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Wie sollte das Marktdesign gestaltet sein, um einen effizienten Klimaschutz in Deutschland zu ermöglichen und die Sektorenkopplung voranzutreiben? Wesentlicher Bestandteil ist eine umfassende CO2-Bepreisung sowie eine Reform der Steuern, Abgaben und Umlagen. Diese Stellungnahme ordnet die Beschlüsse aus dem Klimapaket 2030 ein und zeigt Optionen auf, wie die Einnahmen aus der CO2-Bepreisung genutzt werden können, um eine doppelte Dividende für den Klimaschutz zu erzielen. Folgende Punkte sind entscheidend: Ein einheitlicher und umfassender CO2-Preis in Europa bildet den Kern eines effizienten und effektiven Marktdesigns. Naheliegend ist, dafür das Europäische Emissionshandelssystem (EU-ETS) bis 2030 möglichst auf alle Sektoren auszuweiten. Für die nationale CO2-Bepreisung im Verkehrs- und Wärmesektor, die die Bundesregierung im Klimapaket 2030 beschlossen hat, sollte Deutschland weitere Mitgliedstaaten als Partner gewinnen. Gemeinsam können sie eine strategische CO2-Allianz bilden, die im Optimalfall in eine Ausweitung des EU-ETS münden. Die Einnahmen aus der CO2-Bepreisung können genutzt werden, um das System an Steuern, Abgaben und Umlagen zu reformieren – mit dem Ziel, unverhältnismäßig stark belastete Energieträger zu entlasten. So kann eine doppelte Dividende erzielt und die Sektorenkopplung vorangebracht werden. Besonders zielführend ist, die EEG-Umlage zu ersetzen und die Stromsteuer zu reduzieren. Im Verkehrssektor sind die Emissionen heute auf dem gleichen Stand wie im Jahr 1990. Ein besseres Marktdesign könnte entscheidend dazu beitragen, diese klimapolitischen Herausforderungen im Verkehrssektor zielgerichtet und effizient zu lösen. Die Bundesregierung sollte einen Prozess einleiten, um geeignete Lösungen zu entwickeln.

Energiewende und europäische Energieunion stellen neue Anforderungen an die Stromnetze. Damit drohen hohe Kosten und zusätzliche Gefahren für die Netzstabilität durch anhaltende Netzengpässe. Anpassungen des Marktdesigns können dem entgegenwirken. Diese Stellungnahme stellt fünf Handlungsoptionen vor. Folgende Punkte lassen sich festhalten: Geeignete Preissignale können dafür sorgen, verfügbare Transportkapazitäten bei der Einsatzplanung von Erzeugungs-, Speicher- und Verbrauchsanlagen zu berücksichtigen und Netzengpässe bereits im Vorfeld zu vermeiden. Sie können sowohl beim Stromgroßhandelspreis als auch bei den Netzentgelten ansetzen. Solche Ansätze sollten verstärkt geprüft werden. Auslastungsorientierte Netzentgelte haben den Vorteil, dass sie sich in das System einer einheitlichen deutschen Stromgebotszone integrieren lassen. Allerdings müsste ein solcher Ansatz zunächst ausgearbeitet und erprobt werden. Die marktbasierte Beschaffung von Flexibilität zur Behebung verbleibender Netzengpässe entspricht dem Leitbild einer Wettbewerbsordnung. Sie würde Anreize setzen, Flexibilitätspotenziale gerade auch auf der Lastseite besser zu nutzen und Innovationspotenziale zu erschließen. Die Funktion der Strom- und Flexibilitätsmärkte müsste allerdings kontrolliert werden. Ähnliches gilt, wenn erhöhte finanzielle Anreize das heutige System einer kostenbasierten Beschaffung ergänzen würden. Solche Ansätze sollten weiterverfolgt werden. Alle Handlungsoptionen sind mit Vor- und Nachteilen verbunden. Für ein bestmögliches Ergebnis sollte daher auch eine Kombination von Handlungsoptionen in Betracht gezogen werden.

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 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.

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.

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.

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.

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.