Energie System 2050 - Nachhaltigkeitsbewertung, 2015 - 2020

Beschreibung
Lebenszyklusorientierte Nachhaltigkeitsanalyse auf Systemebene (FT4): Um die Energiewende erfolgreich fortzuführen und zu vollenden, ist es wichtig, technisch-naturwissenschaftliche, ökologische, ökomische und soziale Aspekte der Transformation frühzeitig und umfassend zu analysieren und in das Vorgehen einzubeziehen. In FT 4.1 wird eine gemeinsame Methode für die Nachhaltigkeitsbewertung von Technologien entwickelt. Diese Methode besteht aus den Elementen Life Cycle Costing (LCC) und Life Cycle Assessment (LCA) sowie einer Bewertung anhand sozialer Indikatoren (Abbildung 1). Mit der Methode werden in drei Forschungsthemen beispielhaft drei Fallstudien bewertet (FT 4.2, 4.3, 4.4). Anschließend werden die damit bewerteten Prozessketten in das gesamte Energiesystem integriert und analysiert (FT 4.1).

Die Forschungsthemen 4.1 bis 4.4:
FT 4.1: Methodenentwicklung zur Nachhaltigkeitsbewertung auf Systemebene – DLR TT-STB
FT 4.2: Speicher und Netze – KIT-ITAS
FT 4.3: Biogene Energieträger – KIT-ITAS
FT 4.4: Pfadanalyse Wasserstoff – FZJ IEK-STE


Fallstudie „Pfadanalyse Wasserstoff“
In dieser Fallstudie wird basierend auf den Erkenntnissen aus FT 3 (Energie- und Rohstoffpfade mit Wasserstoff) eine Nachhaltigkeitsanalyse für die Bereitstellung und Nutzung von Wasserstoff im Verkehrssektor durchgeführt. Der Szenariorahmen für diese Fallstudie gibt einen verstärkten Ausbau der Wasserstoffmobilität vor. Die Prozesskette für die Analysen besteht aus der Windstromproduktion und der alkalischen Wasserelektrolyse hauptsächlich in Norddeutschland, dem Transport des gasförmigen Wasserstoffs per Pipeline und Speicherung in geologischen Speichern, z. B. Salzkavernen, der Abgabe des Wasserstoffs an Tankstellen und der Nutzung in einem PKW. Dieser Prozesskette wird als Referenzkonzept die Wasserstoffproduktion per Erdgas-Dampfreformierung mit dem gasförmigen Transport in LKWs gegenübergestellt. Als Alternative zum Transport in Pipelines und der Speicherung in Kavernen wird zusätzlich Transport und Speicherung als Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHC) untersucht. Für diese Prozessketten werden Kosten- und Stoffstrommodelle erstellt, um die ökonomischen und ökologischen Kenngrößen zu bestimmen. Für die LCA wird die Software openLCA und die Datenbank ecoinvent hinzugezogen. Die sozialen Indikatoren werden jeweils individuell erhoben.

Laufzeit
Juli 2015 – Dezember 2020

Förderung durch
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF)

Projektpartner
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR)
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Forschungszentrum Jülich (FZJ): Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3, IEK-10)

Projektleiterin STE
Dr.-Ing. Petra Zapp

Ergebnisse

• Haase, M. ; Wulf, C. ; Baumann, M. ; Rösch, C.
  Comparative sustainability assessment of alternative technologies and fuels for individual motorized mobility
  Prospective Multidimensional Assessment of Energy Technologies and Scenarios, ProMETS, online, Germany, 25 Feb 2021 - 26 Feb 2021

• Wulf, C. ; Haase, M. ; Bauman, M. ; Zapp, P.
  Determination and application of weighting factors for sustainability assessment in the Helmholtz Initiative Energy System 2050
  Prospective Multidimensional Assessment of Energy Technologies and Scenarios, ProMETS, online, Germany, 25 Feb 2021 - 26 Feb 2021

• Böschen, S. ; Grunwald, A. ; Krings, B.-J. ; Rösch, C. ; Haase, M. ; Baumann, M. ; Wulf, C. ; Rösch, C. ; Zapp, P.
  Multikriterielle Analysen zur Entscheidungsunterstützung in der Technikfolgenabschätzung
  Technikfolgenabschätzung: Handbuch für Wissenschaft und Praxis Baden-Baden : Nomos Verlagsgesellschaft mbH & Co. KG 306-320 (2021). doi:10.5771/9783748901990-306

• Wulf, C. ; Zapp, P.
  Sustainability assessment of innovative energy technologies – Hydrogen from wind power as a fuel for mobility applications
  Journal of sustainable development of energy, water and environment systems 9(3), 1 - 21 (2021). doi:10.13044/j.sdewes.d8.0371

• Baumann, M. ; Domnik, T. ; Haase, M. ; Wulf, C. ; Emmerich, P. ; Rösch, C. ; Zapp, P. ; Naegler, T. ; Weil, M.
  Comparative patent analysis for the identification of global research trends for the case of battery storage, hydrogen and bioenergy
  Technological forecasting and social change 165, 120505 (2021). doi:10.1016/j.techfore.2020.120505

• Benitez, A. ; Wulf, C. ; Grube, T. ; Kuckshinrichs, W. ; Palmenaer, A. d. ; Lengersdorf, M. ; R€oding, T. ; Robinius, M. ; Stolten, D.
  Ecological assessment of fuel cell electric vehicles with special focuson type IV carbon fiber hydrogen tank. Journal of cleaner production 278, 123277 (2021). doi:10.1016/j.jclepro.2020.123277

• Junne, T. ; Simon, S. ; Buchgeister, J. ; Saiger, M. ; Baumann, M. ; Haase, M. ; Wulf, C. ; Naegler, T.
  Environmental sustainability assessment of multi-sectoral energy transformation pathways: Methodological approach and case study for Germany. Sustainability 12(19), 8225 - (2020). doi:10.3390/su12198225

• Wulf, C.; Reuß, M.; Grube, T.; Zapp, P.; Robinius, M.; Hake, J.-F.; Stolten, D. (2018) Life Cycle Assessment of hydrogen transport and distribution options. Journal of Cleaner Production 199, 431-443. doi:10.1016/j.jclepro.2018.07.180

• Wulf, C.; Zapp, P. (2018) Assessment of system variations for hydrogen transport by liquid organic hydrogen carriers. Int. J. of Hydrogen Energy 43, 11884-11895. doi:10.1016/j.ijhydene.2018.01.198

Kontakt
Dr. Petra Zapp
Forschungszentrum Jülich
Institut für Energie- und Klimaforschung
IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung
e-mail: p.zapp@fz-juelich.de

Projektwebseite
http://www.helmholtz.de/forschung/energie/energie_system_2050/