weiterhin als ein Land aus, das (eher) zu den führenden Nationen im Bereich der Umwelttechnologien zählt. Jedoch ist die Zahl der Patentanmeldungen rückläufig, sodass die Dynamik bei Umwelttechnologien weiter hinter der Dynamik der allgemeinen technologischen Entwicklung zurückbleibt. Das Bild ist stark von den Entwicklungen bei Klimaschutztechnologien geprägt.
  • Publication
    Digitalisation of energy flexibility
    (European Union, 2022)
    Antretter, Michelle
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    Klobasa, Marian orcid-logo
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    Kühnbach, Matthias
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    Singh, Mahendra
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    Knorr, Kaspar
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    Schütt, Jonathan orcid-logo
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    Boer, Jordy de
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    Rolser, Ole
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    Hernandez Diaz, Diego
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    Fitzschen, Franziska
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    Garcerán, Andrés
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    Reina, Ricardo
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    Stemmer, Stefanie
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    Steinbach, Jan
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    Popovski, Eftim
    In 2019, the European Commission announced its European Green Deal, a set of policy initiatives to curb CO2 emissions across the economy by 2050, and in summer 2021 the Commission presented the Fit for 55 package, which set an intermediate target to reduce emissions by 55% from 1990 levels by 2030. Additionally, Fit for 55 would, among other initiatives, increase the target share of renewables in the overall energy mix from 32% to 40% by 2030. Currently, 20% of all energy in the European Union comes from renewable sources; achieving the Fit for 55 goal would mean a doubling of renewable energy sources in the next nine years. For the energy sector, achieving this target will entail shifting from conventional to renewable energy sources at an increased pace. Most renewable energy sources, such as wind and solar, are fluctuating and non-dispatchable; that is, they cannot be controlled by grid operators or market needs but instead are weather-dependent. This fluctuation in supply can create mismatches between generation and demand that requires additional flexibility to equilibrate the power system. This report, researched and written by the Energy Transition Expertise Centre (EnTEC) under the auspices of the European Union looks at topics related to energy transition and focuses on potential solutions for enabling a renewables-based power system that are primarily at least strongly digital. It mainly examines digitally enabled flexibility solutions that leverage existing infrastructure, and does not include purpose-built non-digital flexibility solutions such as utility-scale batteries and gas power plants. EnTEC will support the transformation of the EU energy system by monitoring and analysing trends in technologies and innovations and their impacts on the ongoing energy transition. It will provide the European Commission with recommendations for policy responses and triggering the debate regarding societal changes required to achieve the European Green Deal targets.
  • Publication
    Metastudie Wasserstoff. Was lässt sich aus Energiesystemstudien schlussfolgern?
    ( 2022)
    Wietschel, Martin
    ;
    Hebling, Christopher
    Im Auftrag des Nationalen Wasserstoffrats haben die drei Fraunhofer-Institute ISI, ISE und IEG in einer Metastudie die potentielle Nachfrage nach Wasserstoff sowie Wasserstoffderivaten bis 2050 analysiert. Hierzu wurden aktuelle Systemstudien für die EU und für Deutschland mit Szenarien für einen ambitionierten Klimaschutz analysiert. Die ausgewerteten Studien haben eine (stark techno-ökonomische) Systemsicht aus einer Energieperspektive heraus. Nicht alle Aspekte eines Transformationspfades (z. B. heimische Arbeitsplätze und Wertschöpfung, bestehende Regulierung, beschlossene Fördermaßnahmen etc.) werden dabei berücksichtigt. Diese Studien arbeiten mit Szenarien, die keine Vorhersagen darstellen, sondern die möglichen Entwicklungen und techno-ökonomische Pfade unter verschiedenen Annahmen abbilden.
  • Publication
    Hydrogen technology is unlikely to play a major role in sustainable road transport
    ( 2022)
    Plötz, Patrick orcid-logo
    Technical and economic developments in battery and fast-charging technologies could soon make fuel cell electric vehicles, which run on hydrogen, superfluous in road transport.
  • Publication
    Technische und menschliche Unterstützung von Menschen mit Behinderungen - Anforderungen an eine gelingende Inklusion
    ( 2022)
    Bratan, Tanja orcid-logo
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    Nierling, Linda
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    Maia, Maria
    Die Schaffung einer inklusiven, reflexiven und innovativen Gesellschaft wird in Deutschland aktuell u.a. mit dem Nationalen Aktionsplan zur UN-Behindertenrechtskonvention 2.0 umgesetzt. Dennoch besteht bei der Inklusion von Menschen mit Behinderungen auf praktischer Ebene Verbesserungsbedarf, so existieren bspw. Herausforderungen in Bezug auf die gesellschaftliche Akzeptanz oder den Zugang zu bedarfsgerechten Assistiven Technologien (AT). Diese haben bei der Inklusion eine wichtige Funktion, da sie ihre Benutzer:innen in der alltäglichen Lebensführung oder der Teilhabe am Arbeitsmarkt unterstützen können. Eine wesentliche Rolle für dieses Unterstützungspotenzial - sowohl für Low- als auch für Hightech-Lösungen - spielen die Zugänglichkeit und die Kosten, aber auch die Akzeptanz von AT, die wesentlich verbessert werden kann, wenn ein nutzerorientierter Design- und Entwicklungsprozess verfolgt wird. Eine verantwortungsvolle Begleitung des Innovationsprozesses ist vor allem auch dann wichtig, wenn es um neue Entwicklungen im Feld der AT, z.B. künstliche Intelligenz, geht. Für eine gelingende Inklusion spielt neben der nutzerorientierten Technikgestaltung auch die staatliche Regulierung eine wichtige Rolle, da so die Einbettung und Nutzung von AT auf der persönlichen Ebene gefördert werden kann. Anhand von zwei Szenarien werden im Kapitel unterschiedliche Zukunftspfade für die Unterstützung der Inklusion durch AT aufgezeigt. Wesentliche Faktoren für die zukünftige Entwicklung sind das gesellschaftliche Klima und die soziale Einbettung technischer Lösungen. Drei Handlungsfelder für eine gelingende Inklusion können abgeleitet werden: 1) Die Bereitstellung sowohl menschlicher und technischer Unterstützungsmöglichkeiten, abgestimmt auf die individuellen Bedürfnisse und Fähigkeiten, 2) die strategische Priorisierung der breiten Verfügbarkeit von AT, parallel dazu die Entwicklung von Hightech-Lösungen, die eines Tages breit verfügbar sein könnten, und 3) die Förderung eines inklusionsfreundlichen gesellschaftlichen Klimas.
  • Publication
    A dynamic material flow analysis of the global anthropogenic zinc cycle: Providing a quantitative basis for circularity discussions
    ( 2022)
    Rostek, Leon orcid-logo
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    Tercero Espinoza, Luis A. orcid-logo
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    Goldmann, Daniel
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    Loibl, Antonia orcid-logo
    Accurate and up-to-date accounting of material stocks and flows is an important quantitative basis for current Circular Economy discussions. Herein, we describe the application of dynamic material flow analysis to model the global anthropogenic zinc cycle in the period 1900 to 2019 and yielding results for 1980-2019. Results show that approx. 250 Mt of zinc were globally in use in 2019, which equals the 19-fold mine production of the same year. Between 2010 and 2019, 34 Mt of Zn in fabrication and manufacturing scrap (new scrap) and 77 Mt of Zn in end-of-life products (old scrap) became available for recycling. Of these, approx. 52 Mt of zinc were recycled, the majority (42 Mt) via direct reuse in production processes and a smaller part via refineries. The recycling input rate of 29% and the end-of-life recycling rate of 27%, both averaged between 2010 and 2019, point to opportunities for increased circularity. Nearly half of the overall cycle losses occur in the end-of-life waste collection, so that measures for more circularity should be taken at this lifecycle phase. Further considerable zinc losses arise within steel recycling, where zinc transfers to steel mill dusts. These dusts are more and more used for zinc recycling, but still underutilized. Despite existing recycling challenges, the overall modeling results show that recycling flows and recycling rates rose in the last decade.