Zum Inhalt

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.

ProFi bildet die komplette Bandbreite der im THG-Inventar erfassten F-Gas-Emissionen aus allen emittierenden Anwendungsbereichen und Produktionsprozessen ab.

Der Modellierungsansatz unterscheidet sich signifikant zwischen den verschiedenen abgebildeten Emissionsquellgruppen und Gasen/Gasgruppen und reicht von der Extrapolation historischer Emissionstrends bis zur Modellierung von Bestandsänderungen von fluorierten Treibhausgasen, die in Deutschland in Geräten bzw. Produkten enthalten sind.

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 Dokumentation 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 Konsistenz 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. Innerhalb von ProFI werden aus den im Inventar enthaltenen Zeitreihen von historischen HFKW-Emissionen in den verschiedenen Inventarquellgruppen Projektionen abgeleitet, indem extern modellierte relative Emissionstrends (Emissionsniveaus in Projektionsjahren im Verhältnis zur Emission im Basisjahr der Projektion) übernommen werden (Gschrey et al. 2022).

Modul 2: SF6 aus Schaltanlagen

Im Modul 2 enthält ProFI ein integriertes Modell der bei der Herstellung von elektrischen 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 jeweiligen 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 (siehe FORECAST-Industrie).

Modul 5: sonstige F-Gas-Emissionen

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

Open Source

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:

Programmiersprache

ProFI ist in Excel implementiert.

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 (siehe FORECAST-Industrie) 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 Parameter ermittelt (Gschrey et al. 2022).

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.

Wesentliche endogene und exogene Strukturen/Variablen

ProFI folgt der Struktur der Treibhausgasinventare unter der UNFCCC.

Wesentliche Konzepte und Annahmen

Die wesentlichen in ProFI angewendeten Konzepte sind: Nutzung extern vorgegebener Aktivitätsraten mit konstant fortgeschriebenen Emissionsfaktoren; Modellierung von Bestandsänderungen von in Geräten enthaltenen Geräten angesichts von neu in Betrieb genommenen Geräten sowie entsorgten Geräten.

Zielsystem

ProFI bildet in Anlehnung an die Methoden des IPCC zur Erstellung von nationalen Treibhausgas-Emissionsinventaren alle Aktivitäten ab, die unmittelbar zur Emission von fluorierten Treibhausgasen führen.

Literaturverzeichnis

  • Gschrey et al. (2022): Gschrey, B.; Behringer, D.; Kleinschmidt, J.; Jörß, W.; Liste, V.; Ludig, S.; Wissner, N.; Birchby, D.; Dubey, J.; Hekman, J. (2022): Support contract for an Evaluation and Impact Assessment for amending Regulation (EU) No 517/2014 on fluorinated greenhouse gases, Impact assessment final report. European Commission Directorate-General for Climate Action (Hg.). Luxembourg; DOI: 10.2834/934036 JRC (ohne Jahr): AnaFGas; Analysis of Fluorinated greenhouse gases; URL: https://web.jrc.ec.europa.eu/policy-model-inventory/explore/models/model-anafgas/, letzter Zugriff 2026-01-14

Modellierungsprozess

Datenflüsse im Kontext des Modellierungsprozesses von ProFi

Dieser Graph zeigt woher (und wieviele) Datensätze direkt oder indirekt in ProFi fließen. Er zeigt auch, welche Datensätze durch ProFi augegeben werden.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
forecast_industry["FORECAST-Industry"]
click forecast_industry href "/Modell/forecast_industry/"
output(("Ergebnisdaten"))
view["VIEW-LEO"]
click view href "/Modell/view/"
forecast_industry__profi(["2"])
click forecast_industry__profi href "/Modellierungsprozess/forecast_industry__profi/"
profi["ProFi"]
click profi href "/Modell/profi/"
style profi fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
profi__output(["7"])
click profi__output href "/Modellierungsprozess/profi__output/"
data_parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2026 (Datentabelle)"])
click data_parametrisierungstabelle href "/Datensatz/data_parametrisierungstabelle/"
data_rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt(["Rahmendaten - Wachstumsrate Bruttoinlandsprodukt"])
click data_rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt href "/Datensatz/data_rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt/"
input__profi(["6"])
click input__profi href "/Modellierungsprozess/input__profi/"
view__profi(["1"])
click view__profi href "/Modellierungsprozess/view__profi/"
enusem["ENUSEM"]
click enusem href "/Modell/enusem/"
powerflex["PowerFlex"]
click powerflex href "/Modell/powerflex/"
input(("Eingangsdaten"))
profi__enusem(["1"])
click profi__enusem href "/Modellierungsprozess/profi__enusem/"
profi__powerflex(["7"])
click profi__powerflex href "/Modellierungsprozess/profi__powerflex/"
profi__output --> output
profi --> profi__enusem
data_parametrisierungstabelle --> profi
forecast_industry__profi --> profi
input__profi --> profi
forecast_industry --> forecast_industry__profi
profi --> profi__powerflex
view__profi --> profi
profi__enusem --> enusem
input --> input__profi
data_rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt --> profi
profi --> profi__output
view --> view__profi
profi__powerflex --> powerflex

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(["Interface F-Gase zwischen ENUSEM und ProFI: historisch und Projektion"])
click interface_2_f_gase href "/Datensatz/interface_2_f_gase/"
enusem_zse_gapfilling(["20251017_ZSE_Emissionen_bearbeitet.xlsx"])
click enusem_zse_gapfilling href "/Datensatz/enusem_zse_gapfilling/"
data_rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt(["Rahmendaten - Wachstumsrate Bruttoinlandsprodukt"])
click data_rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt href "/Datensatz/data_rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt/"
profi_input_aluminiumproduktion(["Aluminiumproduktion"])
click profi_input_aluminiumproduktion href "/Datensatz/profi_input_aluminiumproduktion/"
profi["ProFi"]
click profi href "/Modell/profi/"
style profi fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
data_parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2026 (Datentabelle)"])
click data_parametrisierungstabelle href "/Datensatz/data_parametrisierungstabelle/"
enusem_crf(["CRF-Tabellen (Bearbeitungsstand)"])
click enusem_crf href "/Datensatz/enusem_crf/"
data_parametrisierungstabelle --> profi
data_rahmendaten_wachstumsrate_bruttoinlandsprodukt --> profi
profi --> interface_2_f_gase
interface_2_f_gase --> profi
enusem_crf --> profi
profi_input_aluminiumproduktion --> profi
enusem_zse_gapfilling --> profi
enusem_zse_gapfilling --> interface_2_f_gase