Decarbonization Pathways for the German Chemical and Steel Industry : Integrated Scenario-Based Technology Roadmaps

Currently Germany is failing to reach its set emission targets. To achieve the envisioned carbon neutrality until 2050 fundamental changes will have to be implemented in all productive and non-productive sectors in the coming decades. Especially the transformation of the industry is of interest, as Germany’s economy relies heavily on the large industrial sector. This paper focusses on the transition of the two largest industrial sectors, the chemical and steel industry. The needed emission reduction in the industries will be mainly enabled by the implementation of innovative decarbonization technologies. Based on a thorough analysis of the developments of the technological and economic characteristics of the current production technologies and alternative decarbonized production technologies, this paper proposes detailed technology roadmaps for the decarbonization of the two industries until 2050. For developing the roadmaps two scenarios are defined: An economic potential scenario which aims at minimum cost of the transition and a technological potential scenario which aims at maximum emission reduction. In addition to the costs and emissions of the decarbonization technologies, the pathways of the industry transformation are defined by the reinvestment cycles of the existent production facilities and the market entry points of decarbonization technologies. The analysis of the modelled decarbonization pathways shows that the envisioned emission reduction target cannot be achieved based on the assessed decarbonization technologies, as either their remaining emissions are not low enough or their use is limited by external factors. The most promising technologies to achieve full decarbonization are based on hydrogen. The maximum achievable emission reduction is 84%, the economic potential scenario achieves only 75%. A sensitivity analysis of the emission reduction in the economic potential scenario against financial incentives shows a limited and sometimes even negative impact of external price reductions. The strongest positive effect is achieved by an increase of the price rise of CO2 price with a final price in 2050 in the range of 140 to 300 EUR/tCO2. Concerning the production cost the assessment reveals that, assuming a CO2 prices of 200 EUR/tCO2 in 2050, the production cost of most decarbonization technologies already drops below the cost of the current production technologies after 2030. This allows the general conclusion that the transition to a low carbon production will be profitable.För närvarande klarar inte Tyskland av att nå sina uppsatta utsläppsmål. För att uppnå den planerade koldioxidneutraliteten fram till 2050 måste grundläggande förändringar genomföras både i den produktiva sektorn och icke produktiva sektorn under de kommande decennierna. Speciellt transformationen av industri är av intresse, eftersom Tysklands ekonomi är starkt beroende av dess starka industrisektor. Detta arbetet fokuserar på hur övergången till koldioxidneutralitet kan se ut för dem två största industrisektorerna; kemi- och stålindustrin. Den nödvändiga utsläppsminskningen i branscherna kommer främst att möjliggöras genom implementering av innovativa lav- eller nollutsläpps teknologier. Baserat på en grundlig utredning av utvecklingen av de tekniska och ekonomiska egenskaperna för den nuvarande produktionsteknologin och alternativa avkarboniserade produktionsteknologier, så framställs i detta arbetet detaljerade teknologiska färdplaner för avkarbonisering av de två industrierna fram till 2050. För att utveckla färdplanerna definieras två scenarier: Ett scenario byggt på ekonomisk potential med syfte att visa en minsta kostnad för övergången och ett scenario som bygger på den teknologiska potentialen att nå maximal utsläppsminskning. Förutom kostnaderna och utsläppen för avkarboniseringsteknologierna, definieras vägarna för industriomvandlingen av återinvesteringscyklerna för de befintliga produktionsanläggningarna och inträdespunkter för avkarboniseringsteknologier i marknaden. Analysen av de modellerade avkarboniseringsvägarna visar att det planerade utsläppsminskningsmålet kan inte uppnås baserat på de studerade avkarboniseringsteknikerna, eftersom deras återstående utsläpp inte är tillräckligt låga eller deras användning begränsas av externa faktorer. Dem mest lovande teknikerna för att uppnå fullständig avkarbonisering är baserad på väte. Den maximala möjliga utsläppsminskningen är 84%, medans scenariot som visar ekonomiska potentialen uppnår endast 75% reduktion i utsläpp. En känslighetsanalys av utsläppsminskningen i det ekonomiska potentiella scenariot mot finansiella incitament visar en begränsad och ibland till och med negativ inverkan av externa prisreduktioner. Den starkaste positiva effekten uppnås genom en ökning av CO2 avgiften med en prisnivå i 2050 i intervallet 140 till 300 EUR / tCO2. Vid att se närmare på produktionskostnaderna med ett satt CO2-pris till 200 EUR / tCO2 i 2050 visar det att kostnaderna för de flesta avkarboniseringsteknologier sjunker under kostnaden för dem existerande produktionsteknologierna redan i 2030. Detta underbygger slutsatsen att övergången till produktionsmetoder med låga växthusgasutsläpp kommer att vara lönsam