Energieforschung 14. Nov 2019 Von Detlef Stolten und Martin Robinius

„Wir brauchen ehrgeizigen Klimaschutz“

Deutschland sollte sich schon heute darauf ausrichten, seine CO2-Emissionen bis 2050 um 95 % gegenüber 1990 zu senken.

Schnell runter mit den Emissionen sollte es nach Meinung von Energieforschern des Forschungszentrums Jülich gehen.
Foto: panthermedia.net/Olivier Le Moal

Um die deutschen Klimaschutzziele bis 2050 zu erreichen, muss das Energiesystem in allen Bereichen – Energiesektor, Industrie, Gebäude, Verkehr – umfassend umgewandelt werden. Doch wie gelingt das mit möglichst geringen Kosten? Und führt das aktuelle Klimaschutzpaket der Regierung zum Ziel?

Detlef Stolten, Direktor des Bereichs Techno-ökonomische Systemanalyse am Institut für Energie- und Klimaforschung des FZ Jülich.
Foto: Forschungszentrum Jülich/ Ralf-Uwe Limbach

Um der Komplexität der Fragestellungen gerecht zu werden, haben wir eine ganze Familie von neuen Computermodellen entwickelt, deren Mitglieder sich durch eine außergewöhnliche zeitliche und räumliche Detailtiefe auszeichnen: So kann eines der Modelle für jede Stunde und für jeden Längen- und Breitengrad analysieren und standortscharf vorhersagen, wie viel erneuerbare Energie in Europa verfügbar ist. Das zentrale Modell bildet die nationale Energieversorgung über alle Sektoren hinweg ab.

Martin Robinius, Abteilungsleiter im Bereich Techno-‧ökonomische Systemanalyse am Institut für Energie- und Klimaforschung des FZ Jülich
Foto: Forschungszentrum Jülich/ Ralf-Uwe Limbach

Simulation für zwei Emissionsziele

Mit den Modellen haben wir das gegenwärtige deutsche Energiesystem Schritt für Schritt bis ins Jahr 2050 simuliert, unter der Vorgabe, dass der Umbau möglichst kostengünstig sein soll. Wir haben diese Simulationen für zwei verschiedene Emissionsziele durchgeführt: Einmal sollten sich die Treibhausgase bis 2050 um 95 % verringern, einmal um 80 %. Denn bislang hat sich Deutschland nur auf einen Zielkorridor zwischen 80 %iger und 95 %iger Minderung verständigt – die beiden ausgewählten Szenarien entsprechen den Eckpunkten dieses Korridors.

Der Unterschied zwischen 80 %- und 95 %-Szenario: Es stellte sich heraus, dass sich die beiden Reduktionsstrategien erheblich voneinander unterscheiden. Maßnahmen, die sich für das Erreichen eines 80 %-Ziels als kostenoptimal erweisen, sind nicht zwingend Bestandteil einer Reduktionsstrategie, die zu einer 95 %igen Minderung führt.

So errechnen die Modelle für das 80 %-Szenario, dass 2050 erdgasbasierte Kraftwerke mit einer Kapazität von insgesamt 47 GW im Einsatz sind. Unter anderem erzeugen sie Strom, der mit CO2-Emissionen verbunden ist. Im 95 %-Szenario spielt die Erdgasverstromung dagegen keine Rolle mehr.

Ein anderes Beispiel betrifft die Industrie: Während im 80 %-Szenario die Roheisengewinnung noch zu einem Drittel auf dem konventionellen Hochofenprozess basiert, wird dieser im 95 %-Szenario vollständig durch die Wasserstoffdirekt­reduktion abgelöst.

Emissionsziel bereits jetzt festschreiben

Aufgrund dieser Ergebnisse meinen wir, dass Deutschland das Emissionsziel jetzt bereits festschreiben sollte. Dieses Ziel sollte eine 95 %ige Reduktion sein. Denn nur sie entspricht annähernd der Forderung nach einem klimaneutralen Deutschland im Sinne des Pariser Klimaschutzabkommens.

Die Computersimulationen zeigen weiterhin, dass der Stromverbrauch bis 2050 deutlich ansteigen wird. Denn um den CO2-Ausstoß zu reduzieren, werden die fossilen Energieträger ersetzt. Das gelingt mit Technologien, die Strom benötigen: etwa mit elektrischen Wärmepumpen zur Raumheizung oder Power-to-X-Technologien, die beispielsweise mit Ökostrom Wasserstoff produzieren – ein künftig erforderlicher Energieträger.

Rückgrat der künftigen Versorgung mit Strom wird dessen Erzeugung auf der Basis von Windkraft und Photovoltaik sein. Für das Gelingen der Energiewende ist es nötig, dass bereits ab 2020 jährlich Anlagen mit einer Kapazität von durchschnittlich 6,6 GW für die Windenergie und 3,9 GW für die Photovoltaik gebaut werden.

Maßnahmen zum Ausbau der Windkraft reichen nicht

Beide Zahlen liegen um ein Vielfaches über den 2018 und 2019 erzielten Ausbauraten. Wir empfehlen daher, die Planung und die Randbedingungen dafür – etwa die Abstandsregelung zwischen Windkraftanlagen und Gebäuden – entsprechend zu verändern. Die im aktuellen Klimaschutzpaket der Bundesregierung vorgesehenen Maßnahmen zum Ausbau der Windkraft dürften nicht ausreichen.

Energieeffiziente Maßnahmen sind in beiden Szenarien in allen Verbrauchssektoren entscheidend dafür, die Minderungsziele zu erreichen. In der Industrie kompensieren sie ungefähr den Energiemehrverbrauch, der aufgrund steigender Güternachfrage zu erwarten ist.

Die Stromerzeugung wird bis 2035 noch zu einem erheblichen Anteil auf fossilen Energieträgern beruhen und strombasierte Maßnahmen sind bis dahin noch mit einem beträchtlichen CO2-Ausstoß verbunden. Daher empfehlen wir, in den 2020er- und 2030er-Jahren in allen Sektoren verstärkt Effizienzmaßnahmen umzusetzen. Hier weisen die Maßnahmen des aktuellen Klimaschutzpakets in die richtige Richtung.

Nach 2030 sollten dann in den Sektoren Industrie, Verkehr und Gebäude alle Technologien, die noch auf fossilen Energieträgern beruhen, elektrifiziert oder auf Bioenergie umgestellt werden. Wir begrüßen die entsprechenden Instrumente im Klimaschutzpaket, mit denen Energieeffizienzmaßnahmen angestoßen werden, wie steuerliche Abschreibungsmöglichkeiten für den Gebäudesektor.

Zukunftstechnologie Wasserstoff

Der Einsatz von Power-to-X-Techniken und von Wasserstoff für Industrieanwendungen wird zu einer bedeutenden Nachfrage nach diesem Energieträger führen. Daher ist es notwendig, eine Infrastruktur für Wasserstoff – Terminals, Pipelines, Speicher – aufzubauen.

Weil es sehr lange dauert, Infrastrukturmaßnahmen zu verwirklichen, sollte rechtzeitig mit der konzeptionellen Planung begonnen werden. Wir meinen, entsprechende Demo- und Pilotvorhaben sollten gefördert werden. Wichtig erscheint uns auch, Geschäftsmodelle für die Finanzierung und den Betrieb der Infrastruktur zu entwickeln.

Die Pkw-Flotte wird künftig durch batterieelektrische Antriebe sowie Brennstoffzellenfahrzeuge dominiert. Fachpublikationen und Hersteller beziffern die Produktionskosten dieser Antriebe so unterschiedlich, dass sich aus wirtschaftlicher Sicht aktuell keiner der Antriebe eindeutig favorisieren lässt.

Wir sind daher überzeugt, dass zukünftige Entwicklungsstrategien für den Pkw-Antrieb möglichst technologieoffen sein sollten. Zudem erfordert es die weiter steigende Güterverkehrsnachfrage, einen Teil des Gütertransports von der Straße auf die Schiene zu verlagern.

Das Kostengefüge ändert sich

Während die heutigen Kosten der Energieversorgung zu einem wesentlichen Anteil durch den Energieimport geprägt sind, handelt es sich bei den Transformationskosten hauptsächlich um Investitionen in Effizienzmaßnahmen, Windkraftanlagen, Fahrzeuge und Infrastruktur. Kosten für Energieimporte spielen dagegen künftig nur noch eine untergeordnete Rolle.

Unsere Analysen zeigen, dass die jährlichen Mehrkosten für den Umbau des Energiesystems im Zeitverlauf bis 2050 zunehmen werden. So erreichen sie 2050 einen Höchstwert von 128 Mrd. € im 95 %-Szenario. Diese jährlichen Mehrkosten markieren dabei den Scheitelpunkt: Es ist davon auszugehen, dass sie nach 2050 deutlich abnehmen werden. Denn aufgrund der teilweise langen Abschreibungsdauern beinhalten sie auch technische Maßnahmen, die weit vor dem Jahr 2050 ergriffen wurden. Diese Techniken werden zeitnah nach dem Jahr 2050 durch effizientere und kostengünstigere Alternativen ersetzt.

Mehrkosten von rund 1,85 Billionen €

Addiert man die jährlichen Kosten über den verbleibenden Zeitraum von 30 Jahren bis zum Jahr 2050 und saldiert diese mit den Kosten der heutigen Energieversorgung, summieren sich Mehrkosten in Höhe von rund 1,85 Billionen € für ein 95 %-Szenario.

Bezieht man die Mehrkosten auf das zu erwartende Bruttoinlandsprodukt (BIP), beträgt der Anteil über die nächsten 30 Jahre im Durchschnitt rund 1,1 % pro Jahr. Für die Einordnung bietet sich ein Vergleich an: So betrug im Jahr 2018 der Anteil der Kosten für Energieimporte nach Deutschland am BIP etwa 1,9 %. Dies verdeutlicht, dass eine Systemtransformation wirtschaftlich geschultert werden kann.

Nicht berücksichtigt sind dabei beispielsweise die zu erwartende Wertschöpfung oder Beschäftigungseffekte, die sich positiv auf die Gesamtwirtschaft auswirken dürften. Unsere Ergebnisse zeigen darüber hinaus, dass die Energieimportabhängigkeit bis zum Jahr 2050 deutlich abnehmen wird: aus geopolitischer Perspektive ein wünschenswerter Nebeneffekt.

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