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Für eine klimaneutrale Energieversorgung muss Deutschland Technologien und Infrastrukturen ausbauen: Es braucht mehr erneuerbare Energien, Wärmepumpen, Elektromobilität, Strom- und Wasserstoffnetze. Um Klimaneutralität zu erreichen, wird das allein aber nicht mehr ausreichen. Wie Deutschland klimaneutral werden kann, haben Experinnen und Experten des Akademienprojekts ESYS untersucht. Der Fokus ihrer Betrachtung liegt auf folgenden Bereichen: Welche Bedeutung hat eine Verbrauchsreduktion für das Erreichen der Klimaziele? Welchen Beitrag kann ein beschleunigter Technologiehochlauf für die Zielerreichung leisten? Unter welchen Umständen wäre eine klimaneutrale Energieversorgung bereits vor 2045 möglich? Mit welchen Maßnahmen könnten eine klimaneutrale industrielle Produktion und nachhaltiger Konsum gestaltet werden? Welcher Stellenwert kommt negativen Emissionen in diesen Strategien zu? Die Stellungnahme zeigt: Für die anstehende Systemtransformation sind ambitionierte Maßnahmen in allen diesen Bereichen notwendig, denn nur so können Erfolge in einzelnen Gebieten Zielverfehlungen in anderen ausgleichen. In 22 Handlungsoptionen zeigen die ESYS-Fachleute wie dieser Wandel gelingen kann. Als Basis der Diskussion dienten Modellrechnungen sowie eine systematische Auswertung bestehender Energieszenarien. Die ESYS-Analyse "Szenarien für ein klimaneutrales Deutschland" stellt diese dar.

In seinem Ende 2022 veröffentlichten Zweijahresgutachten stellt der Expertenrat für Klimafragen fest, dass die bisherigen Emissionsreduktionsraten bei weitem nicht ausreichen, um die Klimaziele für 2030 zu erreichen. Auch mit den bis 2021 implementierten Politikinstrumenten ist in keinem Sektor eine Zielerreichung in Sicht. Zudem sind durch die aktuelle Energiepreiskrise Themen wie Versorgungssicherheit und Bezahlbarkeit von Energie in den Vordergrund gerückt. Trotzdem sollte der Klimaschutz jetzt erst recht nicht in den Hintergrund geraten. Wie kann eine klimaneutrale Energieversorgung gelingen? Dieser Frage hat sich eine Arbeitsgruppe des Akademienprojekts "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) angenommen. Die Arbeitsgruppe hat dazu aktuelle Studien ausgewertet und eigene Szenarien berechnet. Die Expertinnen und Experten sehen in Effizienz und Suffizienz zentrale Hebel, um die Energienachfrage zu reduzieren und damit Treibhausgasemissionen zu vermeiden. Die gesamte Energieversorgung muss zudem auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Um Klimaneutralität zu erreichen, müssen aber auch die schwer vermeidbaren Prozessemissionen aus der Industrie reduziert werden. Besonders wichtig sind dabei die energieintensiven Branchen Stahlerzeugung, Chemieindustrie und Zementproduktion, denn sie sind für einen Großteil der Emissionen verantwortlich. Nur im Dreiklang von Kreislaufwirtschaft, Materialeffizienz/-substitution und klimaneutralen Prozessen wird es aus Sicht der Expertinnen und Experten gelingen, die gesteckten Ziele für die Industrie zu erreichen. Negativen Emissionen messen die Expertinnen und Experten in ihrer Studie einen unerlässlichen Beitrag zum Klimaschutz bei. Sowohl technische als auch landbasierte CO2-Entnahmeverfahren werden notwendig sein, um schwer vermeidbare Emissionen bis 2045 auszugleichen und Klimaneutralität in Deutschland zu erreichen. Für all diese Bereiche braucht es eine politische Gestaltung von Maßnahmen, die bestehende Marktmechanismen, allen voran die CO2-Bepreisung, ergänzt, etwa durch eine aktive Suffizienzpolitik. Nur im Zusammenspiel tiefgreifender Maßnahmen in allen Bereichen, so die Fachleute, kann die erforderliche umfassende Transformation des Energiesystems und der Industrie hin zur Klimaneutralität gelingen. Diese Strategien gleichzeitig zu verfolgen, kann dazu beitragen, Zielverfehlungen in einzelnen Teilbereichen durch Erfolge in anderen auszugleichen.

Auf der Straße, in den Medien und auf politischen Podien: Es wird diskutiert, ob die aktuelle Gasknappheit Blackouts in Deutschland verursachen kann. Wie begründet sind diese Sorgen? Die Wissenschaftsakademien acatech, Leopoldina und Akademienunion geben mit einem Impulspapier des gemeinsamen Projektes "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) einen Überblick: Was unterscheidet einen Blackout von anderen Stromausfällen? Wie ändern sich Blackout-Risiken mit dem Voranschreiten der Energiewende? Und wie kann man ihnen begegnen?

Mit dem Fracking-Verbot durch den Deutschen Bundestag im Jahr 2016 schien die Debatte um ein heiß diskutiertes Thema beendet. Bis heute findet in Deutschland kein Fracking in nicht konventionellen Lagerstätten statt. Vor dem Hintergrund des russischen Angriffskrieges gegen die Ukraine erlebt diese Diskussion jedoch aktuell eine Renaissance. Ist Fracking eine Option für Deutschland? Könnte oder sollte heimisch gefördertes Erdgas teilweise die ausbleibenden russischen Gaslieferungen ersetzen? Kann es zur Versorgungssicherheit in Deutschland beitragen und ein Pflasterstein auf dem Pfad Richtung Klimaneutralität sein? Und in welchem Verhältnis stünden Risken und Nutzen eines Einsatzes dieser gesellschaftlich stark umstrittenen Technologie? - Das Akademienprojekt Energiesysteme der Zukunft (ESYS) bietet in diesem Impuls einen Überblick über Chancen, Risiken und Ungewissheiten von Fracking in nicht konventionellen Lagerstätten. - Der Fokus ihrer Betrachtung liegt auf folgenden Bereichen: Was ist Fracking und wo wird es eingesetzt? Wie groß sind die Potenziale von Fracking in Deutschland? Welche Umweltrisiken bestehen im Kontext mit Fracking? Wie könnte sich Fracking auf den Klimaschutz auswirken? Wann könnte Fracking in Deutschland zum Einsatz kommen? Könnte Fracking zur Versorgungssicherheit in Deutschland beitragen? Gibt es tragfähige Geschäftsmodelle für Fracking in Deutschland? Die Publikation zeigt: Fracking in nicht konventionellen Lagerstätten ist mit Chancen, Risiken und Ungewissheiten verbunden, die es sorgfältig gegeneinander abzuwägen gilt.

Der freiwillige Kohlenstoffmarkt ist ein Handelsplatz für sogenannte "Emissionsgutschriften". Das Versprechen dahinter: Klimaschutzprojekte sollen entweder den Ausstoß von Treibhausgasen verhindern oder CO2 wieder aus der Atmosphäre entfernen. Wer Emissionsgutschriften erwirbt – meist Unternehmen oder andere private Akteure - könne so seinen eigenen Treibhausgasausstoß kompensieren. Dieses verlockend klingende Konzept der CO2-Kompensation steht aber zunehmend in der Kritik und die tatsächliche Klimaschutzwirkung erscheint fraglich. Ist der freiwillige Kohlenstoffmarkt nun also ein wertvolles Instrument für den Klimaschutz oder nicht? Und wie könnte er sich in den nächsten Jahren verändern? Das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) bietet in diesem Impuls einen Überblick über die Struktur und Funktionsweise des freiwilligen Kohlenstoffmarkts und zeigt die daraus folgenden Herausforderungen und Handlungsbedarfe auf. Zentrale Fragen sind unter anderem: - Wie ist der freiwillige Kohlenstoffmarkt strukturiert und reguliert? - Welche Probleme bringt das mit sich? - Welche Klimaschutzprojekte erzeugen Emissionsgutschriften für den freiwilligen Kohlenstoffmarkt? - Wofür setzen Unternehmen und andere Käufer Emissionsgutschriften ein? - Warum werden die Klimaschutzprojekte und Unternehmen, die Emissionsgutschriften erwerben, mitunter kritisiert? --- Die Publikation zeigt: In seiner jetzigen Form trägt der freiwillige Kohlenstoffmarkt nur sehr bedingt zum Klimaschutz bei. Um das zu ändern, braucht es eine bessere Regulierung des Markts, verbindliche und übergreifende Qualitätskriterien für die Klimaschutzprojekte und einen bedachten Einsatz der Emissionsgutschriften, der die Reduktion von Treibhausgasemissionen nicht ersetzt.

Klimaneutral produzierter Wasserstoff ist von großer Bedeutung für das Energiesystem der Zukunft: In Wasserstoff und dessen Folgeprodukten, etwa Methan, Ammoniak oder Methanol, lässt sich Energie speichern, über lange Strecken transportieren und vielseitig einsetzen. Insbesondere in Bereichen, in denen eine direkte Elektrifizierung nicht möglich ist, kann "grüner Wasserstoff" somit dazu beitragen, den Ausstoß von Treibhausgasen zu verhindern. Das gilt zum Beispiel für die Stahlerzeugung, Teile der Chemieindustrie oder die Seeschifffahrt. In diesem "Kurz erklärt" erläutert das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) die Grundlagen dieses Hoffnungsträgers für eine klimaneutrale Lebens- und Wirtschaftsweise und geht auf zukünftige Einsatzperspektiven ein. Die Publikation zeigt: Auch wenn Wasserstoff bereits heute in der Industrie verwendet wird, wird der Bedarf in den nächsten Jahrzehnten deutlich steigen. Klimaneutraler Wasserstoff wird eine Schlüsselrolle bei der Energiewende einnehmen. Damit das gelingt, sind jedoch noch Hürden zu nehmen und gezielt Entscheidungen zu treffen. Die Weichen für eine Wasserstoffwirtschaft werden schon heute gestellt und erfordern eine enge Abstimmung innerhalb Europas. - Zentrale Fragen sind unter anderem: Welche Herstellungsverfahren für Wasserstoff gibt es und wie unterscheiden sich diese in Bezug auf ihre CO2-Emission, den Wasserbedarf und die Kosten? Wo könnte Wasserstoff in Zukunft eingesetzt werden, um fossile Energieträger zu ersetzen und in welchen Bereichen gibt es effizientere Alternativen? Welche Rolle wird der Import von Wasserstoff spielen? Welche Infrastrukturen gilt es aufzubauen? Welche Transportmethoden sind möglich?

Das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft": Mit der Initiative "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) geben acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften Impulse für die Debatte über Herausforderungen und Chancen der Energiewende in Deutschland. Im Akademienprojekt erarbeiten mehr als 100 Fachleute aus Wissenschaft und Forschung in interdisziplinären Arbeitsgruppen Handlungsoptionen zur Umsetzung einer sicheren, bezahlbaren und nachhaltigen Energieversorgung. Die Energiewende ist die Chance, unsere natürlichen Lebensgrundlagen durch einen nachhaltigen Klimaschutz zu erhalten. Sie ist zugleich der Einstieg in eine globale Technologiewende. Doch dazu ist ein Neustart in der Klima- und Energiepolitik nötig, der konsequent am Ziel der Treibhausgasneutralität ausgerichtet ist. Mit einer kleinteiligen Weiterentwicklung aus dem bestehenden Rahmen heraus wird der Umbau des Energiesystems in der erforderlichen Tiefe und im erforderlichen Tempo nicht gelingen. Welche Leitlinien für eine zukunftsorientierte Energiepolitik entscheidend sind und mit welchen Maßnahmen die neue Bundesregierung die Energiewende auf die neuen Klimaziele ausrichten kann, zeigt das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft" in diesem Impulspapier auf.

Photovoltaik- und Windenergieanlagen spielen eine Schlüsselrolle für eine klimagerechte Energieversorgung. Zukünftig werden sie einen Großteil des Energiebedarfs decken – auch in den Sektoren Wärme und Verkehr. Studien zeigen: Für Klimaneutralität 2045 muss die Ausbaugeschwindigkeit auf das Drei- bis Vierfache der letzten Jahre erhöht werden. Komplexe und langwierige Planungs- und Genehmigungsverfahren, zu wenig ausgewiesene Flächen und eine unzureichende Bürgerbeteiligung hemmen jedoch den Ausbau. Das Impulspapier "Vorschläge für einen klimagerechten Ausbau der Photovoltaik und Windenergie" einer interdisziplinären Arbeitsgruppe des Akademienprojekts ESYS nennt zwölf Handlungsoptionen, um Hemmnisse abzubauen und die Ausbaugeschwindigkeit auf die erforderlichen 15 bis 25 Gigawatt pro Jahr zu beschleunigen. Die Handlungsoptionen lassen sich vier zentralen Feldern zuordnen: Eine vorausschauende Planungskultur integriert die bundes- und landesweiten Ausbauziele in die Regionalplanung. Klare, einheitliche Naturschutzkriterien und mehr personelle Ressourcen in den Behörden können helfen, Planungs- und Genehmigungsprozesse zu beschleunigen. Mehr und frühere Bürgerbeteiligung sowie finanzielle Teilhabe von Kommunen und Anwohner*innen können die Akzeptanz stärken. Beteiligungsverfahren sollten darauf abzielen, positives, gestalterisches Potenzial der Bürger*innen zu aktivieren und die Energiewende als sinnvolles Gemeinschaftsprojekt erfahrbar zu machen. Ausreichende Flächen kann ein zwischen Bund und Ländern abgestimmtes Mengengerüst für PV- und Windenergie sicherstellen. Eine Solarpflicht auf geeigneten Gebäudedächern sowie die Förderung von Agri-PV und Floating PV unterstützen die Mehrfachnutzung von Flächen. Technische Infrastrukturen und der regulatorische Rahmen der Stromversorgung müssen daran angepasst werden, dass zukünftig der Großteil des Stroms aus PV und Windenergie stammt. So soll ermöglicht werden, dass Windenergie- und Solaranlagen zur Netzstabilität beitragen. Ein Innovations-Ökosystem für Erneuerbare-Energie-Technologien kann die Technologiesouveränität Deutschlands und Europas stärken.