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Dienstag, 19. März 2019

Energie

Die dritte Säule der Energiewende

Von Andreas Kuhlmann | 22. November 2018 | Ausgabe 47

Alternative Kraft- und Brennstoffe sind neben Energieeffizienz und erneuerbarer Elektrifizierung unerlässlich für den Klimaschutz, meint Dena-Chef Andreas Kuhlmann.

BU Kuhlmann
Foto: Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)/Christian Schlüter

Ein technologieoffener Ansatz, um die gesetzten Emissionsziele zu erreichen, ist laut Andreas Kuhlmann sowohl robust als auch flexibel.

Die Weltgemeinschaft hat sich im Rahmen des Pariser Klimaabkommens als gemeinsames Ziel gesetzt, die globale Erderwärmung auf deutlich unter 2 °C gegenüber der vorindustriellen Zeit zu begrenzen. Bei der nächsten UN-Klimakonferenz im polnischen Katowice wird es darum gehen, Wege zum Erreichen dieses Ziels genauer zu definieren.

Die Dena-Leitstudie „Integrierte Energiewende“

Zwei Lösungsansätze sind dabei unerlässlich: die Steigerung der Energieeffizienz und der Ausbau der erneuerbaren Energien. Die Verbrauchssektoren Wärme, Verkehr und Industrie stellen sich auf eine zunehmende Elektrifizierung ein. Immer mehr Studien zeigen jedoch, dass Energieeffizienz und erneuerbare Elektrifizierung allein in vielen Ländern nicht ausreichen werden, um den Energiebedarf klimaneutral zu decken.

Andreas Kuhlmann

Eine mögliche Lösung sind gasförmige und flüssige Energieträger, die mit erneuerbaren Energien klimaneutral erzeugt werden. Sie machen erneuerbare Energie speicherbar und über lange Distanzen transportfähig. Die technischen Grundlagen sind bekannt. Aus Wasser wird durch Elektrolyse Wasserstoff gewonnen. Der Wasserstoff kann direkt genutzt oder zu anderen gasförmigen oder flüssigen Energieträgern weiterverarbeitet werden. Diese grünen Power-to-X-Energieträger beziehungsweise Power Fuels können fossiles Gas und Öl ersetzen. Damit haben sie das Potenzial, das bisher fehlende Bindeglied, den Missing Link, zum Erreichen der Klimaziele zu bilden, in Ergänzung zu Energieeffizienz und erneuerbarer Elektrifizierung.

In Deutschland ist die Ausgangssituation besonders herausfordernd. Der Grad der Industrialisierung ist hoch und der Lebensstandard vergleichsweise energieintensiv (150 GJ/Kopf und Jahr, Platz sieben weltweit). Aufgrund der hohen Bevölkerungsdichte (226 Einwohner/m2, Platz 15 weltweit) sind die Flächen für neue Windkraftanlagen, Photovoltaik, Biomasse und Stromleitungen begrenzt.

Neue Infrastrukturprojekte werden an verschiedenen Stellen infrage gestellt. Gleichzeitig gibt es in Deutschland einen breiten gesellschaftlichen Konsens, auf den Einsatz von Kernkraft zu verzichten und die Energiewende voranzubringen. Als Klimaschutzziel hat sich Deutschland vorgenommen, seine Treibhausgasemissionen bis 2050 im Vergleich zu 1990 um 80 % bis 95 % zu reduzieren.

Die Dena hat in ihrer Leitstudie „Integrierte Energiewende“ zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft verschiedene Transformationspfade analysiert, die den Zielkorridor für die Reduktion der Treibhausgasemissionen bis 2050 erreichen – die einen mit einer starken Elektrifizierung und direkter Nutzung von erneuerbarem Strom, die anderen mit einem technologieoffenen Ansatz und mehr Einsatz von Power Fuels.

Ergebnis: Wenn wir den Zielkorridor für das Jahr 2050 erreichen wollen, müssen wir jedes Jahr eine Reduktion um 20 Mio. t bis 26 Mio. t CO2-Äquivalent anstreben. Das wäre doppelt so viel wie der durchschnittliche Rückgang seit 1990, der vor allem auf den Rückbau der Industrie in den ostdeutschen Bundesländern nach dem Mauerfall zurückgeht. Ein sehr ambitioniertes Vorhaben also, das rasch strategische Weichenstellungen erfordert.

Die Dena-Leitstudie zeigt auch: Power Fuels sind – zusätzlich zur raschen Steigerung der Energieeffizienz und der erneuerbaren Elektrifizierung – in jedem Szenario notwendig. Je nach Szenario und Höhe des Klimaziels decken Power Fuels in Deutschland im Jahr 2050 einen Bedarf von 150 TWh bis 908 TWh.

Technologieoffene Szenarien erweisen sich im Vergleich zur forcierten Elektrifizierung insgesamt als robuster und flexibler, weil sie stärker auf bestehende Infrastrukturen aufbauen und neue Technologien besser integrieren können. Außerdem verursachen sie geringere Kosten. Um die Entwicklung des Markts voranzubringen, sollte Deutschland nach Einschätzung der Dena-Leitstudie bis 2030 in jedem Fall Kapazitäten für die Herstellung von erneuerbarem Wasserstoff im Umfang von 15 GW aufbauen.

In jedem energierelevanten Sektor können Power Fuels einen wertvollen Beitrag leisten. Im Wärmesektor zum Beispiel, wenn die energetische Sanierung des Gebäudebestands nicht schnell genug vorankommt. Für den Schwerlast-, Schiffs- und Luftverkehr sind Power Fuels als Energieträger mit hoher Energiedichte ohne Alternative. In der Industrie können Power Fuels zur Emissionsreduzierung für Prozesse wie die Stahlerzeugung genutzt werden, die nur sehr aufwendig und teuer zu elektrifizieren wären. Bei der Produktion von Grundstoffen für die chemische Industrie bieten sie eine wichtige Alternative zu Öl. Im Energiesystem können Power Fuels dazu beitragen, den wachsenden Bedarf an gesicherter Leistung und Flexibilität bereitzustellen. Schließlich lässt sich mit Power Fuels der Bedarf an Flächen für Wind- und Photovoltaikanlagen in Deutschland senken.

Insbesondere für Industrieländer ist es nur schwer möglich, den Energiebedarf vollständig mit eigenen erneuerbaren Energien zu decken. Das gilt auch für Schwellen- und Entwicklungsländer, die aufgrund von Bevölkerungswachstum, Erhöhung des Lebensstandards und Industrialisierung einen starken Anstieg des Energieverbrauchs zu erwarten haben. Mit einer Energiewende reduziert sich die Abhängigkeit von Energieimporten durch höhere Energieeffizienz und die Nutzung von erneuerbaren Energien deutlich. Wenn die verbleibenden Energieimporte sukzessive auf erneuerbare Power Fuels umgestellt werden, lassen sich einseitige Abhängigkeiten weiter reduzieren.

In einem Energiesystem mit hohem Anteil an fluktuierenden erneuerbaren Energien kann es aus systemischen Gründen sinnvoll sein, Power-Fuels-Anlagen im eigenen Land aufzubauen, auch bei weniger günstigen Standortbedingungen. Dabei wird der Schwerpunkt voraussichtlich auf der Bereitstellung von Wasserstoff liegen, weil hier der Wirkungsgrad besonders hoch ist. Die Entwicklung eines Heimatmarkts kann zusätzlich als Innovationstreiber und Showroom für Power-Fuels-Technologien dienen. Für Industrieländer stellt sich nicht die Frage, ob sie bei Power Fuels auf Eigenproduktion oder Importe setzen. Sie werden beides nutzen.

Mittel- und langfristig werden sich die Länder als Erzeuger und Exporteure von Power Fuels etablieren, in denen die Produktionskosten am niedrigsten sind. Die regionalen Kostenunterschiede für die Bereitstellung von Power Fuels hängen stark vom Solar- und Windangebot ab und den Kosten für Flächen. Es gibt viele Regionen mit günstigen Bedingungen für Solar- und Windkraft, relativ geringem Eigenbedarf und großen verfügbaren Flächen für die Energieproduktion. Die Transportkosten für Power Fuels fallen mit einem Anteil von unter 10 % im Vergleich zu den Herstellungskosten und den regionalen Unterschieden kaum ins Gewicht.

Für einige Länder, die heute Erdöl und Erdgas exportieren, könnten Power Fuels langfristig eine nachhaltige, alternative Einkommensquelle schaffen. Auf jeden Fall wird die Markteinführung von Power Fuels die Wertschöpfung im Bereich der Öl- und Gasförderung stark verändern. Neue Power-Fuels-Geschäftsmodelle könnten zum einen an bestehende Prozessschritte der Wertschöpfungskette anschließen, z. B. im Vertrieb und Transport.

In den Bereichen Exploration, Produktion und Raffinerie werden sich aber deutlich andere Abläufe entwickeln, für die auch neue Kompetenzen und Strukturen nötig sein werden. Wichtig wäre deshalb ein enger Austausch mit Öl- und Gasförderländern. Im Zentrum sollte die Frage stehen, wie der Übergang in einen globalen Markt für erneuerbare Power Fuels gelingen kann.

Die meisten der weltweit 70 Demonstrationsanlagen für Power-to-X (PtX) stehen in Europa. Viele haben bisher zum Ziel, technologische Weiterentwicklungen in der Praxis zu erproben. Einige weisen auch bereits den Weg hin zu einer großtechnischen und kommerziellen Nutzung von Power Fuels. Je größer der Maßstab und je mehr der Ausstoß von CO2 einen Preis bekommt, desto mehr wird die Wettbewerbsfähigkeit von Power Fuels zunehmen. Die erstaunliche Kostenentwicklung bei Erneuerbare-Energien-Anlagen in den letzten zehn Jahren ist dafür ein gutes Vorbild.

Bei allem, was für Power Fuels spricht: Sie sind kein Selbstzweck, sondern Teil einer Gesamtstrategie für Energiewende und Klimaschutz. Energieeffizienz und erneuerbare Elektrifizierung müssen weiter ausgebaut werden, das bisherige Tempo reicht nicht aus. Power Fuels kommen als dritte Säule hinzu. Deutschland sollte die Entwicklung dieser Technologie und dieses Markts gezielt voranbringen, als strategischer Beitrag für Energiewende und Klimaschutz sowie als wirtschafts- und industriepolitische Maßnahme. Mit der Global Alliance Power Fuels hat die Dena kürzlich eine internationale Initiative gestartet, um den Austausch mit Stakeholdern aus allen relevanten Branchen und interessierten Ländern zu ermöglichen. Der Aufbau eines internationalen Markts für Power Fuels ist ambitioniert, genauso wie die Energiewende. Und genauso wie bei der Energiewende lohnt es sich auch hier, mit Mut voranzugehen.