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Für Mensch & Umwelt
Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr 2050
Dr. –Ing. Katja PurrFachgebiet I 2.2 / Energiestrategien und -szenarien
2
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
5
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%
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
8
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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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
19
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
24
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
30
Landwirtschaft und LULUCF
31
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
32
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
33
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