Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Das Ziel Netto-CO2-Neutralität in 2050 erfordert eine weitgehende Dekarbonsierung aller Wirtschaftssektoren in der Schweiz, inklusive der emittierenden Industrie. Um dies zu erreichen sind Anreizsysteme und Regulierungen notwendig, die möglicherweise grosse Auswirkungen auf das Energiesystem haben. Entsprechende Politikoptionen für den Industriesektor sind kaum erforscht (anders als z.B. für den Transportsektor), und schlecht informierte Politikentscheide könnten zu ungeplanten Konsequenzen für den Industriesektor oder das Energiesystem führen. In diesem Projekt soll diese Forschungslücke adressiert werden durch (1) die Aufstellung einer Technologie-Sektor-Matrix welche Kerntechnologien für die relevantesten CO2-intensiven Sektoren identifiziert, (2) die Entwicklung eines techno-ökonomischen Modells zur Schätzung der Sensitivitäten von CO2-Vermeidungskosten in Abhängigkeit von Politikparametern, und (3) einer umfassenden Analyse wie Portfolios von energie- und klimapolitischen Regulierungen die Wirtschaftlichkeit von De-karbonisierungs-Technologien beeinflussen. Darüber hinaus wird das Modell genutzt um die Wettbewerbsfähigkeit verschiedener Schweizer Industriesektoren mit entsprechenden Regulierungen zu analysieren, und um abzuleiten wie das Schweizer Energiesystem beeinflusst würde.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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To reach net zero emissions in 2050, Switzerland needs to decarbonize all sectors, including CO2-emitting industries. Policies incentivizing tech-nology options such as electrification of industrial processes could strongly affect the energy system. While much research exists regarding other sectors, e.g. transport, research on deep decarbonisation of the Swiss industry is limited to date. Hence, uninformed policy decisions may result in unintended consequences for both industry and the energy sys-tem. Here, we propose to address this gap by: (i) building a technology-sector matrix that identifies key technologies for the most relevant carbon-intensive industry sectors in Switzerland, (ii) using a techno-economic model to estimate the sensitivities of abatement costs to policy-related input parameters, and (iii) analysing how energy and climate policy mixes affect the economics of industry decarbonisation technologies, how Swiss policies affect the competitiveness of Swiss industry vis-à-vis players in the EU, and what are implications for the Swiss energy system.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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L'objectif de neutralité nette en matière de CO2 en 2050 nécessite une décarbonisation poussée de tous les secteurs économiques en Suisse, y compris l'industrie émettrice. Pour y parvenir, des systèmes d'incitation et des réglementations sont nécessaires, qui pourraient avoir un impact important sur le système énergétique. Les options politiques correspondantes pour le secteur industriel n'ont guère été étudiées (contrairement au secteur des transports, par exemple), et des décisions politiques mal informées pourraient avoir des conséquences imprévues pour le secteur industriel ou le système énergétique. Ce projet vise à combler cette lacune de recherche par (1) l'établissement d'une matrice technologie-secteur qui identifie les technologies clés pour les secteurs intensifs en CO2 les plus pertinents, (2) le développement d'un modèle technico-économique pour estimer les sensibilités des coûts d'évitement du CO2 en fonction des paramètres politiques, et (3) une analyse complète de la manière dont les portefeuilles de réglementations énergétiques et climatiques influencent la rentabilité des technologies de décarbonisation. En outre, le modèle est utilisé pour analyser la compétitivité de différents secteurs industriels suisses soumis à des réglementations correspondantes et pour déduire comment le système énergétique suisse serait influencé.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Der Industriesektor trug 2018 rund 18% zu den Schweizer CO2-Emissionen bei. Die Technologien zur drastischen Reduktion der Emissionen in emissions- und energieintensiven Industrien stecken aber weitgehend noch in den Kinderschuhen. Gleichzeitig sind diese Industrien für die Schweizer Wirtschaft von grosser Bedeutung. Grosse Schweizer Unternehmen sind in emissionsintensiven Sektoren wie Zement, Spezialchemie oder Pharma tätig. Weiter kann die wirtschaftliche Attraktivität und damit der Einsatz dieser neuen, emissionsarmen Technologien das Schweizer Energiesystem stark beeinflussen. Daher ist es eine wichtige Aufgabe für die Schweizer Politik, den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Industrie effizient zu gestalten, ohne dabei den wirtschaftlichen Wohlstand, die Versorgungssicherheit und den sozialen Zusammenhalt in der Schweiz zu gefährden. Die Ergebnisse des DECARBIN Projekts werden eine evidenzbasierte Gestaltung von Politikmassnahmen unterstützen in diesem wichtigen, aber wenig erforschten Bereich der Energie- und Klimapolitik. Bisher wurde im Projekt eine Sektor-Technologie-Matrix entwickelt, die zusammenfasst, welche Optionen aus technologischer Sicht am besten geeignet sind, die emissionsintensivsten Industriesektoren in der Schweiz – Baustoffe (einschliesslich Zement), Chemie & Pharma, Metalle und Lebensmittel – zu dekarbonisieren. Dabei wurden die Vermeidungsoptionen entlang von fünf Gruppen gegliedert: (1) Erhöhung der Prozess-/Systemeffizienz, (2) Umstellung auf strombasierte Prozesse (Elektrifizierung), (3) Umstellung auf alternative Brennstoffe, (4) Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) oder -nutzung (CCU) und (5) Umstellung auf alternative nicht-energetische Ausgangsstoffe.
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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Industry contributed about 18% of Swiss CO2 emissions in 2018 but technologies for drastically reducing emissions in carbon- and energy-intensive industrial production are largely still in their infancy. At the same time, these industries are of significant importance for the Swiss economy. Major Swiss companies are engaged in industrial production in subsectors such as cement, specialty chemicals or pharmaceuticals. Moreover, the economic attractiveness and hence the deployment of these new, low-carbon technologies can strongly affect the Swiss energy system. Hence, managing the low-carbon transition of emitting industries effectively, without jeopardizing economic prosperity, security of supply and social cohesion, is a momentous task for Swiss policymakers. As such, the DECARBIN project results will support evidence-based policymaking in this important but little-researched domain of energy and climate policy. So far, the project has developed a sector-technology matrix summarizing which options are best suited (from a technological point of view) to decarbonise the most emission-intense industry sectors in Switzerland, i.e. the minerals (including cement), chemicals, metals and food sectors. Abatement options were structured along five groups: (1) Increase of process/system efficiencies, (2) shift towards electricity-based processes (electrification), (3) shift towards alternative fuels, (4) carbon capture and storage (CCS) or use (CCU), and (5) shift to alternative non-energy inputs.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
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En 2018, le secteur industriel a contribué à hauteur d'environ 18% aux émissions de CO2 en Suisse. Or, les technologies permettant de réduire drastiquement les émissions dans les industries à forte intensité d'émissions et d'énergie en sont encore largement à leurs balbutiements. En même temps, ces industries sont d'une grande importance pour l'économie suisse. De grandes entreprises suisses sont actives dans des secteurs à fortes émissions comme le ciment, la chimie spéciale ou la pharmacie. De plus, l'attractivité économique et donc l'utilisation de ces nouvelles technologies à faibles émissions peuvent fortement influencer le système énergétique suisse. Il est donc important pour la politique suisse de gérer efficacement la transition vers une industrie à faible émission de carbone sans mettre en péril la prospérité économique, la sécurité d'approvisionnement et la cohésion sociale en Suisse. Les résultats du projet DECARBIN soutiendront une conception des mesures politiques basée sur des preuves dans ce domaine important mais peu exploré de la politique énergétique et climatique. Jusqu'à présent, le projet a développé une matrice technologique sectorielle qui résume les options les plus appropriées d'un point de vue technologique pour réduire les secteurs industriels les plus émetteurs en Suisse. - matériaux de construction (y compris le ciment), la chimie et la pharmacie, les métaux et l'alimentation. Les options d'évitement ont été classées selon cinq groupes : (1) augmentation de l'efficacité des processus/systèmes, (2) passage à des processus basés sur l'électricité (électrification), (3) passage à des combustibles alternatifs, (4) captage et stockage du carbone (CCS) ou utilisation (CCU) et (5) passage à des matières premières alternatives non énergétiques.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Der Industriesektor trug 2018 rund 18% zu den Schweizer CO2-Emissionen bei. Die Technologien zur drastischen Reduktion der Emissionen in emissions- und energieintensiven Industrien sind allerdings teilweise noch nicht marktreif. Gleichzeitig sind diese Industrien für die Schweizer Wirtschaft von grosser Bedeutung. Grosse Schweizer Unternehmen sind in emissionsintensiven Sektoren wie Zement, Spezialchemie oder Pharma tätig. Weiter kann die wirtschaftliche Attraktivität und damit der Einsatz dieser neuen, emissionsarmen Technologien das Schweizer Energiesystem stark beeinflussen. Daher ist es eine wichtige Aufgabe für die Schweizer Politik, den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Industrie effizient zu gestalten, ohne dabei den wirtschaftlichen Wohlstand, die Versorgungssicherheit und den sozialen Zusammenhalt in der Schweiz zu gefährden. Die Ergebnisse des DECARBIN Projekts unterstützen eine evidenzbasierte Gestaltung von Politikmassnahmen in diesem wichtigen, aber wenig erforschten Bereich der Energie- und Klimapolitik. Im Projekt wurde eine Sektor-Technologie-Matrix entwickelt, die zusammenfasst, welche Optionen aus technologischer Sicht am besten geeignet sind, die emissionsintensivsten Industriesektoren in der Schweiz – Baustoffe (einschliesslich Zement), Chemie & Pharma, Metalle und Lebensmittel – zu dekarbonisieren. Dabei wurden die Vermeidungsoptionen entlang von fünf Gruppen gegliedert: (1) Erhöhung der Prozess-/Systemeffizienz, (2) Umstellung auf strombasierte Prozesse (Elektrifizierung), (3) Umstellung auf alternative Brennstoffe, (4) Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) oder -nutzung (CCU) und (5) Umstellung auf alternative Rohmaterialien. Darüber hinaus wurden zwei techno-ökonomische Modelle entwickelt, um den Einfluss von Energie- und Klimapolitik auf Investitionsentscheidungen in der Industrie zu untersuchen. Die Modelle berechnen und vergleichen den Wert von Investitionen in verschiedene Technologien zu verschiedenen Zeitpunkten für verschiedene Unsicherheits- und Politikszenarien. Die Ergebnisse zeigen, dass Elektrifizierung und eine Umstellung auf Biomasse gangbare Wege zur Dekarbonisierung der Chemie- und Molkereiindustrie sind. Dekarbonisierungspfade für die Zementindustrie beinhalten eine Kombination von CCS mit Biomasse. Wasserstoff spielt keine bedeutende Rolle in den drei modellierten Industrien. Bezüglich des Bedarfs an unterschiedlichen Energieträgern in der Schweiz sollte also mit erhöhter Strom- und Biomassenachfrage gerechnet werden. Aus der Sicht von Politik/Verwaltung, ergeben sich mehrere Implikationen. Erstens sollte die Verwendung von Biomasse in der Schweiz aufgrund möglicher starker Nachfragesteigerungen einer kritischen Bewertung unterzogen werden. Die Nutzung von Biomasse in Niedrigtemperaturanwendungen (wie heute weit verbreitet) erscheint angesichts der Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen in Verbindung mit dem Mangel an Alternativen in Hochtemperaturanwendungen unvernünftig. Zweitens wird die Aufrechterhaltung eines stabilen und steigenden CO2-Preises als entscheidend erachtet. Carbon Contracts for Difference, wie sie in Deutschland erprobt werden, könnten eine Option sein, um diese Preise zu garantieren. Drittens betonen die Ergebnisse die Bedeutung niedriger Stromkosten, insbesondere um die Elektrifizierung wirtschaftlicher zu machen als Biomasse, zumindest für Prozesse bei sehr hohen Temperaturen. Der Zugang grosser industrieller Verbraucher zu den EU-Strommärkten könnte als potenzieller Hebel dienen. Viertens wird weitere Forschung und Entwicklung im Bereich von Hochtemperaturwärmepumpen empfohlen. Schliesslich werden CCS-CAPEX-Subventionen zur Beschleunigung von Investitionen als möglich, aber nicht als zwingend notwendig erachtet. Unabhängig von politischen Interventionen besteht ein bemerkenswertes Risiko der Verlagerung von Industrien ins Ausland aufgrund hoher CO2-Transportkosten.
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Schlussbericht
(Englisch)
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Industry contributed about 18% of Swiss CO2 emissions in 2018 but technologies for drastically reducing emissions in carbon- and energy-intensive industrial production are partly not mature yet. At the same time, these industries are of significant importance for the Swiss economy. Major Swiss companies are engaged in industrial production in subsectors such as cement, specialty chemicals or pharmaceuticals. Moreover, the economic attractiveness and hence the deployment of these new, low-carbon technologies can strongly affect the Swiss energy system. Hence, managing the low-carbon transition of emitting industries effectively, without jeopardizing economic prosperity, security of supply and social cohesion, is a momentous task for Swiss policymakers. As such, the DECARBIN project results support evidence-based policymaking in this important but little-researched domain of energy and climate policy. The project has developed a sector-technology matrix summarizing which options are best suited (from a technological point of view) to decarbonise the most emission-intense industry sectors in Switzerland, i.e., the minerals (including cement), chemicals, metals and food sectors. Abatement options were structured along five groups: (1) Increase of process/system efficiencies, (2) shift towards electricitybased processes (electrification), (3) shift towards alternative fuels, (4) carbon capture and storage (CCS) or use (CCU), and (5) shift to alternative feedstock. Furthermore, two techno-economic models were developed to investigate the influence of energy and climate policy on investment decisions in industry. The models calculate and compare the value of investments in different technologies and at different points in time for different uncertainty and policy scenarios. The findings indicate that electrification and a shift to biomass are viable pathways for decarbonizing the chemical and dairy industries. Meanwhile, the cement industry's strategy involves a combination of CCS with biomass. Hydrogen does not play a significant role in the decarbonization strategies of any of the three industries. In other words, our results imply an increased demand for electricity and biomass in the mid-term future. From a policy perspective, several implications emerge. Firstly, the use of biomass in Switzerland should undergo critical evaluation due to potentially strong increases of demand. Using biomass in lowtemperature applications (as widely observed today) seems unreasonable given the availability and economic efficiency of heat pumps coupled with the lack of clearly viable alternatives in hightemperature applications. Secondly, maintaining a stable and increasing CO2 price is identified as essential. Carbon contracts for difference, as experimented with in Germany, might be one option to guarantee these prices. Thirdly, the results emphasize the importance of low electricity costs, particularly in making electrification more economically viable than biomass for all but very high-temperature processes. Access of large industrial consumers to EU electricity markets could act as a potential lever. Fourth, further research and development in very high-temperature heat pumps is recommended. Finally, while CCS CAPEX subsidies can expedite investments, they are not deemed necessary. Regardless of policy interventions, there is a noteworthy risk of industry re-localization based on lower CO2 transport costs of non-Swiss plants.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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L’industrie a contribué à environ 18 % des émissions de CO2 en Suisse en 2018, mais les technologies permettant de réduire drastiquement les émissions dans les processus industriels à forte intensité énergétique et intensité carbone ne sont en partie pas encore matures. Parallèlement, ces industries revêtent une importance significative pour l’économie suisse. De grandes entreprises suisses sont actives dans la production industrielle dans des sous-secteurs tels que le ciment, les produits chimiques de spécialité ou les produits pharmaceutiques. En outre, l’attractivité économique et donc le déploiement de ces nouvelles technologies à faibles émissions de carbone peuvent avoir une forte influence sur le système énergétique suisse. Gérer efficacement la transition bas-carbone des industries émettrices, sans compromettre la prospérité économique, la sécurité d’approvisionnement et la cohésion sociale, constitue donc une tâche majeure pour les décideurs politique suisses. À ce titre, les résultats du projet DECARBIN soutiennent l’élaboration de politiques fondées sur des données probantes dans ce domaine important mais encore peu étudié de la politique énergétique et climatique. Le projet a développé une matrice secteur-technologie résumant les options les plus adaptées (du point de vue technologique) pour décarboner les secteurs industriels les plus émetteurs en Suisse, à savoir les secteurs des minéraux (y compris le ciment), des produits chimiques, des métaux et de l’alimentation. Les options de réduction des émissions ont été structurées selon cinq groupes : (1) amélioration de l’efficacité des processus/systèmes, (2) transition vers des procédés électrifiés, (3) transition vers des carburants alternatifs, (4) captage et stockage (CCS) ou utilisation (CCU) du carbone, et (5) substitution des matières premières. En outre, deux modèles techno-économiques ont été développés pour étudier l’influence de la politique énergétique et climatique sur les décisions d’investissement dans l’industrie. Les modèles calculent et comparent la valeur des investissements dans différentes technologies et à différents moments, selon divers scénarios d’incertitude et de politique. Les résultats indiquent que l’électrification et une transition vers la biomasse constituent des voies viables de décarbonation pour les industries chimique et laitière. En revanche, la stratégie de l’industrie cimentière repose sur une combinaison de CCS et de biomasse. L’hydrogène ne joue pas de rôle significatif dans les stratégies de décarbonation des trois industries. Autrement dit, nos résultats impliquent une augmentation de la demande d’électricité et de biomasse à moyen terme. Du point de vue des politiques publiques, plusieurs implications se dégagent. Premièrement, l’utilisation de la biomasse en Suisse devrait faire l’objet d’une évaluation critique en raison de la potentielle forte augmentation de la demande. L’utilisation de la biomasse dans des applications à basse température (telle qu’observée aujourd’hui) semble peu judicieuse, compte tenu de la disponibilité et de la rentabilité économique des pompes à chaleur, ainsi que du manque d’alternatives clairement viables pour les applications à haute température. Deuxièmement, le maintien d’un prix du CO2 stable et croissant est identifié comme essentiel. Les contrats carbone pour différence, expérimentés en Allemagne, pourraient être une option pour garantir ces prix. Troisièmement, les résultats soulignent l’importance de faibles coûts de l’électricité, en particulier pour rendre l’électrification plus économiquement viable que la biomasse, sauf pour les procédés à très haute température. L’accès des grands consommateurs industriels aux marchés de l’électricité de l’UE pourrait constituer un levier potentiel. Quatrièmement, il est recommandé de poursuivre la recherche et le développement sur les pompes à chaleur à très haute température. Enfin, bien que des subventions pour les dépenses d’investissement (CAPEX) dans le CCS puissent accélérer les investissements, elles ne sont pas jugées nécessaires. Indépendamment des interventions politiques, il existe un risque notable de relocalisation industrielle en raison des coûts moindres de transport du CO2 des installations situées hors de Suisse.
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