Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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  • Publication
    Kritisch für die Wertschöpfung - Rohstoffabhängigkeit der deutschen Wirtschaft
    ( 2024)
    Bähr, Cornelius
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    Fritsch, Manuel
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    Klink, Hilmar
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    Meeßen, Fabian
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    Zink, Benita
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    Stijepic, Denis orcid-logo
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    Tercero Espinoza, Luis Alberto orcid-logo
    Die zukunftsfeste Aufstellung der Versorgung Deutschlands mit mineralischen Rohstoffen ist für die Sicherung des Wirtschafts­standorts zentral. Gerade für Zukunfts­technologien und zur Begrenzung potenzieller Angebots­risiken, die sich nachteilig auf abhängige Wirtschaftszweige auswirken können, ist Versorgungs­sicherheit mit diesen Rohstoffen relevant. Dabei geht es um die gesamte Wertschöpfungs­kette von der Produktion bis zur Wiedergewinnung. Rohstoffe werden auch bereits in Gütern verarbeitet importiert und spielen hier eine Rolle. Eine von KfW Research in Auftrag gegebene und von IW Consult und Fraunhofer ISI erstellte Studie analysiert die rohstoffhaltige Wertschöpfung und Angebots­risiken entlang der Produktions- und Lieferketten für die Rohstoffe Kupfer, Lithium und die Gruppe der Seltenen Erden.
  • Publication
    Wissenschaftliche Transformationsstudie zur Dekarbonisierung der Wärmebereitstellung in der Region Hoyerswerda, Weißwasser und Spremberg bis 2050
    ( 2023)
    Pfluger, Benjamin
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    Hanßke, Anja
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    Ragwitz, Mario
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    Sporleder, Maximilian orcid-logo
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    Fritz, Markus orcid-logo
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    Kirbach, Ronny
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    Ruscheinski, Florian
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    Steinbach, Jan
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    Popovski, Eftim
    ;
    Haller, Johannes
    Die Umsetzung des Kohleausstiegs bis zum Jahr 2038 erfordert in den vom Strukturwandel betroffe nen Regionen einen deutlich beschleunigten Dekarbonisierungsprozess, insbesondere im Wärmesek tor. Vor diesem Hintergrund haben sich die Fernwärmeversorger der Städte Hoyerswerda, Spremberg und Weißwasser zusammengeschlossen, um gemeinsam Lösungen für eine umsetzbare, ökolo gische, sozialverträgliche, wirtschaftliche und sichere Energieversorgung in der Region zu ent wickeln. Hierbei werden sie maßgeblich von einem Konsortium unter Leitung der Fraunhofer-Einrich tung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG und unter Mitwirkung des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung ISI, der Tilia GmbH und der IREES GmbH im Rahmen einer wis senschaftlichen Transformationsstudie unterstützt. Mit dieser Studie nimmt das Konsortium eine Vorreiterrolle in Ostdeutschland ein und liefert eine Blau pause für den Dekarbonisierungs- und Transformationsprozess der Wärmeversorgung, die bundesweit übertragbar ist. Im Zuge der Studie wurden zunächst die Rahmenbedingungen für die zukünftige Wärmeversorgung in der Lausitz identifiziert und somit der Lösungsraum für die angestrebte Transformation definiert. Maßgebliche Themen, die in der Betrachtung berücksichtigt wurden, sind beispielsweise die Bevölke rungsentwicklung in der Region, die Entwicklung der Energiepreise und die Verfügbarkeit von Flächen für den Aufbau neuer Anlagentechnik. Weiter wurde der Status Quo der Wärmeversorgung in den drei Städten festgestellt und mit Hilfe von Prognosemodellen die Entwicklung des zukünftigen Wär mebedarfs bis 2050 ermittelt. Gleichermaßen wurden das Vorhandensein lokaler und überregionaler Erneuerbarer Energiequellen und deren Potenzial zur Deckung des zukünftigen Wärmebedarfs unter sucht. Aufbauend auf den grundlegenden Analysen ermittelte das Konsortium sowohl die Potenziale für den Ausbau und die Verdichtung der Wärmenetze in den drei Städten als auch für die Integration erneu erbarer Wärmequellen in die Wärmeversorgung. Mit Hilfe von Optimierungsmethoden wurden Ver sorgungsvarianten entwickelt, die zum einen die Kombination unterschiedlicher Technologien wie Wärmepumpen und Speicher berücksichtigen und gleichermaßen auf geeignete Wärmequellen zu rückgreifen, so dass die Stadtwerke mit Vorliegen der Studienergebnisse über eine solide Planungs grundlage verfügen, die nicht nur aus energetischer, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht Lösungen für eine resiliente Wärmeversorgung liefert. Mit der abschließenden Entwicklung eines gesamtheitlichen Umsetzungsprogrammes stellte das Pro jektkonsortium gemeinsam mit den Stadtwerken einen Fahrplan auf, der als Wegweiser für den Auf bau einer sicheren und bezahlbaren Wärmeversorgung in den drei Lausitzer Städten dient und den Pfad in eine klimaneutrale Zukunft aufzeigt. Mit der Studie ist es gelungen, allgemein anwendbare Methoden für das Vorgehen bei der Umsetzung der Wärmewende zu entwickeln, die auf den überwiegenden Teil aller Städte und Kommunen in Deutschland übertragbar sind.
  • Publication
    Szenarien für ein klimaneutrales Deutschland
    (Acatech, 2023)
    Ragwitz, Mario
    ;
    Weidlich, Anke
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    Biermann, Dirk
    ;
    Brandes, Julian
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    Brown, Tom
    ;
    Burghardt, Célia
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    Dütschke, Elisabeth orcid-logo
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    Erlach, Berit
    ;
    Fuss, Sabine
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    Geden, Oliver
    ;
    Gierds, Jörn
    ;
    Jochem, Patrick
    ;
    Herrmann, Ulrike
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    Fischedick, Manfred
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    Kost, Christoph
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    Luderer, Gunnar
    ;
    Schäfer, Mirko
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    Wiese, Frauke
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    Neuhoff, Karsten
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    Wagemann, Kurt
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    Winkler, Jenny
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    Zachmann, Bastian
    ;
    Zheng, Lin orcid-logo
  • Publication
    Study on Energy Storage
    (Publications Office of the European Union, 2023)
    Hoogland, Onne
    ;
    Fluri, Verena
    ;
    Kost, Christoph
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    Klobasa, Marian orcid-logo
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    Kühnbach, Matthias orcid-logo
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    Khanra, Manish orcid-logo
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    Antretter, Michelle
    ;
    Koornneef, Joris
    ;
    Weijde, Harry van der
    ;
    Satish, Aravind
    ;
    Battistutta, Elisa
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    Veum, Karina
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    Gorenstein Dedecca, João
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    Doorman, Anniek
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    Nuffel, Luc van
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    Cerny, Ondrej
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    Breitschopf, Barbara orcid-logo
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    Herbst, Andrea
    Flexibility of energy supply and demand becomes increasingly important with increasing shares of intermittent renewable electricity generation. Energy storage is one of the candidates to provide the required flexibility to the electricity system. Against this background, the Energy Transition Ex-pertise Centre was asked to deliver a study on energy storage to improve the understanding of energy storage technologies, their business case, and best practices for enabling the development of energy storage capacities.
  • Publication
    Modell Deutschland Circular Economy. Modellierung und Folgenabschätzung einer Circular Economy in 9 Sektoren in Deutschland
    ( 2023)
    Prakash, Siddharth
    ;
    Löw, Clara
    ;
    Antony, Florian
    ;
    Dehoust, Günter
    ;
    Stuber-Rousselle, Kevin
    ;
    Liu, Ran
    ;
    Gascón Castillero, Lucía
    ;
    López Hernandez, Viviana
    ;
    Hurst, Katharina
    ;
    Köhler, Andreas R.
    ;
    Schön-Blume, Nino
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    Loibl, Antonia orcid-logo
    ;
    Sievers, Luisa
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    Besler, Malte orcid-logo
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    Schicho, Michaela orcid-logo
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    Lotz, Meta Thurid orcid-logo
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    Eberling, Elisabeth orcid-logo
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    Langkau, Sabine orcid-logo
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    Herbst, Andrea
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    Tercero Espinoza, Luis orcid-logo
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    Doll, Claus
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    Pfaff, Matthias
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    Jacob, Klaus
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    Fiala, Valentin
    ;
    Helleckes, Helene
    Der Ressourcenverbrauch in Deutschland befindet sich auf einem sehr hohen Niveau. Die Entnahme und Aufbereitung von Rohstoffen sowie die Nutzung und Entsorgung der aus Rohstoffen produzierten Güter schaffen bzw. verschärfen viele Umweltprobleme, wie Verstärkung des Klimawandels, Verlust der biologischen Vielfalt, Bodendegradation und Wasserknappheit. Insbesondere ist die Einhaltung der Klimaziele ohne eine Reduktion des Rohstoffverbrauchs nicht möglich, da ein großer Anteil der Treibhausgase Deutschlands mit etwa 40 % auf die Entnahme und Verarbeitung von Rohstoffen zurückzuführen ist (UBA 2022b). Neben der Verschärfung von Umweltproblematiken ist ein hoher Rohstoffverbrauch auch ein Risikofaktor hinsichtlich der Energie- und Rohstoffversorgung. Er stärkt Abhängigkeiten von anderen Staaten. Nicht zuletzt bestehen große soziale und menschenrechtliche Probleme, die mit der Extraktion von Rohstoffen einhergehen. Um seinen Rohstoffbedarf zu senken, muss Deutschland eine umfassende und systematische Strategie entwickeln, wie der Übergang zu einer ganzheitlichen Circular Economy gelingen kann. Die vorliegende Studie wurde im Rahmen des Vorhabens „Modell Deutschland Circular Economy (MDCE)“ vom WWF Deutschland durchgeführt. Die modellbasierte ökologische und ökonomische Folgenabschätzung einer Circular Economy in Deutschland schafft fundierte, wissenschaftliche Grundlagen zur Ableitung von quantifizierbaren Zielen und Festlegung von Prioritäten. Sie deckt Folgendes ab: 9 Sektoren (Fahrzeuge und Batterien, Hoch- und Tiefbau, IKT und Haushaltsgeräte, Lebensmittel und Ernährung, Textilien, Möbel, Beleuchtung und Verpackungen), 63 Circular Economy-Maßnahmen (Betrachtung aller R-Strategien), 7 Wirkkategorien (Treibhausgasemissionen, Ressourceninanspruchnahme, Landnutzung, Biodiversität, Bruttowertschöpfung, Arbeitskräftebedarf und Rohstoffkritikalität und Versorgungssicherheit), 1 hybrides Modellsystem (Multiregionales Input-Output-Modell (EE-MRIO), Ökobilanz (LCA), Industrie-Simulationsmodell FORECAST und Materialflussmodell (MFA)).
  • Publication
    Impact-Studie Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III im Kontext des Forschungs- und Innovationsökosystems DESY
    (Fraunhofer ISI, 2023)
    Kroll, Henning orcid-logo
    ;
    Stahlecker, Thomas
    ;
    Zenker, Andrea orcid-logo
    Vor dem Hintergrund der laufenden Beantragung des strategischen Neubau- und Erweiterungsprojektes PETRA IV hat das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) eine Impact-Studie zur Abschätzung und Bewertung der Wirkungen der noch in Betrieb befindlichen Vorgängeranlage PETRA III vergeben. Ziel dieser Studie ist es dabei einerseits, die Bedeutung von PETRA III im wissenschaftlichen Kernbereich zu dokumentieren, andererseits, die auch im nichtwissenschaftlichen Bereich entstehenden Wirkungen abzuschätzen sowie relevante Wirkungskanäle und -mechanismen zu identifizieren. Insbesondere geht es hierbei im Wirkungen in den Bereichen Wirtschaft, Humankapitel und Gesellschaft. Betrachtet werden unterschiedliche Wirkungsbeziehungen, basierend auf der Diffusion wissenschaftlicher Erkenntnisse, Netzwerkeffekten, dem Transfer von Technologien, der Verausgabung von Gehältern, Sach- und Investitionskosten sowie der Verbesserung des öffentlichen Kenntnisstandes über die Bedeutung und Rolle von Forschungsinfrastrukturen.
  • Publication
    Vor-Ort-Systeme als flexibler Baustein im Energiesystem
    ( 2023-01)
    Flemming, Sebastian
    ;
    Bender, Tom orcid-logo
    ;
    Surmann, Arne
    ;
    Pelka, Sabine orcid-logo
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    Martin, Arne
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    Kühnbach, Matthias orcid-logo
    Im Rahmen der Kurzstudie werden verschiedene Szenarien für den Einsatz von Flexibilitätsoptionen in Verbindung mit unterschiedlichen Ansätzen zur Quartiersbetriebsführung am Beispiel eines konkreten Wohnquartiers untersucht und ausgewertet. Jedes der Szenarien verfolgt die Zielstellung der Steigerung des lokalen EE-Eigenverbrauchs und -versorgung im Quartier. Die Szenarienunterschiede resultieren aus der Frage, welche Flexibilitätsoptionen (Elektromobilität, Wärmepumpen, Energiespeicher) genutzt und wann sie zeitlich in welcher Ausprägung zum Einsatz kommen. Im Rahmen einer KPI-gestützten Auswertung erfolgt zusätzlich die Betrachtung, wie das Quartier für das vorgelagerte Energiesystem in Erscheinung tritt. Die Studie fokussiert sich hierbei auf die technische Quantifizierung der Möglichkeiten zur Nutzung von energetischen Flexibilitätspotenzialen und die aus dem Betrieb resultierenden Auswirkungen für das Quartier und auf das vorgelagerte Energiesystem. Darüber hinaus erfolgt eine sozialwissenschaftliche Betrachtung hinsichtlich der Akzeptanzsteigerung im Quartier.
  • Publication
    Technologische Souveränität Pharma/Biotech
    (Fraunhofer ISI, 2023)
    Reiß, Thomas orcid-logo
    ;
    Aichinger, Heike orcid-logo
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    Bührlen, Bernhard
    ;
    Frietsch, Rainer
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    Kroll, Henning orcid-logo
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    Schlüfter, Claudia orcid-logo
    Die technologische Souveränität des Pharmasektors in Deutschland und seine internationale Wett-bewerbsfähigkeit am Standort Deutschland wurden analysiert. Als Informationsbasis wurden Innovationsindikatoren erhoben sowie Literaturanalysen und Experteninterviews durchgeführt. Fünf als besonders relevant eingeschätzte Technologiefelder wurden detailliert analysiert: Gen- und Zelltherapie, RNA-Technologien, Biopharmazeutika, niedermolekulare Wirkstoffe und Impfstoffe Insgesamt erreicht Deutschland in keinem der analysierten Technikfelder eine international führende Wettbewerbsposition. Überwiegend ist die Positionierung durchschnittlich. Lediglich bei Biopharmazeutika schneidet Deutschland überdurchschnittlich ab. Technologiesouveränität im Sinne freier Entscheidungsräume im Innovationskontext ist aus Perspektive global agierender Unternehmen gegeben. Auf nationaler Ebene sind jedoch wesentliche Einflussfaktoren der Technologiesouveränität, wie Nutzung neuer Techniken (z. B. Digitalisierung), Unterstützung durch effektive Strukturen, der regulatorische Kontext, Humankapital eher ungünstig ausgeprägt, sodass Deutschland in keinem der betrachteten Technikfelder wirksam Handlungsautonomie entfalten und zukunftsorientiert Märkte gestalten kann und daher insgesamt technologische Souveränität einbüßt. Damit steigt auch das Risiko, in Krisenfällen unter Umständen nicht über eigene Kapazitäten und Netzwerke zu verfügen, um die bestehenden Bedarfe zu decken.