Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr 2050 Dr. –Ing. Katja Purr Fachgebiet I 2.2 / Energiestrategien und -szenarien

Energie- und Klimapolitische Ziele Erneuerbare Energien Effizienz Treibhausgase (vs. 1990) Anteil Strom gesamt Primär-energie Energie-produktivität Gebäude-sanierung 2020 - 40 % 35% 18% - 20% steigern auf 2,1%/a Rate verdoppeln 1% -> 2% 2030 - 55 % 50% 30% 2040 - 70 % 65% 45% 2050 - 80-95 % 80% 60% - 50% Betrachtung der Treibhausgasminderungsmöglichen über alle Quellgruppen

Ausgangslage Bildquellen: umweltbundesamt.de, wie-wir-unsere-umwelt-behandeln.blogspot.de; bund.de; taz.de; Zeit.de; süddeutsche.de; fh-münster.de; für-mensch- und-umwelt.de;spiegel.de, schweiz-magazin.de; happytimes.de; hamburger- abendblatt.de; BMWi.de; himmel-und-erde.de; gruener-hase.de; bz-berlin.de; ratgeberbauen24.de

Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr 2050 interne Studie (2011-2013) Technische Möglichkeit der THG-Minderung um 95 % ggü. 1990 Ziel-Szenario: 2050  1 t CO2 -Äq. pro Kopf Alle Quellgruppen (Entstehungsprinzip) Rahmendaten Wirtschaftswachstum: 0,7 %/a des BIP Bevölkerungszahl in 2050: 72 Millionen Ähnliche Industriestruktur wie heute Weiterentwicklung der Technologien, aber keine grundlegenden neuen Erfindungen Keine grundlegenden Verhaltensveränderung mit Einschränkungen im Verkehrs- und Ernährungsbereich Betrachtung der Treibhausgasminderungsmöglichen über alle Quellgruppen 2 SVG (Verkehr und Landwirtschaft) sind eingeflossen nicht betrachtet wurden: Wirtschaftlichkeitsaspekte, Transformationspfad, politische Instrumente Definition der THG-Neutralität, die aus dem 2-Grad-Ziel abgeleitet wurde entsprechend der NIR-Systematik, d.h. THG-Emissionen über Im- u. Exporte werden nicht betrachtet Download Langfassung Download Kurzfassung

Treibhausgasneutrales Deutschland – UBA Szenario - 95% Betrachtung der Treibhausgasminderungsmöglichen über alle Quellgruppen

Energie

Grundlegende Annahmen – Energieversorgung - UBA Szenario konsequente Erschließung von Effizienzpotentialen über alle Anwendungsbereiche hinweg im Durchschnitt wurde in den Industriebranchen von einer Verdopplung der Energieeffizienz ausgegangen CCS – ist u.a. wegen diverser Umweltwirkungen keine nachhaltige Technik und damit auch nicht Bestandteil einer zukünftigen Energieversorgung Die Nutzung der Kernenergie wir für eine nachhaltige Energieversorgung ausgeschlossen keine energetische Nutzung von Anbaubiomasse energetische Nutzung von Abfall- und Restbiomasse insbesondere wenn dadurch Klimavorteile entstehen (Güllevergärung) analog zum heutigen Weltmarkt für fossile Energieträger – ein internationalen Markt für regenerativ erzeugte Energieträger existiert

Lösungsraum für treibhausgasneutrale Endenergieträger Strom 100 % Kein Einsatz/schwer möglich z.B.: Flugverkehr Schiffsverkehr Einsatz notwendig z.B.: im Bereich der Langstreckenflüge Lösungsraum beschriebener Lösungspunkt Einsatz notwendig z.B.: IKT Beleuchtung Wasserstoff 100% Kohlenwasserstoffe 100 %

UBA Szenario - Endenergieverbrauch Strom in TWh regeneratives Methan in TWh flüssige regenerative Kraftstoffe in TWh private Haushalte 104,7 44,5 GHD 90,3 62,4 18,6 Industrie energetisch 179,7 198,8 Verkehr 91,1 533,3 Summe energetisch 465,8 305,7 551,9 1323,4 Industrie stofflich 282 Summe stofflich und energetisch 1605,4

UBA Szenario - Vergleich der Endenergie im Jahr 2010 und 2050 Erläuterungen: Trotz der Verschiebungen zu strombasierten Anwendungen in den industriellen Prozessen, bei der Raumwärmeversorgung und im Verkehr liegt der Stromverbrauch 2050 in der gleichen Größenordnung wie derzeit. Dies ist nur möglich bei konsequenter Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen. Der Verbrauch von Brennstoffen lässt sich durch Senkung des Raumwärmebedarfes und durch interne Wärmerückgewinnung in industriellen Anwendungen erheblich reduzieren. Insgesamt kann der Endenergieverbrauch 2050 gegenüber 2010 halbiert werden. Vor allem im Bereich private Haushalte bzw. beim Wärmeverbrauch sind erhebliche Verbrauchsminderungen möglich. Auch in der Industrie und im GHD-Sektor lässt sich der Endenergiebedarf entsprechend der Annahmen mindestens halbieren. In unserem Szenario wurden im Verkehr die Mengen am internationale See- und Flugverkehr mit bilanziert. Dadurch ergibt sich im Vergleich zu 2010 nur eine geringe Absenkung des Endenergieverbrauches im Verkehrssektor. Bisher (für das Jahr 2010) werden bei der Bilanzierung für den Seeverkehr nur die inländischen Bunkermengen einbezogen und nicht der deutsche Anteil am internationalen Seeverkehr. Ähnlich wird im Flugverkehr verfahren. Ohne den deutschen Anteil am internationalen See- und Flugverkehr würde der Endenergieverbrauch im Jahr 2050 erheblich gemindert (um 51%). Insgesamt kann der Endenergieverbrauch 2050 gegenüber 2010 halbiert werden. Vor allem im Bereich private Haushalte bzw. beim Wärmeverbrauch sind erhebliche Energieminderungen möglich. Auch in der Industrie und im GHD-Sektor ergibt sich entsprechend der Annahmen mindestens eine Halbierung des Endenergiebedarfes. Im Verkehr nur eine geringe Absenkung des Endenergieverbrauches durch Mitbilanzierung vom dt. Anteil am internationalen Flug- und Seeverkehr.

UBA Szenario - qualitative Darstellung des Energieflusses

UBA Szenario - Vergleich 2010 vs. 2050 - sektoraler Energieverbrauch Erläuterungen: Im Vergleich zu der im Szenario ermittelten Nettostromerzeugung ist hier der Primärenergieverbrauch 2010 dargestellt. Die Umwandlungsverluste bei der Bereitstellung von Brenn- und Kraftstoffen erhöhen sich in einem regenerativen Energiesystem im Vergleich zum heutigen fossilen System. Im Jahr 2010 betrugen die statistischen Verluste im Energiesystem rund 27 %. In einem solchen regenerativen Energiesystem ergeben sich Verluste von etwa 44 %. Weiterhin kann davon ausgegangen werden, dass sich die weltweit günstigen EE-Standorte durchsetzen, so dass weitere Verluste beim Import berücksichtigt werden müssen. In grober Näherung gehen wir von einer notwendigen Nettostromerzeugung von 3000 TWh aus. Hinweis: Importverluste sind abhängig vom Erzeugungsstandort, importierten Energieträger (Strom, Wasserstoff, Methan, LNG) und dem Transportweg (leitungsgebunden, per Schiff).

Wärme

UBA Szenario - Regenerative Wärmeversorgung Durch konsequente Energieeinsparungen kann der hohe Energieverbrauch für die Wärmeversorgung wesentlich reduziert werden. Langfristig ist eine stärkere Kopplung von Strom- und Wärmemarkt zu erwarten. Kernelemente : Sanierung des Gebäudebestandes sowie die entsprechenden Verschärfungen der Energieeinsparverordnung in der Industrie konsequente innerbetriebliche (Kaskadennutzung) und externe Nutzung industrieller Abwärme Umstellung der Raumwärmeversorgung direkte Nutzung regenerativer Energien Nutzung von Wärmepumpen (Power to Heat) Umstellung der Prozesswärmeversorgung weitestgehend strombasiert regenerativ erzeugtes Methan als C-Quelle erheblichen Veränderung der Anwendungspotentiale von KWK Durch konsequente Energieeinsparungen kann der hohe Energieverbrauch für die Wärmeversorgung wesentlich reduziert werden. Langfristig ist eine stärkere Kopplung von Strom- und Wärmemarkt zu erwarten. KWK erheblichen Veränderung der Anwendungspotentiale  Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit Flexible Fahrweise dem Stromangebot angepasst In Kombination mit Wärmespeichern und Power to Heat (direktelektrisch)

UBA Szenario - Regenerative Raumwärmeversorgung

Verkehr

UBA Szenario - Verkehr Mitbilanzierung des dt. Anteils am internationalen See- und Flugverkehr Verkehrsvermeidung Wege verkürzen  Siedlungsstrukturen, die Arbeiten, Einkaufen und Freizeit zusammenbringen Verkehrsverlagerung Motorisierter Individualverkehr  Umweltverbund Fahrrad/Fuß/Bus & Bahn/Car-Sharing Straßengüterverkehr  Schiene / Wasserstraße Effizienzsteigerung der eingesetzten Verkehrsmittel strombasierte Energieversorgung Elektromobilität regenerative Kraftstoffen (PtG, PTL)

UBA Szenario - Endenergiebedarf nach Verkehrsart Inkl. Luftverkehr

Stromerzeugung Bildquellen: www. realnewenergy.com; www. gruener-hase.de

UBA Szenario – Energiebereitstellung I In D Gewährleistung einer sicheren, zuverlässigen und unabhängigen Stromversorgung  regenerativer Strom zur direkten Nutzung (Endenergie rund 466 TWh/a) wird im Inland erzeugt - die nationalen technisch-ökologischen Potenziale sind dafür vorhanden Stromerzeugung basiert im wesentlichen auf Wind und PV Technical-ecological potential (conservative estimate) Region´s network scenario Capacity (GW) Output (TWh) Photovoltaic 275 240 120 104 Wind energy onshore 60 170 Wind energy offshore 45 180 177 Hydropower 5,2 24 22 Geothermal energy 6,4 50 Waste biomass (biogas) as required 23 23,3 11 Heute: 36,7 GWel 34 GWel Download unter: www.umweltbundesamt.de

UBA Szenario – Energiebereitstellung II analog zum heutigen Weltmarkt für fossile Energieträger – ein internationalen Markt für regenerativ erzeugte Energieträger existiert weltweit günstigen EE-Standorte erschlossen werden Importabhängigkeit in gleichen Größenordnung (UBA-Szenario 62% Endenergieverbrauch – 2010 70,2%) Importabhängigkeit von wenigen Ländern kann nur durch Diversifizierung erreicht werden  Stärkung des europäischen Strommarktes  Ausbau internationaler Infrastrukturen (Strom, Gas, LNG) Bildquellen: www.drl.de; www. ethlife.ethz.ch

Zusammenfassung – Energieversorgung - UBA Szenario Eine treibhausgasneutrale Energieversorgung ist technisch möglich. Der Endenergiebedarf an Strom wird sich langfristig nicht erheblich reduzieren lassen, sondern auf heutigem Niveau stabilisieren. Eine Halbierung des Endenergieverbrauches ist bei konsequenter Erschließung von Einsparpotentialen und sektorübergreifenden Effizienzsteigerungen möglich. In einem regenerativen Energiesystem erfolgt eine zunehmende Kopplung der einzelnen Energiesektoren (Strom, Wärme, Kraftstoffe) Ein wesentlicher Baustein in einer treibhausgasneutralen Energieversorgung ist die Umwandlung von regenerativem Strom in chemische Energieträger (Power to Gas/Liquid). Power to Gas (auch als Power to Liquid) ist nicht nur für eine stabile Stromversorgung von großer Bedeutung sondern vor allem für Versorgung der Industrie mit Brenn- und ch. Einsatzstoffen sowie für die Kraftstoffversorgung

Industrie

UBA Szenario – Industrie I Regenerative Gesamtenergieversorgung regenerativer Strom Prozesswärmeversorgung weitgehend strombasiert regenerative stromgenerierte Brennstoffe (PtG, PtL) Energieeffizienzsteigerungen effizientere Techniken Konsequente Rest- und Abwärmenutzung, Kaskadennutzung  Halbierung des Endenergieverbrauches ggü. 2010 auf 373 TWh/a trotz Produktionssteigerungen

UBA Szenario – Industrie II Reduktion der prozessbedingten THG-Emissionen durch Prozessumstellungen um 75% Beispiel chemische Industrie: Nutzung von regenerativen Kohlenstoffquelle (282 TWh/a) Beispiel Stahlindustrie: keine Primärstahlerzeugung mehr über Hochofen-Oxygenstahl-Route stattdessen Elektrostahlerzeugung mittels Schrott und Schwammeisen Beispiel Zementindustrie: neue Ansätze zur Herstellung zementähnlicher Baustoffe auf Basis regenerativer Energieträger Auch „Nischen“ betrachtet: Substitution von F-Gasen schon heute technisch möglich  Anpassung gesetzlicher Rahmenbedingungen Stärkere Nutzung von lösemittelarme oder –freie Produkte (PtG) Reduktion des Lachgaseinsatz in der Anästhesie Dies gilt u.a. für die Verwendung natürlicher Kältemittel in der Kälte- und Klimatechnik, den Einsatz von alternativen Treibmitteln bei der Herstellung von Dämmstoffen oder den Ersatz von SF6 durch alternatives Isoliermedium in elektrischen Betriebsmitteln

UBA Szenario – Treibhausgasemissionen Industrie Treibhausgasemissionen (THG-EM) in t CO2Äq/a Prozessbedingte Änderung der Emissionen gegenüber 2010 in % Stahlindustrie 162.000 -99,7 NE-Metallindustrie -100,0 Gießereiindustrie chemische Industrie 500.000 -98,7 Zementindustrie 6.330.000 -79,8 Glasindustrie 761.563 -94,1 Kalkindustrie 3.530.000 -64,8 Papier- und Zellstoffindustrie Nahrungsmittelindustrie Textilindustrie Summe 11.283.563

Abfall und Abwasser

UBA Szenario - Abfall Abfallvermeidung entlang des Lebensweges von Produkten Der Bevölkerungsrückgang bis 2050 führt zu einer Minderung der Abfälle. Durch die prognostizierte Zunahme von Singlehaushalten könnte eine gegenläufige Entwicklung mit einer Erhöhung der Pro-Kopf-Abfallmenge eintreten, wenn nicht Maßnahmen zur Abfallvermeidung greifen. Die letztlich vorhandene Abfallmenge und –zusammensetzung hängt eng mit den Konsum- und Lebensstilen 2050 zusammen und lässt sich schwer prognostizieren. Wir gehen jedoch von einem starken Rückgang der Restabfälle durch Veränderungen entlang der gesamten Kette aus, da Ressourcenverknappung und verschärfte Klimaschutzanforderungen die rohstoff- und energieverschwendende Herstellung und Nutzung von Produkten einschränken werden. Hierzu können gesetzliche Rahmensetzungen, finanzielle Anreize - z.B. durch Internalisierung der ökologischen Kosten - und Veränderungen im Konsumverhalten beitragen, auf die hier nicht weiter eingegangen wird..

UBA Szenario -Treibhausgasemissionen Abfall und Abwasser Verstärkte Trennung von Wertstoffen aus Restabfällen Geringere Mengen abzulagernder Reststoffe  sinkende Gasbildung Weitere Methanminderung durch Fassung der Deponiegase Keine Produkte mehr auf Erdölbasis, keine treibhausgaswirksamen Emissionen bei der Abfallverbrennung Durch Nahrungsumstellung (geringeren Fleischverzehr) verringern sich Lachgasemissionen aus der Abwasserbehandlung

Landwirtschaft und LULUCF

UBA Szenario – Landwirtschaft I Konventionelle Landwirtschaft (80 %) + ökologischer Landbau (20 %) Durch Klimaschutzmaßnahmen ohne Produktionseinschränkungen ist eine Minderung bis zu einer THG-Emission von ca. 45 Mio. t. CO2-Äq. möglich (Minderung um 27 %). Bei den Einschränkungen der Produktionskapazitäten stehen die Wiederkäuer aufgrund ihrer hohen THG-Emissionen pro Kopf und pro Produkteinheit im Mittelpunkt. Pro Kopf-Fleischverbrauch ca. 90 kg pro Jahr Fleischverzehr etwa doppelt so hoch wie von DGE empfohlen  Männer 600 g/Woche (31,2kg/a) Frauen 300 g/Woche (15,6 kg/a)  Veränderungen im Bereich der Tierproduktion einschließlich Bestandsminderung Bildquellen: www. gomeal.de

UBA Szenario – Landwirtschaft II Herausnahme von Moorflächen aus der landwirtschaftlichen Nutzung (derzeit 6% der landwirtschaftlich genutzten Fläche) Keine energetische Nutzung von Anbaubiomasse Keine weitere Umwandlung von Grünland in Ackerflächen Steigerung der Stickstoff-Ausnutzung Einsatz von 80 % des Wirtschaftsdüngers in Biogasanlagen mit gasdichter Lagerung für Gärreste Halbierung der Lebensmittelabfälle

Emissionen in Mio. t CO2Äq UBA Szenario – LULUCF Der Sektor LULUCF betrachtet alle flächengebundenen Kohlenstoffspeicher (Quellen oder Senken der Treibhausgasemissionen von Wald, Acker, Weide, Siedlungs- und Feuchtgebieten). Nachhaltige Forstwirtschaft – dauerhaft nicht mehr Holz geerntet als nachwächst Keine Torfnutzung (Verbot Torfabbau in D und Import) Keine weitere Flächenumwandlung für Siedlungen und Verkehr Kategorie Emissionen in Mio. t CO2Äq Landwirtschaftliche Böden 5,5 (Kalkung: 1,5 und Moorböden: 4) Siedlung 2,5 Torfabbau Wald Gesamt 8

UBA Szenario – Zusammenfassung Ambitionierte Klimaschutzziele können erreicht werden In allen Bereichen müssen Anstrengungen unternommen werden In einigen Quellgruppen ist die THG-Minderung begrenzt und es verbleiben Sockelemmissionen (betrifft Landwirtschaft und Industrie) Eine vollständige regenerative Gesamtenergieversorgung ist technisch möglich Energieeinsparungen und -effizienz sind Eckpfeiler für die Energiewende Starke Kopplung der Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und Industrie Power to heat Power to gas/liquid

Es braucht: Pioniere des Wandels Handlungsebenen und zeitliche Dynamik der gesamtgesellschaftlichen Transformation WBGU modifiziert nach Grin et al., 2010 Es braucht: Pioniere des Wandels

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Katja Purr katja.purr@uba.de