11 research outputs found

    Energy efficient space and water heating in a university building

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    The building Norra Djurgården 43:12 on the main campus of the Royal Institute of Technology (KTH)  in Stockholm will be retrofitted as students from the exter- nal campus Haninge will be moved there. This occasion is supposed to be used to improve the facility’s energy efficiency. Potential for this exists for both the space and the water heating system. The effect of decreasing the supply temperature to the radiators was examined  based on equations for the heat transfer. It was calcu- lated that lowering the supply temperature by 5 K would reduce the space heating demand by 25 %, i.e. 94.25 MWh a−1  and avoid emissions of 9.9 t CO2 a−1. Due to high heat losses from the secondary district heating circuit on KTH property to the ground, an alternative for the domestic hot water supply at times without space heating demand, i.e. from May to September, was considered.  Two systems were designed which can completely cover the demand and were evaluated in terms of both energy and economic efficiency. The daily domestic hot water demand  as well as the peak demand were modelled especially for this purpose. A system com- prising ten flat panel solar thermal collectors with a total aperture area of 23.3 m2 and an auxiliary heat pump of 7.5 kW capacity was calculated to achieve a maximum coefficient of performance (COP) of 9.13 in June. In spite of the low operation cost, the system has a negative Net Present Value as the fixed capital investment is very high. The more competitive option is the installation of a heat pump of 12.22 kW capacity which is supposed to use waste heat from the server room.  If both the cooling power and the heating  power are considered as the benefit, the Net Present Value calculates to about 274,500 SEK, otherwise it is still almost 99,000 SEK (ap- proximately 32,000 EUR and 11,500 EUR respectively).  These figures are based on an operation cycle of one year, i.e. if the heat pump contributes to the space heating supply from October to March. Compared to the use of outside air as a heat source, the COP is increased by 83 % or 10 % respectively, depending on the definition of the benefit. The reduction in the district heating demand calculated to 24.48 MWh a−1 provided the building can be disconnected from the KTH distribution network from May to September. At the same time, emissions of 2.57 t CO2 a−1  could be avoided. In conclusion, the installation of a heat pump using waste heat from the server room appears to be a solution which is both energy efficient and economical.Das Gebäude Norra Djurgården  43:12 auf dem Hauptcampus der Königlichen Tech- nischen Hochschule (KTH)  in Stockholm wird renoviert werden, da der Vorlesungs- betrieb des externen Campus Haninge zukünftig zum Teil dort stattfinden wird. Bei dieser Gelegenheit soll die Energieeffizienz  des Gebäudes gesteigert werden. Poten- tial hierfür besteht sowohl beim Heizen als auch in der Warmwasserbereitung. Die Auswirkungen einer verringerten Vorlauftemperatur zu den Heizkörpern wurden auf Grundlage von Gleichungen zur Wärmeübertragung betrachtet. Es wurde berech- net, dass die Verringerung der Vorlauftemperatur um 5 K den Heizbedarf um 25 % reduzieren würde, d. h. um 94,25 MWh a−1, und damit Emissionen in Höhe von 9,9 t CO2 a−1 vermieden werden könnten. Aufgrund hoher Wärmeverluste vom sekundären Fernwärmekreislauf  zum Boden auf dem Gelände der KTH wurde eine Alternative  für die Warmwasserbereitung zu Zeiten ohne Heizbedarf, d.h. von Mai bis September, in Erwägung gezogen. Zwei Systeme, welche den Bedarf vollständig abdecken können, wurden entwick- elt und sowohl auf ihre Energieeffizienz  als auch auf ihre Wirtschaftlichkeit  hin geprüft. Der tägliche Warmwasserbedarf  sowie der Spitzenbedarf  wurden eigens zu diesem Zweck modelliert. Für ein Hybridsystem, welches aus zehn Flachkollek- toren mit einer gesamten Aperturfläche von 23,3 m2  und einer Wärmepumpe mit 7,5 kW Leistung besteht, wurde eine maximale Leistungszahl von 9,13 im Juni ermittelt. Trotz der geringen Betriebskosten ist der Kapitalwert negativ, da die Investitionskosten sehr hoch sind. Die konkurrenzfähige Alternative ist die Installa- tion einer Wärmepumpe mit 12,22 kW Leistung, welche die Abwärme der Computer im Serverraum nutzen soll. Werden sowohl die Kälte- als auch die Wärmeleistung als Nutzen angesehen, berechnet  sich der Kapitalwert zu etwa 32.000 EUR, ohne Miteinbeziehung der Kälteleistung zu 11.500 EUR. Diese Zahlen beziehen sich auf einen ganzjährigen Betrieb, d. h. die Wärmepumpe trägt von Oktober bis März zur Heizleistung bei. Verglichen mit der Nutzung von Außenluft als Wärmequelle kann die Leistungszahl um 83 % bzw. 10 % gesteigert werden, je nach Definition des Nutzens. Die Verringerung des Fernwärmebedarfs wurde zu 24,48 MWh a−1 berech- net, vorausgesetzt das Gebäude kann von Mai bis September vom Verteilernetz der KTH abgekoppelt werden. Gleichzeitig ermöglicht dies Emissionseinsparungen von 2,57 t CO2 a−1. Zusammenfassend erscheint  die Installation einer Wärmepumpe, welche die Abwärme im Serverraum nutzt, als eine sowohl energieeffiziente als auch wirtschaftliche Lösung.Byggnaden Norra Djurgården  43:12 på Kungliga Tekniska Högskolans (KTH:s) hu- vudcampus i Stockholm kommer att renoveras då studenter från den externa cam- pusen Haninge kommer att  flyttas dit. Detta tillfälle  skall nu utnyttjas  för att effektivisera byggnadens energiprestation.  Potentialen för energieffektivisering finns därtill  i både uppvärmningen och varmvattenberedningen. I detta arbete har ef- fekten av sänkt tilloppstemperatur till radiatorerna studerats.  Effekten har kvan- tifierats genom beräkningarna  med hjälp av välkända ekvationer för värmetrans- port.  Beräkningarna har visat att värmebehovet kunde minskas med 25 %, d.v.s. 94,25 MWh per år, genom en sänkning av tillopstemperaturen med 5 K. Följaktigen kunde CO2 emissionerna också minskas med ungefär 9,9 ton per år. Då värmeförlusterna från den primära fjärrvärmekretsen mellan maj och september är höga, har ett alternativ  för varmvattenberedningen för denna tidsperiod pre- senterats.  Två system har presenterats som kan fullständigt täcka behovet  och har analyserats beträffande både energieffektiviteten och lönsamhet. Det dagliga varmvattenbehovet samt spetsbehovet har modellerats just för detta syfte.  Den maxmimala värmefaktorn till ett system bestående av 10 plana solfångare med en total aperturarea (genomskinliga arean) på 23,3 m−2  och en värmepump  på 7,5 kW har uppskattats till 9,13 i juni.  Trots de låga driftskostnaderna är kapitalvärdet negativt eftersom investeringskostnaderna  var höga. Den andra lösningen innefat- tade installation av en värmepump på 12,22 kW som använder sig av spillvärmen från serverrummet. Om besparingen av både fjärrvärme och fjärrkyla  betraktas i lönsamhetsanalysen, beräknas kapitalvärdet till ungefär 247.500 SEK, respektive 99.000 SEK om bara det minskade fjärrvärmebehovet  betraktas. Dessa siffror är baserade på ett års drift, d.v.s. om värmepumpen står för uppvärmningen från ok- tober till mars. Jämfört med användningen av uteluft som värmekälla  ökar värme- faktorn med 10 %. Ökningen blir 83 % om i processens nytta inkorporeras både den värme som absorberats från serverrummet och den värme som används för varm- vattenberedning  och uppvärmning. Reduktionen i fjärrvärmebehovet har beräknats till 24,48 MWh per år, förutsatt att byggnaden kan kopplas ifrån KTH:s distribu- tionsnätverk mellan maj och september.  Samtidigt kunde CO2 emissionerna också reduceras med 2,57 ton per år. Sammanfattningsvis kan det konstaterats att instal- lationen av en värmepump,  som använder sig av spillvärmen från serverrummet, kan vara både en kostnads- och energieffektiv lösning för den undersökta byggnaden

    Energy efficient space and water heating in a university building

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    The building Norra Djurgården 43:12 on the main campus of the Royal Institute of Technology (KTH)  in Stockholm will be retrofitted as students from the exter- nal campus Haninge will be moved there. This occasion is supposed to be used to improve the facility’s energy efficiency. Potential for this exists for both the space and the water heating system. The effect of decreasing the supply temperature to the radiators was examined  based on equations for the heat transfer. It was calcu- lated that lowering the supply temperature by 5 K would reduce the space heating demand by 25 %, i.e. 94.25 MWh a−1  and avoid emissions of 9.9 t CO2 a−1. Due to high heat losses from the secondary district heating circuit on KTH property to the ground, an alternative for the domestic hot water supply at times without space heating demand, i.e. from May to September, was considered.  Two systems were designed which can completely cover the demand and were evaluated in terms of both energy and economic efficiency. The daily domestic hot water demand  as well as the peak demand were modelled especially for this purpose. A system com- prising ten flat panel solar thermal collectors with a total aperture area of 23.3 m2 and an auxiliary heat pump of 7.5 kW capacity was calculated to achieve a maximum coefficient of performance (COP) of 9.13 in June. In spite of the low operation cost, the system has a negative Net Present Value as the fixed capital investment is very high. The more competitive option is the installation of a heat pump of 12.22 kW capacity which is supposed to use waste heat from the server room.  If both the cooling power and the heating  power are considered as the benefit, the Net Present Value calculates to about 274,500 SEK, otherwise it is still almost 99,000 SEK (ap- proximately 32,000 EUR and 11,500 EUR respectively).  These figures are based on an operation cycle of one year, i.e. if the heat pump contributes to the space heating supply from October to March. Compared to the use of outside air as a heat source, the COP is increased by 83 % or 10 % respectively, depending on the definition of the benefit. The reduction in the district heating demand calculated to 24.48 MWh a−1 provided the building can be disconnected from the KTH distribution network from May to September. At the same time, emissions of 2.57 t CO2 a−1  could be avoided. In conclusion, the installation of a heat pump using waste heat from the server room appears to be a solution which is both energy efficient and economical.Das Gebäude Norra Djurgården  43:12 auf dem Hauptcampus der Königlichen Tech- nischen Hochschule (KTH)  in Stockholm wird renoviert werden, da der Vorlesungs- betrieb des externen Campus Haninge zukünftig zum Teil dort stattfinden wird. Bei dieser Gelegenheit soll die Energieeffizienz  des Gebäudes gesteigert werden. Poten- tial hierfür besteht sowohl beim Heizen als auch in der Warmwasserbereitung. Die Auswirkungen einer verringerten Vorlauftemperatur zu den Heizkörpern wurden auf Grundlage von Gleichungen zur Wärmeübertragung betrachtet. Es wurde berech- net, dass die Verringerung der Vorlauftemperatur um 5 K den Heizbedarf um 25 % reduzieren würde, d. h. um 94,25 MWh a−1, und damit Emissionen in Höhe von 9,9 t CO2 a−1 vermieden werden könnten. Aufgrund hoher Wärmeverluste vom sekundären Fernwärmekreislauf  zum Boden auf dem Gelände der KTH wurde eine Alternative  für die Warmwasserbereitung zu Zeiten ohne Heizbedarf, d.h. von Mai bis September, in Erwägung gezogen. Zwei Systeme, welche den Bedarf vollständig abdecken können, wurden entwick- elt und sowohl auf ihre Energieeffizienz  als auch auf ihre Wirtschaftlichkeit  hin geprüft. Der tägliche Warmwasserbedarf  sowie der Spitzenbedarf  wurden eigens zu diesem Zweck modelliert. Für ein Hybridsystem, welches aus zehn Flachkollek- toren mit einer gesamten Aperturfläche von 23,3 m2  und einer Wärmepumpe mit 7,5 kW Leistung besteht, wurde eine maximale Leistungszahl von 9,13 im Juni ermittelt. Trotz der geringen Betriebskosten ist der Kapitalwert negativ, da die Investitionskosten sehr hoch sind. Die konkurrenzfähige Alternative ist die Installa- tion einer Wärmepumpe mit 12,22 kW Leistung, welche die Abwärme der Computer im Serverraum nutzen soll. Werden sowohl die Kälte- als auch die Wärmeleistung als Nutzen angesehen, berechnet  sich der Kapitalwert zu etwa 32.000 EUR, ohne Miteinbeziehung der Kälteleistung zu 11.500 EUR. Diese Zahlen beziehen sich auf einen ganzjährigen Betrieb, d. h. die Wärmepumpe trägt von Oktober bis März zur Heizleistung bei. Verglichen mit der Nutzung von Außenluft als Wärmequelle kann die Leistungszahl um 83 % bzw. 10 % gesteigert werden, je nach Definition des Nutzens. Die Verringerung des Fernwärmebedarfs wurde zu 24,48 MWh a−1 berech- net, vorausgesetzt das Gebäude kann von Mai bis September vom Verteilernetz der KTH abgekoppelt werden. Gleichzeitig ermöglicht dies Emissionseinsparungen von 2,57 t CO2 a−1. Zusammenfassend erscheint  die Installation einer Wärmepumpe, welche die Abwärme im Serverraum nutzt, als eine sowohl energieeffiziente als auch wirtschaftliche Lösung.Byggnaden Norra Djurgården  43:12 på Kungliga Tekniska Högskolans (KTH:s) hu- vudcampus i Stockholm kommer att renoveras då studenter från den externa cam- pusen Haninge kommer att  flyttas dit. Detta tillfälle  skall nu utnyttjas  för att effektivisera byggnadens energiprestation.  Potentialen för energieffektivisering finns därtill  i både uppvärmningen och varmvattenberedningen. I detta arbete har ef- fekten av sänkt tilloppstemperatur till radiatorerna studerats.  Effekten har kvan- tifierats genom beräkningarna  med hjälp av välkända ekvationer för värmetrans- port.  Beräkningarna har visat att värmebehovet kunde minskas med 25 %, d.v.s. 94,25 MWh per år, genom en sänkning av tillopstemperaturen med 5 K. Följaktigen kunde CO2 emissionerna också minskas med ungefär 9,9 ton per år. Då värmeförlusterna från den primära fjärrvärmekretsen mellan maj och september är höga, har ett alternativ  för varmvattenberedningen för denna tidsperiod pre- senterats.  Två system har presenterats som kan fullständigt täcka behovet  och har analyserats beträffande både energieffektiviteten och lönsamhet. Det dagliga varmvattenbehovet samt spetsbehovet har modellerats just för detta syfte.  Den maxmimala värmefaktorn till ett system bestående av 10 plana solfångare med en total aperturarea (genomskinliga arean) på 23,3 m−2  och en värmepump  på 7,5 kW har uppskattats till 9,13 i juni.  Trots de låga driftskostnaderna är kapitalvärdet negativt eftersom investeringskostnaderna  var höga. Den andra lösningen innefat- tade installation av en värmepump på 12,22 kW som använder sig av spillvärmen från serverrummet. Om besparingen av både fjärrvärme och fjärrkyla  betraktas i lönsamhetsanalysen, beräknas kapitalvärdet till ungefär 247.500 SEK, respektive 99.000 SEK om bara det minskade fjärrvärmebehovet  betraktas. Dessa siffror är baserade på ett års drift, d.v.s. om värmepumpen står för uppvärmningen från ok- tober till mars. Jämfört med användningen av uteluft som värmekälla  ökar värme- faktorn med 10 %. Ökningen blir 83 % om i processens nytta inkorporeras både den värme som absorberats från serverrummet och den värme som används för varm- vattenberedning  och uppvärmning. Reduktionen i fjärrvärmebehovet har beräknats till 24,48 MWh per år, förutsatt att byggnaden kan kopplas ifrån KTH:s distribu- tionsnätverk mellan maj och september.  Samtidigt kunde CO2 emissionerna också reduceras med 2,57 ton per år. Sammanfattningsvis kan det konstaterats att instal- lationen av en värmepump,  som använder sig av spillvärmen från serverrummet, kan vara både en kostnads- och energieffektiv lösning för den undersökta byggnaden

    Sufficiency - from obligation to opportunity

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    Sufficiency as a third and essential pillar complementary to efficiency and consistency can contribute substantially to the mitigation of climate change, provided the inherent potential for the transformation of production as well as consumption patterns can be unlocked. In Germany, however, the term is often associated with restriction policies and triggers fears of loss in the citizens. Yet, if sufficiency practices are understood as a right to be guaranteed by the state instead of individual choices and the personal benefits of a sufficient livelihood become clear, a positive narrative of sufficiency can be introduced in order to overcome (perceived) transition barriers. At the example of three conceivable sufficiency rights from the mobility and housing sectors, the structures needed to facilitate sufficient livelihoods as well as the barriers by jurisdiction and the respective regulatory framework are investigated. The selected examples are used to illustrate the effects that e.g., a car-centric mobility policy, a great variation in tenancy agreements or a local supply system aimed exclusively at maximising economic efficiency have on the care economy and how costs are externalised to the private sector as a result. In addition, the gender dimension of this structural generation of demand is addressed, as the people affected by this are predominantly female. However, solutions can also be identified that create freedom instead of restricting it. For instance, routes to school that children can cover independently and safely not only create freedom of time for carers, but also freedom of movement for other vulnerable groups. Facilitating changes of residence relieves the burden on people after the family phase in particular, reduces the pressure to build new housing and enables more people to live in an adequate housing situation. Mobility services, especially in rural areas, that protect people from mobility poverty, enable them to live independently and participate in society. Retailers also benefit from the additional customers. This paper points out how adequate political measures and planning ground rules backed by an appropriate legal framework can facilitate sufficiency at all levels of society

    Can a CO2 tax be socially just? : Analysis of the social distribution effects of the German CO2 taxation

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    Rising energy costs have led to increased discussion about the social impact of the energy transition in Germany in recent years. In 2021, a gradually increasing CO2 tax was introduced. This paper analyzes the question of whether a CO2 tax can be socially just. Using data analysis and desk research, correlations between income and energy consumption in Germany are shown. In a short analysis, it is investigated which additional burdens different types of private households have to expect in the coming years due to the introduction of CO2 pricing on energy. In particular, the introduction of a per capita flat rate fed by CO2 tax revenues could be a suitable way to reduce the burden on low-income households

    Wie die Wärmewende sozial gestaltet werden kann: Energetische Modernisierung und grüne Wärme entlasten besser als Klimageld und Energiepreisbremsen - wenn die Bundesförderung entsprechend weiterentwickelt wird

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    Damit die Wärmewende gelingt, gilt es, den Wärmebedarf durch energetische Modernisierungen - also bessere Dämmung, Wärmerückgewinnung und Energiemanagement - zu senken und auf klimafreundliche Heizungen umzustellen. Das nützt nicht nur dem Klima, sondern kann auch zu mehr sozialer Gerechtigkeit beitragen, wenn die Politik es richtig angeht. In diesem Zukunftsimpuls beschreiben Forschende des Wuppertal Instituts, welche Maßnahmen dafür zielführend sind. Menschen in wirtschaftlich benachteiligten Haushalten wohnen überwiegend zur Miete. Damit für sie - aber auch andere Mieter*innen - die Warmmiete durch die Wärmewende nicht steigt, müsste die Bundesförderung für Mietwohnungen verbessert werden. Aktuell ist sie jedoch bei der Heizungsumstellung für Eigenheime höher. Hier ließe sich entgegenwirken, indem die Förderung von Investitionen zur energetischen Modernisierung und Heizungsumstellung bei Mietwohnungen kurzfristig um mindestens 20 Prozent erhöht würde. Weitere Maßnahmen zur praktischen Unterstützung von Gebäudeeigentümer*innen bei der Umsetzung müssten die Förderung flankieren, um die Wärmewende sozial ausgewogen zu gestalten - eine wesentliche Voraussetzung, um die nationalen Klimaschutzziele zu erreichen.Energy efficiency renovation and green heat will provide higher financial savings than refunds on CO2 pricing or energy price subsidies - if the German financial incentive scheme is enhanced accordingly For a successful heating transition to net zero emission buildings, we need to reduce heat demand through energy efficiency modernisation-i.e., better thermal insulation, heat recovery, and energy management-and to convert the heating systems to zero-carbon technologies. This will not only be for the benefit of the climate but also enhance social equity, if policy-makers do it right. In this "Zukunftsimpuls", researchers from the Wuppertal Institute discuss the facts and the measures that would be appropriate for reaching these objectives. In Germany, people in economically disadvantaged households predominantly live in rented dwellings. For social equity reasons, energy efficiency renovation and heating system conversion should not increase the total rents for these but also for other tenants. According to the analysis, this would require enhancements of German financial incentive scheme for these investments in rented dwellings. Currently, however, the incentive rates are higher for owner-occupied homes and apartments. Therefore, the grants to support energy efficiency renovation and heating system conversion in rented dwellings will need to be increased by at least 20 per cent. In addition, it should be accompanied by further measures that provide practical implementation support to building owners. This would be indispensable for implementing the heating transition while enhancing social equity-which is an important precondition for achieving the national climate change mitigation targets

    Net zero building renovations : how can both climate justice and social equity objectives be achieved?

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    For its fair contribution to limiting the overshooting time for the 1.5K target of the Paris agreement, the EU would have to decarbonize its building stock by around 2035. In theory, this would even be feasible. A study for Germany showed how an ambitious package of policies could achieve such a target. It needs to increase deep renovations to at least 3 % per year, install 1 million heat pumps annually, and double the share of district heating while greening it. The core policies would be stringent MEPS coupled with lots of financial incentives. In the long run, it would even be cost-effective. Results from this study are forming the first part of this paper. Reality, however, appears different. In the first days of Russia's war of aggression against Ukraine, the German government adopted the aim to effectively ban all fossil heating by 1 January 2024. But when it drafted the law in early 2023, it missed to prepare plans at the same time to make energy efficiency easy and attractive via enhanced financial incentives and advice. Using targeted misinformation, incumbents and some political parties found it easy to confuse citizens about the social impacts of heat pumps, which led to a significantly watered down ambition in the final legislation. In the second part of the paper, we explain how this process unfolded, and what can be learned for countries that wish to fare better in energy efficiency policy-making. Finally, we analyse how policies complementing binding energy efficiency legislation could be modified to enable all citizens, including those with lower incomes, to implement and benefit from the transformation of the building stock towards net zero. This particularly concerns targeted financial incentives and advice, including one-stop-shops. It will be decisive for (re-)gaining acceptance for energy efficiency renovation and low-carbon heating systems, and hence for a successful implementation of the new EPBD with regard to ambitious decarbonization of the buildings stock to support climate justice, combined with improving social equity and fighting energy poverty, including through renovation of the worst-performing buildings

    Environmental impact of e-fuels via the solid oxide electrolyzer cell (SOEC) and Fischer-Tropsch synthesis (FTS) route for use in Germany

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    This paper examines the current and prospective greenhouse gas (GHG) emissions of e-fuels produced via electrolysis and Fischer-Tropsch synthesis (FTS) for the years 2021, 2030, and 2050 for use in Germany. The GHG emissions are determined by a scenario approach as a combination of a literature-based top-down and bottom-up approach. Considered process steps are the provision of feedstocks, electrolysis (via solid oxide co-electrolysis; SOEC), synthesis (via Fischer-Tropsch synthesis; FTS), e-crude refining, eventual transport to, and use in Germany. The results indicate that the current GHG emissions for e-fuel production in the exemplary export countries Saudi Arabia and Chile are above those of conventional fuels. Scenarios for the production in Germany lead to current GHG emissions of 2.78-3.47 kgCO2-eq/L e-fuel in 2021 as the reference year and 0.064-0.082 kgCO2-eq/L e-fuel in 2050. With a share of 58-96%, according to the respective scenario, the electrolysis is the main determinant of the GHG emissions in the production process. The use of additional renewable energy during the production process in combination with direct air capture (DAC) are the main leverages to reduce GHG emissions

    Environmental Impact of e-Fuels via the Solid Oxide Electrolyzer Cell (SOEC) and Fischer–Tropsch Synthesis (FTS) Route for Use in Germany

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    This paper examines the current and prospective greenhouse gas (GHG) emissions of e-fuels produced via electrolysis and Fischer–Tropsch synthesis (FTS) for the years 2021, 2030, and 2050 for use in Germany. The GHG emissions are determined by a scenario approach as a combination of a literature-based top-down and bottom-up approach. Considered process steps are the provision of feedstocks, electrolysis (via solid oxide co-electrolysis; SOEC), synthesis (via Fischer–Tropsch synthesis; FTS), e-crude refining, eventual transport to, and use in Germany. The results indicate that the current GHG emissions for e-fuel production in the exemplary export countries Saudi Arabia and Chile are above those of conventional fuels. Scenarios for the production in Germany lead to current GHG emissions of 2.78–3.47 kgCO2-eq/L e-fuel in 2021 as the reference year and 0.064–0.082 kgCO2-eq/L e-fuel in 2050. With a share of 58–96%, according to the respective scenario, the electrolysis is the main determinant of the GHG emissions in the production process. The use of additional renewable energy during the production process in combination with direct air capture (DAC) are the main leverages to reduce GHG emissions

    Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels (ESyRE) : techno-ökonomische Analyse Diesel-SOFC-APU ; Teilbericht 1, AP 3.2 im Rahmen des Teilvorhabens Umweltwirkungsanalyse, regulatorische Rahmenbedingungen und Akzeptanz

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    Der vorliegende Endbericht zu AP 3.2 des Projekts "Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels" (ESyRE) präsentiert die Ergebnisse der techno-ökonomischen Analyse eines mit synthetischem Dieselkraftstoff betriebenen Hilfsstromaggregats (Auxiliary Power Unit, APU) auf Basis einer Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC). Die Rückverstromung von synthetischem Dieselkraftstoff in hocheffizienten SOFC-APUs stellt in schwer zu dekarbonisierenden Nischenanwendungen eine interessante und je nach Wirkungsgrad und Marktvolumen auch wirtschaftlich sinnvolle Technologieoption dar. Ein Bedarf an flüssigen Kohlenwasserstoffen wird in speziellen Anwendungsbereichen wie etwa dem Schienenverkehr oder bei Kühlcontainern voraussichtlich auf absehbare Zeit bestehen bleiben. Gleichzeitig ist die Herstellung strombasierter flüssiger Kraftstoffe derzeit mit einem hohen Primärenergieaufwand verbunden (etwa Faktor 5 im Vergleich zur direkten Stromnutzung), sodass ein gezielter und effizienter Einsatz unabdingbar ist. Obwohl sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, lassen sich aus den Projektergebnissen klare Grundtendenzen ableiten. So kann perspektivisch durch die Erhöhung der Produktionsmenge von SOFC-APUs eine deutliche Kostenreduktion erreicht werden. Bezogen auf den Anwendungsfall Bahn und im Vergleich zur Beibehaltung des Leerlaufs bei Antriebsmotoren hat die SOFC-APU durchweg positive Effekte. Unter anderem können bei Dieseltriebzügen und Kühlcontainern erhebliche Einsparungen an Kraftstoff und Treibhausgasemissionen erzielt werden

    Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels (ESyRE) : Umweltwirkungsanalyse ; Teilbericht 2, AP 3.3 im Rahmen des Teilvorhabens Umweltwirkungsanalyse, regulatorische Rahmenbedingungen und Akzeptanz

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    Der vorliegende Endbericht zu AP 3.3 des Projekts "Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels" (ESyRE) präsentiert die Ergebnisse der Umweltwirkungsanalyse für die Herstellung von synthetischem Diesel und dessen Einsatz in einer Auxiliary Power Unit (APU) auf Basis einer Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC). Flüssige Kohlenwasserstoffe sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte und guten Transport- und Lagerfähigkeit als Kraftstoffe in energieintensiven Anwendungen wie dem Schwerlast- und Flugverkehr bisher unverzichtbar. Synthetische Kraftstoffe bieten, obwohl verlustbehaftet, die Möglichkeit, einen Teil der regenerativen Stromerzeugung zeitversetzt zu nutzen. Sie werden im untersuchten Fall über die Fischer-Tropsch-Synthese aus Synthesegas (CO und H2) hergestellt, das zuvor in der Hochtemperatur-Co-Elektrolyse aus Kohlendioxid und Wasserdampf erzeugt wurde. Diese Kombination ist innovativ und bietet ein großes Effizienzpotenzial. Zudem sind in Nischenanwendungen auch hocheffiziente SOFC-APUs eine vielversprechende Lösung für die Rückverstromung von synthetischem Dieselkraftstoff. Die Herstellung klimaneutraler synthetischer Kraftstoffe erfordert jedoch große Mengen zusätzlichen regenerativen Stroms, was einen massiven Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung notwendig macht. In Deutschland reichen die Erzeugungspotenziale hierfür auf absehbare Zeit nicht aus, insbesondere angesichts der Akzeptanzprobleme neuer Stromerzeugungsanlagen in der Bevölkerung. Zudem müssen Elektrolyse- und Synthesekapazitäten sowie eine CO2-Transportinfrastruktur geschaffen werden. Vor diesem Hintergrund werden in diesem Bericht die Umweltwirkungen der Herstellung von E-Fuels im In- und Ausland sowie der Transport nach und die Nutzung in Deutschland betrachtet. Das Einsparpotenzial synthetischer Kraftstoffe hinsichtlich der Treibhausgasemissionen kann mindestens 60 % gegenüber erdölbasierten Kraftstoffen betragen. Bereits heute existieren demnach mögliche Bereitstellungspfade für Fischer-Tropsch-Kraftstoffe, die geringere Treibhausgasemissionen aufweisen als fossile Otto- und Dieselkraftstoffe. Die verbleibenden Emissionen stammen hauptsächlich aus den Vorketten der Stromerzeugungsanlagen für die Elektrolyse und die CO2-Abtrennung, während Bau und Betrieb der Syntheseanlage selbst nur einen geringen Anteil an der Klimawirkung haben
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