WissenschaftlicheModellierung

Das Industry Transformation Optimisation Model (ITOM) ist ein Modellierungs-Framework, das Bausteine liefert, um umfangreiche Industrie-System-Modelle zu erstellen, die typischerweise zur Entwicklung und Analyse von Transformationsprozessen in Richtung Nachhaltigkeit genutzt werden. Mit ITOM werden geografisch detaillierte techno-ökonomische Modelle nach dem Bottom-up-Prinzip erstellt. Es optimiert sowohl Investitionen in und den Betrieb von Produktionsanlagen als auch den Austausch von industriellen Zwischenprodukten – zwischen Produktionsstandorten über einen festzulegenden Zeitraum. Das Modell ermittelt eine Lösung mit minimalen Gesamtkosten – unter Berücksichtigung von Randbedingungen, wie Emissionsgrenzwerten, Rohstoffverfügbarkeit und Qualitätsanforderungen an die Endprodukte. Die Modell-Kurzbeschreibung ist im nachfolgenden Link zu finden. Daneben findet sich auch der Open-Source-Code auf Github und die ausführliche Modelldokumentation auf ReadTheDocs.

ITOM-Petchem nutzt das ITOM-Framework für die Abbildung der europäischen Petrochemie. Es umfasst die gesamte Wertschöpfungskette von der Rohölverarbeitung in Raffinerien bis hin zur Produktion von Polymeren. ITOM-Petchem beinhaltet alle petrochemischen Produktionsstandorte sowie deren Transportverbindungen der europäischen Länder und berücksichtigt regionale Unterschiede in Energie- und Rohstoffkosten.
Das Modell dient dazu, Zukunftsszenarien zu erstellen und die potenzielle Transformation der petrochemischen Industrie in Richtung Klimaneutralität und nicht-fossiler Rohstoffe unter verschiedenen Annahmen quantitativ zu untersuchen und darzustellen. Der Fokus liegt auf der Herstellung von High-Value-Chemicals als Bausteine für die Polymerproduktion über eine Vielzahl konventioneller (fossiler) und alternativer (grüner) Routen. Nachfolgend ist die Modell-Kurzbeschreibung verlinkt und auf Zenodo sind eine ausführliche Modellbeschreibung und Modelldaten zu finden.

ITOM-Steel nutzt das ITOM Framework für die Modellierung des europäischen Stahlsektors. Es umfasst die gesamte Wertschöpfungskette von der Rohstoffaufbereitung über die Herstellung von Eisen und Rohstahl bis zur Verarbeitung zu Lang- und Flachstahlprodukten. ITOM-Steel umfasst alle größeren Produktionsstandorte in Europa und berücksichtigt regionale Unterschiede in Energie- und Rohstoffkosten.
Das Modell dient dazu, Zukunftsszenarien zu erstellen und die europäische Stahltransformation in Richtung Klimaneutralität unter verschiedenen Annahmen quantitativ zu untersuchen und darzustellen. Dafür werden verschiedene CO2-Minderungsoptionen abgebildet, wie etwa ein verstärktes Stahlrecycling, der Einsatz von Wasserstoff und Erdgas als Reduktionsmittel anstelle von Kohle sowie CO2-Abscheidung und Speicherung (Carbon Capture and Storage, kurz CCS). Die Kurzbeschreibung zum Modell ist nachfolgend verlinkt und die ausführliche Modellbeschreibung sowie die Modelldaten sind auf Zenodo zu finden.

ITOM-Cement nutzt das ITOM Framework für die Abbildung des europäischen Zementsektors. Es umfasst die gesamte Wertschöpfungskette vom Abbau des Rohstoffs Kalkstein bis zur Anwendung von Zement im Betonbau. ITOM-Cement beinhaltet alle Produktionsstandorte für Zementklinker – dem zentralen, bindenden Bestandteil von Zement – in Europa und berücksichtigt regionale Unterschiede in Energie- und Rohstoffkosten.
Das Modell dient dazu, Zukunftsszenarien zu erstellen und die potenzielle Transformation des Zementsektors in Richtung Klimaneutralität unter verschiedenen Annahmen quantitativ zu untersuchen und darzustellen. Dafür bildet das Modell verschiedene CO2-Minderungsoptionen ab: vom Brennstoffwechsel über die Nutzung alternativer Rohstoffe bis hin zu CCS. Nachfolgend ist die Modell-Kurzbeschreibung verlinkt und auf Zenodo ist eine ausführliche Modellbeschreibung inkl. Modelldaten zu finden.

WESOM steht für Wuppertal Energy Supply Optimisation Model. Dabei handelt es sich um ein lineares Optimierungsmodell zur langfristigen Planung und Bewertung von Energiesystemen. Es modelliert und bewertet räumlich und zeitlich differenzierte Transformationspfade des Energiesystems zur Deckung der Nachfrage nach Energieträgern, wie zum Beispiel Strom oder Wasserstoff. Das Modell zeigt als Ergebnis den Ausbau und Betrieb von Erzeugungsanlagen, Speichern und Transport-Infrastrukturen zur kostenoptimalen Deckung der Energieträger-Nachfrage unter Berücksichtigung exogener Rahmenbedingungen wie Treibhausgas-Emissionsgrenzen auf. Die Modell-Kurzbeschreibung sowie die ausführliche Modellbeschreibung sind in den nachfolgenden Links verfügbar.

Das Modell HEAT (Household Energy and Appliances Modelling Tool) ermöglicht die detaillierte Abbildung des Energieverbrauchs und der Emissionen im Haushalts- und Kleinverbrauchssektor (Gewerbe, Handel und Dienstleistungen) sowie der Effekte technischer und verhaltensbezogener Maßnahmen darauf.
HEAT integriert detaillierte Daten zu baulichen Komponenten, wie beispielsweise Dach, Außenwand, Kellerdecke, Fenster, sowie zu Heizungs- und Warmwassersystemen. Darüber hinaus werden rund 400 gebäudespezifische Effizienz- und Sanierungsmaßnahmen berücksichtigt. Damit erlaubt HEAT eine umfassende Bewertung von Sanierungsoptionen hinsichtlich Energieeffizienz, Emissionsminderung und Ressourcennutzung. Die Modellierung ist auf unterschiedlichen räumlichen Ebenen möglich – von der nationalen bis zur kommunalen Ebene.