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SYSTEMISCHE HERAUSFORDERUNG DER WÄRMEWENDE
FKZ 37EV17 105 0
Fraunhofer ISE
Öko-Institut
Hamburg Institut
ThEGA-Forum 2021, 23.11.2021
www.ise.fraunhofer.de
www.oeko.de
www.hamburg-institut.com
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2
AGENDA
◼ Einführung in die Struktur des Projekts
◼ Ergebnisse der Szenarienanalyse
◼ Einordnung der Ergebnisse in aktuelle Studien
◼ Ergebnisse der Detailanalyse Wärmenetze
◼ Risiko- und Defizitanalyse
◼ Vorstellung der Instrumenten-Roadmap
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3
Systemische Herausforderungen der Wärmewende
Struktur und Aufbau des Vorhabens
Entwicklung des Strom- und
Wärmemarktes 2050
Szenarienanalysen
Schlüsseltechniken & -
maßnahmen
Akteurinnen und Akteure
der Wärmemärkte
Entscheidende
Anbietende
Intermediäre
Rolle der Wärmenetze
Potenziale und Hemmnisse
Risiko- und Defizitanalyse hinsichtlich der Zielbilder
Roadmap
strategischen Leitplanken
und Handlungsempfehlungen
Zieljahr: 2050 + Stützjahre
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4
Systemische Herausforderungen der Wärmewende [SysWaerme]
Struktur und Aufbau des Vorhabens
◼ Metastudie zur Transformation des Energiesystems
◼ Analyse Transformationspfade
◼ Identifizierung Schlüsselmaßnahmen und -techniken
◼ Entwicklung und Bewertung ausgewählter politischer Instrumente
◼ Wirkanalyse Akteurinnen und Akteure im Wärmemarkt
◼ Risiko- und Defizitanalyse
◼ Rolle der Wärmenetze
◼ 2 Zielbereiche:
◼ Zielbereich 1: nahezu klimaneutraler Gebäudebestand
◼ Zielbereich 2: THG-Minderung in Deutschland um 95% (gegenüber 1990)
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5
Ergebnisse der Szenarienanalyse
THG-Emissionen des Gebäudesektors
◼ Emissionen im Gebäudesektor müssen nach
KSG bis 2030 auf 67 Mio. tCO2e sinken:
Minderung um 68% ggü. 1990
◼ Bilanzierung nach Quellprinzip → Strom für WP
und Fernwärme werden dem
Umwandlungssektor zugerechnet
◼ Emissionen 2020: 120 Mio. tCO2e (-43% ggü.
1990) → Gebäudesektor hat als einziger Ziele
des KSG verfehlt
◼ In 10 Jahren Minderung um 25%-Punkte nötig:
zw. 1990 und 2020 im Mittel -14% pro Dekade!
◼ Netto-Treibhausgasneutralität bis 2045 nach
KSG: Bisher noch keine Sektorverteilung
◼ Studien gehen von ca. 2-3 tCO2e 2045 im
Gebäudesektor aus. Quelle: Umweltbundesamt (UBA) (2020), KSG
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6
Ergebnisse der Szenarienanalyse
Endenergieverbrauch im Gebäudesektor 2050 [Zielbereich: -95% THG]
◼ Wohnfläche/Nutzfläche: Zunahme
Wohnfläche (exogene Vorgabe), kaum
Angaben zur Entwicklung der Nutzfläche
◼ Reduktion Endenergiebedarf in Geb.
bis zu -64%
◼ EE-Anteil an Endenergie bis zu 93%,
(WP bis zu 16 Mio. in 2050; FW bis zu
26%; Biomasse & PtX: sehr verschiedener
Umfang)
◼ Sanierungsrate (energetisch): In
Zielszenarien Anstieg von heute 1,0
auf 1,4 bis 3,9 (2050)
◼ Sanierungstiefe: In Zielszenarien
Leitstandard für alle zukünftigen
Sanierungen zwischen KfW-40 &
KfW-55, teilw. „Passivhausstandard“
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7
Einordnung der Ergebnisse in aktuelle Studien [THG-Neutralität 2045]
dena: Leitstudie Aufbruch Klimaneutralität
◼ Endenergiebedarf Gebäudesektor mit 424 TWh/a (ohne IKT und sonstigen Strom) im Bereich der
2050er Szenarien, etwas geringer als andere 2045 Szenarien
◼ Wärmepumpen (Strom) dominierende Technologien, kein signifikanter Ausbau der Fernwärme
◼ Gasförmigen Energieträgern (Wasserstoff) kommt mit ca. 100 TWh/a eine wichtige Rolle zu
Quelle: dena (2021): dena-Leitstudie Aufbruch Klimaneutralität. Deutsche Energie-Agentur.
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8
Einordnung der Ergebnisse in aktuelle Studien [THG-Neutralität 2045]
Ariadne-Modellvergleich: Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045
◼ Szenarien mit Zielerreichung 2045 verfehlen teilweise Zwischenziele 2030 im Gebäudesektor
◼ Endenergiebedarf Gebäudesektor ca. 600 TWh/a umfasst auch Haushaltsstromanwendungen
◼ Fernwärme und Wärmepumpen dominierende Technologien
◼ Wasserstoff und E-Fuels sind die dritte Option, aber nur bei tatsächlicher günstiger Verfügbarkeit.
Endenergienachfrage Gebäudesektor 2045 [TWh]
Sektorale Emissionen 2030 [MtCO2äq/a]
Luderer et al. (2021): Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Szenarien und Pfade im Modellvergleich. Ariadne-Report.
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9
Einordnung der Ergebnisse in aktuelle Studien [THG-Neutralität 2045]
Agora: Klimaneutrales Deutschland 2045
◼ Endenergiebedarf Gebäudesektor mit 463 TWh/a im Bereich der 2050er Szenarien
◼ Fernwärme und Wärmepumpen (Strom & Umweltwärme) dominierende Technologien
◼ Bioenergie stagniert bei WG und nimmt etwas zu bei NWG → nicht zentrale Technologie im
Gebäudesektor
Bioenergienachfrage [TWh]
Endenergienachfrage Gebäudesektor [TWh]
Quelle: Prognos et al. (2021): Klimaneutrales Deutschland 2045 - Langfassung. Prognos AG, Öko-Institut &
Wuppertal-Institut i.A. von Stiftung Klimaneutralität, Agora Energiewende & Agora Verkehrswende.
© Fraunhofer ISE
10
Ergebnisse der Szenarienanalyse
Entwicklung des Fernwärmeanteils [Zielbereich: -95% THG]
◼ Bestandsdaten im Bereich der
Fernwärme gegenüber Strom- und
Gasversorgung nur in schlechterer
Qualität und Detailtiefe vorhanden
(u.a. kein Anzahl der Wärmenetze und
deren installierte Trassenlängen)
◼ Anstieg des Fernwärmeanteils in allen
Szenarien: Auf 10 bis 39% des
Endenergieverbrauchs (2050)
◼ Zukünftige Fernwärme-Erzeugung
stärker von lokalen Voraussetzungen
abhängig. Weniger KWK in Zukunft.
◼ Hydraulische Optimierung der
Verteilsysteme (Absenkung System-
temperatur, Wärmespeicher) notwendig
© Fraunhofer ISE
11
0
20
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100
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200
2015 2020 2030 2040 2050
TWh Szenario zur Erzeugung der Fernwärme in Deutschland
Strom/Umweltwärme
Solarthermie
Geothermie
Abwärme
Biomasse
Müll
Gas
Steinkohle
Braunkohle
PtG für Prozesswärme
70% der Fernwärme
3 % der Fernwärme
Ergebnisse der Detailanalyse Wärmenetze
Dekarbonisierungspfad der Fernwärme [Zielbereich: -95% THG]
Darstellung Hamburg Institut
mit Daten aus BDI-Studie „Klimapfade
für Deutschland“, -95%-THG Pfad.
Prognos AG /Boston Consulting Group.
2018
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12
Risiken
(Sensitivitäten)
Kompensation (Defizitoptionen)
Aufwuchs der Sanierungs-
rate zu gering
Kompensation durch
noch stärkeren
Einsatz heimischer
EE-Wärme
Unzureichende
Sanierungstiefe
Import von EE
(u.a. PtG oder PtL)
Unzureichender Fuel-Switch im
Gebäudebereich
1
2
3
Risiko- und Defizitanalyse
Sensitivitäten und Kompensationsoptionen
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13
Risiko- und Defizitanalyse
Differenz Endenergiebedarf Gebäudewärme
Sen. PV+WP ST
S1
Strombedarf:
+35 TWh
PV-Leistung:
+35 Gwel
Kollektorfläche
/Geb.: +7 m²
S2
Strombedarf:
+70 TWh
PV-Leistung:
+70 Gwel
Kollektorfläche
/Geb.: +13
m²
S3 Nicht möglich Kollektorfläche
/Geb.: +3 m²
© Fraunhofer ISE
14
Roadmap
Ziele und Herangehensweise
◼ Formulieren strategischer Leitplanken und
Handlungsempfehlungen für politische Weichenstellungen
für die Wärmewende im Gebäudesektor
◼ 3 Zeithorizonte:
◼ 2020 – 2025
◼ 2025 – 2035
◼ 2035 – 2050
◼ 2 Roadmaps pro Zielbereich:
◼ Maßnahmen Roadmap
◼ Instrumenten Roadmap (Darstellung eines exemplarischen
Instrumentensets)
◼ Instrumenten-Kategorien:
◼ Ordnungsrecht
◼ Förderung
◼ Information/Beratung
◼ Sonstige Instrumente
◼ Themenblöcke:
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15
Instrumenten-Roadmap
Übergeordnete Instrumente
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16
Instrumenten-Roadmap
Instrumente – Versorgungstechniken und Bedarfsreduktion
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17
Instrumenten-Roadmap
Instrumente – Versorgungstechniken
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18
Instrumenten-Roadmap
Instrumente – Wärmenetze
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19
Instrumenten-Roadmap
Schlussfolgerungen Instrumente
◼ Das Ziel eines klimaneutralen Gebäudebestandes erfordert erhebliche Änderungen im Hinblick auf
die Instrumentierung. Bestehende Instrumente (z.B. Förderprogramme) müssen zielkonformer
ausgestaltet werden, zusätzliche Instrumente sind zu implementieren.
◼ Die langen Investitionszyklen des Gebäudesektors und der Infrastrukturen der Wärmeversorgung
erfordern viele Anpassungen innerhalb der kommenden fünf Jahre, insbesondere bei
Instrumenten, die Gebäudehülle und Wärmenetze adressieren; gilt auch im Hinblick auf endliche
Aufwuchsgeschwindigkeiten zentraler Schlüsseltechniken (z.B. Wärmepumpen).
◼ Angesichts der ambitionierten Zielmarke sowie der Vielzahl und Heterogenität der Akteur*innen,
wird dem Ordnungsrecht eine bedeutende steuernde Rolle zukommen, begleitet durch
umfangreiche Fördermaßnahmen.
◼ Zentral erscheint eine koordinierte strategische Planung der Wärmewende vor Ort, weitere
strategische Weichenstellungen (z.B. zur Allokation der Biomasse oder zum Einsatz strombasierter
Brennstoffe) müssen durch die Instrumente abgebildet werden.
◼ Es bedarf einer größeren politischen Aufmerksamkeit für das Problem des Fachkräftemangels.
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20
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Robert Meyer robert.meyer@ise.fraunhofer.de
Benjamin Köhler b.koehler@oeko.de

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Systemische Herausforderungen der Wärmewende

  • 1. ©Fraunhofer ISE/Foto: Guido Kirsch © Fraunhofer ISE SYSTEMISCHE HERAUSFORDERUNG DER WÄRMEWENDE FKZ 37EV17 105 0 Fraunhofer ISE Öko-Institut Hamburg Institut ThEGA-Forum 2021, 23.11.2021 www.ise.fraunhofer.de www.oeko.de www.hamburg-institut.com
  • 2. © Fraunhofer ISE 2 AGENDA ◼ Einführung in die Struktur des Projekts ◼ Ergebnisse der Szenarienanalyse ◼ Einordnung der Ergebnisse in aktuelle Studien ◼ Ergebnisse der Detailanalyse Wärmenetze ◼ Risiko- und Defizitanalyse ◼ Vorstellung der Instrumenten-Roadmap
  • 3. © Fraunhofer ISE 3 Systemische Herausforderungen der Wärmewende Struktur und Aufbau des Vorhabens Entwicklung des Strom- und Wärmemarktes 2050 Szenarienanalysen Schlüsseltechniken & - maßnahmen Akteurinnen und Akteure der Wärmemärkte Entscheidende Anbietende Intermediäre Rolle der Wärmenetze Potenziale und Hemmnisse Risiko- und Defizitanalyse hinsichtlich der Zielbilder Roadmap strategischen Leitplanken und Handlungsempfehlungen Zieljahr: 2050 + Stützjahre
  • 4. © Fraunhofer ISE 4 Systemische Herausforderungen der Wärmewende [SysWaerme] Struktur und Aufbau des Vorhabens ◼ Metastudie zur Transformation des Energiesystems ◼ Analyse Transformationspfade ◼ Identifizierung Schlüsselmaßnahmen und -techniken ◼ Entwicklung und Bewertung ausgewählter politischer Instrumente ◼ Wirkanalyse Akteurinnen und Akteure im Wärmemarkt ◼ Risiko- und Defizitanalyse ◼ Rolle der Wärmenetze ◼ 2 Zielbereiche: ◼ Zielbereich 1: nahezu klimaneutraler Gebäudebestand ◼ Zielbereich 2: THG-Minderung in Deutschland um 95% (gegenüber 1990)
  • 5. © Fraunhofer ISE 5 Ergebnisse der Szenarienanalyse THG-Emissionen des Gebäudesektors ◼ Emissionen im Gebäudesektor müssen nach KSG bis 2030 auf 67 Mio. tCO2e sinken: Minderung um 68% ggü. 1990 ◼ Bilanzierung nach Quellprinzip → Strom für WP und Fernwärme werden dem Umwandlungssektor zugerechnet ◼ Emissionen 2020: 120 Mio. tCO2e (-43% ggü. 1990) → Gebäudesektor hat als einziger Ziele des KSG verfehlt ◼ In 10 Jahren Minderung um 25%-Punkte nötig: zw. 1990 und 2020 im Mittel -14% pro Dekade! ◼ Netto-Treibhausgasneutralität bis 2045 nach KSG: Bisher noch keine Sektorverteilung ◼ Studien gehen von ca. 2-3 tCO2e 2045 im Gebäudesektor aus. Quelle: Umweltbundesamt (UBA) (2020), KSG
  • 6. © Fraunhofer ISE 6 Ergebnisse der Szenarienanalyse Endenergieverbrauch im Gebäudesektor 2050 [Zielbereich: -95% THG] ◼ Wohnfläche/Nutzfläche: Zunahme Wohnfläche (exogene Vorgabe), kaum Angaben zur Entwicklung der Nutzfläche ◼ Reduktion Endenergiebedarf in Geb. bis zu -64% ◼ EE-Anteil an Endenergie bis zu 93%, (WP bis zu 16 Mio. in 2050; FW bis zu 26%; Biomasse & PtX: sehr verschiedener Umfang) ◼ Sanierungsrate (energetisch): In Zielszenarien Anstieg von heute 1,0 auf 1,4 bis 3,9 (2050) ◼ Sanierungstiefe: In Zielszenarien Leitstandard für alle zukünftigen Sanierungen zwischen KfW-40 & KfW-55, teilw. „Passivhausstandard“
  • 7. © Fraunhofer ISE 7 Einordnung der Ergebnisse in aktuelle Studien [THG-Neutralität 2045] dena: Leitstudie Aufbruch Klimaneutralität ◼ Endenergiebedarf Gebäudesektor mit 424 TWh/a (ohne IKT und sonstigen Strom) im Bereich der 2050er Szenarien, etwas geringer als andere 2045 Szenarien ◼ Wärmepumpen (Strom) dominierende Technologien, kein signifikanter Ausbau der Fernwärme ◼ Gasförmigen Energieträgern (Wasserstoff) kommt mit ca. 100 TWh/a eine wichtige Rolle zu Quelle: dena (2021): dena-Leitstudie Aufbruch Klimaneutralität. Deutsche Energie-Agentur.
  • 8. © Fraunhofer ISE 8 Einordnung der Ergebnisse in aktuelle Studien [THG-Neutralität 2045] Ariadne-Modellvergleich: Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045 ◼ Szenarien mit Zielerreichung 2045 verfehlen teilweise Zwischenziele 2030 im Gebäudesektor ◼ Endenergiebedarf Gebäudesektor ca. 600 TWh/a umfasst auch Haushaltsstromanwendungen ◼ Fernwärme und Wärmepumpen dominierende Technologien ◼ Wasserstoff und E-Fuels sind die dritte Option, aber nur bei tatsächlicher günstiger Verfügbarkeit. Endenergienachfrage Gebäudesektor 2045 [TWh] Sektorale Emissionen 2030 [MtCO2äq/a] Luderer et al. (2021): Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Szenarien und Pfade im Modellvergleich. Ariadne-Report.
  • 9. © Fraunhofer ISE 9 Einordnung der Ergebnisse in aktuelle Studien [THG-Neutralität 2045] Agora: Klimaneutrales Deutschland 2045 ◼ Endenergiebedarf Gebäudesektor mit 463 TWh/a im Bereich der 2050er Szenarien ◼ Fernwärme und Wärmepumpen (Strom & Umweltwärme) dominierende Technologien ◼ Bioenergie stagniert bei WG und nimmt etwas zu bei NWG → nicht zentrale Technologie im Gebäudesektor Bioenergienachfrage [TWh] Endenergienachfrage Gebäudesektor [TWh] Quelle: Prognos et al. (2021): Klimaneutrales Deutschland 2045 - Langfassung. Prognos AG, Öko-Institut & Wuppertal-Institut i.A. von Stiftung Klimaneutralität, Agora Energiewende & Agora Verkehrswende.
  • 10. © Fraunhofer ISE 10 Ergebnisse der Szenarienanalyse Entwicklung des Fernwärmeanteils [Zielbereich: -95% THG] ◼ Bestandsdaten im Bereich der Fernwärme gegenüber Strom- und Gasversorgung nur in schlechterer Qualität und Detailtiefe vorhanden (u.a. kein Anzahl der Wärmenetze und deren installierte Trassenlängen) ◼ Anstieg des Fernwärmeanteils in allen Szenarien: Auf 10 bis 39% des Endenergieverbrauchs (2050) ◼ Zukünftige Fernwärme-Erzeugung stärker von lokalen Voraussetzungen abhängig. Weniger KWK in Zukunft. ◼ Hydraulische Optimierung der Verteilsysteme (Absenkung System- temperatur, Wärmespeicher) notwendig
  • 11. © Fraunhofer ISE 11 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2015 2020 2030 2040 2050 TWh Szenario zur Erzeugung der Fernwärme in Deutschland Strom/Umweltwärme Solarthermie Geothermie Abwärme Biomasse Müll Gas Steinkohle Braunkohle PtG für Prozesswärme 70% der Fernwärme 3 % der Fernwärme Ergebnisse der Detailanalyse Wärmenetze Dekarbonisierungspfad der Fernwärme [Zielbereich: -95% THG] Darstellung Hamburg Institut mit Daten aus BDI-Studie „Klimapfade für Deutschland“, -95%-THG Pfad. Prognos AG /Boston Consulting Group. 2018
  • 12. © Fraunhofer ISE 12 Risiken (Sensitivitäten) Kompensation (Defizitoptionen) Aufwuchs der Sanierungs- rate zu gering Kompensation durch noch stärkeren Einsatz heimischer EE-Wärme Unzureichende Sanierungstiefe Import von EE (u.a. PtG oder PtL) Unzureichender Fuel-Switch im Gebäudebereich 1 2 3 Risiko- und Defizitanalyse Sensitivitäten und Kompensationsoptionen
  • 13. © Fraunhofer ISE 13 Risiko- und Defizitanalyse Differenz Endenergiebedarf Gebäudewärme Sen. PV+WP ST S1 Strombedarf: +35 TWh PV-Leistung: +35 Gwel Kollektorfläche /Geb.: +7 m² S2 Strombedarf: +70 TWh PV-Leistung: +70 Gwel Kollektorfläche /Geb.: +13 m² S3 Nicht möglich Kollektorfläche /Geb.: +3 m²
  • 14. © Fraunhofer ISE 14 Roadmap Ziele und Herangehensweise ◼ Formulieren strategischer Leitplanken und Handlungsempfehlungen für politische Weichenstellungen für die Wärmewende im Gebäudesektor ◼ 3 Zeithorizonte: ◼ 2020 – 2025 ◼ 2025 – 2035 ◼ 2035 – 2050 ◼ 2 Roadmaps pro Zielbereich: ◼ Maßnahmen Roadmap ◼ Instrumenten Roadmap (Darstellung eines exemplarischen Instrumentensets) ◼ Instrumenten-Kategorien: ◼ Ordnungsrecht ◼ Förderung ◼ Information/Beratung ◼ Sonstige Instrumente ◼ Themenblöcke:
  • 16. © Fraunhofer ISE 16 Instrumenten-Roadmap Instrumente – Versorgungstechniken und Bedarfsreduktion
  • 19. © Fraunhofer ISE 19 Instrumenten-Roadmap Schlussfolgerungen Instrumente ◼ Das Ziel eines klimaneutralen Gebäudebestandes erfordert erhebliche Änderungen im Hinblick auf die Instrumentierung. Bestehende Instrumente (z.B. Förderprogramme) müssen zielkonformer ausgestaltet werden, zusätzliche Instrumente sind zu implementieren. ◼ Die langen Investitionszyklen des Gebäudesektors und der Infrastrukturen der Wärmeversorgung erfordern viele Anpassungen innerhalb der kommenden fünf Jahre, insbesondere bei Instrumenten, die Gebäudehülle und Wärmenetze adressieren; gilt auch im Hinblick auf endliche Aufwuchsgeschwindigkeiten zentraler Schlüsseltechniken (z.B. Wärmepumpen). ◼ Angesichts der ambitionierten Zielmarke sowie der Vielzahl und Heterogenität der Akteur*innen, wird dem Ordnungsrecht eine bedeutende steuernde Rolle zukommen, begleitet durch umfangreiche Fördermaßnahmen. ◼ Zentral erscheint eine koordinierte strategische Planung der Wärmewende vor Ort, weitere strategische Weichenstellungen (z.B. zur Allokation der Biomasse oder zum Einsatz strombasierter Brennstoffe) müssen durch die Instrumente abgebildet werden. ◼ Es bedarf einer größeren politischen Aufmerksamkeit für das Problem des Fachkräftemangels.
  • 20. © Fraunhofer ISE 20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Robert Meyer robert.meyer@ise.fraunhofer.de Benjamin Köhler b.koehler@oeko.de