Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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  • Publication
    Development of 5G - Identifying organizations active in publishing, patenting, and standardization
    ( 2022)
    Buggenhagen, Magnus
    ;
    Blind, Knut orcid-logo
    Publications, patents, standard-essential patents (SEPs), and standard contributions are important indicators for the drivers in the technology development of 5G. However, current 5G technology reports predominately draw on patent data to identify technology developing organizations, ignoring the importance of publications and standard contributions. Therefore, we identify 5G technology developing organizations in publishing, patenting, and standardization and compile a unique dataset to identify leading organizations per category and to identify possible correlations and interdependencies. We find that for companies offering fair, reasonable, and non-discriminatory (FRAND) licensing conditions related to standard-essential patents, their publication, patent, and standard contribution counts highly correlate. Our findings suggest that 5G technology developing companies holding a high number of patents declared to 5G manage the three contributing factors of publishing, patenting, and standardization to optimize their impact on 5G technology development. Furthermore, we show that patenting and standardization are dominated by a few large companies from the United States, China, Korea, Japan, Finland, and Sweden, while publishing is much more globally distributed and not as concentrated. Our research suggests that scientific findings can be more easily published via scientific journals and that barriers might hinder filing patents and participating in standardization committees focusing on 5G, which only large companies overcome.
  • Publication
    Standard essential patents and global ICT value chains with a focus on the catching-up of China
    ( 2022)
    Laer, Maximilian von
    ;
    Blind, Knut orcid-logo
    ;
    Ramel, Florian
    Patents, standards and their combination, standard-essential patents (SEPs), are important in the information and communication technology (ICT) sector, in particular in mobile communication. We argue that SEPs are relevant in macroeconomic development and estimate the effect of a country's SEP portfolio on its value-added trade in global ICT value chains (GVC). We find that SEPs retain a higher share of value-adding domestically and that absorptive capacity is needed to join GVCs. China entered the SEP market late and is catching up rapidly. The trade effect of SEPs on China is different from that on matured economies because of the initially low value of its SEPs.
  • Publication
    Economic optima for buffers in direct reduction steelmaking under increasing shares of renewable hydrogen
    ( 2022)
    Haendel, Michael
    ;
    Hirzel, Simon orcid-logo
    ;
    Süß, Marlene
    While current climate targets demand substantial reductions in greenhouse gas emissions, the potentials to further reduce carbon dioxide emissions in traditional primary steel-making are limited. One possible solution that is receiving increasing attention is the direct reduction (DR) technology, operated either with renewable hydrogen (H2) from electrolysis or with conventional natural gas (NG). DR technology makes it possible to decouple steel and H2 production by temporarily using overcapacities to produce and store intermediary products during periods of low renewable electricity prices, or by switching between H2 and NG. This paper aims to explore the impact of this decoupling on overall costs and the corresponding dimensioning of production and storage capacities. An optimization model is developed to determine the least-cost operation based on perfect-foresight. This model can determine the minimum costs for optimal production and storage capacities under various assumptions considering fluctuatingH2 and NG prices and increasing H2 shares. The model is applied to a case study for Germany and covers the current situation, the medium term until 2030, and the long term until 2050. Under the assumptions made, direct reduced iron (DRI) storage mainly serves as long-term storage for several weeks, similar to usual balancing storage capacities. Storing H2, on the contrary, is used for short-term fluctuations and could balance H2 demand in the hourly range until 2050. From an economic perspective, DRI production using NG tends to be cheaper than using H2 in the short term, and potential savings from the flexible operation with storages are initially small. However, in the long term until 2050, NG andH2 could achieve similar total costs if buffers are used. Otherwise, temporarily occurring electricity prices pikes imply substantial increases in total costs if high shares of H2 need to be achieved.
  • Publication
    Krieg in der Ukraine: Auswirkungen auf die europäische und deutsche Importstrategie von Wasserstoff und Syntheseprodukten. Impulspapier
    (Fraunhofer ISI, 2022)
    Wietschel, Martin
    ;
    Roth, Florian
    ;
    Fragoso García, Joshua
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    Herbst, Andrea
    ;
    Kleinschmitt, Christoph
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    Wittmann, Florian orcid-logo
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    Breitschopf, Barbara orcid-logo
    ;
    Zheng, Lin orcid-logo
    ;
    Eckstein, Johannes
    ;
    Neuwirth, Marius orcid-logo
    ;
    Pfluger, Benjamin
    ;
    Ragwitz, Mario
    ;
    Löschel, Andreas
    ;
    Biesewig, Lars
    ;
    Thiel, Zarah
    ;
    Voglstätter, Christopher
    ;
    Nunez, Almudena
    ;
    Quitzow, Rainer
    ;
    Kunze, Robert
    ;
    Stamm, Andreas
    ;
    Strohmaier, Rita
    ;
    Lorych, Ludger
    Der Angriffskrieg von Russland auf die Ukraine hat auf vielen Seiten zur Erkenntnis geführt, dass die bisher geltende Gewissheit, dass enge Handelsbeziehungen zu einer stabilen Energieversorgung führen, zu hinterfragen ist. Das Zukunftsthema Wasserstoff ist davon in besonderem Maße betroffen. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich das Impulspapier unter anderem mit neuen Ansätzen der Bewertung von Partnerländern beim Wasserstoffimport, der Entwicklung von Importkosten und den Potenzialen für eine Wasserstoffherstellung in der EU. Zudem geht das Papier auf die künftige wirtschaftliche Entwicklung der Ukraine durch die Erzeugung und den Transport von Wasserstoff ein.
  • 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
    Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Ariadne-Report. Zusammenfassung
    ( 2021)
    Luderer, Gunnar
    ;
    Günther, Claudia
    ;
    Sörgel, Dominika
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    Kost, Christoph
    ;
    Benke, Falk
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    Auer, Cornelia
    ;
    Koller, Florian
    ;
    Herbst, Andrea
    ;
    Reder, Klara
    ;
    Böttger, Diana
    ;
    Ueckerdt, Falko
    ;
    Pfluger, Benjamin
    ;
    Wrede, Daniel
    ;
    Strefler, Jessica
    ;
    Merfort, Anne
    ;
    Rauner, Sebastian
    ;
    Siala, Kais
    ;
    Schlichenmaier, Simon
  • Publication
    Rohstoffe für Zukunftstechnologien 2021
    (Deutsche Rohstoffagentur, 2021)
    Marscheider-Weidemann, Frank orcid-logo
    ;
    Langkau, Sabine orcid-logo
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    Eberling, Elisabeth orcid-logo
    ;
    Erdmann, Lorenz orcid-logo
    ;
    Haendel, Michael
    ;
    Krail, Michael orcid-logo
    ;
    Loibl, Antonia orcid-logo
    ;
    Neef, Christoph orcid-logo
    ;
    Neuwirth, Marius orcid-logo
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    Rostek, Leon orcid-logo
    ;
    Shirinzadeh, Saeideh orcid-logo
    ;
    Stijepic, Denis orcid-logo
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    Tercero Espinoza, Luis A. orcid-logo
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    Baur, Sarah-Jane
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    Billaud, Mathilde
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    Deubzer, Otmar
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    Maisel, Franziska
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    Marwede, Max
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    Rückschloss, Jana
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    Tippner, Max
    Die neue Studie "Rohstoffe für Zukunftstechnologien 2021" wurde durch das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI sowie das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM im Auftrag der DERA erstellt. In der Studie werden 33 Zukunftstechnologien im Detail betrachtet. In unterschiedlichen Szenarien wird untersucht, welche Impulse eine künftige industrielle Nutzung von Zukunftstechnologien auf die Rohstoffnachfrage auslöst und auf welche Rohstoffe solche Innovationen besonders angewiesen sind.
  • Publication
    Import von Wasserstoff und Wasserstoffderivaten: Von Kosten zu Preisen
    (Fraunhofer ISI, 2021)
    Wietschel, Martin
    ;
    Eckstein, Johannes
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    Riemer, Matia
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    Zheng, Lin orcid-logo
    ;
    Lux, Benjamin orcid-logo
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    Neuner, Felix
    ;
    Breitschopf, Barbara orcid-logo
    ;
    Fragoso García, Joshua
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    Kleinschmitt, Christoph
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    Pieton, Natalia orcid-logo
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    Nolden, Christoph orcid-logo
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    Pfluger, Benjamin
    ;
    Thiel, Zarah
    ;
    Löschel, Andreas
    Nach heutigem Kenntnisstand wird Deutschland zur Erreichung seiner ambitionierten Ziele auf den Import von Wasserstoff und Wasserstoffderivaten angewiesen sein. Vor dieser Problemstellung wird hier erstmals ein Ansatz vorgestellt, wie man sich eine künftige Marktentstehung vorstellen kann und wie man von Herstellkosten zu Preisen kommen könnte. Hierzu wird die Entwicklung eines partiellen Gleichgewichtsmodells skizziert mit preiselastischen Angebots- und Nachfrage-funktionen und den Einbezug von Transportkosten. In diesem werden auch die Länderrisiken und der Einfluss der Regulierung berücksichtigt.
  • Publication
    A conceptual framework for understanding rebound effects with renewable electricity: A new challenge for decarbonizing the electricity sector
    ( 2021)
    Galvin, Ray
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    Dütschke, Elisabeth orcid-logo
    ;
    Weiß, Julika
    We develop a conceptual framework for investigating rebound effects that occur consequent to increases in renewable electricity generation and use. This is vitally important due to countries' emerging commitments to decarbonize economies through sector-coupling and strategies such as the large-scale use of ""green"" hydrogen produced by electrolysis from renewable electricity. Rebound effects have been extensively studied in relation to energy efficiency, where they represent short falls in the achievement of expected energy savings after efficiency upgrades. We identify four clear elements that are essential to rebound studies to date: (a) an energy efficiency increase; (b) an associated short fall in energy savings;(c) a clear chain of cause-and-effect from (a) to (b); and (d) a transparent, policy-useful means of quantifying the rebound effect. Our contribution to the literature is that we transfer this schema to the domain of renewable electricity, focusing on ""an increase in renewable energy"" for (a) and appropriate modifications to (b), (c) and (d).We offer this schema as a useful framework for research moving forward into rigorous and detailed investigation of rebound effects in the domain of renewable electricity.