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The German building sector is currently responsible for one third of the CO2 emissions and more than 40% of final energy consumption. Moreover, the German Federal Government's Energy Concept has set a target for Germany's building stock to be nearly climate-neutral by 2050. In order to achieve this ambitious target, a long-term road map for energy upgrades is necessary.We analyzed different strategies for reducing primary energy demand and CO2 emissions from residential building stock up to the year 2050. These strategies comprise the Federal Government´s energy concept measures on the one hand, and alternative paths and options using more renewable gases and innovative heating systems on the other. The calculations are based on the dynamic simulation model JEMS-BTS. The model simulates the effects of various energy efficiency measures such as thermal insulation and improvements to heating systems. The "business as usual" scenario represents measures which have already been implemented. Based on this scenario, we explored the energy concept scenario by applying stringent improvements to building codes and assuming large reductions in the energy use of existing buildings through energy renovations. In contrast, we analyzed an increased use of renewable gases, an early exchange of heating systems, and a forced use of low carbon heating systems in an alternative scenario.The results show that the primary energy demand and the CO2 emissions within the energy concept and the alternative scenarios could be reduced by more than 80% by 2050 and would lead to a climate-neutral building stock. The costs (Net present value) of the alternative scenario are much lower than in the energy concept scenario, resulting in much lower CO2 avoidance costs. Sensitivity analysis underlines the robustness of these results.

The German building sector is currently responsible for one third of the CO2 emissions and more than 40% of final energy consumption. Moreover, the German Federal Government's Energy Concept has set a target for Germany's building stock to be nearly climate-neutral by 2050. In order to achieve this ambitious target, a long-term road map for energy upgrades is necessary.We analyzed different strategies for reducing primary energy demand and CO2 emissions from residential building stock up to the year 2050. These strategies comprise the Federal Government´s energy concept measures on the one hand, and alternative paths and options using more renewable gases and innovative heating systems on the other. The calculations are based on the dynamic simulation model JEMS-BTS. The model simulates the effects of various energy efficiency measures such as thermal insulation and improvements to heating systems. The "business as usual" scenario represents measures which have already been implemented. Based on this scenario, we explored the energy concept scenario by applying stringent improvements to building codes and assuming large reductions in the energy use of existing buildings through energy renovations. In contrast, we analyzed an increased use of renewable gases, an early exchange of heating systems, and a forced use of low carbon heating systems in an alternative scenario.The results show that the primary energy demand and the CO2 emissions within the energy concept and the alternative scenarios could be reduced by more than 80% by 2050 and would lead to a climate-neutral building stock. The costs (Net present value) of the alternative scenario are much lower than in the energy concept scenario, resulting in much lower CO2 avoidance costs. Sensitivity analysis underlines the robustness of these results.

Vor dem Hintergrund des CO$_{2}$-Minderungsbeschlusses der Bundesregierung von 1990 sowie unter Berücksichtigung der Arbeiten und Ergebnisse der Enquete-Kommission "Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre" des Deutschen Bundestages wurde vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) 1990 das IKARUS-Projekt initiiert. Den Stand der damaligen CO$_{2}$-Reduktionsdiskussion reflektierend und im Hinblick auf die Umsetzung des Reduktionsbeschlusses und den hierfür erforderlichen Reduktionsstrategien, stellten sich im wesentlichen zwei Notwendigkeiten sowie Bedingungen heraus: Die Verfügbarkeit einer einheitlichen, breiten und wissenschaftlich abgesicherten Datenbasis. - Die Verfügbarkeit von computergestützten Werkzeugen fur Analysen, die der Komplexität des Energiesystems Rechnung tragen sowie auch - im notwendigen Umfang - volkswirtschaftliche Konsequenzen von CO$_{2}$-Reduktionsstrategien aufzeigen. Die Umsetzung in die Praxis führte im Dezember 1990 zum IKARUS-Projekt mit der Zielsetzung, ein aus Modellen und Datenbank bestehendes Instrumentarium zu entwickeln /vgl. hierzu Wagner et al. 1993/$^{11}$ Um eine möglichst große Akzeptanz bei der künftigen Nutzung des IKARUS-Instrumentariums zu garantieren, wurden vom Auftraggeber grundlegende Randbedingungen vorgegeben. Das zu erstellende Instrumentarium sollte transparent, anwenderfreundlich bedienbar sowie PC-lauffahig sein. Beispielhaft seien hier die Entwicklung graphischer Oberflächen für Datenbank und Modelle oder spezielle zur Reproduktion von Rechenfällen notwendige Protokolle genannt, um den vorgegebenen Kriterien genügen. Der jeweilige Projektstand wurde alljährlich der interessierten Öffentlichkeit (Unternehmen, Verbände, wissenschaftliche Einrichtungen etc.) präsentiert. Anregungen, Wünsche und Kritik wurden - sofern dies möglich war - in die laufenden Arbeiten mit einbezogen, um eine möglichst große Akzeptanz zu finden. [.]

Die Bundesregierung hat sich im Jahr 1990 das Ziel gesetzt, den Ausstoß von Kohlendioxid in Deutschland bis zum Jahr 2005 gegenüber 1990 um 25 % zu reduzieren, und dieses Ziel mehrfach bekräftig. In den vergangenen Jahren sind bereits zahlreiche politische Maßnahmen zum Klimaschutz ergriffen worden und weitere Maßnahmen sind in der Planung oder werden derzeit noch diskutiert. Zur Bewertung der nationalen klimaschutzpolitischen Anstrengungen im Hinblick auf die Zielerreichung ist es erforderlich, daß die Wirkungen von bisherigen und weiteren Maßnahmen möglichst verläßlich quantifiziert werden können. Wirkungsanalysen von politischen Maßnahmen zum Klimaschutz sind auch Bestandteil der nationalen Berichtspflicht im Rahmen der Klimarahmenkonvention. Die entsprechenden Guidelines der FCCC "Policies and Measures" (Geneva, 17 July 1996) enthalten allgemeine Vorgaben zur Beschreibung der Maßnalunen und deren Wirkungen, die sektoral differenziert darzustellen sind. Die zugrunde liegenden Begriffe zur Kategorisierung von Maßnahmen und Wirkungen sind allerdings zum Teil nicht eindeutig definiert. Offen bleibt hierbei auch die Frage, mit welchen methodischen Verfahren die Wirkungen der Politik hinreichend genau geschätzt und einzelnen Maßnahmen zugerechnet werden können. Vor diesem Hintergrund hat das Umweltbundesamt (UBA) im Rahmen seines Umweltforschungsplanes das Forschungszentrum Jülich mit der Durchfuhrung eines Vorhabens "Politikszenarien für den Klimaschutz" beauftragt. Dabei sollten auch die Erkenntnisse und Instrumente aus dem vom BMBF geförderten IKARUS-Projekt$^{1}$ für die Berichterstattung der Bundesregierung und für Strategieüberlegungen im Rahmen der Klimarahmenkonvention nutzbar gemacht werden. Unter administrativer Koordination durch die Programmgruppe "Technikfolgenforschung" des Forschungszentrums Jülich (TFF) ist das Gesamtvorhaben vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW), vom Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI), von der Programmgruppe "Systemforschung und [.]

In 1990 the German Federal Government set itself the goal of a 25% reduction of the emission of carbon dioxide in the year 2005 based on the 1990 level and has reaffirmed this goal many times. In past years, numerous policy measures for environmental protection have already been taken and additional measures are being planned or discussed at the moment. In order to evaluate national policy efforts for climate protection with respect to reaching this goal, the effects of previous and future measures must be quantified as reliably as possible. Impact analyses of policy measures for climate protection are also part of the national obligation to make an annual report under the Framework Convention on Climate Change (FCCC). The corresponding guidelines of the FCCC "Policies and Measures" (Geneva, 17 July 1996) contain general criteria for the description of the measures and their effects, which are to be displayed in a sectorally differentiated manner. However, the concepts on which the classification of the measures and effects is based are in part not clearly defined. The question also remains of the methodological procedures with which the effects of the policy can be estimated with sufficient precision and to which of the individual measures they can be allocated. Against this background, the Federal Environmental Agency (UBA) has, within the framework of its environmental research plan, charged the Research Centre Julich with the implementation of a project "Policy Scenarios for Climate Protection". In this context, the findings and instruments from the IKARUS project', which is supported by the Federal Ministry of Education, Science, Research and Technology (BMBF), should be made available for reports by the Federal Government as well as strategy assessments as part of the FCCC. The comprehensive project was implemented by the German Institute for Economic Research (DIW), the Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research (FhG-ISI), the Programme Group Systems Analysis and Technology Evaluation of the ...

Ziel der bundesdeutschen Klimapolitik ist es, bis zum Jahr 2050 die Treibhausgasemissionen um mindestens 95% gegenüber 1990 zu reduzieren und somit weitestgehend Treibhausgasneutralität zu erreichen. Für das Erreichen einer treibhausgasneutralen Energieversorgung ist der Einsatz von Wasserstoff ein elementarer Baustein. Auf nationaler Ebene wurde von der Bundesregierung eine Wasserstoffstrategie formuliert, mit der die notwendigen technischen und ökonomischen Entwicklungen vorangetrieben werden. Schon heute verfügt das Land Nordrhein-Westfalen über eine funktionierende Wasserstoffinfrastruktur, mit der die industrielle Wasserstoffnachfrage bedient wird. Darüber hinaus wurden von der Landesregierung in Nordrhein-Westfalen bereits Initiativen und Projekte gestartet, welche die gesamte Wasserstoffversorgungskette in den Blick nehmen. Wie ein zukunftsweisendes Wasserstoffsystem für NRW ausgestaltet und etabliert werden kann sowie welche konkreten Handlungsfelder sich daraus ableiten lassen, sind wichtige Fragen, die es zeitnah zu beantworten gilt. Vor diesem Hintergrund beauftragte das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen(MWIDE) das Forschungszentrum Jülich mit der Durchführung einer wissenschaftlichen Begleitstudie als eine der Entscheidungsgrundlagen für die Formulierung einer landeseigenen Roadmap Wasserstoff. Folgende Leitfragen standen hierbei im Fokus:$\bullet$ Welche Rolle spielt das Land Nordrhein-Westfalen in einem zukünftigen klimaneutralen Energieversorgungssystem in Deutschland? $\bullet$ Welche Transformationspfade und Handlungsfelder lassen sich für das Land NRW identifizieren, um die gesetzten Treibhausgasreduktionsziele zu erreichen? Welche No-Regret-Maßnahmen lassen sich identifizieren? $\bullet$ Welche Wasserstofferzeugungen und –nachfragen lassen sich für NRW identifizieren und quantifizieren? Wie muss eine adäquate Wasserstoffinfrastruktur ausgestaltet werden? $\bullet$ Welche Bedeutung besitzen innerdeutsche Wasserstofftransporte und ...

The usage of renewable energy sources (RESs) to achieve greenhouse gas (GHG) emission reduction goals requires a holistic transformation across all sectors. Due to the fluctuating nature of RESs, it is necessary to install more wind and photovoltaics (PVs) generation in terms of nominal power than would otherwise be required in order to ensure that the power demand can always be met. In a near fully RES-based energy system, there will be times when there is an inadequate conventional load to meet the overcapacity of RESs, which will lead to demand regularly being exceeded and thereby a surplus. One approach to making productive use of this surplus, which would lead to a holistic transformation of all sectors, is "sector coupling" (SC). This paper describes the general principles behind this concept and develops a working definition intended to be of utility to the international scientific community. Furthermore, a literature review provides an overview of relevant scientific papers on the topic. Due to the challenge of distinguishing between papers with or without SC, the approach adopted here takes the German context as a case study that can be applied to future reviews with an international focus. Finally, to evaluate the potential of SC, an analysis of the linking of the power and transport sectors on a worldwide, EU and German level has been conducted and is outlined here.

Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2050 um 80 bis 95 % gegenüber dem Emissionsniveau von 1990 zu reduzieren. Die hierfür festgelegten Treibhausgasreduktionspfade werden durch eine Vielzahl von weiteren zum Teil sehr detaillierten Zielsetzungen (z. B. Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung) flankiert, die von der Bundesregierung als notwendig gesehen werden, um die übergeordneten Treibhausgasreduktionsziele zu erreichen. Dieser Zielekanon wurde im Laufe der letzten Dekade sukzessive entwickelt und erweitert. Viele vorliegende Studien, in denen Transformationspfade vorgeschlagen werden, integrieren diesen Zielkanon durch exogene Annahmen und schränken damit das Technikportfolio ein. Dies widerspricht einem Lösungsansatz, der sich vor allem durch Technologieoffenheit auszeichnen sollte. Die Frage, ob es sich bei den vorgeschlagenen Transformationspfaden um kostenoptimale Strategien handelt, bleibt in aller Regel unbeantwortet. Ziel der vorliegenden Studie ist es daher, die kosteneffizientesten CO$_{2}$-Minderungsstrategien zur Erreichung der Klimaschutzziele Deutschlands bis zum Jahr 2050 zu identifizieren [.]