A

Ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Kunststoffen wie Nylon oder Polyurethanen, bei dessen Produktion das klimaschädliche Lachgas Distickstoffmonoxid entsteht.

Die alkalische Elektrolyse ist ein Elektrolyseprozess mit einer alkalischen (also basischen) Lösung als Elektrolyt zwischen den Elektroden. Bei der alkalischen Wasserelektrolyse zur Produktion von Wasserstoff wird als Elektrolyt meist Kali- oder Natronlauge verwendet. Um eine Vermischung der Produktgase zu vermeiden sind die Elektrodenräume durch eine gasdichte Membran, ein sogenanntes Diaphragma, getrennt, die für den Transport von Hydroxidionen durchlässig ist. Die alkalische Elektrolyse ist der etablierteste Prozess zur Wasserelektrolyse und zeichnet sich vor allem durch eine hohe Reinheit der Produktgase aus.

Häufig benutzter chemischer Prozess zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff und anderen sauren Gasen aus Gasgemischen mit Hilfe von in Wasser gelösten Aminen. Das abgetrennte, reine CO2 kann anschließend verwertet oder eingelagert werden.

Ammoniak ist unter Normalbedingungen ein stechend riechendes, farbloses, wasserlösliches und giftiges Gas, das als Grundstoff für eine Vielzahl von Produkten, wie Düngemittel oder Medikamente, dient. Hergestellt wird Ammoniak im Haber-Bosch-Prozess aus Stickstoff und Wasserstoff. Aktuell wird der verwendete Wasserstoff in der Regel mittels Dampfreformierung aus Erdgas erzeugt, wobei CO2-Emissionen freiwerden. Aufgrund der hohen Nachfrage nach Ammoniak, ist der Haber-Bosch-Prozess für etwa zwei Prozent des weltweiten Verbrauchs fossiler Energieträger verantwortlich. Der benötigte Wasserstoff kann nach und nach durch erneuerbar erzeugten Wasserstoff aus Elektrolyseuren ersetzt werden, um auch diesen Prozess nachhaltig und ohne Auswirkungen auf das Klima zu betreiben. Aufgrund der guten Verfügbarkeit von Stickstoff (Luft) und der höheren Energiedichte im Vergleich zu Wasserstoff, wird Ammoniak ebenfalls als Energieträger diskutiert.

Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich – allerdings hat der menschliche Einfluss dieses System nachhaltig gestört, sodass man von einer menschengemachten globalen Erwärmung spricht. Hauptursache für die Erhöhung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre durch den Menschen ist die Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas.

B

Abkürzung für den englischen Begriff bio-energy with CCS, die Kombination von Biomasse-Verbrennung mit der anschließenden Abscheidung und Speicherung des entstandenen CO2. Mit dieser Technologie kann der Atmosphäre CO2 entzogen werden, da es im Vorhinein durch Photosynthese aus der Atmosphäre in Biomasse gebunden wurde.

Auch Pflanzenkohle oder englisch biochar genannt, entsteht bei der pyrolytischen Verkohlung rein pflanzlicher Ausgangsstoffe. Die gewonnene Biokohle verrottet nicht mehr, wie die ursprüngliche Biomasse, und kann somit zur langfristigen Bindung von CO2 dienen.

In der Energietechnik bezeichnet der Begriff organische Stoffe biogener, nicht fossiler Art, die energetisch genutzt werden können, wie beispielsweise Holz oder Biogas.

Bezeichnung für den in den Ozeanen und küstennahen Ökosystemen gebundenen Kohlenstoff. Ein großer Teil findet sich in Form von Biomasse und Sedimenten in Mangrovenwäldern, Salzwiesen und Seegraswiesen.

Während Ozon (O3) in der sogenannten Ozonschicht in der Stratosphäre schützend wirkt, da es einen Teil der schädlichen UV-Strahlung absorbiert, ist es in Bodennähe schädlich für Lebewesen. Es kann die Atemwege reizen sowie bei Pflanzen die Blätter schädigen und dadurch Wachstum und Ernteerträge verringern. Bodennahes Ozon tritt vor allem im Sommer auf („Sommersmog“), wenn es durch intensive Sonneneinstrahlung aus Substanzen wie Stickoxiden oder Kohlenwasserstoffen (z.B. aus Autoabgasen) gebildet wird.

In einer Brennstoffzelle wird die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umgewandelt. Im alltäglichen Gebrauch wird der Begriff Brennstoffzelle oft synonym mit Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle verwendet. Es können jedoch außer Wasserstoff auch viele andere Brennstoffe genutzt werden, insbesondere Methanol, Butan oder Erdgas. Eine Brennstoffzelle ist kein Energiespeicher, sondern ein Wandler. Die Energie wird in chemisch gebundener Form den Brennstoffen zugeführt.

Wasserstoff wird je nach Klimawirkung seiner Herstellung verschiedenen Farben zugeordnet. Bei der Produktion von grauem Wasserstoff, basierend auf fossilen Energieträgern, wird CO2 emittiert. Blauer Wasserstoff wird mit denselben Verfahren hergestellt, wobei das entstandene CO2 sequestriert bzw. entnommen wird und damit nicht in die Atmosphäre gelangt. Grüner Wasserstoff wird mittels Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen produziert und ist somit kaum mit CO2-Emissionen verbunden.

C

Die am weitesten entwickelte Form des Carbonate Looping, mit dem CO2 aus Abgasströmen, auch bei hohen Temperaturen, abgeschieden werden kann. Branntkalk (CaO) wird bei 650 °C mit dem Abgasstrom in Kontakt gebracht, wobei es mit dem enthaltenen CO2 zu Kalk (CaCO3) reagiert. Der gebildete Kalk wird separiert und bei 850-950 °C calciniert, wodurch CO2 ausgetrieben wird und so in hohen Konzentrationen einer anschließenden Nutzung oder Speicherung zugeführt werden kann.

Bezeichnet eine Gruppe von Technologien, deren Ziel es ist CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen. Darunter fallen beispielsweise BECCS, Biokohle, enhanced weathering und direct air capture in Kombination der Speicherung des CO2.

Der Begriff Carbon Leakage bezeichnet eine Situation, die eintreten kann, wenn Unternehmen aufgrund der mit Klimamaßnahmen verbundenen Kosten ihre Produktion in andere Länder mit weniger strengen Emissionsauflagen verlagern. Dies führt zum Verlust lokaler Arbeitsplätze und der dazugehörigen Wirtschaftsleistung, wobei das Problem der hohen Treibhausgasemissionen erhalten bleibt. Um Carbon Leakage zu verhindern, müssen die politischen Rahmenbedingungen so gestaltet werden, dass der Schutz des Klimas unter Erhalt der Wirtschaftlichkeit der Unternehmen gelingt.

Carbon Capture and Storage (CCS) bezeichnet eine Gruppe von Technologien, bei der Kohlenstoffdioxid aus Abgasen, beispielsweise bei der Zementherstellung, abgeschieden und zur langfristigen Speicherung in unterirdische Schichten verpresst wird. Auch die Pyrolyse von Biomasse und anschließende Einlagerung entzieht dem natürlichen Kohlenstoffkreislauf CO2 und kann als CCS verstanden werden.

Carbon Capture and Utilization (CCU) bezeichnet die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid, insbesondere aus Verbrennungsabgasen, sowie dessen anschließende Verwendung als Rohstoff für chemische oder biologische Prozesse oder direkt z.B. in Gewächshäusern. Damit verlängert sich die Kohlenstoffnutzung, bis hin zu einer vollständigen Circular Economy.

Elektrolyseprozess zur Produktion der wichtigen Grundchemikalien Chlor, Natronlauge und Wasserstoff aus einer wässrigen Kochsalzlösung. Um eine Vermischung der Produkte zu vermeiden, werden die Elektrodenräume getrennt. Die relevantesten Verfahren zur Trennung sind das Diaphragma-, Amalgam- und Membranverfahren. Die Chlor-Alkali-Elektrolyse ist eines der industriell wichtigsten chemischen Verfahren, für das in Deutschland allein etwa 2,5 % des netto erzeugten Stroms benötigt werden.

Auch Kreislaufwirtschaft ist ein System, das darauf abzielt, Abfälle und Emissionen zu vermeiden sowie Ressourcen und Energie bestmöglich zu nutzen. In einem zyklischen System werden Produkte ressourcenarm langlebig und reparaturfreundlich designt und produziert und am Ende ihres Lebenszyklus nicht entsorgt, sondern bestmöglich in Nutzungskaskaden weitergeführt und als Sekundärrohstoffe wiederverwertet.

Maßeinheit, für die Klimawirksamkeit von Treibhausgasen, umgerechnet auf die Wirkung von CO2. Durch eine Umrechnung auf CO2-Äquivalente (CO2e) können verschiedene Emissionen besser hinsichtlich ihrer Klimawirksamkeit verglichen werden. Methan (CH4) hat beispielsweise eine 28-fach größere Klimawirksamkeit als CO2, sodass 1 kg Methan 28 kg CO2e entspricht. Bei Lachgas (N2O) beträgt dieser Wert 265.

Beschreibt die verbleibende Menge an CO2e, die von der Menschheit höchstens noch in die Atmosphäre freigesetzt werden darf, um eine realistische Chance zur Einhaltung des Zwei-Grad-Ziels zu bewahren. Um innerhalb des CO2e-Budgets zu bleiben, müssen Emissionen durch die Verbrennung fossiler Energieträger drastisch verringert und Prozesse effizienter gestaltet werden. Außerdem könnte es nötig werden, CO2 oder andere Treibhausgase, aus der Atmosphäre zu entfernen, um nicht vermeidbare Emissionen aus Landwirtschaft und Industrie zu kompensieren.

Kraftwerke und Industrieprozesse, bei denen CO2 in großen Mengen und hohen Konzentrationen emittiert wird. Diese Punktquellen eignen sich besonders für die Anwendung von CCU/CCS, da das entstandene CO2 direkt und mit vergleichsweise geringem Aufwand abgetrennt und verwertet/eingelagert werden kann.

Bezeichnet ein Ökosystem oder geologisches Reservoire, das zeitweilig oder dauerhaft Kohlenstoff aufnimmt und speichert. Der Begriff ist nicht mit dem des Kohlenstoffspeichers zu verwechseln. Während ein Speicher im engeren Sinn statisch ist, also eine bestimmte Menge an CO2 binden kann, sind Senken dynamische Speicher. Ihre Speicherkapazität kann wachsen (z. B. bei neubegründeten Wäldern) oder auch schrumpfen. Auch industrielle Prozesse können CO2-Senken sein, wenn sie CO2 als Rohstoff verwenden, um kohlenstoffbasierte Produkte herzustellen.

Co-Elektrolyse ist eine Art der Elektrolyse, bei der mehrere Stoffe gleichzeitig mit Hilfe von Strom umgewandelt werden. Ein vieldiskutiertes Beispiel ist die Co-Elektrolyse von Wasser und CO2. Hierbei entsteht Synthesegas (Gemisch aus Wasserstoff und CO). Unter Einsatz von erneuerbar erzeugtem Strom, lässt sich so ein wichtiger Grundbaustein für die chemische Industrie erzeugen, um den Einsatz fossiler Ressourcen zu verringern und gleichzeitig überschüssiges CO2 zu verwerten.

D

Ist das zurzeit bedeutendste industrielle Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus kohlenstoffhaltigen Energieträgern und Wasser. Als Nebenprodukt entsteht hierbei auch immer CO2, was die Dampfreformierung gegenüber der Wasser-Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen benachteiligt. Erdgas ist derzeit der wichtigste Rohstoff, prinzipiell eignen sich viele Kohlenwasserstoffe wie Leichtbenzin, Methanol, Biogas oder Biomasse als Ausgangsmaterial. Der Wirkungsgrad (Erdgas zu Wasserstoff) liegt bei zirka 60 bis 70 %.

Bezeichnet die Umstellung der Wirtschaftsweise, speziell der Energiewirtschaft, in Richtung eines niedrigeren Umsatzes von Kohlenstoff. Das Ziel ist es, Kohlenstoff nur in Produkte einzubauen, nicht aber als Energieträger zu nutzen. Aktuell werden beispielsweise nur zirka 20 % des geförderten Erdöls stofflich genutzt, wobei der Rest direkt für die Erzeugung von Strom, Wärme und als Treibstoff verbrannt wird.

Emissionen, die nicht aus einer lokalisierten Quelle stammen, sondern verteilt auftreten und somit schwierig zu kontrollieren sind.

 

Bezeichnet eine Gruppe von Technologien, mit denen CO2 direkt aus der Atmosphäre entfernt werden kann, ohne auf CO2-Punktquellen, wie im industriellen Umfeld, angewiesen zu sein. So werden nicht nur CO2-Emissionen vermieden, sondern die CO2-Konzentration in der Atmosphäre aktiv gesenkt. Aktuell entwickelte Technologien hierfür sind reversible Adsorptionsverfahren, wie z. B. Amin-Wäsche oder Membranverfahren, bei denen CO2 von den übrigen Bestandteilen der Luft getrennt wird. Durch die geringe Konzentration von CO2 in der Luft sind diese Verfahren aufwändig und damit aktuell noch vergleichsweise teuer.

Beschreibt das gleichzeitige Auftreten von Dunkelheit und Windflaute. Diese Wetterlage tritt typischerweise im Winter auf und sorgt für geringere Erträge aus Solar- und Windenergie bei gleichzeitig saisonal hohem Strombedarf. Um auch in einem vollständig aus erneuerbaren Energiequellen gespeisten Stromnetz Ausfälle zu vermeiden, ist der Ausbau folgender Bausteine notwendig: neue, unabhängige Speicherlösungen, Lastflexibilisierung und ein Technologiemix für die Stromerzeugung.

E

Prozess, bei dem Substanzen mit elektrischem Strom in ihre Bestandteile aufgespalten werden. Die wichtigsten Elektrolyseprozesse dienen zur Herstellung von Wasserstoff, Aluminium, Chlor und Natronlauge. Besonders die Wasser-Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff mittels Strom aus erneuerbaren Energiequellen ist eine Schlüsselkomponente hin zu einer klimaneutralen Gesellschaft.

Instrument der Umweltpolitik mit dem Ziel, Schadstoffemissionen mit möglichst geringen volkswirtschaftlichen Kosten zu verringern. Das mengenorientierte System passt zum Ausgangsproblem (CO2-Budget). Die Allokation erfolgt über den Markt. In der Europäischen Union wurde der Handel mit Emissionszertifikaten (ETS) 2005 gesetzlich eingeführt. Aktuell umfasst das EU ETS die Stromerzeugung sowie einige Sektoren der Industrie wie z. B. Stahl- oder Zementherstellung.

Die Energie, die nach Abzug von Übertragungs- und Wandlungsverlusten an Endverbrauchseinrichtungen ausgeliefert wird und für Energiedienstleistungen nutzbar ist. Besonders relevant wird die Endenergie, wenn verschiedene Energieträger im Rahmen der Energiewende diskutiert werden, da bei der Umwandlung von Strom teils deutliche Verluste auftreten können.

Die Energiebilanz kennzeichnet den gesamten Aufwand zur Herstellung, zum Betrieb und zur Weiterverwertung (Entsorgung oder Recycling) von Produkten. Dabei wird nicht nur der Energieverbrauch bei der Produktion betrachtet, sondern auch die zur Herstellung und Entsorgung notwendige Energie sowie notwendigen Ressourcen.

Beschreibt das Verhältnis von Produkt-, Ressourcen- oder Energieertrag (Output) zur zugeführten Energie (Input). Unter Energieeffizienz wird somit die rationelle Verwendung von Energie verstanden. Durch optimierte Prozesse sollen die quantitativen und qualitativen Verluste, die im Einzelnen bei der Wandlung, dem Transport und der Speicherung von Energie entstehen, minimiert werden, um einen vorgegebenen (energetischen) Nutzen bei sinkendem Primär- bzw. Endenergieeinsatz zu erreichen.

Meint die Aufrechterhaltung einer angemessenen, stabilen und berechenbaren Energieversorgung. Die Umstellung von der kontrollierbaren Nutzung fossiler Energieträger auf volatile erneuerbare Energiequellen, wie Windkraft und Photovoltaik, führt zu neuen Herausforderungen im Energiemarkt, denen mit einem Technologiemix für Erzeugung und Speicherung von Energie sowie Lastflexibilität begegnet werden muss.

Auf Deutsch beschleunigtes Verwittern, beschreibt eine Methode zur Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre, wobei gemahlenes Gestein über größere Flächen verteilt wird, bei der Verwitterung CO2 aufnimmt und sich dadurch ein neues Mineral bildet. Durch die größere Oberfläche des gemahlenen Gesteins wird der Verwitterungsprozess deutlich beschleunigt.

Das deutsche Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (Energiewirtschaftsgesetz — EnWG) trat erstmals 1935 in Kraft und wurde zuletzt im Jahr 2005 neu gefasst. Es enthält grundlegende Regelungen zum Recht der leitungsgebundenen Energie. Ziele des EnWG sind die möglichst sichere, preisgünstige, verbraucherfreundliche, effiziente und umweltverträgliche leitungsgebundene Versorgung der Allgemeinheit mit Strom und Gas sowie die Sicherstellung eines wirksamen und unverfälschten Wettbewerbs.

Jede Art von Energie, die sich durch natürliche Prozesse mit einer Geschwindigkeit erneuert, die mindestens so groß ist wie die Nutzungsrate. Beispielsweise Sonnenstrahlung, Wind oder biologische Ressourcen.

Das deutsche Gesetz für den Ausbau Erneuerbarer Energien (Kurz: Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG 2017) regelt die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und garantiert deren Erzeugern feste Einspeisevergütungen. Seit der EEG-Novelle 2016/2017 ist das Gesetz weitgehend auf das Ausschreibungsverfahren umgestellt, bei dem vorgegebene Ausbaukorridore möglichst kosteneffizient erreicht werden sollen. Die quantitative Beschränkung des EE-Ausbaus im Rahmen des EEG wird kontrovers diskutiert.

2009 wurden mit der Erneuerbare-Energien-Richtlinie für die Mitgliedstaaten der Europäischen Union bis 2020 verbindlich zu erreichende Anteile von Erneuerbaren Energien am Gesamtenergiebedarf festgelegt. Dadurch sollte in der gesamten EU ein Anteil von Erneuerbaren Energien von mindestens 20 Prozent realisiert werden. 2018 wurde eine überarbeitete Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED II) präsentiert, in der unter anderem ein verpflichtender Anteil an Erneuerbarer Energien von 32 Prozent bis 2030 festgelegt ist. Neben anderen Maßnahmen schreibt die Richtlinie auch einen Anteil an Erneuerbaren Energien von 14 Prozent im Verkehrssektor vor. Hier soll auch die Verwendung von grünem Wasserstoff im Raffinerieprozess angerechnet werden.

F

Die Fischer-Tropsch-Synthese ist ein Verfahren, bei dem Synthesegas, eine Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, in flüssige, langkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird. Diese Kohlenwasserstoffe werden als synthetische Kraftstoffe, Motoröle und Rohstoffbasis für die chemische Industrie eingesetzt. Konventionell wird das Synthesegas aus fossilen Rohstoffen durch Vergasung gewonnen; alternativ lässt es sich aber auch aus CO2 durch Umsetzung mit Wasserstoff oder Co-Elektrolyse mit Wasser herstellen, um so die Grundlage für CO2-neutrale synthetische Kraftstoffe bereitzustellen.

Kohlenstoffhaltige Energieträger, die über Jahrmillionen andauernde Prozesse entstanden und somit in menschlichen Zeitdimensionen nicht erneuerbar sind. Bei ihrer Verbrennung wird CO2 in die Atmosphäre abgegeben, das über Millionen von Jahren davon abgeschieden war.

G

Ist ein Kraftwerk, in dem die Prinzipien eines Gasturbinenkraftwerkes und eines Dampfkraftwerkes kombiniert werden. Eine Gasturbine dient dabei als Wärmequelle für einen nachgeschaltete Dampferzeugung, mit dem dann eine Dampfturbine angetrieben wird. Mit dieser kombinierten Fahrweise wird ein höherer Wirkungsgrad erreicht als mit Gasturbinen im offenen Betrieb oder in konventionell befeuerten Dampfkraftwerken. Kombikraftwerke gehören mit elektrischen Wirkungsgraden von bis zu 63 % zu den effizientesten konventionellen Kraftwerken.

Klimatische Effekte sind komplex und regional dynamisch, sodass ein stärkerer Treibhauseffekt zu einer Erhöhung der Temperatur, lokal aber auch zu einer Abkühlung führen kann. Um den Klimawandel zu messen, muss daher auf eine global gemittelte Temperatur zurückgegriffen werden.

Unter Grundstoffindustrie versteht man alle Industriezweige, die Rohstoffe gewinnen (z. B. Erze, Gesteine, Erdöl, Salze, Holz) und bereitstellen, damit sie im verarbeitenden Gewerbe genutzt werden können. Da der Ressourcengewinn oft viel Energie benötigt, liegt hier ein großes Potenzial für die Reduktion von Treibhausgasen.

H

Im Haber-Bosch-Prozess wird Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff hergestellt. Aktuell wird der verwendete Wasserstoff mittels Dampfreformierung aus Erdgas erzeugt, wobei CO2-Emissionen freiwerden. Aufgrund der hohen Nachfrage nach Ammoniak, ist der Haber-Bosch-Prozess für etwa zwei Prozent des weltweiten Verbrauchs fossiler Energieträger verantwortlich. Der benötigte Wasserstoff kann nach und nach durch erneuerbar erzeugten Wasserstoff aus Elektrolyseuren ersetzt werden, um auch diesen Prozess nachhaltig und ohne Auswirkungen auf das Klima zu betreiben.

Die Hochdruckelektrolyse ist ein Elektrolyseverfahren unter hohem Systemdruck. In der Regel werden Elektrolysen bei Umgebungsdruck oder moderat erhöhtem Druck durchgeführt. Insbesondere bei der Wasserelektrolyse ist ein erhöhter Prozessdruck von bis zu 200 bar vorteilhaft, da damit auf eine anschließende aufwendige Verdichtung des Produktwasserstoffs verzichtet werden kann. Aufgrund des Feststoffelektrolyts eignet sich die PEM-Elektrolyse besser für eine Hochdruckelektrolyse als die alkalische Elektrolyse.

Die Hochtemperaturelektrolyse ist ein Verfahren zur Wasserelektrolyse, das sich durch eine hohe Prozesstemperatur von bis zu 900 °C (im Gegensatz zu sonst üblichen < 80 °C) auszeichnet. Das Wasser wird folglich als Dampf zugeführt. Durch die hohe Temperatur verbessert sich die Reaktionskinetik der Elektrolyse, sodass der Strombedarf sinkt. Hochtemperaturelektrolyseure werden meist mit Feststoffoxidelektrolyten realisiert (SOEC = Solid Oxide Electrolyser Cell), der für O2—oder H+-Ionen durchlässig ist. Die hohe Betriebstemperatur kann zum Beispiel durch Abwärme anderer Prozess bereitgestellt werden.

I

Intergovernmental Panel on Climate Change, im Deutschen oft als „Weltklimarat“ bezeichnet. Hauptaufgabe des Ausschusses ist es, die naturwissenschaftlichen Grundlagen und den weltweiten Forschungsstand über die Auswirkungen des Klimawandels und seine Risiken sowie Minderungs- und Anpassungsstrategien zusammenzutragen und aus wissenschaftlicher Sicht zu bewerten.

 

K

Das Erd-Klimasystem beruht auf einer Reihe von essenziellen Bausteinen, sogenannten Kippelementen, die durch das Handeln des Menschen negativ verändert werden und so ihre entscheidende meteorologische Funktion verlieren können. Der Verlust einer solchen Funktion ist ein Kipppunkt im Klimasystem, der eine überproportionale Erderhitzung in Gang setzt. Das Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung hat 16 solcher Kipppunkte definiert darunter z. B. das Abschmelzen des arktischen Meereises, die Destabilisierung des indischen Monsuns, die Zerstörung von Korallenriffen oder die Umwandlung des Amazonas-Regenwaldes.

Ein Klimamodell ist ein Computermodell zur Berechnung und Projektion des Klimas für einen bestimmten Zeitabschnitt. Das Modell basiert in der Regel auf einem Meteorologiemodell, wie es auch zur Wettervorhersage verwendet wird. Dieses Modell wird jedoch für die Klimamodellierung erweitert. In der Regel wird dabei ein Ozeanmodell, ein Schnee- und Eismodell für die Kryosphäre und ein Vegetationsmodell für die Biosphäre angekoppelt.

Klimaneutral sind Prozesse oder Produkte, wenn sie keinen Einfluss auf den Klimawandel haben – also nicht mit Treibhausgasemissionen verbunden sind. Um den anthropogenen Klimawandel auf ein tragbares Maß zu begrenzen sind möglicherweise auch Negativemissionen nötig (klimapositive Maßnahmen). Oft wird Klimaneutralität synonym mit Treibhausgasneutralität verwendet.

Die Klimasensitivität ist ein Maß dafür, wie sensibel die global gemittelte bodennahe Lufttemperatur auf der Erde auf Änderungen der Kohlendioxid-Konzentration reagiert. Sie steht für die Temperaturänderung, die die Erde bei einer Verdoppelung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre erfahren würde und wird in Grad Celsius angegeben. Dabei wird angenommen, dass sich das Klima vor und nach der Änderung im Gleichgewicht befindet; man betrachtet also einen Anfangs- und Endzustand ohne die allmähliche Erwärmung zwischen den Bezugspunkten. Betrachtet man dagegen die Änderung des Klimas bis zu einem bestimmten Zeitpunkt, spricht man auch von der „effektiven Klimasensitivität“.

Kohlenstoffdioxid (CO2), ugs. auch Kohlendioxid, ist ein Baustein des globalen Kohlenstoffkreislauf und als Bestandteil der Atmosphäre ein wichtiges Treibhausgas. Durch menschliche Aktivitäten, insbesondere die Verbrennung fossiler Energieträger, stieg die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre seit Beginn der industriellen Revolution von zirka 280 ppm (parts per million) auf zirka 410 ppm an. Der aktuelle Klimawandel und die Erhöhung der globalen Mitteltemperatur sind zu einem Großteil auf diese Erhöhung zurückzuführen.

Das System der chemischen Umwandlungen kohlenstoffhaltiger Verbindungen in den globalen Systemen Gestein, Wasser, Atmosphäre und Biomasse sowie den Austausch dieser Verbindungen zwischen diesen Systemen. Die Kenntnis dieses Kreislaufs einschließlich seiner Teilprozesse ermöglicht es unter anderem, die Eingriffe des Menschen in das Klima und damit ihre Auswirkungen auf die globale Erwärmung abzuschätzen und angemessen zu reagieren.

Die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie, die in der Regel unmittelbar in elektrischen Strom umgewandelt wird, und nutzbarer Wärme für Heizzwecke (Fernwärme oder Nahwärme) oder für Produktionsprozesse (Prozesswärme) in einem gemeinsamen thermodynamischen Prozess, üblicherweise in einem Heizkraftwerk.

L

Lachgas (Distickstoffmonoxid, N2O) zählt zu den Stickoxiden und besitzt eine 265-fach stärkere Treibhauswirkung als CO2. Neben den natürlichen Lachgasquellen sind anthropogene Quellen insbesondere Verbrennungsprozesse und intensive Landwirtschaft.

Beschreibt die Eigenschaft Strom flexibel zu nutzen. Die flexible Stromnutzung energieintensiver Prozesse ist ein wichtiger Baustein der Energiewende, da so die schwankende Stromproduktion der volatilen erneuerbaren Energiequellen (Sonne, Wind) abgepuffert werden kann, um eine Überlastung des Stromnetzes und die Notwendigkeit zusätzlicher Energiespeicher zu vermeiden.

Ein Oberbegriff für Batterietypen auf der Basis von Lithium-Verbindungen in allen drei Komponenten der elektrochemischen Zelle. Sowohl die Materialien in der negativen und positiven Elektrode als auch der Elektrolyt enthalten Lithiumionen. Lithium-Ionen-Batterien besitzen im Vergleich zu anderen Batterietypen eine hohe Energiedichte, erfordern jedoch üblicherweise Schutzschaltungen, da sie bei Tiefentladung und Überladung geschädigt werden können.

M

Hauptbestandteil von Erd- und Biogas. In der Atmosphäre hat es ein 33-fach höheres Treibhauspotenzial als CO2. Damit ist es das zweitwichtigste vom Menschen verursachte Treibhausgas.

Eine chemische Reaktion, bei der Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von Wasserstoff in Methan umgewandelt wird. Das erhaltene Methan kann in das vorhandene Erdgasnetz eingespeist werden, wodurch sich die Nutzungskette des Kohlenstoffanteils verlängert.

 Eine der meistproduzierten organischen Chemikalien, die als Ausgangspunkt für die Herstellung einer Vielzahl chemischer Produkte dient. Die Herstellung von Methanol kann aus CO2 und Wasserstoff erfolgen, sodass hier ein nachhaltiger Einstieg in die chemische Wertschöpfungskette besteht.

In einer Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC) wird Methanol in einer kontrollierten Reaktion mit Sauerstoff zu CO2 und Wasser oxidiert, wobei Strom erzeugt wird. Da der Betrieb annähernd geräuschlos abläuft und die Handhabung des flüssigen Treibstoffs (Methanol-Wasser-Gemisch) verglichen mit Wasserstoff relativ einfach ist, wird diese Art der Stromerzeugung vor allem beim Camping, für militärische Geräte oder entlegene Messstationen eingesetzt.

Methanol wird konventionell aus Synthesegas, einer Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, synthetisiert. Alternativ kann auch CO2 in einem leicht veränderten Prozess als Kohlenstoffquelle dienen, um der chemischen Industrie diese wichtige Basischemikalie CO2-neutral bereitzustellen. Da die chemische Wertschöpfungskette aktuell auf fossilen Ressourcen beruht, ist die Synthesegas-Route bisher effizienter. Im Wandel hin zu einer klimaneutralen Industrie ist aber auch ein wirtschaftlicher Betrieb basierend auf CO2 zu erwarten.

Englisch für „Minderung“, „Begrenzung“, „Herabsetzung“ und klimawissenschaftlicher Fachbegriff für Bemühungen zur Senkung bzw. Verhinderung von Treibhausgasemissionen. Er wird sowohl für technische Maßnahmen zur Emissionsreduktion als auch für die Schaffung von Kohlenstoffsenken verwendet.

N

Unter negativen Emissionen versteht man das gezielte Entfernen von Treibhausgasen, insbesondere CO2, aus der Atmosphäre; entweder durch die Ausweitung CO2-absorbierender Ökosysteme oder durch industrielle Verfahren. Industrielle Verfahren basieren entweder auf der Entfernung von CO2 aus der Luft (direct air capture, enhanced weathering), kombiniert mit der Bindung in Produkten oder Speicherung des CO2, oder auf der Verwertung von Biomasse in Kombination mit einer Speicherlösung (Biokohle, BECCS).

Sind Technologien, die auf die Entfernung von Treibhausgasen aus der Atmosphäre abzielen. Beispiele hierfür sind direct air capture, Pyrolyse-CCS, BECCS und enhanced weathering.

Der Weltklimarat zeigt in IPCC-Bericht von 2018 auf, dass die Treibhausgaseimissionen auf Null reduziert werden müssen, um die globalen Temperaturen zu stabilisieren. Da es Bereiche gibt, in denen sich diese Emissionen nicht vollständig vermeiden lassen, wie z. B. in der Landwirtschaft oder einzelnen Industriesektoren, müssen diese Emissionen kompensiert werden, um Netto keine Emissionen zu verursachen.

Unter dem Stichwort Netzentwicklungsplan werden zwei Studien zur Entwicklung des deutschen Strom- bzw. Gastransportnetzes über die nächsten zehn Jahre verstanden, die laut Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) vorgelegt werden: Der Netzentwicklungsplan Strom wird durch die deutschen Übertragungsnetzbetreiber erstellt und der Netzentwicklungsplan Gas durch die Fernleitungsnetzbetreiber. Im Zuge der Energiewende muss allerdings zunehmend über eine Verzahnung von Strom- und Gasnetz mit Hinblick auf Wasserstoff als Energieträger diskutiert werden.

O

Ein Verbrennungsverfahren, bei dem reiner Sauerstoff anstelle von Luft zugeführt wird. Dieses Verfahren hat zwei Hauptvorteile: Zum einen wird die Bildung von Stickoxiden vermieden, die bei hohen Temperaturen aus Sauerstoff und Stickstoff (Hauptbestandteil der Luft) entstehen. Zum anderen besteht das Abgas aus fast reinem CO2, das so ohne energieintensive Aufreinigungsschritte verwendet oder eingelagert werden kann.

P

Vereinbarung der 197 Vertragsparteien der UNFCCC mit dem Ziel des Klimaschutzes in Nachfolge des Kyoto-Protokolls. Das 2015 verabschiedete Übereinkommen sieht vor, die menschengemachte globale Erwärmung auf deutlich unter 2 °C gegenüber vorindustriellen Werten zu begrenzen.

Kurz für Proton-Exchange-Membrane oder Polymer-Electrolyte-Membrane Elektrolyse. Ein Prozess zur Wasserelektrolyse mit einem Feststoffelektrolyt, der damit gleichzeitig zur Trennung der Elektrodenräume dient und so die Vermischung der Produktgase verhindert. Der Feststoffelektrolyt ist durchlässig für den Transport von H+-Ionen. Die PEM-Elektrolyse ist in ihrer Betriebsleistung hervorragend regelbar und deshalb besonders gut geeignet für den Betrieb mit Strom aus volatilen erneuerbaren Energiequellen. Durch den langlebigen Feststoffelektrolyt ist der Wartungsbedarf gering. PEM-Elektrolyseure werden aktuell noch in vergleichsweise niedrigen Leistungsbereichen betrieben.

Ist ein energiewirtschaftliches Konzept (bzw. eine Technologie), bei dem mittels Strom in der Wasserelektrolyse Wasserstoff hergestellt wird. Das Power-to-Gas-Konzept beinhaltet auch die ggf. nachgeschaltete Methanisierung von CO2. Das so hergestellte Gas kann als Ressource in verschiedenen Industriesektoren, als Treibstoff für z. B. Brennstoffzellenfahrzeuge oder als Energiespeicherlösung mit anschließender Rückverstromung dienen.

Bezeichnet verschiedene Technologien zur Speicherung bzw. anderweitigen Nutzung von Strom. Besondere Bedeutung haben die Power-to-X-Technologien (auch P2X, PtX) in Zeiten eines (zukünftigen) Überangebotes aus variablen erneuerbaren Energiequellen wie Solarenergie, Windenergie und Wasserkraft, um auch diese Angebotsspitzen effizient zu nutzen.

Das Kürzel ppm ist eine Konzentrationsangabe, wie Prozent oder Promille und steht für einen millionstel Anteil (parts per million). Diese Einheit wird unter anderem dafür genutzt, die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre anzugeben. Die CO2-Konzentration liegt beispielsweise bei zirka 410 ppm.

Ein Speicherkraftwerk, das elektrische Energie in Form von potenzieller Energie (Lageenergie) in einem Stausee speichert. Das Wasser wird durch elektrische Pumpen in den Speicher gehoben, um später wieder für den Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung benutzt werden zu können. Dem Vorteil des relativ hohen Wirkungsgrades von 75-80 % steht ein erheblicher Eingriff in die umgebende Natur gegenüber.

Ist die thermische Behandlung von kohlenstoffhaltigen Verbindungen bei 350 bis 900 °C in einer sauerstoffarmen Atmosphäre. Während dieses Prozesses entstehen drei kohlenstoffhaltige Erzeugnisse, die anschließend zur Erzeugung negativer Emissionen auf unterschiedliche Weise gespeichert werden können: Biokohle (Einsatz zur Verbesserung von Böden, oder Aufbau von Kohlelagerstätten), pyrolytische Flüssigkeit (Kreosot), Pyrolysegas (kann nach der Verbrennung als CO2 in geologische Speicher verbracht werden).

R

Effizienzsteigerungen senken oft die Kosten für Produkte oder Dienstleistungen. Dies kann dazu führen, dass sich das Verhalten der Nutzerinnen und Nutzer ändert: Sie verbrauchen mehr - die ursprünglichen Einsparungen werden teilweise wieder aufgehoben. Dieser Effekt wird Rebound genannt. Effizienzsteigerungen sind eine wichtige Strategie zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs. So ist zum Beispiel die Steigerung der Energieeffizienz neben dem Ausbau der Erneuerbaren Energien die zentrale Säule der Energiewende. Dabei muss die Umweltpolitik berücksichtigen, dass Rebound-Effekte den Rückgang des Ressourcenverbrauchs schmälern. Tut sie dies nicht, fällt der angestrebte Rückgang des Ressourcenverbrauchs geringer aus als angestrebt, die Umwelt- und Ressourcenziele werden verfehlt.

Abkürzung des englischen Begriffs Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation (Verringerung der Emissionen aus Entwaldung und Waldschädigung). Dahinter steht ein Finanzierungsmechanismus im Rahmen der UN-Klimarahmenkonvention, bei dem (meist von Industriestaaten) Kompensationen dafür gezahlt werden, dass (meist in Entwicklungsländern) auf die Zerstörung oder schädigende Nutzung von Wäldern verzichtet wird.

Siehe „Erneuerbare-Energien-Richtlinie“

Eine Art von Batterie, bei der die elektrische Energie in chemischen Verbindungen gespeichert wird, die in einem Lösungsmittel gelöst vorliegen und in separaten Kreisläufen zirkulieren und gespeichert werden können. Die Be- und Entladung findet in einer zentralen Zelle statt, die die maximale Leistung der Batterie bestimmt. Die Speicherkapazität hingegen wird allein durch die Größe der verwendeten Speichertanks bestimmt.

S

Bezeichnet in der Chemieindustrie eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, das zur Synthese einer Vielzahl von Verbindungen flexibel eingesetzt werden kann. Aktuell wird Synthesegas hauptsächlich aus fossilen Ressourcen gewonnen. Es kann aber zukünftig auch erneuerbar aus Wasser (Elektrolyse) und CO2 gewonnen werden.

Konventionelle Kraftstoffe, wie Benzin, Diesel oder Kerosin, werden aus Erdöl hergestellt und weisen eine dementsprechend schlechte Klimabilanz auf. Synthetische Kraftstoffe können die gleichen Eigenschaften wie konventionelle aufweisen, lassen sich aber auf Basis von erneuerbaren Ressourcen, wenn auch unter vergleichsweise hohem Energieaufwand, herstellen.

Eine plausible, häufig vereinfachte Beschreibung künftiger Ereignisse, basierend auf einer Reihe von Annahmen u. a. über die Wechselwirkungen und Triebkräfte einer Entwicklung.

T

Erderwärmung durch Treibhausgase in der Atmosphäre. Durch die Sonneneinstrahlung gelangt Energie in Form von kurzwelliger Strahlung durch die Atmosphäre auf die Erde. Langwellige Strahlung hingegen, die als Wärmestrahlung von der Erdoberfläche und der erwärmten Luft emittiert wird, kann die Atmosphäre nicht ungehindert passieren und wird dort von Treibhausgasen teilweise reflektiert, sodass ein Wärmestau entsteht.

Sind infrarotaktive Gase wie Wasserdampf, Kohlen(stoff)dioxid (CO2), Ozon (O3), Distickstoff (N2O) und Methan (CH4), die zum Treibhauseffekt beitragen. Sie absorbieren und reflektieren einen Teil der vom Boden abgegebenen langwelligen Infrarotstrahlung, die sonst ins Weltall entweichen würde und sorgen so für einen Wärmestau in der Atmosphäre.

Ein Prozess kann als treibhausgasneutral bezeichnet werden, wenn dabei keine Treibhausgasemissionen verursacht werden, sodass er keine Auswirkung auf das Klima hat. Der Begriff lässt sich auf ganze Sektoren oder Gesellschaften ausweiten. Oft wird Treibhausgasneutralität synonym mit Klimaneutralität verwendet.

U

Abkürzung für United Nations Framework Convention on Climate Change, also die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen. Ziel dieses 1992 geschlossenen internationalen Abkommens ist die Stabilisierung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre auf einem Niveau, bei dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems verhindert wird. Die Teilnehmerstaaten der UNFCCC treffen sich seit 1995 jährlich auf sogenannten Klimagipfeln, um über konkrete Schritte zum Erreichen des vereinbarten Ziels zu beraten. Im Jahr 1997 wurde von der UNFCCC das Kyoto-Protokoll verabschiedet, ein Zusatzprotokoll zur Ausgestaltung der Klimakonvention. Im 2015 verabschiedeten Pariser Übereinkommen werden erstmals alle Staaten verpflichtet, Minderungsziele zu definieren, umzusetzen und die Fortschritte einer Überprüfung zu stellen. Alle fünf Jahre sollen die Ziele mit dem Stand der Wissenschaft verglichen und angepasst werden.

W

Eine Anlage, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur (z. B. Luft oder Erdreich) aufnimmt und – zusammen mit der Antriebsenergie – als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur überträgt. Damit entspricht die Funktionsweise der Umkehrung des Kraft-Wärme-Prozesses.

Speicher für thermische Energie. Wärmespeicher können in unterschiedlichen Größen errichtet werden, die von dezentralen Kleinanlagen bis zu großen zentralen Speichern reichen. Neben der Speicherung von thermischer Energie besteht das wichtigste Ziel bei Wärmespeichern darin, die Entstehung und die Nutzung von Wärme zeitlich zu entkoppeln.

Gilt als Energieträger der Zukunft, da er keine schädlichen Emissionen verursacht, insbesondere kein Kohlendioxid, wenn er mit Erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne über Wasser-Elektrolyse erzeugt wird. Derzeit (2019) erfolgt die Wasserstoff-Herstellung noch fast ausschließlich aus fossiler Primärenergie, überwiegend durch Erdgas-Reformierung. Die Nutzung so produzierten Wasserstoffs erzeugt also CO2-Emissionen.

In der Wasserstoff-Brennstoffzelle, im allgemeinen Sprachgebrauch auch nur Brennstoffzelle genannt, werden Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert zu Wasser reagiert, wobei Strom erzeugt wird. Da die Gesamtreaktion in der Brennstoffzelle der Verbrennungsreaktion entspricht, nennt man diese Umsetzung auch „kalte Verbrennung“. Die hier ablaufende Reaktion ist die Umkehrung der Wasserstoff-Elektrolyse, wo Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird.

Weiße Zertifikate sind Systeme, bei denen Marktakteure, hauptsächlich Energielieferanten und Netzbetreiber, verpflichtet werden, in einem festgelegten Zeitraum ein spezifisches Einsparziel zu erreichen und bei Konsumenten Energieeffizienzmaßnahmen durchzuführen. Die Zertifikate weisen die Energieeinsparmaßnahmen hinsichtlich der Menge und des Zeitraums nach. Für durchgeführte Energieeinsparungen bekommt der Akteur entsprechende Zertifikate, die er entweder für das Erreichen seiner eigenen Verpflichtung verwenden oder an andere verpflichtete Marktakteure verkaufen kann. Hat ein verpflichteter Energieversorger oder -verteiler keine oder zu wenig Zertifikate angesammelt, droht ihm eine Strafgebühr.

Umgangssprachliche deutsche Bezeichnung für die regelmäßigen Sachstandsberichte des Weltklimarates IPCC. In jeweils fünf- bis siebenjährigem Abstand wird in einem Redaktionsprozess dabei von ausgewiesenen Fachexperten der Stand der weltweiten Forschung zu Ursachen und Folgen des Klimawandels sowie zu Möglichkeiten der Anpassung und der Emissionsminderung zusammengefasst.

Die Wertschöpfungskette (engl. value chain) stellt die Stufen der Produktion als eine geordnete Reihung von Tätigkeiten dar. Diese Tätigkeiten schaffen Werte, verbrauchen Ressourcen und sind in Prozessen miteinander verbunden. Das Konzept wurde erstmals 1985 von Michael E. Porter, einem amerikanischen Betriebswirt, in seinem Buch „Competitive Advantage“ vorgestellt. Vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit liegen die Herausforderungen der Industrie in der sukzessiven Umstellung einzelner Prozesse ihrer Wertschöpfungsketten auf eine regenerative Energie- und Rohstoffbasis oder sogar in der Etablierung neuer Wertschöpfungsketten in einem sich wandelnden Markt.

Im alltäglichen Gebrauch wird oft nicht scharf zwischen Wetter und Klima unterschieden, was für ein Verständnis des Klimasystems aber unerlässlich ist. Wetter ist der stets wechselnde atmosphärische Zustand, den wir täglich erfahren und der nur über kurze Zeiträume vorhersagbar ist. Unter Klima versteht man dagegen das durchschnittliche Wetter über einen längeren Zeitraum an einem bestimmten Ort. Klima ist also nicht direkt messbar, sondern eine Statistik aus vielen Messungen.

Beschreibt die Effizienz einer technischen Einrichtung oder Anlage als dimensionslose Verhältniszahl oder Prozentsatz, und zwar in der Regel das Verhältnis der Nutzenergie zur zugeführten Energie. Der Wirkungsgrad ist eine wichtige Größe zur Bewertung von Prozessen und Speichertechnologien, besonders vor dem Hintergrund der Energiewende und effizienten Energienutzung.

Z

Das Übereinkommen von Paris verpflichtet die Staaten der Welt dazu, den Anstieg der globalen Mitteltemperatur auf deutlich unter 2 °C über dem vorindustriellen Niveau zu halten und Anstrengungen zu unternehmen, den Temperaturanstieg auf 1,5 °C zu begrenzen, um die negativen Auswirkungen des Klimawandels einzudämmen und das Erreichen von möglichen Kipppunkten zu vermeiden.

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