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Kohlenstoffmanagement (auch Carbon Management) zielt darauf ab, entstandenes Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre fernzuhalten oder zu beseitigen, damit es nicht zur Erderwärmung beiträgt oder verbleibende Treibhausgas-Emissionen ausgeglichen werden können. Ein weiteres Ziel ist, Kohlenstoff für die Herstellung von Produkten bereitzustellen, ohne fossile Rohstoffe zu nutzen. Drei Bausteine stehen dafür zur Verfügung: - Carbon Capture & Storage (CCS), - Carbon Capture & Utilization (CCU), - Carbon Dioxide Removal (CDR). - Die Bundesregierung möchte mit zwei Strategien, der Carbon Management Strategie (CMS) und der Langfriststrategie Negativemissionen (LNe), einen strategischen Rahmen für das Kohlenstoffmanagement in Deutschland schaffen und hat dazu erste Eckpunkte formuliert. Der vorliegende Impuls des Akademienprojekts "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) ordnet anhand dieser Eckpunkte die Rolle und Grenzen des Kohlenstoffmanagements im Klimaschutz ein: - Können die Ziele im Klimaschutz auch ohne Carbon Management erreicht werden? - In welchem Verhältnis steht das Kohlenstoffmanagement zur Vermeidung von Treibhausgas-Emissionen? - Warum ist die CO₂-Speicherung wichtig? -- In einigen Bereichen wie der Zementindustrie und der Landwirtschaft lässt sich die Entstehung von Treibhausgas-Emissionen absehbar nicht komplett vermeiden. Schon das Ziel der Klimaneutralität bis 2045 wird daher nicht erreichbar sein, ohne CO2 abzuscheiden und dauerhaft zu speichern. Dabei allein auf die Speicherung in Vegetation und Boden zu vertrauen, erscheint zu riskant. Gleichzeitig kann und sollte das Carbon Management nur begrenzte Klimaschutzbeiträge leisten. Die erforderlichen Technologien müssen in die breite Anwendung gebracht und teilweise neu entwickelt werden, was Zeit erfordert und zumindest erste Entscheidungen für den Einstieg in das Carbon Management heute dringlich erscheinen lässt. Gemeinsam genutzte Infrastrukturen, technische Komponenten oder natürliche Ressourcen erfordern zudem eine übergreifende Betrachtung von CCS, CCU und CDR. Der Impuls benennt Herausforderungen und Nachbesserungsbedarfe bei den vorliegenden Eckpunkten, damit CMS und LNe letztlich eine schlüssige Gesamtstrategie für das Carbon Management bilden. Er zeigt zudem regulatorische Handlungsoptionen auf, wie Klimaneutralität und später Netto-negativ-Emissionen erreicht werden können.

Gegenwärtig erfährt die Kernfusion wieder mehr Aufmerksamkeit. Das liegt auch daran, dass sie künftig zu einer klimaneutralen Energiegewinnung beitragen könnte. Bei der Kernfusion verschmelzen leichte Atomkerne miteinander, sodass sich neue Elemente bilden und Energie in Form von Wärme frei wird, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Treibhausgase entstehen dabei jedoch nicht. Allerdings gehen die Meinungen der Fachleute auseinander, wie die technische Umsetzung gelingen kann, wann ein erstes Kernfusionskraftwerk einsatzbereit sein könnte und wo die Kraftwerke am besten gebaut werden. Die Publikation des Akademienprojekts "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) liefert einen Überblick zur Kernfusion: Sie veranschaulicht deren Chancen und Herausforderungen und beleuchtet außerdem folgende Fragen: - Was ist der aktuelle Stand der Kernfusionsforschung? - Welche Herausforderungen stehen einem Kraftwerksbetrieb bisher entgegen? - Wie kann die Kernfusion in das deutsche Energiesystem integriert werden? - Die Publikation zeigt: Der wirtschaftliche Einsatz der Kernfusion ist nicht garantiert. Mit ersten Kraftwerken ist laut Fachleuten frühestens in 20 bis 25 Jahren zu rechnen. Damit würde die Kernfusion nicht entscheidend dazu beitragen, um die deutschen Klimaziele bis 2045 zu erreichen. Das heißt auch, dass die Technologie den Ausbau erneuerbarer Energien und klimafreundlicher Lösungen mittelfristig nicht ersetzen kann. Langfristig könnte die Kernfusion aber zur klimaneutralen Energiegewinnung beitragen.

Auf der Straße, in den Medien und auf politischen Podien: Es wird diskutiert, ob die aktuelle Gasknappheit Blackouts in Deutschland verursachen kann. Wie begründet sind diese Sorgen? Die Wissenschaftsakademien acatech, Leopoldina und Akademienunion geben mit einem Impulspapier des gemeinsamen Projektes "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) einen Überblick: Was unterscheidet einen Blackout von anderen Stromausfällen? Wie ändern sich Blackout-Risiken mit dem Voranschreiten der Energiewende? Und wie kann man ihnen begegnen?

Mit dem Fracking-Verbot durch den Deutschen Bundestag im Jahr 2016 schien die Debatte um ein heiß diskutiertes Thema beendet. Bis heute findet in Deutschland kein Fracking in nicht konventionellen Lagerstätten statt. Vor dem Hintergrund des russischen Angriffskrieges gegen die Ukraine erlebt diese Diskussion jedoch aktuell eine Renaissance. Ist Fracking eine Option für Deutschland? Könnte oder sollte heimisch gefördertes Erdgas teilweise die ausbleibenden russischen Gaslieferungen ersetzen? Kann es zur Versorgungssicherheit in Deutschland beitragen und ein Pflasterstein auf dem Pfad Richtung Klimaneutralität sein? Und in welchem Verhältnis stünden Risken und Nutzen eines Einsatzes dieser gesellschaftlich stark umstrittenen Technologie? - Das Akademienprojekt Energiesysteme der Zukunft (ESYS) bietet in diesem Impuls einen Überblick über Chancen, Risiken und Ungewissheiten von Fracking in nicht konventionellen Lagerstätten. - Der Fokus ihrer Betrachtung liegt auf folgenden Bereichen: Was ist Fracking und wo wird es eingesetzt? Wie groß sind die Potenziale von Fracking in Deutschland? Welche Umweltrisiken bestehen im Kontext mit Fracking? Wie könnte sich Fracking auf den Klimaschutz auswirken? Wann könnte Fracking in Deutschland zum Einsatz kommen? Könnte Fracking zur Versorgungssicherheit in Deutschland beitragen? Gibt es tragfähige Geschäftsmodelle für Fracking in Deutschland? Die Publikation zeigt: Fracking in nicht konventionellen Lagerstätten ist mit Chancen, Risiken und Ungewissheiten verbunden, die es sorgfältig gegeneinander abzuwägen gilt.

Um die globale Erwärmung auf unter 2°C oder besser auf 1,5°C zu begrenzen, müssen wireinen Teil des ausgestoßenen Kohlendioxids (CO2) wieder aus der Atmosphäre entfernen. Das zeigt die Auswertung von Klimamodellen des Weltklimarates. Diese CO2-Entnahme wird auch als "negative Emissionen" bezeichnet. Aufforstung ist eine erprobte Methode, der Atmosphäre CO2 zu entziehen. Allerdings kann der dabei aufgenommene Kohlenstoff durch Waldbrände oder Schädlinge wieder freigesetzt werden – dieses Risiko steigt mit dem fortschreitenden Klimawandel. Ein weiterer Nachteil ist der große Landbedarf. Andere CO2-Entnahmeverfahren sind zum Teil (noch) sehr teuer, einige erfordern weitere Forschung. Für die direkte Entnahme von CO2 aus der Luft gibt es bereits erste kommerzielle Anlagen. Sie benötigen nur wenig Platz, dafür aber viel Energie. Das CO2 kann dann unterirdisch eingelagert werden. Wie viel CO2 mit den verschiedenen Verfahren dauerhaft aus der Atmosphäre entfernt werden kann und was das kosten würde, ist noch unsicher. Klimamodelle zeigen: Negative Emissionen sind eine notwendige Ergänzung, aber kein Ersatz für ambitionierte CO2-Einsparmaßnahmen. Sie können eine begrenzte Menge schwer vermeidbarer Treibhausgasemissionen vor allem aus der Landwirtschaft und einigen Industriezweigen auffangen. Das ändert aber nichts daran, dass der Einsatz von Kohle, Erdgas und Erdöl zeitnah beendet werden muss.

Der freiwillige Kohlenstoffmarkt ist ein Handelsplatz für sogenannte "Emissionsgutschriften". Das Versprechen dahinter: Klimaschutzprojekte sollen entweder den Ausstoß von Treibhausgasen verhindern oder CO2 wieder aus der Atmosphäre entfernen. Wer Emissionsgutschriften erwirbt – meist Unternehmen oder andere private Akteure - könne so seinen eigenen Treibhausgasausstoß kompensieren. Dieses verlockend klingende Konzept der CO2-Kompensation steht aber zunehmend in der Kritik und die tatsächliche Klimaschutzwirkung erscheint fraglich. Ist der freiwillige Kohlenstoffmarkt nun also ein wertvolles Instrument für den Klimaschutz oder nicht? Und wie könnte er sich in den nächsten Jahren verändern? Das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) bietet in diesem Impuls einen Überblick über die Struktur und Funktionsweise des freiwilligen Kohlenstoffmarkts und zeigt die daraus folgenden Herausforderungen und Handlungsbedarfe auf. Zentrale Fragen sind unter anderem: - Wie ist der freiwillige Kohlenstoffmarkt strukturiert und reguliert? - Welche Probleme bringt das mit sich? - Welche Klimaschutzprojekte erzeugen Emissionsgutschriften für den freiwilligen Kohlenstoffmarkt? - Wofür setzen Unternehmen und andere Käufer Emissionsgutschriften ein? - Warum werden die Klimaschutzprojekte und Unternehmen, die Emissionsgutschriften erwerben, mitunter kritisiert? --- Die Publikation zeigt: In seiner jetzigen Form trägt der freiwillige Kohlenstoffmarkt nur sehr bedingt zum Klimaschutz bei. Um das zu ändern, braucht es eine bessere Regulierung des Markts, verbindliche und übergreifende Qualitätskriterien für die Klimaschutzprojekte und einen bedachten Einsatz der Emissionsgutschriften, der die Reduktion von Treibhausgasemissionen nicht ersetzt.

Klimaneutral produzierter Wasserstoff ist von großer Bedeutung für das Energiesystem der Zukunft: In Wasserstoff und dessen Folgeprodukten, etwa Methan, Ammoniak oder Methanol, lässt sich Energie speichern, über lange Strecken transportieren und vielseitig einsetzen. Insbesondere in Bereichen, in denen eine direkte Elektrifizierung nicht möglich ist, kann "grüner Wasserstoff" somit dazu beitragen, den Ausstoß von Treibhausgasen zu verhindern. Das gilt zum Beispiel für die Stahlerzeugung, Teile der Chemieindustrie oder die Seeschifffahrt. In diesem "Kurz erklärt" erläutert das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) die Grundlagen dieses Hoffnungsträgers für eine klimaneutrale Lebens- und Wirtschaftsweise und geht auf zukünftige Einsatzperspektiven ein. Die Publikation zeigt: Auch wenn Wasserstoff bereits heute in der Industrie verwendet wird, wird der Bedarf in den nächsten Jahrzehnten deutlich steigen. Klimaneutraler Wasserstoff wird eine Schlüsselrolle bei der Energiewende einnehmen. Damit das gelingt, sind jedoch noch Hürden zu nehmen und gezielt Entscheidungen zu treffen. Die Weichen für eine Wasserstoffwirtschaft werden schon heute gestellt und erfordern eine enge Abstimmung innerhalb Europas. - Zentrale Fragen sind unter anderem: Welche Herstellungsverfahren für Wasserstoff gibt es und wie unterscheiden sich diese in Bezug auf ihre CO2-Emission, den Wasserbedarf und die Kosten? Wo könnte Wasserstoff in Zukunft eingesetzt werden, um fossile Energieträger zu ersetzen und in welchen Bereichen gibt es effizientere Alternativen? Welche Rolle wird der Import von Wasserstoff spielen? Welche Infrastrukturen gilt es aufzubauen? Welche Transportmethoden sind möglich?

Wasserstoff ist ein Schlüsselelement, um Klimaneutralität zu erreichen. Besonders für die Dekarbonisierung der Industrie und bestimmter Verkehrssektoren stellt er eine wichtige Ergänzung zur direkten Elektrifizierung dar. Um die künftig hohen Bedarfe zu decken, werden Importe nötig sein. Es gilt, aus der Vergangenheit zu lernen und Abhängigkeiten zu minimieren. Die ESYS-Fachleute zeigen in einer Analyse Transportoptionen und ihre Vor- und Nachteile auf und beschreiben Hemmnisse und Herausforderungen für den Aufbau von Transportketten und Wasserstoffkooperationen.

Die Digitalisierung spielt bei den Prozessen und Entwicklungen in einer Demokratie eine immer größere Rolle. Denn Digitalisierung erweitert die Möglichkeiten der Information, Kommunikation und Partizipation. Gleichzeitig können digitale Technologien zu einer schnellen Verbreitung von Falschinformationen beitragen und bergen ein Potenzial für Meinungsmanipulation, zum Beispiel vor Wahlen. Dieses Spannungsfeld ist Thema der Stellungnahme "Digitalisierung und Demokratie". Darin analysieren die Autorinnen und Autoren Aspekte des Zusammenspiels von Digitalisierung und Demokratie. Darauf aufbauend formulieren sie Handlungsempfehlungen zur Gestaltung künftiger Entwicklungen durch Politik, Recht und Zivilgesellschaft.

Das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft": Mit der Initiative "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) geben acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften Impulse für die Debatte über Herausforderungen und Chancen der Energiewende in Deutschland. Im Akademienprojekt erarbeiten mehr als 100 Fachleute aus Wissenschaft und Forschung in interdisziplinären Arbeitsgruppen Handlungsoptionen zur Umsetzung einer sicheren, bezahlbaren und nachhaltigen Energieversorgung. Die Energiewende ist die Chance, unsere natürlichen Lebensgrundlagen durch einen nachhaltigen Klimaschutz zu erhalten. Sie ist zugleich der Einstieg in eine globale Technologiewende. Doch dazu ist ein Neustart in der Klima- und Energiepolitik nötig, der konsequent am Ziel der Treibhausgasneutralität ausgerichtet ist. Mit einer kleinteiligen Weiterentwicklung aus dem bestehenden Rahmen heraus wird der Umbau des Energiesystems in der erforderlichen Tiefe und im erforderlichen Tempo nicht gelingen. Welche Leitlinien für eine zukunftsorientierte Energiepolitik entscheidend sind und mit welchen Maßnahmen die neue Bundesregierung die Energiewende auf die neuen Klimaziele ausrichten kann, zeigt das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft" in diesem Impulspapier auf.

Photovoltaik- und Windenergieanlagen spielen eine Schlüsselrolle für eine klimagerechte Energieversorgung. Zukünftig werden sie einen Großteil des Energiebedarfs decken – auch in den Sektoren Wärme und Verkehr. Studien zeigen: Für Klimaneutralität 2045 muss die Ausbaugeschwindigkeit auf das Drei- bis Vierfache der letzten Jahre erhöht werden. Komplexe und langwierige Planungs- und Genehmigungsverfahren, zu wenig ausgewiesene Flächen und eine unzureichende Bürgerbeteiligung hemmen jedoch den Ausbau. Das Impulspapier "Vorschläge für einen klimagerechten Ausbau der Photovoltaik und Windenergie" einer interdisziplinären Arbeitsgruppe des Akademienprojekts ESYS nennt zwölf Handlungsoptionen, um Hemmnisse abzubauen und die Ausbaugeschwindigkeit auf die erforderlichen 15 bis 25 Gigawatt pro Jahr zu beschleunigen. Die Handlungsoptionen lassen sich vier zentralen Feldern zuordnen: Eine vorausschauende Planungskultur integriert die bundes- und landesweiten Ausbauziele in die Regionalplanung. Klare, einheitliche Naturschutzkriterien und mehr personelle Ressourcen in den Behörden können helfen, Planungs- und Genehmigungsprozesse zu beschleunigen. Mehr und frühere Bürgerbeteiligung sowie finanzielle Teilhabe von Kommunen und Anwohner*innen können die Akzeptanz stärken. Beteiligungsverfahren sollten darauf abzielen, positives, gestalterisches Potenzial der Bürger*innen zu aktivieren und die Energiewende als sinnvolles Gemeinschaftsprojekt erfahrbar zu machen. Ausreichende Flächen kann ein zwischen Bund und Ländern abgestimmtes Mengengerüst für PV- und Windenergie sicherstellen. Eine Solarpflicht auf geeigneten Gebäudedächern sowie die Förderung von Agri-PV und Floating PV unterstützen die Mehrfachnutzung von Flächen. Technische Infrastrukturen und der regulatorische Rahmen der Stromversorgung müssen daran angepasst werden, dass zukünftig der Großteil des Stroms aus PV und Windenergie stammt. So soll ermöglicht werden, dass Windenergie- und Solaranlagen zur Netzstabilität beitragen. Ein Innovations-Ökosystem für Erneuerbare-Energie-Technologien kann die Technologiesouveränität Deutschlands und Europas stärken.

Die Digitalisierung spielt bei den Prozessen und Entwicklungen in einer Demokratie eine immer größere Rolle. Denn Digitalisierung erweitert die Möglichkeiten der Information, Kommunikation und Partizipation. Gleichzeitig können digitale Technologien zu einer schnellen Verbreitung von Falschinformationen beitragen und bergen ein Potenzial für Meinungsmanipulation, zum Beispiel vor Wahlen. Dieses Spannungsfeld ist Thema der Stellungnahme "Digitalisierung und Demokratie". Darin analysieren die Autorinnen und Autoren Aspekte des Zusammenspiels von Digitalisierung und Demokratie. Darauf aufbauend formulieren sie Handlungsempfehlungen zur Gestaltung künftiger Entwicklungen durch Politik, Recht und Zivilgesellschaft.