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Der bei COP21 in Paris erreichte Konsens eines 1.5°-2°C Ziels impliziert, dass große Teile der heute als Reserven verfügbaren fossilen Rohstoffe im Boden verbleiben müssen. Gegenwärtig zielt eine Vielzahl der Maßnahmen, die der Reduktion des Konsums fossiler Rohstoffe dienen soll, auf die Nachfrageseite ab. Ohne ein verbindliches globales CO2-Budget, sind diese Politiken jedoch anfällig für Emissionsverlagerungen und andere unerwünschte Effekte. Angebotsseitige Maßnahmen stellen alternative Politikinstrumente dar, die durch Angebotsreduktion direkt eine Reduktion des Konsums fossiler Rohstoffe bewirken können. Dabei spielt gerade die Kohle als einerseits emissionsintensivster und anderseits reichlich vorhandener fossiler Rohstoff, eine zentrale Rolle. Im ersten Teil dieser Dissertation nutze ich ein Modell des internationalen Kesselkohlemarkts (COALMOD-World), um die Effekte verschiedener angebotsseitiger Politikmaßnahmen auf die Nachfrage nach Kohle zu untersuchen. Dabei wird betrachtet, inwieweit diese dazu geeignet sind, angestrebte Reduktionen des Kohlekonsums zu erreichen. Das für die Untersuchung genutzte, partiale Gleichgewichtsmodell ist in der Lage sowohl das globale Angebot als auch die Nachfrage sowie internationalen Kesselkohlehandel zu simulieren. Über mehrere Zeitschritte hinweg umfasst es endogene Investitionen in Produktions-, Export- und Transportkapazitäten und ermöglicht die Substitution zwischen einheimischer Produktion und Importen. Das erste Politikszenario untersucht die Einführung von Export- bzw. Produktionssteuern auf Kesselkohle. Dieser Politik liegt die Idee zugrunde, dass dadurch einerseits der Konsum reduziert, andererseits, die Terms-of-Trade verbessert werden können. Zur Umsetzung des Szenarios wird COALMOD-World zu einem zweistufigen Setting erweitert. Ergebnisse zeigen, dass durch die Steuer zwar signifikante Erlöse erzielt werden können, jedoch für eine substanzielle Reduktion des Kohlekonsums eine große Koalition von Ländern, die gemeinsam eine Produktionssteuer erheben, notwendig ist. Als weitere Politikmaßnahme untersuche ich den Wegfall von Subventionen für die Kohleproduktion. Zwar zeigt die Maßnahme einen geringen positiven Effekt auf die Nettowohlfahrt, jedoch bewirkt sie keine erhebliche Steigerung des Kohlepreises. Diese wäre allerdings notwendig, um den Kohlekonsum nachhaltig zu reduzieren. Eine weitere angebotsseitige Politikmaßnahme, die aktuell diskutiert wird, ist die Einführung eines Moratoriums auf neue Kohleminen. Hierfür habe ich einen einzigartigen Datensatz zusammengestellt, der die Reserven in bereits bestehenden Minen zusammenfasst. Basierend auf verschiedenen Annahmen zu Reserven in China und Indien, untersuche ich zwei Szenarien. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Beschränkung auf aktive Minen - unter der Annahme geringer Reserven in China und Indien - zu einer Nachfrage nach Kohle führen würde, die mit dem 2°C Ziel vereinbar wäre. Dabei wird angenommen, dass die CO2-Abscheidungs-, Transport- und Speichertechnologie (engl. Carbon Capture, Transport, and Storage - CCTS) nicht zur Verfügung steht. Im zweiten Teil dieser Dissertation wird die CCTS-Technologie, die lange Zeit dafür genutzt wurde, um neue Investitionen in Kohlekraftwerke zu rechtfertigen, kritisch beleuchtet. Ergebnisse des gemischtganzzahligen, kostenminimierenden Multiperiodenmodells CCTS-Mod zeigen, dass die Technologie keine große Rolle bei der Dekarbonisierung des europäischen Strommarkts spielen wird, selbst wenn das abgeschiedene CO2 zur tertiären Ölgewinnung (engl. CO2-enhanced oil recovery - CO2-EOR) wertsteigernd eingesetzt wird. Die Technologie könnte jedoch eine Alternative für Emissionen aus industriellen Prozessen darstellen, bei denen das CO2 zu geringeren Kosten abgeschieden werden kann. Des Weiteren zeigen die Modellergebnisse, dass Koordination für das Erzielen von Skaleneffekten bei Transport und Speicherung von CO2 eine zentrale Rolle spielt. Zuletzt wird mit ELCO ein integriertes Framework vorgestellt, welches für die Untersuchung unterschiedlicher regulatorischer Ansätze auf die Ausgestaltung eines zukünftigen Strommixes genutzt werden kann. Dabei ist die CCTS-Technologie mit ihren Prozessschritten im Detail abgebildet. Das Modell wird zur Untersuchung der UK Electricity Market Reform genutzt, um die abgebildeten Mechanismen und mögliche Modellergebnisse vorzuführen. ; The international consensus regarding the 1.5-2°C target in the COP21 Paris Agreement entails that most fossil fuel reserves must remain unburned. Currently, a majority of climate policies aiming at reducing fossil fuel consumption are directed toward the demand side. In the absence of a global carbon regime, these policies are prone to carbon leakage and other adverse effects. Supply-side climate policies present an alternative and more direct approach to reduce fossil fuel consumption by addressing its production. Here, coal, as both the most abundant and the most emission-intensive fuel, plays a pivotal role. In the first part of this dissertation, I use a model of the international steam coal market (COALMOD-World) to examine the effects of different supply-side climate policies and the extent to which they can achieve desired reductions in coal consumption. The partial equilibrium model is designed to replicate global patterns of coal supply, demand, and international trade. It features endogenous investments in production, export, and transportation capacities in a multi-period framework, while allowing for substitution between imports and domestic production of steam coal. The first policy examines the introduction of taxes on steam coal exports and, alternatively, on steam coal production, based on the rationale of reduced consumption and improved terms-of-trade. To this end, COALMOD-World is extended to a two-level setting. Results show that while significant revenues can be generated through a tax, substantial reductions in coal consumption can only be induced if a large coalition of producers jointly introduces a tax. A second policy analysis investigates the effects of removing subsidies for steam coal production. While the policy has a small positive net welfare effect, prices do not increase by the magnitude required to drive down coal consumption. Another supply-side policy currently discussed is a moratorium on new coal mines. I compile a unique dataset of reserves in currently active mines. Using different estimates of reserves in China and India, I set up two scenarios. I find that the low estimate of reserves would result in a coal consumption pattern compatible with a 2°C target in the absence of the Carbon Capture, Transport and Storage (CCTS) technology. CCTS technology has been used to justify prolonged use of coal for electricity generation. In the second part of this dissertation, I take a critical view on CCTS. Scenario results from the mixed-integer, multi-period, cost-minimizing network model CCTS-Mod suggest that - even in combination with CO2-enhanced oil recovery (CO2-EOR) - the technology will not play a major role in decarbonizing the European electricity system. It might be an alternative for industrial processes where CO2 can be captured at lower cost, especially in the iron and steel industry and in the cement industry. Coordination in developing transport and storage infrastructure is found to be crucial for realizing the associated economies of scale. Lastly, ELCO, an integrated modeling framework that is able to assess the implications of various regulatory approaches on the development of a future electricity mix with a detailed representation of CCTS is presented. The framework is applied to a case study of the UK Electricity Market Reform to illustrate the mechanisms and potential results attained from the model.

Die Europäische Kommission hat in ihrem Grünbuch Ein Rahmen für die Klima- und Energiepolitik bis 2030 dazu aufgefordert, Einschätzungen für umwelt- und energiepolitische Entwicklungen jenseits des Jahres 2020 zu entwickeln. Allerdings beruht das Grünbuch ebenso wie die Energy Roadmap 2050 der Kommission vom Dezember 2011 auf Szenarioannahmen, die in wesentlichen Teilen nicht mehr aktuell sind. Die Europäische Kommission sollte umgehend aktualisierte Modellrechnungen bereitstellen, um der Energiepolitik transparente und nachvollziehbare Szenarien als Entscheidungshilfe an die Hand zu geben. Ein vom DIW Berlin durchgeführter Vergleich aktueller Schätzungen zeigt, dass von Seiten der Kommission die Kosten von Atomenergie und CO2-Abscheidung systematisch unterschätzt werden, während die Kosten von erneuerbaren Energien überschätzt werden. Dies gilt insbesondere für die Fotovoltaik, deren Kapitalkosten heute bereits zum Teil unterhalb der Werte liegen, die die Kommission für 2050 erwartet. Im Gegensatz zu den erneuerbaren Energien können weder die Atomkraft noch die CO2-Entsorgung zu vertretbaren Kosten eine tragende Rolle im künftigen europäischen Strommix spielen. Es ist daher unerlässlich, dass Europa konsequent auf den weiteren Ausbau erneuerbarer Energien setzt. Dazu ist es notwendig, dass anspruchsvolle Ziele für erneuerbare Energien für das Jahr 2030 definiert werden, kombiniert mit klaren Emissionsreduktions- und Effizienzzielen. ; In its Green Paper, A 2030 framework for climate and energy policies, the European Commission calls for a framework for the future development of environment and energy policy beyond 2020. However, much like the Energy Roadmap 2050 adopted by the Commission in December 2011, the Green Paper is based on assumed scenarios that are, to a great extent, no longer relevant. The European Commission needs to provide updated model calculations immediately to enable energy policy decisions to be taken on the basis of transparent and comprehensible scenarios. A comparison of recent estimates conducted by DIW Berlin indicates that the Commission systematically underestimates the cost of nuclear power and carbon capture, transport, and storage, while the cost of renewable energies tends to be overestimated. This applies in particular to photovoltaics where capital costs are, to a certain extent, already lower than the Commission's estimates for 2050. In contrast to renewable energies, neither nuclear energy nor carbon capture, transport, and storage are cost efficient enough to play a central role in the future European electricity mix. It is therefore vital for Europe to continue to focus on the further development of renewable energies in future. This requires the setting of ambitious renewables targets for 2030 as well as clear emissions reduction and energy efficiency targets.

Die Annahmen zu Rahmendaten für die Modellierung des Projektionsberichtes werden standardmäßig vor dem Modellierungsstart von den Forschungsnehmenden in Zusammenarbeit mit dem ⁠UBA⁠ erstellt und mit den Ressorts abgestimmt. Erstmals werden diese frühzeitig zum Modellierungsstart der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Das Vorhaben "Politikszenarien XI" dient der Erstellung der Projektionen für den Projektionsbericht 2023 laut KSG §10(2) und der EU Governance-Verordnung.

We analyse the drivers governing the development of CO2 emissions from cement production from 2005 to 2018 for the EU28 as a whole and selected EU countries using the logarithmic mean Divisia index (LMDI) decomposition method. We build on a methodological approach developed by Branger und Quirion (2015). We replicate and substantially extend their study by refining the methodological approach and by updating and substantiating the employed dataset based on publicly available sources. In particular, we disentangle the dominant activity effect observed by Branger und Quirion (2015) into three drivers: (i) a construction activity effect, based on a country's production in construction index; (ii) a further activity effect determined by the cement-consumption-to-construction-activity ratio; and (iii) a domestic cement share effect, capturing the share of domestically produced cement in total cement consumption. At the EU28 level, CO2 emissions declined from 150 MtCO2 in 2005 to 120 MtCO2 in 2018. We find that effects on cement clinker demand govern the development of CO2 emissions in the EU cement sector. Spain and Italy, among the EU countries most severely affected by the financial crisis of 2008/09 and the European debt crisis in 2011/12, are the major contributors to reductions in CO2 emissions. The decomposition analysis does not suggest that CO2 pricing under the EU ETS has substantially contributed to emissions reduction in the cement sector since its introduction in 2005. The main drivers behind the observed decline are construction activity and further activity effects. While the first one is arguably not directly affected by CO2 pricing, the latter needs to be understood in more detail to allow for clear conclusions. Additional CO2 costs would suggest a competitive disadvantage for cement and clinker produced in the EU, however, the share of EU domestic production has increased for both products. Only for cement production, minor efficiency improvement and fuel switching effects can be observed but establishing a direct relation to CO2 pricing under the EU ETS would require additional analysis. Results need to be interpreted in the context of two economic crises and CO2 prices below 10EUR/tCO2 for most of the analysed period. They do not allow to draw conclusions on the development of emissions of the cement industry in an environment of high and rising CO2 prices and stringent climate protection measures.