Methoden

Die Exiobase-Datenbank ist mit einer hohen Detaillierung von 200 Produkten und über 163 Sektoren ausgestattet. Sie ist mit mehreren Sozial- und Umweltsatellitenkonten für 44 Länder und fünf Regionen der übrigen Welt verknüpft. Über die Einbeziehung detaillierter Daten zu Energie, landwirtschaftlicher Produktion, Ressourcengewinnung, Umweltfaktoren und bilateralem Handel können umwelt- und ressourcenbezogene Wirkungen in allen Ländern ermittelt werden. Der Vorteil der Exiobase-Datenbank liegt in der hohen Disaggregierung von Produkten und Sektoren, die es erlaubt, Veränderungen durch individuelle Politiken und Maßnahmen sektornah abzubilden. Durch die Verknüpfung mit Handelsströmen werden auch Vorketteneffekte im In- und Ausland miterfasst. Dies ermöglicht auch die Betrachtung von Umwelt- und Ressourcennutzung, die implizit in importierten oder exportierten Waren oder Produkten enthalten ist (in Bezug auf CO₂ auch der „carbon-content of products“ genannt). Wirkungsanalysen mit Hilfe des Input-Output-Modells sind sowohl auf der ökonomischen wie auch auf der ökologischen Ebene möglich.

EmIO ist ein vom Öko-Institut entwickeltes Input-Output-Modell, das die Verflechtungen zwischen den Sektoren innerhalb der Volkswirtschaft modelliert und ein spezielles Modul für die Auswirkungen auf die Beschäftigung enthält. Es ist in zwei Formen verfügbar – EmIO-D (Deutschland) und EmIO-EU – und basiert auf den Input-Output-Tabellen des Statistischen Bundesamtes beziehungsweise von Eurostat, die jedes Jahr im Rahmen der volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung veröffentlicht werden. Mit Hilfe von EmIO lassen sich die Beschäftigungseffekte von Investitionen, Kosteneinsparungen oder Mehrkosten durch energie- und klimapolitische Maßnahmen in den verschiedenen Sektoren berechnen. Dabei werden auch die Verflechtungen innerhalb der Volkswirtschaft und Inputs aus anderen Sektoren berücksichtigt.

Jegliche energie- und klimapolitische Maßnahme zieht Verteilungseffekte in der Bevölkerung nach sich. Auf Basis detaillierter Haushaltsdaten können Verteilungseffekte verschiedenster Maßnahmen auf die Bevölkerung in Deutschland mit dem Mikrosimulationsmodell SEEK-DE des Öko-Instituts bestimmt werden. Dabei wird abgebildet, wie Veränderungen im Preis – zum Beispiel durch eine Steuer – oder Veränderungen der nachgefragten Mengen – zum Beispiel auf Grund von energiesparenden Maßnahmen – auf unterschiedliche Haushaltstypen wirken. Betrachtete Verteildimensionen umfassen beispielsweise das verfügbare Einkommen, die Haushaltszusammensetzung oder den Erwerbstätigkeitsstatus eines Haushaltes.

Als Inputdaten des Mikrosimulationsmodells SEEK-DE dienen die Mikrodatensätze der Haushaltsbefragungen. Dazu gehören die Einkommens- und Verbrauchsstichprobe (EVS), das Sozio-ökonomische Panel (SOEP) oder die Mobilität in Deutschland (MiD). Je nach Fragestellung wird der Schwerpunkt auf den geeigneten Datensatz gelegt.

Auswertungen können sowohl für die gesamte EU als auch für einzelne Mitgliedsstaaten angestellt werden. Als Inputdaten des Mikrosimulationsmodells SEEK-EU dienen die Mikrodatensätze der Haushaltsbefragungen auf EU-Ebene. Dazu gehören der Household Budget Survey (HBS) und die EU Statistics on Income and Living Conditions (EU-SILC).

Das Gebäudemodell (Building Stock Transformation Model) bildet in Form eines Stock Exchange Ansatzes den Gebäudebestand in Deutschland ab. Das Modell erfasst Wohn- und Nichtwohngebäude und modelliert Gebäude-Kohorten in unterschiedlicher Auflösung. Es eignet sich, um die Wirkung verschiedener Politikmaßnahmen abzuschätzen, die die Sanierungsaktivität (Sanierungsrate, Sanierungsintensität) im Gebäudesektor adressieren. Dies umfasst beispielweise Maßnahmen zur Sanierung der Gebäudehülle sowie auch Maßnahmen zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung.

Der EEG-Rechner ist ein Simulationsmodell des Öko-Instituts, mit dessen Hilfe für verschiedene Szenarien die zukünftige Entwicklung der Leistungen, Strommengen und Zahlungsströme im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) untersucht werden. Damit kann eine Vielzahl von Fragestellungen adressiert werden, unter anderem welche Zubauraten erforderlich sind, um konkrete Ziele für den Ausbau der erneuerbaren Energien zu erreichen, wie groß der Finanzierungsbedarf durch den Bundeshaushalt ist und wie eine Änderung der Ausbauziele oder externe Faktoren wie Strompreisentwicklung und Wettereffekte auf den Finanzierungsbedarf wirken.

Das „Electricity Investment Analysis“ Modell (ELIAS) ist ein Investitionskostenmodell für den deutschen Stromsektor. Es ermittelt, welche Kraftwerksinvestitionen unter ökologischen Rahmenbedingungen am kostengünstigsten sind. ELIAS kommt beispielsweise zum Einsatz, um die Auswirkungen der erneuerbaren Energien und der Elektromobilität auf den Kraftwerkspark zu untersuchen.

Das Energie-Umwandlungs-Sektor-Modell (ENUSEM) ist ein Modell zur Kopplung spezifischer Sektormodelle. Es verbindet dabei die wesentlichen Energieflüsse der einzelnen Energiemodelle und berechnet die Emissionen, die aus der Energienutzung entstehen. Daneben stellt es auch Schnittstellen zu Emissionsberechnungen außerhalb des Energiesystems wie zum Beispiel der Landwirtschaft bereit. Neben der reinen Sektorintegration schließt es Lücken, die nicht durch die einzelnen Sektormodelle abgebildet sind. Teil des Modells ist ein Berechnungsteil, der die Erreichung der energie- und klimapolitischen Ziele analysiert. Dieses Modell ist hierfür besonders geeignet, da es sämtliche relevante Energie- und Emissionsdaten aller Sektoren integriert.

PowerFlex ist ein Strommarktmodell des Öko-Instituts, mit dem der optimale Einsatz von Kraftwerken, Speichern und Flexibilitätsoptionen wie zum Beispiel Kältespeicher und Elektrofahrzeuge bei der Deckung der Strom- und Fernwärmenachfrage sowie der Bereitstellung von Regelleistung berechnet wird. Das Besondere an diesem Modell ist, dass es eine Vielzahl von Flexibilitätsoptionen auf der Stromnachfrage- und -angebotsseite detailliert darstellt. Aus den berechneten Dispatch-Profilen werden weitere wichtige Ergebnisse modelliert wie CO₂-Emissionen, Speicherverluste und die daraus resultierenden Strompreise. PowerFlex wird in verschiedenen Forschungsprojekten am Öko-Institut eingesetzt und kann mit dem Investitionsmodell ELIAS gekoppelt werden.

PowerFlex-Grid bildet zusätzlich zum PowerFlex auch das deutsche Übertragungsnetz mit rund 500 Netzknoten ab. Die europäischen Nachbarländer sind zudem in vereinfachter Form als jeweils ein Netzknoten berücksichtigt, so dass PowerFlex-Grid auch den Stromaustausch – Import und Export – zwischen den Ländern modelliert.

TRASIQ ist ein leicht bedienbares Tool, das sowohl Kommunen als auch interessierten Bürger*innen als zusätzliche Informationsquelle dienen kann, um relevante Dimensionen, Zusammenhänge und mögliche Zielkonflikte nachhaltiger Quartiersentwicklung kennen zu lernen. TRASIQ bietet je ein Tool für Neubauquartiere und für Bestandsquartiere. Mit den Tools können mittels diverser Einstellmöglichkeiten verschiedene Szenarien für die Gestaltung eines Quartiers durchgespielt werden. Zieldimensionen des Tools für Neubauquartiere umfassen „CO₂-armes Wohnen“, „ressourcenschonendes Wohnen“, „flächensparendes Wohnen“, „nachhaltige Mobilität“ sowie „bezahlbares Wohnen“ sowie „Urbaner Lebensstil“. Das Tool für Bestandsquartiere erlaubt verschiedene Transformationspfade bis zum Jahr 2050 in Hinblick auf die Dimensionen „Gebäude“, „Energie“, „Emissionen“ und „Kosten“ zu untersuchen.

Für die Landwirtschaft betreibt das Öko-Institut das Simulationsmodell FABio Agri. Das Modell bildet Ackerbau- und Tierhaltung sowie unterschiedliche Wirtschaftsweisen ab (zum Beispiel konventionelle und ökologische Landwirtschaft, Extensivierungen). Das Excel-Modell berechnet Treibhausgasemissionen und dient zur Wirkungsquantifizierung von Klimaschutzmaßnahmen in der Landwirtschaft. Das FABio-Modell kann darüber hinaus weitere Umweltparameter abbilden (Biodiversität, Stickstoffhaushalt, Kohlenstoff) und ist mit differenzierteren Wirtschaftsannahmen hinterlegt.

Das Waldwachstums- und Waldbewirtschaftungsmodell FABio-Forests des Öko-Instituts ist ein distanzunabhängiges Einzelbaummodell, das die Entwicklung von Waldbeständen unter verschiedenen Voraussetzungen beschreibt. Das Modell nutzt dafür Daten der zweiten und dritten Bundeswaldinventur. Es beinhaltet ein Zuwachsmodell, ein Modell für den Einwuchs neuer Bäume, ein Mortalitätsmodell, ein Totholzmodell sowie ein Teilmodell für Holzprodukte und ein Bodenkohlenstoffmodell. FABio-Forest dient für Szenarienanalysen, um die Auswirkungen alternativer Waldbau- und Waldbewirtschaftungsmaßnahmen auf Holzaufkommen, CO₂ Speicherleistung und verschiedene Naturschutzaspekte zu vergleichen.

Für den Sektor Land Use, Land Use Change and Forestry (LULUCF) hat das Öko-Institut ein Excel-basiertes Modell entwickelt, das – ausgehend von den historisch berichteten Daten – Flächenbelegung und Flächenänderungen sowie die damit verbunden Emissionen bis in das Jahr 2050 projiziert. Politische Entscheidungen wie zum Beispiel ein Grünlandumbruchverbot oder die Wiedervernässung von Mooren können in Szenarien simuliert werden. Das Modell liegt in einer Version für Deutschland und die EU vor. FABio-Land für Deutschland integriert die Ergebnisse aus FABio-Forest und übergibt Veränderungen der landwirtschaftlichen Fläche an FABio-Agri und LISE.

Für die Entwicklung der Treibhausgasemissionen und anderer landwirtschaftlicher Kenngrößen wird am Öko-Institut das Modell LISE (Livestock and Soil Emissions) eingesetzt. Es handelt sich dabei um ein Bottom-Up Agrarmodell, das die Tierhaltung und die Nutzung landwirtschaftlicher Böden in Deutschland in Bezug auf die Produktion (Erträge und Leistungsparameter, Wirtschaftsweisen, Technologien) und ausgewählte Umweltparameter (Treibhausgase, Flächennutzung, Stickstoffumsätze) abbildet. Daneben existiert ein Teilmodul zur Abschätzung der energiebedingten Emissionen aus der Landwirtschaft, die nach der Sektorzuordnung des Klimaschutzgesetzes ebenfalls für die Zielerreichung mit einbezogen werden. Neben der Berechnung von Langfristszenarien wird das Modell auch für die Quantifizierung der Auswirkungen von Klimaschutzmaßnahmen verwendet. Daneben stehen weitere Excel-basierte Tools zum Beispiel für die Entwicklung der Nachfrage nach tierischen und pflanzlichen Produkten, aber auch für das Biomasse Angebot zur Verfügung. Diese verschiedenen Tools sind mit dem LISE-Modell verknüpft, können aber auch unabhängig davon genutzt werden.

Zur Modellbeschreibung LISE

Das Modell AnaFgas (Analysis of Fluorinated greenhouse gases), das gemeinsam von Öko-Recherche und Öko-Institut entwickelt wurde, ist ein Bottom-up-Bestandsmodell zur Ableitung von Nachfrage- und Emissionsszenarien für F-Gase in relevanten Sektoren und Teilsektoren für die EU27-Mitgliedstaaten und dem Vereinigten Königreich. Es modelliert die Nachfrage nach und die Emissionen von HFKW, FKW und SF₆ für den Zeitraum 2000 bis 2050 auf der Grundlage von Marktdaten und Schätzungen der Menge der jährlich verkauften Ausrüstungen oder Produkte, die diese Stoffe enthalten, sowie der Menge der Stoffe, die in der EU für die Herstellung und/oder Wartung von Ausrüstungen und Produkten im Laufe der Zeit benötigt werden.

AnaFgas kann verwendet werden, um die Auswirkungen und Kosten politischer Maßnahmen zur Verringerung der Emissionen fluorierter Treibhausgase zu quantifizieren, indem verschiedene Szenarien verglichen werden (z. B. politische Optionen, Basislinie und kontrafaktische Situation).

Die Bewertungsmethodik Green Cloud Computing (GCC) hat zum Ziel, die Umweltwirkungen einzelner Cloud-Dienste messbar und berechenbar zu machen. Durch die Anwendung der lebenszyklusbasierten Green Cloud Computing Methodik ist es möglich, einen „Umweltfußabdruck“ für spezifische Dienstleistungen anzugeben. Bei der GCC-Methodik werden Aufwandskennzahlen gebildet und mit der Menge an erbrachter Dienstleistung ins Verhältnis gesetzt. Dabei wird der gesamte Lebensweg der IT-Geräte einbezogen und Rohstoffbedarf sowie Umweltbelastungen identifiziert und analysiert. Zusätzlich werden die quantifizierten Informationen in ein Datenmodell überführt, um mögliche Optimierungspotenziale aufzuspüren und entsprechende Maßnahmen abzuleiten.

Dieses Kennzahlen-Tool (KPI4DCE-Tool) ermöglicht es, die Ressourceneffizienz und Umweltwirkung von Rechenzentren umfassend zu bewerten. Als Leistungsindikatoren des Nutzens des Rechenzentrums dienen die folgenden Parameter: das Rechenleistungsvermögen der Server, Indikatoren zur Bemessung der Datenspeicherleistung und die Datenübertragungsleistung der Netzwerke. Bewertet werden der abiotische Rohstoffverbrauch, der kumulierte Energieaufwand, die Treibhausgasemissionen und der Wasserverbrauch. Die betrachteten Umweltauswirkungen können nach den Lebenszyklusphasen (Herstellung, Distribution, Nutzung und Entsorgung) und nach den Teilsystemen (Server, Datenspeicher, Netzwerk und Gebäudetechnik) separat dargestellt werden. Neben der reinen Erfassung und Berechnung der Kennzahlen können mit dem KPI4DCE-Tool auch die Wirkung von Verbesserungsmaßnahmen simuliert werden, bzw. nach Implementierung von Maßnahmen geprüft werden, ob die Maßnahmen die gewünschten Wirkungen erzielt haben.

PROSA ist eine vom Öko-Institut entwickelte Methode zur strategischen Analyse und Bewertung von Produktportfolios, Produkten und Dienstleistungen. Bewertet werden ökologische, soziale und ökonomische Aspekte entlang der Produktlinie – das Ziel ist, System-Innovationen und Handlungsoptionen in Richtung einer nachhaltigen Entwicklung zu definieren. Das Öko-Institut wendet die PROSA-Methodik an, um beispielsweise Kriterien für Produkte und Dienstleistungen für Umweltzeichen und öffentliche Beschaffung abzuleiten. Ein wesentlicher Bestandteil der PROSA-Analyse ist die Partizipation von lokalen und nationalen Stakeholder-Gruppen, um angepasste, länderspezifische Nachhaltigkeitslösungsansätze zu entwickeln.

Die problematischsten Stoffe werden europaweit auf der sogenannten REACH Kandidatenliste veröffentlicht. Das Öko-Institut hat ein Excel-basiertes Instrument entwickelt (REACH Radar), in dem diese und weitere Listen aktualisiert hinterlegt sind. REACH Radar ermöglicht es Unternehmen, in sehr kurzer Zeit zu überprüfen, ob sie solche Stoffe einsetzen und gezielt nach Ersatzstoffen zu suchen.

Das am Öko-Institut entwickelte Modell TEMPS (Transport Emissions and Policy Scenarios) ermöglicht es, den Endenergiebedarf und die Treibhausgasemissionen des Verkehrs für unterschiedliche Szenarien zu quantifizieren. Das Modell besteht aus den drei Komponenten Verkehrsnachfrage, Fahrzeugbestand, Energie- und Treibhausgasbilanz. Die wesentlichen für den Verkehr relevanten Steuern und Abgaben – Energiesteuer, Steuern und Abgaben auf Strom, Lkw-Maut, Kfz-Steuer, Mehrwertsteuer auf Fahrzeuge und Kraftstoffe –  werden im Modell TEMPS detailliert abgebildet. Ein Kernelement des Modells stellt dabei die Abbildung der Fahrzeugwahl von Pkw und Lkw dar. Die Fahrzeugwahl wird mit einem agentenbasierten Modell abgebildet und berücksichtigt die Kosten der Nutzer*innen, die Einhaltung von CO₂-Standards unter Berücksichtigung ihrer Wirkung auf die Fahrzeugpreise sowie Restriktionen wie beispielsweise Reichweitenanforderungen der potenziellen Fahrzeugkäufer.