Klimaschutz und Energieversorgungin Deutschland 1990-2020

Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft

vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)

Max-Planck-Institut für Physik, München,

und CERN, Genf(Physikertagung München, März 2006)

Eine Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft

Autoren (ehrenamtliche Mitglie-

der des Arbeitskreises Energie):

Blum (Koord.)

Breyer

Gelfort

Harmsen

Keilhacker

G. Luther

Otto

Plass

Rebhan

B

Exemplare am Ausgang und

unter http://www.dpg-physik.de

Der menschenverursachte Klimawandel ist eine Tatsacheund nicht mehr nur eine wissenschaftliche Hypothese

• Klimawandel ist öffentliches Thema seit den 1980-er Jahren

• Ursache ist die wachsende Konz. der Treibhausgase CO2, CH4, N2O u.a. in der Atmosphäre

• Folge ist eine langsame Erwär-mung der bodennahen Lufttem- peratur (Mittelwert weltweit)

• Die Theorie kann die Messwerte inzwischen gut erklären

• IPCC arbeitet im wesentlichen korrekt und verdient Vertrauen

Theorie kann Messwerte gut erklären:

Quelle IPCC

Voraussagen des IPCC, notwendige Schlussfolgerungen

• Eine Verdoppelung der CO2-Konz. bis 2100 scheint unver-meidlich, eine Verdreifachung möglich bei ungünst. Entw..

• Eine Temp.-Erhöhung um mind. 1.5 0C, bis 4.5 0C (nicht unwahr-scheinl.) bis 2100. Danach auf jeden Fall weiter ansteigend. (Bis jetzt schon 0.6 0C)

• Anthropogene Klima-Änderung wirkt sehr lange weiter: Lebens-dauer von CO2: 1/4 verbleibt mehrere Jahrhunderte in der Atmosphäre

• Die Biologen sagen: Die Pflanzen- und die Tierwelt können sich gera-de noch anpassen, wenn die Tem-peraturänderung 2 0C pro Jh. nicht übersteigt.

• Deshalb Ziel der internationalen Klimapolitik, Emission von Treib-hausgasen so zu beschränken, dass 2 0C/Jh. nicht überschritten.

• Dazu müssen die globalen Emissi-onen bei 50% ihres heutigen Wer-tes stabilisiert werden bis zur Mitte des Jh..

Das Klimaproblem ist seriös und wird die Menschheit in zunehmendem Maße bedrängen

Sinn und Zweck einer deutschen Klimapolitik

• Deutschland und Europa haben ihren Beitrag zu diesem Welt-problem zu leisten.

• Der deutsche Beitrag zu den globalen Treibhausgas-Emissi-onen ist nur 3-4%

• Dtl. kann mit physikalischen Mit-teln (durch bloße Reduktion sei-ner Emissionen) das Weltklima nicht verändern.

• Lösungen aufzeigen, die ande-ren Staaten überzeugen, ge-meinsam handeln.

• Bundesregierung möchte gerne "Vorreiterrolle" Deutschlands.

• Ziel einer dt. Klimapolitik ist daher eigentlich diplomatisch und handelspolitisch.

• Deutsche Maßnahmen in der Klimapolitik sind nur in dem Maße zielführend, als sie von anderen Staaten als nachah-menswert empfunden werden. (Ein deutscher Sonderweg wäre sinnlos.)

• Allerdings ist Klimapolitik auch Innenpolitik und Wirtschaftspoli-tik und kann noch zu ganz an-deren politischen Zielen ge-braucht werden.

Deutsches Klimaschutz-Ziel: minus 25% von 1990 bis 2005

• Kabinettsbeschluss 1995

• Koalitionsvertrag 1998

• Nat. Klimaschutzprogr. v. 18.10.2000

• Vereinbarg. m.d. dt. Wirt-schaft vom 9.11.2000, 14.5.2001

• Grandios verfehlt um 100 Mt CO2 jährlich

• Auch verfehlt: B.-reg. im eig. Geschäftsbereich (Grdstücke, Fahrzeuge) "-25% bis 2005" waren versprochen.

• 15 Jahre zu langsam700

800

900

1000

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

Jährliche CO2-Emissionen in Mt (Deutschland),die Werte von 1992 bis 2004 extrapoliert nach 2020

Jahr

786 Mt p.a.

Ziel 2005-25% bzgl. 1990

Bis 1992 vereinigungsbedingt

CO2-Reduktionen um 15 Jahre zu langsam:

Weiterer Fortgang des Vortrags

• Einbeziehung der anderen Treib-hausgase Methan (CH4) und Lachgas (N2O)

• Die Kyoto-Verpflichtung für Deutschland bis 2008/2012

• Ziele für die Zeit danach• Welche Emissions-Reduktionen

können geschafft werden?• Verbrauchs-Einsparungen• Rolle der erneuerbaren Energie-

quellen in der Stromwirtschaft (Wind, Photovoltaik, Biostoffe) und im Verkehr (alternative Treibstoffe)

• Modernisierung der Kraftwerke• Gesamtbilanz aller Möglichkeiten

der Reduktion in der Energie-wirtschaft bis 2020

• Gesamtergebnis wird sein: Auch mit Einbeziehung der anderen Treibhausgase und mit forciertem Ausbau der E.E. geht der Klimaschutz viel langsamer als vorhergesehen und als objektiv erforderlich.

• Schlussfolgerung: Die Optionen der deutschen Energiepolitik sollten verbreitert werden.• Plädoyer für die Verlängerung der Laufzeiten der Kernkraftwerke• Plädoyer für die Errichtung solarthermischer Kraftwerke im Sonnengürtel der Erde

Einsparpotentiale

• Grundsätzlich vorhandene Ein-sparpotentiale sind beträchtlich

Beispiele:

• Standby-Verluste in Haushal-ten, Handel, Gewerbe: 25-30 TWh p.a. (5% d. Stromverbr.)

• Raumwärme: Wärmedämmg., neue Heizgsanlagen: 55-70 Mt CO2 p.a. (6-8% d. CO2-Emissionen)

• PkW: Flottenverbr. 8 l/100 km, aber das 3-Liter-Auto existiert.

• Tatsächlich erzielte Einspa-rungen sind dagegen spärlich:

100100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

1988 1992 1996 2000 2004

Jährliche CO2-Emissionen der Haushalte in Millionen Tonnen

Jahr

Abnahme ca. - 0,5% p.a.

Jahresverbräuche im Gebäudebestand

• Staat wirkt durch Ordnungs-recht und durch finanzielle Anreize

• Beides bisher nicht besonders erfolgreich

• Gegenläufig: Neubauten (ca. 1% des Bestandes p.a.), wenig Abriss

• Experten schätzen Investitions-kosten i.H.v. 13 k€/Jahrestonne CO2-Ersparnis, andere Exper-ten 5 k€

• Vgl. Passivhaus (Feist): 16 kWh pro m2

0

0,05

0,1

0,15

0 100 200 300 400 500 600 700

Häufigkeitsverteilung der Jahres-verbräuche (RW+WW) im Bestand

Flächenspezifischer Jahresverbrauch (kWh/m2)

Durchschnitt 225

5% Percentil 75

95% Percentil 475

EnEV

Erneuerbare Energien für die Stromerzeugung:Wind

• Schnelles Wachstum – WKA's an Land (vgl. Bruttostromver-brauch in Dtl.: 600 TWh p.a.)

• Zukünftiges Wachstum – WKA's hauptsächlich auf See

• DENA-Prognose: bereitstehen-de Spitzenleistung (GW):

0

5

10

15

20

25

1990 1995 2000 2005

Windeinspeisung (TWh/a)

Jahr

Jahr LandNeue Ausrüstung

See Sum

2007 21,2 0,5 0,7 22,4

2010 23,2 1,1 6,4 29,8

2015 24,4 1,8 9,8 36,0

2020 24,4 3,5 20,4 48,2

unrealistisch

16,6 GW installiert

Die erneuerbaren Energien für die Stromerzeugung

• Anstieg von 18 TWh (Wasser) i.J. 1990 auf 55 TWh (meist Wind, z.T. Biomasse) i.J. 2004.

• Weiterer Ausbau wird von Wind auf See erwartet.

• Bisheriger Trend enthält Zubau von 2,3 bis 4 TWh p.a. pro Jahr (je nach der Schätzmethode)

• Bei gleicher Zubaurate sind 100 bis 120 TWh p.a. für 2020 abzuschätzen.

• Wir setzen 120 TWh p.a. ein (Ziel der Bundesregierung).0

20

40

60

80

100

120

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

Stromerzeugung aus allen erneuerbaren Quellen (TWh/Jahr)

Jahr

Extrapolation auf der Basis der letzten 9 Jahre

Extrapolation auf der Basis der letzten15 Jahre

120Ziel derB.-Reg.

B

Mögliche Faktoren, die den "Trend" verändern

• Veränderung der Verbrauchs-gewohnheiten?

• Geringeres oder verstärktes Tempo des Ausbaus der E.E. in der Stromerzeugung:• Wind• Photovoltaik• Biomasse, Müll, sonstige

• Fossil befeuerte Kraftwerke:• Modernisierung • Erhöhung des Gasanteils

• Einführung alternativer Kraftstoffe im Verkehr

• Abschalten der Kernenergie in der Stromerzeugung und Ersatz durch moderne fossile Kraftw.

• Keine

• 20% d. Stromprod.

• Ausbau auf 36 GW • vernachlässigbar • Ausbau

• Die Hälfte erneuert• von 16 auf 32%

• 8%• 168 TWh p.a. durch

fossile mit 40% Gas ersetzt

• 0

• - 14 Mt p.a.

• - 23 Mt p.a.

• - 20 Mt p.a.

• +112 Mt p.a.

Annahmen: CO2-Emissionen, Ver-änderung ggüb Trend:

B

Einbeziehung der wichtigsten anderen Treibhausgase: Methan (CH4) und Lachgas (N20)

• Reduzierung von CH4 und N2O ging 6- bis 7- mal so schnell wie die von CO2 (Anteil geht zurück)

• "Übrige Treibhausgase" konstant 10 bis 15 Mt pa

• Extrapolation nach 2020: 786 CO2 36 CH4 34 N2O 15 Übrige 871 Mt CO2-Äqu. p.a.

• Gleichbleibende Minde-rungserfolge voraus-gesetzt

100

1000

1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020

Emissionen von Kyoto-Einzelgasen in Mt CO2-Äqui-valenten. Trends 1992-2003 extrapoliert nach 2020

Jahr

786

3634

Kohlendioxid

Methan

Lachgas

- 0,6 % p.a.

- 4,3 % p.a.

- 3,4 % p.a.

(Summe restliche Kyoto-Gase konstant zwischen 10 und 15 Mt )

Kyoto-Gase: Minderungsziele

• Kyoto-Ziel 2008/12 ist völkerrechtl. Vertrag

• Wert von -21% erscheint erreichbar

• Kyoto-Ziel 2020 ist dt. Verhandlungsziel "falls EU als ganze -30% be-schließt"

• Für 2020 soll danach das Minderungstempo mehr als verdoppelt werden

• Wert von -40% bis 2020 erscheint völlig illosorisch

• Administrative gegenüber technischen Reduktions-möglichkeiten: "Wollen und Können"700

800

900

1000

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

Jährliche Emission von Kyoto-Gasen, ausgedrückt in CO2-Äquivalenten (Mt), sowie zwei Minderungsziele

Jahr

Basis 1990

Ziel 2008/12:- 21 %

Ziel 2020:- 40 %

- 1,2 % pro Jahr

- 2,7 % pro Jahr

871Trend

Abschätzung für 2020 der deutschen Kyoto-Gas Emissionen (Mio t CO2-Äqu.)

Kernkraft läuft weiter

Kernkraft gestoppt

Trend gleich-bleibend

871 983

Trend max. ver- bessert

814 926

700

800

900

1000

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

Jährliche Emission von Kyoto-Gasen, ausgedrückt in CO2-Äquivalenten (Mt), sowie zwei Minderungsziele

Jahr

Basis 1990

Kyoto-Ziel 2008/12:- 21 %

Ziel 2020:-40 %

- 1,2 % pro Jahr

- 2,7 % pro Jahr

871 Trend

Ausb. wie bisherK-K gestoppt

Ausbau forciertK-K läuft weiter

Ausbau forciertK-K gestoppt

983

814

926

Ergebnisseder Studie:

Günstigster Fall:ca. 50% CO2-freieStromproduktion

Solarthermisches Parabolrinnen-Kraftwerkca. 30 MWel

Parabolspiegel