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Über dieses Buch

Das Buch liefert erstmals konkrete Antworten auf die Frage, wie datenbasierte Verfahren bei der Dekarbonisierung von Betriebsprozessen helfen können. Der Text beschränkt sich dabei nicht auf die üblichen Ansätze zur Reduzierung klimaschädlicher Treibhausgasemissionen wie bspw. dem Verzicht des Einsatzes fossiler Energieträger. Vielmehr wird in dem Text der pragmatische und vor allem technologieoffene Blick auf die Dekarbonisierung energieintensiver Prozesse oder Verfahren gelenkt und dem Leser ein datenanalytisches Modell zur Optimierung des Energiesystems, welches dann deutlich weniger Treibhausgase emittiert, vorgestellt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Dekarbonisierung als strategischer Fixpunkt

Zusammenfassung
Das Eis der Polkappen schmilzt, der Meeresspiegel steigt, Starkwetterereignisse nehmen weltweit zu, und seit der Jahrtausendwende erlebt unsere Erde die heißesten Jahre seit Beginn der Wetteraufzeichnungen. Infolgedessen gilt der menschengeschaffene Klimawandel heute als anerkannte Tatsache. Nur zu verständlich ist die inzwischen von immer mehr Menschen global und lokal vehement vorgetragene Forderung nach einem konsequenten Übergang hin zu einer klimafreundlichen Ökonomie. Nur, wo stehen wir in der Klimafrage heute? Und welche Trends sehen wir perspektivisch zur Lösung bei einer der größten Herausforderungen der Menschheit aller Zeiten? Die Autoren dieses Buchs beantworten in diesem Einführungskapitel diese und weitere Fragen in der gebotenen Kürze. Aber vor allem bieten sie dem Leser einen ersten Einblick in ihre Idee – und damit gewissermaßen den „Nordstern“ dieser Publikation – zur Lösung der Klimakrise: die Ergänzung etablierter Ansätze zur Senkung des Ausstoßes von Treibhausgasen durch die technologieoffene Dekarbonisierung energetischer Betriebsprozesse aller Art. Aus Sicht des Autorenquintetts kann insbesondere das gewählte Paradigma der Technologieoffenheit einen die bekannten Instrumente ergänzenden Beitrag zur Klimarettung leisten.
Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Kapitel 2. Facetten der Dekarbonisierung

Zusammenfassung
Im zweiten Kapitel werden die konzeptionellen Grundlagen des Dekarbonisierungsansatzes mittels dreier Leitfragen erörtert. Mit der einleitenden Frage, warum sich Gesellschaft und Wirtschaft intensiv mit der Reduzierung klimaschädlicher Treibhausgase beschäftigen, werden die wesentlichen Treiber bzw. Katalysatoren der Dekarbonisierung vorgestellt. Anschließend wird die Frage erörtert, wo sich geeignete Ansatzpunkte oder Hebel in Politik, Gesellschaft, Wirtschaft und Technik für erfolgreiche Initiativen zur Treibhausgasminimierung identifizieren lassen. Das Kapitel endet mit der Formulierung eines Zielbilds, welches die Frage zu beantworten sucht, wohin voraussichtlich die Dekarbonisierungsreise gehen wird.
Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Kapitel 3. Handlungsoption Digitale Dekarbonisierung

Zusammenfassung
Im dritten Kapitel wird das Konzept der Modellierung von Energiesystemen als Grundlage für die Identifikation der wirksamsten Maßnahmen zur Digitalen Dekarbonisierung eingeführt. Energiebedarfe werden dazu mit der optimalen Kombination aus vorhandenen und zukünftigen Technologien für die Versorgung mit Strom, Wärme, Kühlung, Antriebsenergie, Trinkwasser und chemischen Energieformen gedeckt. Freiheitsgrade sind hierbei langfristig die Auswahl der Komponenten und kurzfristig deren optimierter Betrieb. Die Basis für bestmögliche Auslegung und Betrieb der Energiesysteme sind Prognosen der Energiebedarfe und eine Datenbank mit den technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften der verfügbaren Komponenten. Insbesondere bei den wirtschaftlichen Annahmen muss mit Szenarien gearbeitet werden, denn die zukünftige Entwicklung wesentlicher Grundgrößen – wie zukünftige Zinssätze, Primärenergiepreise oder konjunkturbedingte Nachfrageschwankungen – sind zum Zeitpunkt der Investition in Komponenten mit Abschreibungszeiträumen von über zehn Jahren und mehr unbekannt.
Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Kapitel 4. Dekarbonisierung durch datenbasierte Optimierung

Zusammenfassung
Die wichtigsten Facetten der Methodik der Digitalen Dekarbonisierung werden in diesem Kapitel dargestellt. Hierbei wird ein praxiserprobter Überblick in die wichtigsten Fragen gegeben, wie energetische Prozesse technologieoffen dekarbonisiert werden können. Nach Klärung der Systeme und ihrer Grenzen, die der Digitalen Dekarbonisierung zugänglich gemacht werden, wird der mathematische Optimierungsansatz mit einem besonderen Fokus auf der Modellierung von CO2-Emissionen und prinzipiellen Überlegungen zur Dekarbonisierung von Energiesystemen dargestellt. Diese prinzipiellen Überlegungen werden anhand von mehreren Fallbeispielen in Kap. 5 und 6 konkretisiert. Das vierte Buchkapitel gibt darüber hinaus noch einen kurzen Überblick über das typische Vorgehen der Digitalen Dekarbonisierung im Rahmen eines Beratungsprojekts. Zuletzt wird aufgezeigt, mit welchen Schritten ein optimal geplantes Energiesystem auch in die Praxis umgesetzt werden kann.
Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Kapitel 5. Makrobetrachtung inklusive Anwendungsfälle

Zusammenfassung
Zu Beginn der Energiewende zeigte sich der Fortschritt im Wesentlichen durch die technologische Optimierung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Ressourcen und deren steigendem Anteil an der Gesamtstromproduktion. Die Maßnahmen hatten sich allein auf den Stromsektor konzentriert. Heute wird für die Dekarbonisierung in Ländern wie Deutschland, die diesen Weg schon seit Längerem eingeschlagen haben, klar, dass weitere Fortschritte allein im Stromsektor nur zu stark steigenden Kosten zu realisieren sind. Aus diesem Grund sind in den letzten Jahren zu Recht die übrigen Energiesektoren in den Fokus geraten. Für Länder wie beispielsweise Deutschland sind hier allen voran der Wärme- und Verkehrssektor relevant; unter anderen klimatischen und geographischen Randbedingungen sind Sektoren wie Wasserentsalzung oder Kühlung zu nennen. Nach einer kompakten Auflistung der entscheidenden methodischen Aspekte der Makromodellierung zeigt dieses Kapitel die Rolle der Sektorkopplung zur Erreichung der Klimaziele am Beispiel Deutschland auf. Hierfür werden insbesondere die Konsequenzen einer Elektrifizierung des Wärmesektors und der Elektromobilität auf den Stromsektor abgeleitet. Die Ergebnisse der Makromodellierung werden sodann kritisch diskutiert und bewertet. Auch wenn Deutschland ein lehrreiches Fallbeispiel für die Möglichkeiten der Digitalen Dekarbonisierung liefert, wollen die Autoren im Folgenden gleichwohl sich der weltweiten Sicht annähern. Hierzu diskutieren sie Energiesysteme mit differierenden Randbedingungen und die Möglichkeiten von Archetypen.
Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Kapitel 6. Mikrobetrachtung inklusive Anwendungsfälle

Zusammenfassung
Hat das vorhergehende Kapitel Fallbeispiele für Länder – also auf Makroebene – aufgezeigt, so wird im sechsten Kapitel anhand einiger Fallbeispiele auf Mikroebene das „Wie“ der digitalen Dekarbonisierung für einzelne Unternehmen erläutert. Die Anwendungsfälle sind nicht fiktiv, sondern konkrete Projekte aus den Sektoren Infrastruktur, Industrie, Wohnwirtschaft und Energieversorgung, welche die Autoren in den letzten Jahren mit der vorgestellten Methode der Digitalen Dekarbonisierung bearbeitet haben. Besonderer Fokus wird in diesen Beispielen auf die Wirkung von Regulatorik, der Komplexität von Multi-Stakeholder-Systemen und der anspruchsvollen Aufgabe der Dekarbonisierung urbaner Wärmeversorgung gelegt. Mithilfe dieser Beispiele ist der Leser in der Lage, die Vorzüge der digitalen Dekarbonisierung vollends zu erfassen und sie in der Praxis anzuwenden.
Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Kapitel 7. Perspektive „weniger Treibhausgase“: eine Schlussbetrachtung

Zusammenfassung
Im abschließenden siebten Kapitel fassen die Autoren die Kernaussagen des Buches zum Konzept der Digitalen Dekarbonisierung zusammen. Das Buch schließt mit ausgewählten regulatorischen Hinweisen und Anregungen, die die Autoren ihren Lesern zum Abschluss gewissermaßen mit auf den Weg geben möchten. Ausgehend von den Erkenntnissen aus nationalen und supranationalen Gestaltungsfeldern soll die vorliegende Publikation somit eine weiterführende Anschlussdiskussion in Academia und Praxis beflügeln.
Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Backmatter

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