Digitale Dekarbonisierung

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.

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.

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.

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.

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.

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.