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Systemforschung

Das Energiekonzept der Bundesregierung zielt auf die langfristige Reduktion der Klimagas-Emissionen und ist als Leitlinie einer energiepolitischen Gesamtstrategie zu sehen, die nicht nur den Kernenergieausstieg beinhaltet. Das Energiekonzept umfasst alle Sektoren der Energieversorgung von der Umwandlung, über Industrie, Verkehr bis zu Haushalten. Wesentliche Säulen sind die forcierte Nutzung erneuerbarer Energien und die Verbesserung von Energieeffizienz. Diese Strategie kann nur dann erfolgreich umgesetzt werden, wenn es gelingt durch technische Entwicklungen und Markteinführung – wie zum Beispiel von Elektroautos, Wärmedämmsytemen und Speichertechnologien - dazu beizutragen, den Energieverbrauch und damit die KIimagas-Emissionen nachhaltig zu senken. Nicht alle Techniken sind bereits heute verfügbar, und es sind zunächst erhebliche Forschungs- und Entwicklungsbemühungen auf energietechnischer Seite erforderlich.

Diese Leitlinie scheint auf den ersten Blick für Forschung und Entwicklung einfach umsetzbar, aber welche Techniken und Technologielinien sind letztlich erfolgversprechend? Wie müssen aussichtsreiche Ansätze entwickelt werden, um sich am Markt durchzusetzen? Handelt es sich bei den Techniken um die kostengünstigsten Lösungen? Ist eine Gesellschaft bereit, diese Technologien einzusetzen und mit ihren Risiken zu leben? Hier setzt die Jülicher Energiesystemanalyse an: Sie bewertet und ordnet neue Technologien in das Energiesystem ein mit Blick auf Gesellschaft, Wirtschaft und Umwelt.

Methoden der Systemanalyse

Die verwendeten Analyse-Methoden ergeben sich aus den Fragestellungen der einzelnen Bereiche. Da sowohl technische, wirtschaftliche als auch gesellschaftliche Aspekte analysiert werden, kommen die in den jeweiligen Fachdisziplinen etablierten Methoden zur Anwendung. Gemein ist den Ansätzen, dass sie quantitativ sind und oftmals auf computergestützten Rechenmodellen basieren, um die komplexen Vernetzungen der Energieversorgung zu erfassen: So liefern Energiesystemmodelle jeweils ein aus technischer Perspektive sektorumfassendes Gesamtbild der Energieversorgung in Form von Szenarien.. Hierbei wird auch untersucht, mit welcher Dynamik die Integration neuer Techniken oder Strategien möglich ist. Mit ökonomischen Modellen untersuchen Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dann die Auswirkung derartiger Veränderungen auf die gesamte Volkswirtschaft. Im Rahmen eines Technologie-Monitoring werden die Bekanntheit, das Wissen und die Einstellungen der Bevölkerung zu Zukunftstechnologien erhoben und mit Methoden der empirischen Sozialforschung analysiert, um eine zuverlässige Abschätzung zu ermöglichen. Alle Analyseergebnisse werden anschließend zu einem Gesamtbild zusammengefügt, so dass eine umfassende Technologiebewertung möglich wird. Diese Untersuchungen helfen Entscheidungsträgern aus Forschung, Politik und Wirtschaft auf wichtige Entwicklungen sowie auf mögliche Fehlentwicklungen und -investitionen hinzuweisen.

Beispiel: Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid

Über 40 Prozent der weltweiten Kohlendioxid-Emissionen werden durch Kohle- und Gaskraftwerke verursacht. Um die vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) vorgeschlagenen ambitionierten Emissionsreduktionsziele erreichen zu können, sind die CO2-Emissionen der fossilen Kraftwerke deutlich zu reduzieren. Neben der Verbesserung der Wirkungsgrade bei herkömmlichen Kraftwerken stellt die CO2–Abscheidung aus Kraftwerksabgasen mit anschließender Speicherung eine weitere Möglichkeit dar. Diese Möglichkeit wird auch häufig als Carbon Capture and Storage (CCS) bezeichnet. Allerdings stellt sich eine Vielzahl von Fragen, deren Spektrum von technischen, ökonomischen bis hin zu gesellschaftlichen Aspekten reicht und die im Vorfeld zu klären sind: Welche technischen Möglichkeiten gibt es für die CO2-Abscheidung? Ist CCS wirtschaftlich sinnvoll? Welche Infrastrukturmaßnahmen (z.B. CO2-Pipelines) sind notwendig, um das abgeschiedene Kohlendioxid zu den Speicherstandorten zu transportieren? Gibt es Alternativen zur Speicherung, etwa indem das CO2 als Rohstoff genutzt wird? Wird CCS von der Bevölkerung akzeptiert? Wissenschaftler des Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK) versuchen hierauf Antworten zu geben. So analysieren beispielsweise Wissenschaftler aus dem Bereich Systemforschung und Technologische Entwicklung (IEK-STE) mit Hilfe komplexer computerbasierter Modelle, welchen Stellenwert CCS im Rahmen einer nationalen Klimagasreduktionsstrategie haben könnte und welche volkswirtschaftlichen Implikationen von Reduktionsstrategien zu erwarten wären. Die Entwicklung und Herstellung membranbasierter CO2-Abscheideverfahren des IEK wird von IEK-STE mit Hilfe von sogenannten Lebeszyklusanalysen (Life Cycle Analysen, LCA) begleitet. Hierdurch wird bereits während der Entwicklung gewährleistet, dass Materialen, die für die Herstellung von Membranen erforderlich sind, nicht neue unerwünschte Umweltwirkungen nach sich ziehen. Inwieweit die Nutzung von CO2 als Rohstoff wie z.B. die Herstellung von Kunststoffen möglich ist, wird ebenfalls am IEK untersucht. Der Einsatz einer neuen Technik wie CCS hängt maßgeblich von der Akzeptanz der Bevölkerung ab. Mit Hilfe sozialwissenschaftlicher Methoden versuchen Wissenschaftler des IEK-STE die Einstellung der Bevölkerung zu erforschen und zu erklären.

Beispiel: Elektromobilität

In ihrem Energiekonzept räumt die Bundesregierung dem Einsatz von Elektrofahrzeugen einen großen Stellenwert ein. So sollen im Jahr 2020 etwa eine Million Elektrofahrzeuge eingesetzt werden. Neben der Minderung von CO2-Emissionen hofft man, die Abhängigkeit von Kraftstoffen wie Benzin und Diesel und damit vom Erdöl verringern zu können.

Allgemein wird davon ausgegangen, dass die Einspeisung von Strom aus fluktuierenden, erneuerbaren Energiequellen wie Wind oder Sonne deutlich zunehmen wird. Dies wiederum erfordert den Einsatz von Speichertechniken Jülicher Forscher untersuchen, ob und wie Elektroautos als mögliche Speicher hierbei eine Rolle spielen könnten, Von großer Bedeutung ist hierbei, zu welchen Zeiten eines Tages die Fahrzeugbatterien mit Strom geladen werden oder Strom in das Stromnetz abgeben können. Daher werden von den Jülicher Systemforschern z.B. die Auswirkungen des Einsatzes einer Elektrofahrzeugflotte bei einer Ladesteuerung / Netzrückspeisung mit Hilfe detaillierter technischer und ökonomischer Modelle beleuchtet. Ungeklärt ist bislang die Frage, ob das Be- und Entladen der Fahrzeugbatterien unter Berücksichtigung des heutigen Stromnetzes möglich ist. Gemeinsam mit externen Partnern geht das IEK der Frage nach, ob stromnetzseitigen Restriktionen bestehen.

Weitere Informationen:

Energieeffizienz für herkömmliche Kraftwerke
Speichertechnologien
zum Institut für Energie- und Klimaforschung - Systemforschung und Technologische Entwicklung (IEK-STE)


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