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Kohlendioxid-Emissionen

<p>Seit 1990 gehen die Kohlendioxid-Emissionen in Deutschland nahezu kontinuierlich zurück. Ursachen waren in den ersten Jahren vor allem die wirtschaftliche Umstrukturierung in den neuen Ländern. Seitdem ist es die aktive Klimaschutzpolitik der Bundesregierung, die in Einzeljahren jedoch auch von witterungsbedingten Effekten überlagert werden kann.</p><p>Kohlendioxid-Emissionen im Vergleich zu anderen Treibhausgasen</p><p>Kohlendioxid ist das bei weitem bedeutendste <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/treibhausgas-emissionen/die-treibhausgase">Klimagas</a>. Laut einer ersten Berechnung des Umweltbundesamtes betrug 2024 der Kohlendioxid-Anteil an den gesamten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Treibhausgas#alphabar">Treibhausgas</a>⁠-Emissionen 88,2 % (siehe Abb. „Anteile der Treibhausgase an den Emissionen“). Der Anteil hat gegenüber 1990 um über 4 Prozentpunkte zugenommen. Der Grund: Die Emissionen von Methan und Distickstoffoxid wurden im Vergleich zu Kohlendioxid erheblich stärker gemindert.</p><p>___<br> Umweltbundesamt, Nationale Treibhausgas-Inventare 1990 bis 2023 (Stand 03/2025), für 2024 vorläufige Daten (Stand 15.03.2025)</p><p>Herkunft und Minderung von Kohlendioxid-Emissionen</p><p>Kohlendioxid entsteht fast ausschließlich bei den Verbrennungsvorgängen in Anlagen und Motoren. Weitere Emissionen entstehen im Bereich Steine und Erden, wenn Kalk zur Zement- und Baustoffherstellung gebrannt wird. Bezogen auf die Einheit der eingesetzten Energie sind die Emissionen für feste Brennstoffe, die überwiegend aus Kohlenstoff bestehen, am höchsten. Für gasförmige Brennstoffe sind sie wegen ihres beträchtlichen Gehalts an Wasserstoff am niedrigsten. Eine Zwischenstellung nehmen die flüssigen Brennstoffe ein.</p><p>Seit 1990 gehen die Kohlendioxid-Emissionen nahezu kontinuierlich zurück. Zwischen 1990 und 1995 ist dies vor allem auf den verminderten Braunkohleeinsatz in den neuen Ländern zurückzuführen. Ab Mitte der 90er-Jahre wirkt sich insbesondere die aktive Klimaschutzpolitik der Bundesregierung emissionsmindernd aus. Durch kalte Winter and durch konjunkturelle Aufschwünge stiegen die Emissionen zwischenzeitlich immer wieder leicht an, zum Beispiel in den Jahren 1996, 2001, 2008, 2010, 2013 und 2015, 2021&nbsp;(siehe Abb. „Emissionen von Kohlendioxid nach Kategorien“ und Tab. „Emissionen ausgewählter Treibhausgase nach Kategorien“). Im Jahr 2009 wirkte die ökonomische Krise emissionsmindernd. 2010 stiegen die Emissionen hauptsächlich durch die konjunkturelle Erholung der Wirtschaft und die kühle ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/w?tag=Witterung#alphabar">Witterung</a>⁠ wieder an. In den Folgejahren hatte die Witterung den größten Einfluss auf die Emissionsentwicklung, zusätzlich drückt der stetige Rückgang der Emissionen aus der Energiewirtschaft das Emissionsniveau ab dem Jahr 2014 deutlich. Im Jahr 2020 dominieren die komplexen Sondereffekte der Corona-Pandemie das Emissionsgeschehen, während 2021 von Wiederanstiegen dominiert wird. Der Russische Angriffskrieg gegen die Ukraine wirkte sich in unterschiedlicher Weise auf die Entwicklung der Emissionen im Jahr 2022 aus (vgl. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/presse/pressemitteilungen/uba-prognose-treibhausgasemissionen-sanken-2022-um">UBA/BMWK: Gemeinsame Pressemitteilung 11/2023</a>).</p><p>Kohlendioxid-Emissionen 2024</p><p>2024 sanken die Kohlendioxid-Emissionen gegenüber 2023 um 21,3 Millionen Tonnen bzw. rund 3,6 % auf 572 Millionen Tonnen Kohlendioxid. Gegenüber 1990 sind die Kohlendioxid-Emissionen demnach um 48,2 % gesunken. Die größten Rückgänge gab es in der Energiewirtschaft. Weitere Nennenswerte Rückgänge der Emissionen gab es im Straßenverkehr, und bei den Haushalten und&nbsp; Kleinverbrauchern.</p><p>Den größten Anteil an den Kohlendioxid-Emissionen hatte 2024, wie in den letzten Jahren, die Kategorie Energiewirtschaft mit 30,8 %. Aus diesem Bereich wurden im Jahr 2024 rund 177 Millionen Tonnen Kohlendioxid freigesetzt. Die Kategorien Haushalte/Kleinverbraucher (18,6 %) und Straßenverkehr/übriger Verkehr (24,9 %) sowie Verarbeitendes Gewerbe/Industrieprozesse (zusammen 24,8 %) besitzen hinsichtlich der Kohlendioxid-Emissionen derzeit eine etwas geringere Bedeutung.</p><p>Die gesamtwirtschaftliche Emissionsintensität (Emissionen bezogen auf das Bruttoinlandsprodukt) sank zwischen 1991 und 2024 um 62 % (siehe Abb. „Kohlendioxid-Emissionsintensität in Deutschland“).</p>

Neuartiges Konzept zum Bau von kostengünstigen geothermischen Bohrungen mit Electro Pulse Power Technologie, Teilvorhaben: Entwicklung des Steuerungs- und Messmoduls für eine EPP-CwD-System

Die Klimaziele der Bundesrepublik Deutschland, wie Triebhausgasneutralität bis 2045 und die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft, werden nur durch einen Ausbau der Geothermie als grundlastfähige, regenerative Energiequelle ermöglicht. Der wirtschaftliche Erfolg von Geothermieprojekten wird maßgeblich durch die Bohrkosten bestimmt. Diese sind eng mit der verfügbaren Bohrtechnik verknüpft. In dem für die Geothermie relevanten harten Grundgebirge bohren die derzeit eingesetzten konventionellen Bohrwerkzeuge nur sehr langsam und verschleißen schnell. Infolgedessen entstehen Bohrkosten bis mehreren 10 Mio. EUR und somit ein enormes finanzielles Risiko. In einem mehrstufigen Entwicklungsprojekt konnte ein innovatives Bohrsystem auf Basis des Elektroimpulsverfahren (EIV) entwickelt und erprobt. Das EIV nutzt die zerstörende Wirkung elektrischer Entladungen zum Lösen des Gesteins. Mechanische Kräfte sind für den Prozess nicht notwendig. Die zugehörigen Versuche zur Erprobung des Verfahrens und des EIV-Bohrsystems geben die wirtschaftlichen Vorteile zu erkennen. Das Projekt DEEPLIGHT greift diesen Stand der Technik auf und überführt ihn in ein neues Komplettierungsverfahren, das Casing-Drilling. Dadurch, dass keine mechanischen Kräfte für das Werkzeug benötigt werden, stehen Leistungsreserven für den gleichzeitigen Einbau der Stützverrohrung (Casing) zur Verfügung. Bisher konnte das Casing-Drilling noch zu keinem Durchbruch entwickelt werden, da die Übertragung der Werkzeugkräfte ein wesentliches Hindernis darstellen. Durch die Kombination mit dem EIV wird dieses Hindernis umgangen. In enger Zusammenarbeit der internationalen und interdisziplinären Partner wird ein Bohrsystem entwickelt und erprobt, dass analog zu konventionellen Werkzeugen an vorhandenen Bohranlagen eingesetzt werden kann. Durch den simultanen Ablauf von Bohren und Verrohren wird die Zeit zur Erstellung von Geothermiebohrungen gesenkt und somit die Wirtschaftlichkeit von Geothermieprojekten verbessert.

Energiedatenraum zum Datenaustausch in Gaia-X, Teilvorhaben: Umsetzung und Demonstration anhand von Anwendungsfällen

Im Projekt baut das Konsortium einen Datenraum auf Basis der Gaia-X-Architektur auf, der künftig den souveränen Datenaustausch in digitalen Wertschöpfungsnetzwerken ermöglicht. Der Fokus liegt auf zwei Use Cases zur Integration der SMGW und der Bereitstellung von Flexibilität durch automatisierte Prozesse. Die Zielsetzung dieses Projektes ist es eine sichere und vernetzte Dateninfrastruktur für den Datenraum Energie zur Verfügung zu stellen. Diese Infrastruktur soll den Zugang zu und die Nutzung von Energiedaten auf der Erzeuger- und Verbraucherseite vereinfachen oder überhaupt erst ermöglichen. Der Datenraum soll damit die Grundlage für innovative Ideen und Geschäftsmodelle werden, welche die Transformation zu einer klimaneutralen Energieinfrastruktur sowohl ökologisch als auch ökonomisch ermöglichen. Daneben sollen die Ziele der Datenstrategie der Bundesregierung hinsichtlich der Schaffung dezentraler, föderierter Dateninfrastrukturen sowie die Stärkung der digitalen Souveränität von Unternehmen und Bürgerinnen und Bürgern realisiert werden. Ziel des Vorhabens ist es zu demonstrieren, wie Daten dezentral und souverän in der Energiewirtschaft ausgetauscht werden können. Die existierenden Referenzarchitekturen des International Data Space Association (IDSA) und Gaia-X werden als Grundlagen zum Aufbau eines prototypischen Energiedatenraums verwendet. Dieser veranschaulicht die Potentiale von Datenräumen für den Energiesektor.

Luftreinhaltung Kraftwerke und Industrie. Regionale Umweltberichterstattung und Modellrechnungen

Vorbeugende Konzepte gegen schaedliche Umwelteinwirkungen, wie sie die grundlegende Novellierung des Luftreinhalteplan-Instrumentariums im BImSchG vom 14 Mai 1990 verstanden wissen will, benoetigen nicht nur bundesweit geltende Grenz- und Leitwerte, sondern regional differenzierte Ansaetze. Der rationellen Energienutzung, dh der Vermeidung von Emissionen ist vor einer Emissionsminderung an der Quelle bzw den Massnahmen zum Passivschutz die hoechste Prioritaet einzuraeumen. Relativ gesicherte Aussagen zur lokalen Belastungssituation und den Entwicklungstrends sind hierzu erforderlich. Forschungsfragen sind: - Wie stellt sich die raeumliche Verteilung der Emissionen im Kraftwerkssektor in der BRD im Jahre 1989 dar? - Welche Veraenderungen ergeben sich im Vergleich zum Jahr 1986, und welche Massnahmen verursachten diese Veraenderungen? - Wie entwickeln sich die Kraftwerksstruktur und Kraftwerkstechnik, die aus der Bruttostromerzeugung und Bruttoengpassleistung resultierenden Vollastbenutzungsstunden und das Einsatzspektrum der verschiedenen Energietraeger bis zum Jahr 2005? - Welche regionalen Schadstoffemissionen sind in diesem Zeitraum zu erwarten? - Welche regionalen Auswirkungen hat ein verstaerkter Ausbau der Kraft-Waerme-Kopplung als energiesparende Technik und die Abkopplung der Stromerzeugung vom Gas und Oel auf die Reduktion der Emissionen? - Welche regionalen Entwicklungen erzeugt eine verstaerkte energetische Nutzung von Abfaellen, die statistisch zu den regenerativen Energien gezaehlt wird, bei den Kraftwerksemissionen, und erfolgen evtl Rueckwirkungen auf das Abfallaufkommen?

Degradations-optimierter Betrieb von Multi-Brennstoffzellensystemen im Schwerlastverkehr, Teilvorhaben: Brennstoffzellen Modellentwicklung

Bidirektionale Flexibilität durch Flottenkraftwerke in und um Unternehmen, Teilvorhaben: Anwendungsfälle für kommunale Energieversorger

Regionaler zellularer Verbund von Versorgungseinheiten mit Netzregelaufgaben

Für einen stabilen Netzbetrieb muss das Angebot an elektrischer Leistung stets dem Verbrauch entsprechen. Dazu halten die Übertragungsnetzbetreiber Regelleistung zur Primär- und Sekundärregelung sowie Minutenreserve vor. Mit der Zunahme der Leistungseinheiten mit volatiler Netzeinspeisung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraft und Photovoltaik, erhöht sich permanent der Bedarf an Regelleistung. Gleichzeitig wird die eingespeiste Leistung aus konventionellen Großkraftwerken und damit die zur Verfügung stehende Regelleistung abnehmen. Aktuelle Studien zeigen zudem, dass in der Primärregelung künftig signifikant kürzere Reaktionszeiten und höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten erforderlich sind. Die so entstehende Bedarfslücke kann künftig durch regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten abgedeckt werden. Sie sind gekennzeichnet durch eigene dezentrale Versorger-, Verbraucher- und Speicherkapazitäten , insbesondere Industriebetriebe mit eigenen Heizkraftwerken auf Basis von Gas, Biomasse oder Kohle mit Priorität der Wärmeversorgung, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen sowie elektrische Batteriesysteme und thermische Speicher. Sie stellen nach außen einen Verbund mit positiver und negativer Regelreserve dar. Der Netzbetreiber kann die einzelnen Verbünde gestuft einsetzen und abrufen. Hierdurch entstehen zusätzliche Redundanzen, welche die Gesamtsystemstabilität erhöhen. Ziel des Vorhabens ist es zunächst, Lösungsansätze zu entwickeln, so dass regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten auch hochdynamische Netzregelaufgaben erfüllen können. Das komplexe Zusammenwirken von Energiebereitstellungs-, Nutzungs- und Speichereinheiten unterschiedlicher Energieformen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Die Übernahme von Netzregelaufgaben muss ohne Abstriche bei Prozess- und Versorgungsstabilität, Betriebszuverlässigkeit und Anlagenlebensdauer erfolgen. Nur durch die Integration geeigneter Speicher, einer intelligenten Nutzung systeminhärenter Speicherkapazitäten sowie einer übergeordneten Steuerung und Überwachung des komplexen dezentralen Systems können die Anforderungen erfüllt werden. Als Entwicklungsplattform und Demonstrator soll das Technikum des Zentrum für Energietechnik (ZET) der TUD dienen. Es repräsentiert einen derartigen Verbund dezentraler Erzeuger- und Verbrauchereinheiten von Elektroenergie und Wärme mit Kopplung zum Strom- und Wärmenetz des lokalen Energieversorgers im Universitätscampus.

Vergleichende ökonomische und ökologische Bewertung von innovativen, stationären Energiespeichertechnologien in der industriellen Produktion

Das Ziel der Studie besteht darin, mit einem interdisziplinären Ansatz eine vergleichende ökologische Bewertung und eine vergleichende ökonomische Analyse von drei ausgewählten dezentralen stationären Energiespeicherlösungen durchzuführen. Der Vergleich wird anhand eines konkreten Anwendungsszenarios in der industriellen Produktion durchgeführt.

Entwicklung einer Mikro-Hybrid-Gas/ORC-Turbine, Teilvorhaben: Entwicklung einer Mikro-Hybrid-Gas/ORC-Turbine

Flüssigkeitschromatographie mit Triplequadrupol-Massenspektrometer

Die Arbeitsgruppen Anorganische Chemie (Prof. Lang), Koordinationschemie (Prof. Mehring), Chemische Technologie (Prof. Stöwe) an der Technischen Universität Chemnitz haben sich zu einem Interessenverbund zum Thema nachhaltige Wasserwirtschaft zusammengefunden und mit dem regionalen führenden kommunalen Energieversorger dieses Interesse abgestimmt. Ziele sind die Entwicklung von neuen Abwasseraufbereitungsmethoden zur Entfernung von Mikroverunreinigungen wie Endokrin Disruptiven Verbindungen (EDCs), Pestiziden und Pharmazeutika aus kommunalen Abwässern über unterschiedliche Methoden, wie z.B. photokatalytischen Abbau oder elektrochemische Fällung. Zur Spuren- und Ultraspurenanalytik der Schadstoffe in wässrigen Medien, der Aufklärung von Abbauprodukten und -mechanismen dieser Verbindungen wird eine flüssigkeitschromatographische Trennmethode auf der Basis einer UHPLC mit angekoppelter Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie benötigt. Weiterhin soll das System in Kooperation mit weiteren Gruppen (Prof. Kataev) zur Analytik der Produktverteilung in supramolekularen und katalytischen Reaktionen, Reinheitsbestimmung sowie kinetische und mechanistische Untersuchungen zum Reaktionsablauf von organischen Produktkomponenten eingesetzt werden.

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