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ProFi

Name

Projektionsmodell für F-Gas-Emissions-Inventare

Version des Modells

Für jede Modellierungsrunde wird eine eigene Modellversion erstellt. Eine explizite Versionsnummerierung erfolgt nicht.

Betreibende Organisation

  • Öko-Institut e.V.

Zweck des Modells

Zweck des Modells ProFI (Projektionsmodell für F-Gas-inventare) ist die Erstellung von Projektionen der im deutschen Treibhausgasinventar (THG-Inventar) abgebildeten Emissionen an fluorierten Treibhausgasen (F-Gasen).

Entsprechend dem THG-Inventar erfolgt eine Differenzierung der F-Gas-Emissionen in verschieden Gase/Gasgruppen und verschieden Inventarkatergorien.

F-Gase werden im Modell differenziert in HFKW (summarisch für im Inventar berichtete teilfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe), FKW (summarisch für im Inventar berichtete perfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe), SF6 (Schwefelhexafluorid), NF3 (Stickstofftrifluorid) sowie eine aus Vertraulichkeitsgründen nicht spezifizierte Mischung an fluorierten Treibhausgasen.

Die komplette Bandbreite der im THG-Inventar F-Gas-Emissionen aus allen emittierenden Anwendungsbereichen und Produktionsprozessen wird abgebildet.

Der Modellierungsansatz unterscheidet sich signifikant zwischen den verschiedenen abgebildeten Emissionsquellgruppen und Gasen/Gasgruppen und reicht von Trendextrapolationen zu Stock-change-Modellierung.

Die primären Ergebnisse des Modells (Modeloutput) sind Projektionen von F-Gas-Emissionen in Deutschland in der Einheit Tonne CO2-Äquivalent

Akteure

ProFI verfolgt keinen akteurs- oder agentenbasierten Modellierungsansatz

Dokumentation

Eine öffentlich verfügbare Dokumentation des Modells liegt derzeit nicht vor. Für die genutzten Berechnungsmethoden gemäß Inventarrichtlinien siehe 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories (https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/) Für die Dukumentation der THG-Inventarstruktur siehe UNFCCC Beschlüsse: Decision 24/CP.19 (https://unfccc.int/resource/docs/2013/cop19/eng/10a03.pdf) und (https://unfccc.int/sites/default/files/resource/CMA2021_L10a2E.pdf) Es gibt bisher keine Artikel, in denen das Modell explizit kritisch geprüft bzw. validiert wird, da das Modell bisher nur für die Auftragsforschung entwickelt und angewendet wurde. Für entsprechende Publikationen war in den bisherigen Projekten kein Budget kalkulierbar. Im Kontext der jeweiligen Projektarbeit wird das Modell regelmäßig sorgfältig überprüft. Zu den Kontrellmechanismen gehört einerseits das 4-Augen-Prinzip und andererseits der systematische Einsatz von Prüfsummen, um die Konsisitenz von Teilergebnissen zu überprüfen.

Räumliche Abdeckung

ProFI deckt das Territorium der Bundesrepublik Deutschland ab, konsistent zum Territorialprinzip der THG-Inventare

Zeithorizont

ProFI deckt den Zeitraum von 1990 bis 2050 ab. Startzeitpunkt (Basisjahr) ist in der Regel zwei Jahre vor dem Jahr, in dem die Modellierung für die THG-Projektionen stattfindet.

Zeitliche Auflösung

ProFI nutzt eine jährliche Auflösung. In der Regel entspricht ein Modelljahr auch der tatsächlichen Auflösung. Sofern Inputdaten nur in gröberen Auflösungen vorliegen (z.B. Fünfjahresschritte), so wird eine lineare Interpolation modelliert.

Konzeptionelle Gestaltungsprinzipien

Modul 1: HFKW

Für HFKW beinhaltet ProFI kein detailliertes Modell der in Geräten in den diversen HFKW-Anwendungssektoren (insbesondere Klimatisierung & Kühlung) enthaltenen Gasmengen („Bank“) und der während Betrieb und Entsorgung anfallenden Emissionen und ist hier davon abhängig extern (z.B. im Modell AnaFGas) modellierte Emissionstrends zu übernehmen. Für AnaFgas (Analysis of Fluorinated greenhouse gases) vgl. JRC (ohne Jahr): ANAFGAS. In externen Modellierungsprojekten für verschiedene Szenarien ermittelte relative Emissionstrends für HFKW können spezifisch für verschiedene Inventarquellgruppen nach ProFI übernommen werden, um aus den im Inventar enthaltenen Zeitreihe der historischen HFKW-Emissionen von Projektionen abzuleiten.

Modul 2: SF6 aus Schaltanlagen

ProFI enthält ein Modell der bei der Herstellung von elektrische Schaltanlagen eingefüllten Mengen SF6, dem Export und Bestand von Schaltanlagen sowie Schaltanlagen zur Entsorgung und den bei Befüllung, im Betrieb und bei der Entsorgung anfallenden Emissionen an SF6. Die Emissionen werden über Emissionsfaktoren aus den jeweiigen aktivitäten Befüllung, Bestand und Entsorgung berechnet. Annahmen zu Emissionsfaktoren für die Projektionsjahre können über Fortschreibung historischer, aus dem THG-Inventar abgeleiteter Emissionsfaktoren oder durch Expertenschätzungen getroffen werden.

Modul 3: SF6 aus Schallschutzfenstern

Die Berechnung von SF6-Emissionen aus Schallschutzfenstern funktioniert vergleichbar zum Modul 2 (SF6 aus Schaltanlagen). Angesichts des Verbots der Neubefüllung ist für die Projektion nur noch die Modellierung des Rückgangs des Restbestands an Schallschutzfenstern mit SF6 und der damit zusammenhängenden Emission aus der Entsorgung relevant.

Modul 4: FKW aus Aluminiumproduktion

Für FKW-Emissionen aus der Aluminiumproduktion werden in ProFi aus historischen Daten aus den THG-Inventaren spezifische Emissionen pro Tonne erzeugtem Primäraluminium berechnet. Für die Projektion der Emissionen wird angesichts der im jeweiligen Szenario hinterlegten Maßnahmen/Instrumente eine Expertenschätzung für die Entwicklung der spezifischen Emissionen erstellt und mit extern im Modellverbund modellierten Ergebnissen zur Entwicklung der Aluminiumproduktion verknüpft.

Modul 5: sonstige F-Gas-Emissionen

Für sonstige Quellgruppen / F-Gase sind quantitativ wenig bedeutend und können konstant oder proportional zum angenommenen Wirtschaftswachstum extrapoliert werden.

Methodischer/mathematischer Ansatz

ProFI ist ein Accounting Modell, welches nur mathematische Grundoperationen benötigt:

  • Multiplikation von Aktivitätsraten mit Emissionsfaktoren
  • Trendfortschreibung von Basisjahremissionen durch Multiplikation mit Trendfaktoren
  • Modellierung von Bestandsänderungen durch Addition von Neuanlagen und Subtraktion von entsorgten Anlagen

OpenSource

ProFI stellt durch seine Implementierung einerseits ein Modell und andererseits eine Datenbank dar. Da auch nicht frei verfügbare und zum Teil vertrauliche Daten enthalten sind, ist eine Open-Source-Veröffentlichung derzeit nicht möglich.

Parameter

Wo nötig, werden Parameter anhand von Literaturquellen oder Expertenschätzungen abgeschätzt:

Programmtechnische Gestaltungsprinzipien

Die Strukturierung des Modells gemäß der THG-Invenare baut auf den im Rahmen der UNFCCC international vereinbarten Inventartabellen (UNFCCC Beschlüsse: Decision 24/CP.19 und Decision 5/CMA.3) In den Modulen 2 & 3 (SF6 in Schaltanlagen und in Schallschutzfenstern) werden zudem THG-Berechnungsmethoden gemäß den 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories benutzt (https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/)

Das Modell ist in Excel implementiert und enthält grundsätzlich Zeitreihen von 1990-2050. Die wesentlichen Schnittstellen betreffen

  • das Einlesen von Daten der historischen THG-Inventare, um die Zeitreihenkonsistenz sicherzustellen (alle Module)
  • das Einlesen der im Modellverbund modellierten Projektionen der primären Aluminiumproduktion (Modul 4)
  • das Einlesen von Emissionstrends und Modellierungsergebnissen externer Studien/Modelle (Modul 1) Differenziert nach den Modulen werden die Projektionen der Emissionen aus Extrapolationen der jeweiligen modellierungsrelevanten Parametern ermittelt.

Räumliche Auflösung

ProFI bildet Deutschland als Ganzes ab, ohne weitere räumliche Unterteilung. Die Modellierungsregion entspricht daher NUTS: DE.

Sektoren

  • ProFI bildet die Entwickung aller im deutschen THG-Inventar berichteten fluorierten Treibhausgase (F-Gase) ab, die betrifft aktuell die folgenden Inventarkategorien:
  • CRT 2.B.9 Fluorchemische Produktion
  • CRT 2.C.3 Aluminium-Produktion
  • CRT 2.C.4 Magnesium-Produktion
  • CRT 2.E.1 Halbleiterproduktion
  • CRT 2.E.3 Photovoltaikproduktion
  • CRT 2.F.1 Kälte- und Klimaanlagen
  • CRT 2.F.2 Schaumherstellung
  • CRT 2.F.3 Feuerlöschanlagen
  • CRT 2.F.4 Aerosole ( differenziert zwischen medizinischen Dosiersprays und anderen Aerosolen)
  • CRT 2.F.5 Lösemittel
  • CRT 2.G.1 Elektrische Anlagen
  • CRT 2.G.2 SF6 / FKW aus anderem Produktgebrauch (differenziert zwischen Schallschutzfenstern, und anderen Anwendungen)
  • CRT 2.G.4 andere (ORC-Anlagen)

Software

ProFI ist in Microsoft Excel implementiert.

Techniken

ProFI bildet keine einzelnen Techniken ab, sondern die jeweiligen Inventarquellgruppen als Ganze.

Treibhausgasemissionen

  • ProFI bildet die Entwickung aller im deutschen THG-Inventar berichteten fluorierten Treibhausgase (F-Gase) ab:
  • HFKW (teilfluorierte Kohlenwasserstoffe - in Summe)
  • FKW (perfluorierte Kohlenwasserstoff - in Summe)
  • SF6 (Schwefelhexafluorid)
  • NF3 (Stickstofftrifluorid)
  • aus Vertraulichkeitsgründen im deutschen THG-Inventar nicht spezifizierte fluorierte Treibhausgase

Unsicherheit

Unsicherheiten werden nicht quantifiziert.

Visualisierung des Modells und dessen Funktionsweisen

Eine Visualisierung des Modells und dessen Funktionsweise liegt derzeit nicht vor.

Modellierungsprozess

Datenflüsse im Kontext des Modellierungsprozesses von ProFi

Dieser Graph zeigt woher (und wieviele) Datensätze direkt oder indirekt in ProFi fließen.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
view["VIEW"]
click view href "/Modell/view/"
forecast_industry["FORECAST-Industry"]
click forecast_industry href "/Modell/forecast_industry/"
profi__powerflex(["10"])
click profi__powerflex href "/Modellierungsprozess/profi__powerflex/"
input__profi(["5"])
click input__profi href "/Modellierungsprozess/input__profi/"
parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2025 (Datentabelle)"])
click parametrisierungstabelle href "/Datensatz/parametrisierungstabelle/"
profi__enusem(["8"])
click profi__enusem href "/Modellierungsprozess/profi__enusem/"
profi["ProFi"]
click profi href "/Modell/profi/"
style profi fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
view__profi(["1"])
click view__profi href "/Modellierungsprozess/view__profi/"
forecast_industry__profi(["1"])
click forecast_industry__profi href "/Modellierungsprozess/forecast_industry__profi/"
input(("Eingangsdaten"))
powerflex["PowerFlex"]
click powerflex href "/Modell/powerflex/"
enusem["ENUSEM"]
click enusem href "/Modell/enusem/"
output(("Ergebnisdaten"))
rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt(["Rahmendaten - Bruttoinlandsprodukt"])
click rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt href "/Datensatz/rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt/"
profi__output(["14"])
click profi__output href "/Modellierungsprozess/profi__output/"
profi__powerflex --> powerflex
profi__output --> output
input --> input__profi
view --> view__profi
profi --> profi__powerflex
rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt --> profi
profi --> profi__output
parametrisierungstabelle --> profi
profi --> profi__enusem
input__profi --> profi
profi__enusem --> enusem
forecast_industry__profi --> profi
view__profi --> profi
forecast_industry --> forecast_industry__profi

Direkte Datenflüsse zu ProFi

Dieser Graph zeigt an, welche Datensätze direkt in ProFi fließen oder durch ProFi ausgegeben werden.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
interface_2_f_gase_mms(["MMS Interface zwischen ENUSEM und ProFI"])
click interface_2_f_gase_mms href "/Datensatz/interface_2_f_gase_mms/"
enusem_zse_gapfilling(["Ausspielung ZSE für PSz 1990-2023_gapfilling"])
click enusem_zse_gapfilling href "/Datensatz/enusem_zse_gapfilling/"
profi_input_aluminiumproduktion(["Aluminiumproduktion"])
click profi_input_aluminiumproduktion href "/Datensatz/profi_input_aluminiumproduktion/"
enusem_crf(["GHG Inventory EU 15-03-2024 Resubmission"])
click enusem_crf href "/Datensatz/enusem_crf/"
profi["ProFi"]
click profi href "/Modell/profi/"
style profi fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2025 (Datentabelle)"])
click parametrisierungstabelle href "/Datensatz/parametrisierungstabelle/"
interface_2_f_gase_mwms(["MWMS Interface zwischen ENUSEM und ProFI"])
click interface_2_f_gase_mwms href "/Datensatz/interface_2_f_gase_mwms/"
rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt(["Rahmendaten - Bruttoinlandsprodukt"])
click rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt href "/Datensatz/rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt/"
enusem_zse_gapfilling --> profi
enusem_zse_gapfilling --> interface_2_f_gase_mwms
enusem_zse_gapfilling --> interface_2_f_gase_mms
interface_2_f_gase_mwms --> profi
profi_input_aluminiumproduktion --> profi
interface_2_f_gase_mms --> profi
enusem_crf --> profi
rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt --> profi
profi --> interface_2_f_gase_mwms
profi --> interface_2_f_gase_mms
parametrisierungstabelle --> profi