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Der vorliegende Endbericht zu AP 3.3 des Projekts "Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels" (ESyRE) präsentiert die Ergebnisse der Umweltwirkungsanalyse für die Herstellung von synthetischem Diesel und dessen Einsatz in einer Auxiliary Power Unit (APU) auf Basis einer Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC). Flüssige Kohlenwasserstoffe sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte und guten Transport- und Lagerfähigkeit als Kraftstoffe in energieintensiven Anwendungen wie dem Schwerlast- und Flugverkehr bisher unverzichtbar. Synthetische Kraftstoffe bieten, obwohl verlustbehaftet, die Möglichkeit, einen Teil der regenerativen Stromerzeugung zeitversetzt zu nutzen. Sie werden im untersuchten Fall über die Fischer-Tropsch-Synthese aus Synthesegas (CO und H2) hergestellt, das zuvor in der Hochtemperatur-Co-Elektrolyse aus Kohlendioxid und Wasserdampf erzeugt wurde. Diese Kombination ist innovativ und bietet ein großes Effizienzpotenzial. Zudem sind in Nischenanwendungen auch hocheffiziente SOFC-APUs eine vielversprechende Lösung für die Rückverstromung von synthetischem Dieselkraftstoff. Die Herstellung klimaneutraler synthetischer Kraftstoffe erfordert jedoch große Mengen zusätzlichen regenerativen Stroms, was einen massiven Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung notwendig macht. In Deutschland reichen die Erzeugungspotenziale hierfür auf absehbare Zeit nicht aus, insbesondere angesichts der Akzeptanzprobleme neuer Stromerzeugungsanlagen in der Bevölkerung. Zudem müssen Elektrolyse- und Synthesekapazitäten sowie eine CO2-Transportinfrastruktur geschaffen werden. Vor diesem Hintergrund werden in diesem Bericht die Umweltwirkungen der Herstellung von E-Fuels im In- und Ausland sowie der Transport nach und die Nutzung in Deutschland betrachtet. Das Einsparpotenzial synthetischer Kraftstoffe hinsichtlich der Treibhausgasemissionen kann mindestens 60 % gegenüber erdölbasierten Kraftstoffen betragen. Bereits heute existieren demnach mögliche Bereitstell

Der vorliegende Endbericht zu AP 3.2 des Projekts "Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels" (ESyRE) präsentiert die Ergebnisse der techno-ökonomischen Analyse eines mit synthetischem Dieselkraftstoff betriebenen Hilfsstromaggregats (Auxiliary Power Unit, APU) auf Basis einer Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC). Die Rückverstromung von synthetischem Dieselkraftstoff in hocheffizienten SOFC-APUs stellt in schwer zu dekarbonisierenden Nischenanwendungen eine interessante und je nach Wirkungsgrad und Marktvolumen auch wirtschaftlich sinnvolle Technologieoption dar. Ein Bedarf an flüssigen Kohlenwasserstoffen wird in speziellen Anwendungsbereichen wie etwa dem Schienenverkehr oder bei Kühlcontainern voraussichtlich auf absehbare Zeit bestehen bleiben. Gleichzeitig ist die Herstellung strombasierter flüssiger Kraftstoffe derzeit mit einem hohen Primärenergieaufwand verbunden (etwa Faktor 5 im Vergleich zur direkten Stromnutzung), sodass ein gezielter und effizienter Einsatz unabdingbar ist. Obwohl sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, lassen sich aus den Projektergebnissen klare Grundtendenzen ableiten. So kann perspektivisch durch die Erhöhung der Produktionsmenge von SOFC-APUs eine deutliche Kostenreduktion erreicht werden. Bezogen auf den Anwendungsfall Bahn und im Vergleich zur Beibehaltung des Leerlaufs bei Antriebsmotoren hat die SOFC-APU durchweg positive Effekte. Unter anderem können bei Dieseltriebzügen und Kühlcontainern erhebliche Einsparungen an Kraftstoff und Treibhausgasemissionen erzielt werden.

Der vorliegende erste Teil des Endberichts zu AP 3.4 des Projekts "Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels" (ESyRE) diskutiert die Chancen und Herausforderungen von Power-to-Liquid (PtL)-Anwendungen entlang technischer, ökologischer, ökonomischer, infrastruktureller und gesellschaftlicher Aspekte. Der Schwerpunkt liegt auf dem Produktionspfad über die Fischer-Tropsch-Synthese. PtL-Produkte bieten aus technisch-systemischer Sicht die Möglichkeit, erneuerbare Energien langfristig zu speichern und zeitversetzt zu nutzen, sind jedoch mit Wirkungsgradverlusten verbunden. Daher sollten sie gezielt in Bereichen eingesetzt werden, in denen keine effektiven Alternativen zur Defossilierung existieren, wie etwa synthetische Flugtreibstoffe und Anwendungen im Bahnbereich oder bei anderen energieintensiven mobilen Maschinen und Geräten außerhalb des Straßenverkehrs. Effiziente Elektrolyseverfahren bei der Herstellung von PtL und Brennstoffzellen bei ihrer Nutzung können Umwandlungsverluste und Emissionen deutlich reduzieren. Erneuerbare Energien haben jedoch selbst einen hohen Material- und Flächenbedarf, was in dicht besiedelten Ländern wie Deutschland soziale Implikationen birgt. Neue Infrastrukturprojekte greifen tief in gesellschaftliche Systeme ein und erfordern ausreichende Akzeptanz. Geopolitische Entwicklungen können die Reduktion von Energieimporten als Teil einer krisensicheren Energieversorgung in den Vordergrund rücken und so die gesellschaftliche Unterstützung erhöhen. Bei der Erzeugung von synthetischem Kerosin und anderen Fischer-Tropsch-Produkten fallen zudem unvermeidliche Koppelprodukte wie E-Diesel an, für die ebenfalls sinnvolle Lösungen gefunden werden müssen. Die Standortwahl für die PtL-Erzeugung wirft somit technische, ökologische, ökonomische, infrastrukturelle und gesellschaftliche Fragen auf, einschließlich des Maßstabs, in dem PtL in Deutschland produziert werden kann. Diese werden in dem vorliegen Bericht aus jeweils unterschiedlichen Bli

Der hier vorliegende Zukunftsimpuls soll den Grundgedanken der Transformativen Innovationen und ihre Notwendigkeit beschreiben sowie erste Kandidaten für solche Transformativen Innovationen aus diversen Arbeitsbereichen des Wuppertal Instituts vorstellen. Er dient vor allem als Einladung, gemeinsam mit dem Wuppertal Institut über solche Innovationen zu diskutieren, die irgendwo zwischen den großen Utopien und kleinen Nischenaktivitäten liegen. Denn es braucht nicht immer den ganz großen Wurf, um Veränderungen in Gang zu setzen.

The EU Horizon 2020 project HiEff-BioPower (grant agreement No 727330, duration: 10/2016 - 09/2021) aimed at the development of a new, innovative, fuel flexible and highly efficient biomass CHP technology for a capacity range of 1 to 10 MW total energy output, suitable e.g. for on-site generation at larger residential apartment buildings or local heat grids. The new technology shall define a new milestone in terms of CHP efficiency and contribute to a sustainable energy supply based on renewable energies using otherwise unused residual biomass. It consists of a fuel-flexible updraft gasification technology with ultra-low particulate matter emissions, an integrated gas cleaning system and a solid oxide fuel cell (SOFC). The technology shall be applicable for a wide fuel spectrum for residual biomass (wood pellets, wood chips or selected agricultural fuels like agro-pellets) and achieve high gross electric (40%) and overall (90%) efficiencies as well as almost zero gaseous and particulate matter (PM) emissions (close or below the level of detection) as non-energy benefits. At the end of the project, final technology data has become available, as well as techno-economic analyses and market studies. Based on this data, this paper presents final results from the environmental impact assessment of the new HiEff-BioPower technology.

Nicht erst seit dem Klimaabkommen von Paris, welches im Kern eine Begrenzung der menschengemachten globalen Erwärmung auf deutlich unter 2 °C gegenüber vorindustriellen Werten vorsieht, ist offensichtlich, dass eine umfassende Transformation der meisten Wirtschaftssektoren erforderlich ist, um die gesteckten Ziele zu erreichen. Die Transformation erfolgt dabei zum einen durch Steigerung der Energieeffizienz und zum anderen durch eine Dekarbonisierung der bestehenden Prozesse, bei denen heute noch ein hoher Anteil fossiler Energien eingesetzt wird - dies kann gelingen durch eine weitreichende Sektorkopplung, Flexibilisierung und Elektrifizierung bei vollständiger Nutzung Erneuerbarer Energien. Letzteres stellt auch die Energieversorgung in Rheinland-Pfalz vor einen Paradigmenwechsel: Die schrittweise Transformation eines von konventionellen Energieträgern geprägten Versorgungsystems zu einem durch Erneuerbare Energien dominierten System. Als eines der ersten Bundesländer hat sich Rheinland-Pfalz bereits im Jahr 2014 ein eigenes Klimaschutzgesetz gegeben sowie erstmals im Jahr 2015 ein Landesklimaschutzkonzept (LKSK) erarbeitet, welches energiepolitische Leitplanken für den angestoßenen Transformationsprozess setzt. Die vorliegende Studie im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten Rheinland-Pfalz beleuchtet die Auswirkungen eines weiteren Ausbaus der Erneuerbaren Energien in Rheinland-Pfalz und der damit verbundenen Flexibilisierung und Dekarbonisierung unterschiedlicher Anwendungsfelder, insbesondere in der Industrie aber auch im ÖPNV und zentraler Wärmeversorgung.

Managing energy use by municipalities should be an important part of local energy and climate policy. The ISO 50001 standard constitutes an internationally recognized catalogue of requirements for systematic energy management. Currently, this standard is mostly implemented by companies. Our study presents an approach where consultants supported 28 European municipalities in establishing energy management systems. A majority (71%) of these municipalities had achieved ISO 50001 certification by the end of our study. We also conducted two surveys to learn more about motivations and challenges when it comes to establishing municipal energy management systems. We found that organizational challenges and resource constraints were the most important topics in this regard. Based on the experiences in our study we present lessons learned regarding supporting municipalities in establishing energy management systems.

Non-residential buildings in the European Union consume more than one third of the building sector's total. Many non-residential buildings are owned by municipalities. This paper reports about an energy saving competition that was carried out in 91 municipal buildings in eight EU member states in 2019. For each public building an energy team was formed. The energy teams' activities encompassed motivating changes in the energy use behaviour of employees and small investments. Two challenges added an element of gamification to the energy saving competition. To assess the success of the energy saving competition, an energy performance baseline was calculated using energy consumption data of each public building from previous years. Energy consumption in the competition year was monitored on a monthly base. After the competition the top energy savers from each country were determined by the percentage-based reduction of energy consumption compared to the baseline. On average, the buildings had an electricity and heat consumption in 2019 that was about 8 % and 7 %, respectively, lower than the baseline. As an additional data source for the evaluation, a survey among energy team members was conducted at the beginning and after the energy competition. Support from superiors, employee interest and motivation and behaviour change as assessed by energy team members show a positive, if weak or moderate, correlation with changes in electricity consumption, but not with changes in heat consumption.

The need for sustainable energy management at the municipal level is growing, in order to meet EU climate goals. Multiple initiatives have been launched to support municipalities in energy planning and strategy development process. Despite available support, research shows mixed results about implementation of plans and strategies. This research paper analyses what targets municipalities set, how they monitor implementation of their sustainable energy action plans (SEAPs) and searches for the most important factors that have enabled or hindered the implementation of local SEAPs at Latvia. The article shows that, in some cases, there is evidence that SEAP development is a project-based activity, supported by external experts. From municipal personnel point of view, it is a project that ends with approved SEAP, but not a part of their future daily routine. Eventually implementation of the plan is difficult, because municipalities lack experience in daily management of energy data, distribution of responsibilities and implementation of procedures. Municipalities also tend to exclude important stakeholders in their SEAPs, like, private sector, household sector and transport sector, which lead to lower targets and lower achievements in GHG reduction.

Der Titel "Grüne Hauptstadt Europas 2017" zeichnet seit 2008 Großstädte aus, die sich dauerhaft für hohe Umweltstandards und eine nachhaltige Entwicklung einsetzen. Mit der Auszeichnung der Stadt Essen für das Jahr 2017 wurde sowohl ihr bisheriges Engagement unter anderem in den Themen Klimawandel, Verkehr, Umwelt- und Ressourcenschutz gewürdigt als auch ihre Bestrebungen, den ökonomischen Strukturwandel in der Stadt nachhaltig zu bewältigen. Umso bedeutsamer ist es daher, festzuhalten, in welcher Weise die Projekte und Aktivitäten zur Grünen Hauptstadt Europas in der Stadt Wirkungen erzielt haben. Diese und weitere Fragen waren der Gegenstand der Begleitforschung zur Grünen Hauptstadt, die von einem Team von Forscherinnen und Forschern des Wuppertal Instituts, der Universität Duisburg-Essen, der Ruhr-Universität Bochum und der Technischen Universität Dortmund umgesetzt wurde. Der nun vorliegende Bericht ist Teil der Dokumentation, die die Stadt Essen an die Europäische Kommission als Abschlussbericht der Grünen Hauptstadt richten wird.

The transformation processes towards a sustainable development are complex. How can science contribute towards new solutions and ideas leading to change in practice? The authors of this book discuss these questions along the energy transition in the building sector. A transformative research that leaves the neutral observer position needs appropriate concepts and methods: how can knowledge from different disciplines and from practice be integrated in order to be able to explain and understand complex circumstances and interrelations? What role do complex (agent-based) models and experiments play in this respect? Which mix of methods is required in transformative science in order to actively support the actors in transformation processes? Theses questions are illustrated by the example of the BMBF funded project "EnerTransRuhr".

Diese Broschüre ist ein Produkt des Rahmenprogramms zur Umsetzung der Energiewende in den Kommunen des Ruhrgebiets: Die Auf­gabe des Projektes bestand darin auszuloten, in welcher Weise Kommunen ihre Handlungskapazitäten zur Umsetzung der Energiewende in der Region bewahren beziehungsweise perspektivisch erweitern können. Das Rahmenprogramm steuerte in seiner dreijährigen Projektlaufzeit (2013-2016) einen Beitrag zur Analyse der Handlungsfähigkeit von Kommunen im Ruhrgebiet zur Umsetzung der Energiewende bei und systematisierte bisherige Handlungsansätze in der Region. Es setzte an bestehenden Rahmenbedingungen an und versuchte, in Zusammenarbeit mit regionalen Akteurinnen und Akteuren künftige Handlungsansätze für eine langfristig angelegte Umsetzung der Energiewende in der Region zu identifizieren. Das vorliegende Dokument führt Ergebnisse des Pro­jektes zusammen und formuliert strategische Hinweise für die weitere Umsetzung der Energiewende im Ruhrgebiet.

Die Transformationsprozesse hin zu einer nachhaltigen Entwicklung sind komplex. Wie kann Wissenschaft dazu beitragen, dass neue Lösungen und Ideen in der Praxis zu Veränderung führen? Dieser Frage gehen die Autorinnen und Autoren am Beispiel der Gebäudeenergiewende nach. Eine transformative Forschung, die den neutralen Beobachterposten verlässt, braucht entsprechende Konzepte und Methoden: Wie kann Wissen aus unterschiedlichen Disziplinen und aus der Praxis integriert werden, um komplexe Sachverhalte und Zusammenhänge zu erklären und zu verstehen? Welche Rolle spielen komplexe (agentenbasierte) Modelle und Experimente dabei? Wie sieht der Methodenmix einer transformativen Wissenschaft aus, die Akteure bei Transformationsprozessen aktiv unterstützt? Illustriert werden diese Fragen am Beispiel des vom BMBF geförderten Forschungsprojektes "EnerTransRuhr".

Policy evaluation is widely considered important for assessing policies for effectiveness and impact. Municipalities are among the political actors implementing energy and climate policy. Yet, few municipalities have introduced adequate instruments to monitor the effectiveness of their actions. Often, municipal actors consider local greenhouse gas (GHG) inventories to be sufficient to monitor the impact of their actions. This paper points out why the expectations placed on local GHG inventories as a monitoring instrument can rarely be met in practice. On the basis of German examples, it shall be shown that a thorough calculation of actual local energy and GHG reductions attributable to local efforts is often only partially possible, and is complicated by external factors. A supplementary approach to the top-down method is to evaluate local programmes from the bottom-up. This paper discusses efforts to develop an instrument for a bottom-up monitoring of the city of Hamburg's Climate Action Plan.

The overall objective of the web-based consumer information tool Euro-Topten is to promote the market transformation towards energy efficient products. Euro-Topten informs consumers about the most energy efficient products in various categories and thereby aims to directly influence the purchasing decisions of individuals or professional buyers. Providers of internet-based information tools are confronted with the problem, that there is no bidirectional interaction with the users. Hence, it is difficult to evaluate if the specific needs of users are addressed, if and how the user processes this information and to what extent the information influences the user's decision making process. To study these questions, a web-based survey was conducted in two consecutive rounds. In the first round the survey focused on the assessment of the information tool itself and the motivation for using the Euro-Topten websites. This survey was online on all active Euro-Topten partner websites from October to December 2012. In total, 1791 users completed the survey. In the second round, a subset of the survey population was queried again. 1,043 participants agreed to take part in a more comprehensive follow up survey, 383 completed the second survey between May and July 2013. The second survey concentrated on the question how Euro-Topten has influenced the purchasing behaviour of the survey participants. This gave significant insights on how the information on the Euro-Topten websites has affected purchasing decisions of the surveyed users. Based on a comparison of performance indicators of the most efficient products recommended on the Euro-Topten websites with performance indicators of a base case product available on the market, avoided energy demand could be estimated for those users, who bought products from the Euro-Topten list. Based on these results, two impacts of Euro-Topten could be estimated: The influence of Euro-Topten on purchasing decision of users and the associated r

Climate change and thus low-carbon transitions are global challenges, which require commitment and effort on all political levels. As international climate politics has approached its limits over the last two decades, the role of cities has simultaneously gained in importance. Many cities1 worldwide have committed to ambitious climate protection targets, which often exceed national targets. However, cities cannot act in isolation. Their opportunities for action are embedded in an (inter)national policy framework, which may either support or hinder local actions. This gives rise to the question: which opportunities for climate protection do cities really have in a political system of multi-level governance? This question can be illustrated using the city of Hamburg as an example for the German climate policy regime. The city aims to reduce its annual CO2 emissions by 2 million metric tons and attempts to quantify the impact of local and national policies and actions using a bottom-up monitoring approach. We therefore analyse more than 400 local actions with respect to the induced CO2 emission reductions. We also take a closer look at national and European policies and their impacts on local energy use and emissions. In total, 15 policies and instruments - broadly ranging from instruments to foster energy efficiencyin residential and non-residential buildings, in appliances and in the transport sector, to support renewable energy sources (including biofuels) and to uptake CHP - are considered. Our approach consists in measuring separately the impact of local and national policies and actions on urban CO2 emissions. While the city of Hamburg has implemented many policies and actions, our results show that, a significant proportion of its CO2 reduction is due to national policies, in the context of the German "Energiewende", which cannot or can only indirectly be influenced by the city. The results imply that local commitment and effort is essential in addressing the gl