Für Mensch & Umwelt

Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr 2050

Dr. –Ing. Katja PurrFachgebiet I 2.2 / Energiestrategien und -szenarien

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Energie- und Klimapolitische Ziele

Klima ErneuerbareEnergien

Effizienz

Treibhausgase(vs. 1990)

AnteilStrom

Anteilgesamt

Primär-energie

Energie-produktivitä

t

Gebäude-sanierung

2020 - 40 % 35% 18% - 20%

steigernauf

2,1%/a

Rateverdoppeln1% -> 2%

2030 - 55 % 50% 30%

2040 - 70 % 65% 45%

2050 - 80-95 % 80% 60% - 50%

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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

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Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr 2050

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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

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1990 2010 Lösungspunkt 2050

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

AbfallLULUCFLandwirtschaftIndustrieprozesse, Lösemittel und andere Produktverwen-dungenVerkehrEnergie (ohne Verkehr)

Em

iss

ion

en

in M

io.t

CO

2Ä

qTreibhausgasneutrales Deutschland – UBA Szenario

- 95%

6

Energie

7

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

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Kein Einsatz/schwer möglich z.B.:-Flugverkehr-Schiffsverkehr

Einsatz notwendig z.B.:-IKT-Beleuchtung

Einsatz notwendig z.B.:-im Bereich der Langstreckenflüge

Strom100 %

Kohlenwasserstoffe100 %

Wasserstoff100%

Lösungsraum beschriebener Lösungspunkt

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UBA Szenario - Endenergieverbrauch

Strom in TWh regeneratives Methan in TWh

flüssige regenerative Kraftstoffe in TWh

private Haushalte 104,7 44,5 0GHD 90,3 62,4 18,6Industrie energetisch 179,7 198,8 0Verkehr 91,1 0 533,3Summe energetisch 465,8 305,7 551,9

1323,4Industrie stofflich 282Summe stofflich und energetisch

1605,4

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UBA Szenario - Vergleich der Endenergie im Jahr 2010 und 2050

• 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.

51,7%

20,3%

20,4%

37,9%

27,9%

41,8%

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

2010 2050

Enden

ergie

verb

rauch

in T

Wh

Wärme Strom Kraftstoffe

28,7

11,3%

27,9%

28,5%

27,5%

47,2%

15,9%

13%

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

2010 2050

Enden

ergie

verb

rauch

in T

Wh

Haushalte Industrie Verkehr Gewerbe, Handel, Dienstleistungen

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UBA Szenario - qualitative Darstellung des Energieflusses

regenerativer Strom

Synthese

Elektrolyse

Verluste*

Verluste

Verluste

Wasserstoff

KraftstoffeStrom Methan*inkl. Leitungsverluste, der Verluste aus der Methan-Rückverstromung undder Verluste der Biomassenutzung zur Strombereitstellung

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UBA Szenario - Vergleich 2010 vs. 2050 - sektoraler Energieverbrauch

27,2 % 44 %

7,3 %9,8 %

18,2 % 13,2 %

18 %21,8 %

10,4 %

6 %

18,8 %

5,2 %

-

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

Primärenergieverbrauch 2010 Nettostromverbrauch 2050

Ener

giev

erbr

auch

in T

Wh

Verluste nichtenergetischer Verbrauch Industrie Verkehr GHD Haushalte

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Wärme

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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

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UBA Szenario - Regenerative Raumwärmeversorgung

V1: Energieziel 2050 V2: Sanierungsrate 1 %

V3: Bedingt sanierbare Gebäude

Neubauten (Elektro-Wärmepumpen+Solar)

1.85933582384365 1.85933582384365 1.85933582384365

Sanierte Gebäude (Elek-tro-Wärmepumpen+Solar)

25.4106130365591 9.29667911921825 22.0018306928459

Bedingt sanier-bare Gebäude (Gaskessel)

0 0 39.6729473684211

unsanierte Gebäude (Gaskessel)

0.00576722857098954 299.895885690025 0.00576722857098954

Summe 27.2757160889737 311.051900633087 63.5398811136813

50 TWh150 TWh250 TWh350 TWh450 TWh550 TWh650 TWh

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Verkehr

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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)

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UBA Szenario - Endenergiebedarf nach Verkehrsart

2010 2020 2030 2040 20500

500,000,000,000

1,000,000,000,000

1,500,000,000,000

2,000,000,000,000

2,500,000,000,000

3,000,000,000,000

Personenverkehr

Güterverkehr

Seegüterverkehr

En

de

ne

rgie

be

da

rf in

PJ

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Stromerzeugung

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

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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)

Capacity (GW)

Output (TWh)

Photovoltaic 275 240 120 104

Wind energy onshore 60 170 60 170

Wind energy offshore 45 180 45 177

Hydropower 5,2 24 5,2 22

Geothermal energy 6,4 50 6,4 50

Waste biomass (biogas) as required 23 23,3 11

Heute:

36,7 GWel

34 GWel

EE-Einspeisung und Last (Meteo-Jahr 2007, August)

Tag

Leis

tung (

GW

)

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 310

20

40

60

80

100

120

140

160Geothermie Laufwasser Onshore-Wind Offshore-Wind PV Basislast Gesamtlast mit Lastmanagement

© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES© FhG IWES

Download unter: www.umweltbundesamt.de

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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

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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

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Industrie

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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

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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

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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 0 -100,0

Gießereiindustrie 0 -100,0

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

0 -100,0

Nahrungsmittelindustrie 0 -100,0

Textilindustrie 0 -100,0

Summe 11.283.563

27

Abfall und Abwasser

28

UBA Szenario - Abfall

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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

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Landwirtschaft und LULUCF

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UBA Szenario – Landwirtschaft I• UBA-Szenario:

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

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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

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UBA Szenario – LULUCFDer 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 Böden5,5 (Kalkung: 1,5 und Moorböden: 4)

Siedlung 2,5Torfabbau 0Wald 0Gesamt 8

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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

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Handlungsebenen und zeitliche Dynamik der gesamtgesellschaftlichen Transformation

Es braucht: Pioniere des Wandels

WBGU modifiziert nach Grin et al., 2010

36 Hier steht der Veranstaltungstitel in 12 Punkt

Vielen Dank für IhreAufmerksamkeitKatja Purr

katja.purr@uba.de