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This book makes use of existing scenarios to sketch a new structure for Germany's and Europe's electricity system that will be able to cope simultaneously with the fundamental demands for economic efficiency, environmental sustainability and supply security.

Driven by decreasing prices for photovoltaic (PV) systems and incentive programs of different governments, almost 100 GW of PV and over 100 GW of wind turbines (WT) have been integrated in the European power system by 2014. In some areas, the electricity generation already exceeds the demand, curtailing generation or pushing the existing power transmission infrastructure to its limits in certain hours. In order to reach the European Commission's targets for 2050, the integration of renewable energies will require flexibility sources, independent of conventional generation, in order to provide standard security of supply. Together different flexibility sources will ensure the match between demand and supply at any given time. Energy storage systems can provide this flexibility by shifting the load temporally while transmission grids provide the shift of load spatially. Up to a certain extent, transmission capacity and storage capacity can replace each other, i.e. storage can reduce the load on transmission infrastructure by mitigating local peaks in load and/or generation. For the transition to a fully renewable energy system by 2050, major changes have to be achieved in the structure of the power system. The planning tool GENESYS is a holistic approach that optimises the allocation and size of different generation technologies, storage systems and transnational transmission corridors of a European power system. The source code for the mentioned tool is available free of charge under LGPL license. It can be freely parameterized by the user which allows the study of different power systems under individual assumptions with regard to load, generation potential and cost of the different system components. This publication will give an introduction to the planning methodology, the system model and the optimisation approach. Optimisation results obtained with GENESYS for a fully renewable electricity system for Europe and a cost structure expected for 2050 will be presented together with sensitivity analyses ...

Die Energieversorgung in Deutschland und Europa steht vor einer Zeitenwende. Der russische Angriffskrieg gegen die Ukraine hat gezeigt, wie gefährlich Abhängigkeiten von einzelnen Importländern für die Versorgungssicherheit sind. Ein Wegfall der russischen Energieimporte würde Deutschland und die EU vor sehr große Herausforderungen stellen. In dem Impulspapier "Welche Auswirkungen hat der Ukrainekrieg auf die Energiepreise und Versorgungssicherheit in Europa?" untersuchen die Expert*innen des Akademienprojekts "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) die Folgen eines vollständigen oder teilweisen Wegfalls russischer Energielieferungen nach Europa. Entfallen die russischen Erdgasimporte in den nächsten Monaten, könnten zu Hochlastzeiten im Winter in Europa etwa 25 % des Erdgasbedarfs, bezogen auf 2021, nicht gedeckt werden. Das Defizit ist durch fehlende Transportinfrastrukturen wie Leitungskapazitäten und LNG-Terminals bedingt. Diese Versorgungslücke kann bis 2025 geschlossen werden, wenn der Erdgasverbrauch europaweit um 20 % sinkt und gleichzeitig die Infrastrukturen ausgebaut werden. Die Energiepreise in Europa werden voraussichtlich auch mittel- und langfristig hoch bleiben. Dies wird eine sozial ausgewogene Gestaltung der Energieversorgung und Maßnahmen zum Schutz der industriellen Wettbewerbsfähigkeit erfordern. Das Aufrechterhalten der Versorgungssicherheit in Europa erfordert eine gesamteuropäische Strategie zum Ausbau und Betrieb der Gasinfrastrukturen, die durch eine gemeinsame europäische Einkaufspolitik für Erdgas ergänzt werden sollte. Neben einer Erhöhung der Energieeffizienz sollte der beschleunigte Ausbau der erneuerbaren Energien mit hoher Priorität angegangen werden. Beides wirkt sich auch dämpfend auf die Entwicklung der Energiepreise aus.

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.

The ongoing transformation of the world's energy systems requires an international monitoring to evaluate the transformation processes and to identify transferable leading practice policies. For this purpose, an independent scientific expert commission should be established for the G20. By actively involving political decision-makers in the discussion of the final results a broad basis of support can be ensured. The Climate and Energy Action Plan for Growth agreed at the G20 Summit in Hamburg recognizes explicitly the main proposals of this paper. The paper provides a broader discussion how to assist the G20's energy transformation processes and describes steps towards implementation.

The ongoing transformation of the world's energy systems requires an international monitoring to evaluate the transformation processes and to identify transferable leading practice policies. For this purpose, an independent scientific expert commission should be established for the G20. By actively involving political decision-makers in the discussion of the final results a broad basis of support can be ensured.

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?

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.

Die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und der Rat für Nachhaltige Entwicklung (RNE) legen ein gemeinsames Positionspapier vor, in dem Wege zur Klimaneutralität bis 2050 vorgestellt werden. Leopoldina und RNE zeigen darin Handlungsoptionen für die erforderlichen Veränderungen in Gesellschaft, Politik und Wirtschaft auf, die angesichts der großen Dringlichkeit und der historischen Dimension der vor uns liegenden Transformation erforderlich sind. Leopoldina und RNE wollen sich mit dem Papier bewusst nicht am Wettlauf um die ambitionierteste Zielsetzung beteiligen, sondern ein Optionenpapier für die wichtigsten Umsetzungsschritte liefern.