Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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Implications of hydrogen import prices for the German energy system in a model-comparison experiment

2024 , Schmitz, Richard , Brandes, Julian , Nolte, Hannah , Kost, Christoph , Lux, Benjamin , Haendel, Michael , Held, Anne

With its ability to store and transport energy without releasing greenhouse gases, hydrogen is considered an important driver for the decarbonisation of energy systems. As future hydrogen import prices from global markets are subject to large uncertainties, it is unclear what impact different hydrogen and derivative import prices will have on the future German energy system. To answer that research question, this paper explores the impact of three different import price scenarios for hydrogen and its derivatives on the German energy system in a climate-neutral setting for Europe in 2045 using three different energy system models. The analysis shows that the quantities of electricity generated as well as the installed capacities for electricity generation and electrolysis increase as the hydrogen import price rises. However, the resulting differences between the import price scenarios vary across the models. The results further indicate that domestic German (and European) hydrogen production is often cost-efficient.

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Potenziale einer Wasserstoffwirtschaft aus wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Perspektive

2022 , Wietschel, Martin , Dütschke, Elisabeth , Neuwirth, Marius , Scherrer, Aline , Zheng, Lin , Gerhardt, Norman , Herkel, Sebastian , Jahn, Matthias , Lozanovski, Aleksandar , Pfluger, Benjamin , Pieton, Natalia , Ragwitz, Mario , Schnabel, Frieder

Um ein umfassendes Gesamtbild für eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft zu zeichnen, werden unterschiedliche Szenarien für Klimaziele und Energienachfrage betrachtet und die wesentlichen Themen wirtschaftliche Relevanz, Wertschöpfung, Klimabeitrag, Akzeptanz und Nachfrage von Wasserstoff beleuchtet. Das Kapitel startet mit einem Abschnitt zur wirtschaftlichen Relevanz von Wasserstoff sowie darauf basierenden Syntheseprodukten und gibt einen Ausblick auf den potenziellen Wasserstoffmarkt der Zukunft. Es zeigt die Wertschöpfungskette einer klimaneutralen Wasserstoffwirtschaft auf und thematisiert resultierende Umsatz- und Arbeitsmarktpotenziale und letztlich die damit verbundenen Chancen für die deutsche Industrie. Im Anschluss wird der Beitrag zur Erreichung von Klima- und Umweltzielen durch den Einsatz von Wasserstoff diskutiert, wobei das Treibhausgasminderungspotenzial der Wasserstoffherstellung in Abhängigkeit seiner Rohstoffe beschrieben wird. Schließlich werden drei wesentliche Dimensionen für die Akzeptanz und den Abbau von Barrieren für eine Wasserstoffwirtschaft thematisiert und abschließend die Herausforderungen und Chancen einer Wasserstoffwirtschaft für die wesentlichen Nachfragesektoren Industrie, Verkehr, Wärme und Energie diskutiert.

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Hydrogen technologies in energy systems

2022 , Bard, Jochen , Gerhardt, Norman , Plaisir, Marie , Schröer, Ramona , Held, Anne , Henning, Hans-Martin , Kost, Christoph , Pfluger, Benjamin , Ragwitz, Mario , Reuter, Andreas

This chapter compares the role of hydrogen and synthetic energy carriers in energy systems and discusses certain aspects of them. To this end, we have examined systemic studies that consider the existing interactions between demand, production, facility locations and the construction and use of power, gas and heating networks.

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Einsatz von Wasserstofftechnologien im Energiesystem

2022 , Bard, Jochen , Gerhardt, Norman , Plaisir, Marie , Schröer, Ramona , Held, Anne , Henning, Hans-Martin , Kost, Christoph , Ragwitz, Mario , Pfluger, Benjamin , Reuter, Andreas

Das Kapitel vergleicht die Rolle von Wasserstoff und synthetischen Energieträgern im Energiesystem und diskutiert ausgewählte Aspekte. Hierfür wurden Systemstudien herangezogen, die bestehendeWechselwirkungen zwischen Nachfrage, Erzeugung, räumlicher Verortung der Anlagen und den Aufbau und die Nutzung von Strom-, Gas- und Wärmenetzinfrastruktur berücksichtigen.

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Fortschrittsbericht zur Digitalisierung des Energiesystems

2024 , Bergsträßer, Jonathan , Berkhout, Volker , Klaiber, Stefan , Klobasa, Marian , Kohrs, Robert , Linnartz, Philipp , Naumann, Steffi , Nicolai, Steffen , Schmidt, Dietrich , Welisch, Marijke , Wende-von Berg, Sebastian , Wickert, Manuel , Wille-Haußmann, Bernhard

Die Digitalisierung ist ein hochgradig relevanter Schlüsselprozess für die Energiesystemtransformation - Details dazu hat der Fraunhofer Exzellenzcluster CINES im Jahr 2022 erforscht und in 14 Thesen zusammengefasst. In 2023 wurden in Zusammenarbeit mit Praxispartner:innen aus der Energiewirtschaft politische und regulatorischen Änderungen in der digitalen Energiewirtschaft analysiert und ausgewertet. Der Fortschrittsbericht zeigt die Fortschritte der Digitalisierung auf und erörtert Handlungsbedarfe und Weiterentwicklungspotenziale. Wichtige Erkenntnisse sind: Positive Fortschritte gibt es u.a. durch gesetzliche und regulatorische Neuerungen wie beispielsweise beim §14a EnWG oder dem Gesetz zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende (GNDEW). Es mangelt an einem integrativen Zielbild - ein solches kann für mehr Klarheit und Orientierung bei der Digitalisierung des Energiesystems in Deutschland und Europa sorgen. Um Lücken, Handlungsbedarfe und positiven Fortschritt besser zu erkennen, erfordert es ein gemeinsames Verständnis für die Orientierung und Ausrichtung auf die Digitalisierung. Dafür ist es unter anderem notwendig ein handlungsanleitendes Zukunftsbild zu schaffen, die kommunikative Übersetzung und die Verständlichkeit von regulatorischen Änderungen zu verbessern, Kompetenzen für technologische Lösungen, bspw. für notwendige Cyberresilienz und kritischen Infrastrukturen, aufzubauen und Investitionen zu tätigen, um mehr finanzielle Mittel für die Digitalisierung der Energiesystemtransformation zur Verfügung zu haben.

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Die internationale Dimension der Wasserstofftechnologien im Energiesystem

2022 , Gerhardt, Norman , Pfennig, Maximilian , Hebling, Christopher , Schlüter, Kira , Ranzmeyer, Ombeni , Wietschel, Martin , Pieton, Natalia , Kschammer, Kristin , Ragwitz, Mario

Weitgehender internationaler Common Sense ist, dass aus Gründen des Ressourcen- und Klimaschutzes die Verwendung fossiler Energieträger bis Mitte des Jahrhunderts vollständig beendet und ein Großteil unserer Produktionsprozesse mit dem Ziel einer Kreislaufwirtschaft umgebaut werden muss. Hierbei kommt CO2-neutral hergestelltem Wasserstoff eine Schlüsselrolle zu, ebenso wie den daraus synthetisch hergestellten längerkettigen Molekülen, stofflichen Energieträgern und Chemierohstoffen in einer Vielzahl von Produkten in der Mobilität und in der Industrie. Da Ressourcennutzung und CO2-Produktion sich in ihren Auswirkungen grundsätzlich international niederschlagen, kann auch dieser Transformationsprozess nur mit einer internationalen Zusammenarbeit nach gemeinsam definierten Regeln bewältigt werden. Dies betrifft die Erforschung und Entwicklung der entsprechenden Technologien ebenso wie deren Anwendung und Förderung. Der Beitrag liefert einen Überblick über Vereinbarungen, Initiativen, Ziele und Erfolge dieser internationalen Zusammenarbeit.

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The potential of a hydrogen economy: an economic and social perspective

2022 , Wietschel, Martin , Dütschke, Elisabeth , Neuwirth, Marius , Scherrer, Aline , Zheng, Lin , Gerhardt, Norman , Herkel, Sebastian , Jahn, Matthias , Lozanovski, Aleksandar , Pfluger, Benjamin , Pieton, Natalia , Ragwitz, Mario , Schnabel, Frieder

In order to create a comprehensive overview of a future hydrogen economy, different climate target and energy demand scenarios will be considered and the key issues of economic relevance, value creation, climate protection, public support and demand for hydrogen will be examined. This chapter starts with a section on the economic relevance of hydrogen and hydrogen-based synthesis products and makes predictions as to how a potential hydrogen market may develop in the future. It then discusses the value chain that would result from a climate-neutral hydrogen economy and addresses the sales and labor market potential that chain would give rise to. Lastly, it highlights the opportunities this would present for German industry. Subsequently, the chapter focuses on how the use of hydrogen can help achieve climate and environmental targets, including an explanation of how hydrogen production can potentially help to reduce greenhouse gas generation, depending on which raw materials are used. Finally, three essential factors for achieving public support for and removing the barriers to a hydrogen economy will be discussed, followed by the challenges and opportunities that a hydrogen economy would present for the key demand sectors of industry, transportation, heating and energy.

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Clean Hydrogen Deployment in the Europe-MENA Region from 2030 to 2050

2023 , Braun, Jan , Frischmuth, Felix , Gerhardt, Norman , Pfennig, Maximilian , Schmitz, Richard , Wietschel, Martin , Carlier, Benjamin , Réveillère, Arnaud , Warluzel, Gilles , Wesoly, Didier

This paper assesses the technical feasibility and socio-economic aspects of the European Union’s (EU) REPowerEU target of producing, importing, and transporting 20 million tonnes (Mt) of clean hydrogen by 2030. Due to their geographical proximity, low-cost hydrogen production potential and existing gas infrastructure, six MENA (‘Middle East and North Africa’) countries are considered key players for realizing the REPowerEU import target: Morocco, Algeria, Tunisia, Libya, Egypt, and Saudi Arabia. The central questions addressed by this paper are: What hydrogen production and import volumes are technically feasible in the Europe-MENA region? Can imports from the MENA countries be integrated into the existing European natural gas grid? How much technical storage capacity is available for hydrogen in the Europe-MENA region? What socio-economic issues must be considered in a strategic analysis of clean hydrogen deployment in the Europe-MENA region?

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Digitalisierung des Energiesystems - 14 Thesen zum Erfolg

2022 , Bergsträßer, Jonathan , Gkoktsis, George , Hirsch, Tilo , Klaiber, Stefan , Klobasa, Marian , Kohrs, Robert , Lauer, Hagen , Nicolai, Steffen , Offergeld, Thomas , Rülicke, Linda , Schmidt, Dietrich , Warweg, Oliver , Welisch, Marijke , Wende-von Berg, Sebastian , Werner, Daniel , Wickert, Manuel

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Hydrogen technologies in the energy system: the international perspective

2022 , Hebling, Christopher , Schlüter, Kira , Ranzmeyer, Ombeni , Gerhardt, Norman , Pfennig, Maximilian , Wietschel, Martin , Pieton, Natalia , Kschammer, Kristin , Ragwitz, Mario

Across the world, it’s widely accepted that in order to conserve resources and protect the climate, we must phase out the use of fossil fuels entirely by the middle of the century. Furthermore, a large portion of our production processes must be converted in pursuit of a circular economy. The key elements in this process will be hydrogen produced through carbon-neutral processes, the longer-chain molecules that are synthetically produced in this process, and material energy carriers and chemical raw materials in a large number of mobility and industry-related products. Since the effects of using up resources and producing CO2 are fundamentally a matter of international concern, the transformation process can only take place if there is international collaboration based on a common set of defined rules. This applies to the research on and development of the relevant technologies, as well as their application and promotion. The chapter will provide an overview of the agreements, initiatives, goals and successes associated with this international collaboration.

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