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Ein (fast) treibhausgasneutrales Deutschland ist möglich

Auch große Industrieländer können ihre CO2-Emissionen bis 2050 um 95 Prozent senken Kann ein Industrieland wie Deutschland seine menschengemachten Treibhausgasemissionen fast vollständig vermeiden? Die Antwort, die das Umweltbundesamt (UBA) in einer neuen Studie gibt, fällt positiv aus: „Technisch ist es möglich, den Treibhausgasausstoß im Vergleich zu 1990 um fast 100 Prozent zu vermindern. Und zwar mit heute schon verfügbaren Techniken.“, sagte UBA-Präsident Jochen Flasbarth. „Unser jährlicher Pro-Kopf-Ausstoß von heute über 10 Tonnen CO2-Äquivalente kann auf weniger als eine Tonne pro Kopf im Jahr 2050 sinken. Im Vergleich zu 1990, dem internationalen Bezugsjahr, entspricht das einer Reduktion um 95 Prozent. Deutschland kann bis zur Mitte des Jahrhunderts annähernd treibhausgasneutral werden.“, sagte der UBA-Präsident bei der Präsentation der UBA-Studie „Treibhausgasneutrales Deutschland 2050“. Für eine vollständige Treibhausgasneutralität müssten zusätzlich Emissionen in anderen Ländern – über deren eigene Klimaschutzverpflichtungen hinausgehend – sinken, um die dann noch verbleibende Tonne pro Kopf auszugleichen. Die entscheidenden Weichenstellungen stehen im Energiesektor an, so Flasbarth: „Strom, Wärme und herkömmliche Kraftstoffe verursachen derzeit rund 80 Prozent unserer Treibhausgasemissionen. Wir können unseren ⁠ Endenergieverbrauch ⁠ im Jahr 2050 gegenüber 2010 aber halbieren und vollständig durch erneuerbare Energien decken. So können wir mehr als Dreiviertel der Emissionen vermeiden. Dafür brauchen wir weder Atomkraft, noch müssen wir CO 2 im Untergrund verklappen.“ 95 Prozent weniger Treibhausgasemissionen sind nur möglich, wenn alle Sektoren einen Beitrag leisten. Neben dem Energiesektor (inklusive Verkehr) sind Industrie, Abfall- und Abwasserwirtschaft sowie Land- und Forstwirtschaft gefragt. Die Emissionen der Landwirtschaft und aus bestimmten Industrieprozessen lassen sich leider nicht vollständig vermeiden. Daher ist eine vollständig regenerative Energieversorgung das Kernstück des ⁠ UBA ⁠-Szenarios – und zwar sowohl für die Strom-, als auch für die Wärme- und Kraftstoffversorgung. Für das Jahr 2050 setzt das UBA vor allem auf Wind- und Solarenergie. Keine Zukunft hat dagegen die so genannte Anbaubiomasse: „Statt Pflanzen wie Mais und Raps allein zum Zweck der Energieerzeugung anzubauen, empfehlen wir auf Biomassen aus Abfall und Reststoffen zu setzen. Diese stehen auch nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion“, sagte Flasbarth. Zentral für eine fast treibhausgasneutrales Deutschland ist, den künftig zu 100 Prozent erneuerbar erzeugten Strom in Wasserstoff, Methan und langkettige Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. Bei diesen Power-to-Gas und Power-to-Liquid genannten Verfahren wird Solar- und Windstrom genutzt, um mittels Elektrolyse von Wasser und weiterer katalytischer Prozesse das Gas Methan oder flüssige Kraftstoffe herzustellen. Diese können dann als Ersatz für Diesel oder Benzin genutzt werden, ebenso als Ersatz für Erdgas zum Heizen von Wohnungen eingesetzt sowie als Rohstoffe in der chemischen Industrie dienen. Erste erfolgreiche Pilotprojekte zu dieser Technik gibt es bereits in Deutschland. Allerdings ist dieser Prozess mit hohen Umwandlungsverlusten verbunden und derzeit noch teuer. Weitere Forschung – auch zu anderen Optionen bei der Mobilität und Wärmeversorgung – ist nötig. Der Verkehrssektor verursacht heute rund 20 Prozent der Klimagase. Diese können bis zum Jahr 2050 auf null sinken. Ganz wichtig dazu ist, unnötigen Verkehr überhaupt zu vermeiden. Nicht vermeidbare Mobilität sollte möglichst auf Fahrrad, Bus und Bahn verlagert werden. Bei Pkw und Lkw muss zudem die technische Effizienz der Fahrzeuge deutlich besser werden. Der wesentliche Schlüssel für null Emissionen im Verkehrssektor ist die Umstellung auf erneuerbare Energien: „Autos werden im ⁠ Szenario ⁠ des Umweltbundesamtes für das Jahr 2050 knapp 60 Prozent der ⁠ Fahrleistung ⁠ elektrisch erbringen. Flugzeuge, Schiffe und schwere Lkw werden in Zukunft zu einem großen Teil weiterhin auf flüssige Kraftstoffe angewiesen sein – dann aber als klimaverträglich hergestellte, synthetische Flüssigkraftstoffe, hergestellt im Power-to-Liquid-Verfahren.“, sagte Flasbarth. Ob und in welcher Form die strombasierten Kraftstoffe dann für einzelne Verkehrsträger bereitgestellt werden können, bedarf der weiteren Forschung. Sämtliche Raum- und ⁠ Prozesswärme ⁠ für die Industrie wird laut UBA-Szenario bis zum Jahr 2050 aus erneuerbaren Strom und regenerativ erzeugtem Methan erzeugt. Hierdurch sinken die energiebedingten Treibhausgasemissionen vollständig auf null. Die prozess- bzw. rohstoffbedingten Treibhausgasemissionen sinken immerhin um 75 Prozent auf etwa 14 Millionen Tonnen. Die heute sehr stark erdölbasierte Rohstoffversorgung der chemischen Industrie müsste dazu auf regenerativ erzeugte Kohlenwasserstoffe umgestellt werden; so entstünden künftig fast keine Treibhausgasemissionen etwa bei der Ammoniakherstellung oder anderen chemischen Synthesen. Die Emissionen aus dem Sektor Abfall und Abwasser sind bis heute schon stark gesunken und liegen laut UBA im Jahr 2050 bei nur noch drei Millionen Tonnen CO 2 -Äquivalenten. Nötig wäre dazu, noch mehr Deponiegase zu erfassen und in Blockheizkraftwerken zu nutzen. Auch eine bessere Belüftung von Kompostanlagen für Bioabfall kann künftig noch stärker helfen, dass sich kein klimaschädliches Methan in den Anlagen bildet. Der größte Emittent im Jahr 2050 könnte die Landwirtschaft mit 35 Millionen Tonnen CO 2 -Äquivalenten sein. Da technische Maßnahmen alleine nicht ausreichen, um diese Minderung zu erreichen, ist es notwendig, den Tierbestand vor allem der Wiederkäuer zu verringern. Das Umweltbundesamt ist in seinem Szenario davon ausgegangen, dass Deutschland im Jahr 2050 weiterhin eines der führenden Industrieländer der Welt ist. Die Studie stellt nur ein technisch mögliches Szenario dar – und ist keine sichere ⁠ Prognose ⁠ dessen, was kommen wird. Dargestellt wird eine technisch mögliche Zukunft im Jahr 2050. Der Transformationspfad von heute bis 2050 wird ebenso wenig betrachtet, wie ökonomische Fragen zu Kosten und Nutzen. Außerdem wurde angenommen, dass das Konsumverhalten der Bevölkerung sich nicht grundlegend ändert. Mit klima- und umweltfreundlicheren Lebensstilen ließen sich die Klimaschutzziele deshalb natürlich noch leichter erreichen. Die 95-prozentige Treibhausgasminderung leitet sich aus Erkenntnissen der Wissenschaft ab. Auf diesen Erkenntnissen basiert auch die internationale Vereinbarung, den Anstieg der globalen Mitteltemperatur auf maximal 2 Grad zu begrenzen. Dazu muss der weltweite Ausstoß an Klimagasen bis zur Mitte des Jahrhunderts um 50 Prozent sinken, für die Industrieländer entspricht das um 80-95 Prozent weniger als 1990. Entsprechende Klimaschutzziele haben sich Deutschland und die EU gesetzt.

BioRest: Verfügbarkeit und Nutzungsoptionen biogener Abfall- und Reststoffe im Energiesystem (Strom-, Wärme- und Verkehrssektor)

⁠ Biomasse ⁠ steht vor allem aufgrund der knappen Ressource Fläche nur begrenzt zur Bereitstellung erneuerbarer Energie zur Verfügung. In diesem Vorhaben wurde auf Basis einer Literaturstudie eine Neubewertung des technisch-ökologisch erschließbaren Potenzials biogene Abfall- und Reststoffe durchgeführt. Diese weist einen oberen Grenzbereich von rund 900 PJ pro Jahr, wobei jedoch Unsicherheiten bestehen bleiben. Die Priorisierung der Einsatzpfade anhand ökologisch, ökonomisch und technischer Kriterien zeigt eine klare Präferenz für die Bereitstellung von ⁠ Prozesswärme ⁠, lediglich ohne Berücksichtigung der Kosten auch verstärkt von Kraftstoffen des Flug- und Schiffverkehrs. Veröffentlicht in Texte | 115/2019.

CO2-neutrale Prozesswärmeerzeugung

In diesem REFOPLAN-Vorhaben wird die Erzeugung von ⁠ Prozesswärme ⁠ für 13 Industriebranchen aus den Bereichen Metall- und Mineralindustrie sowie die Dampferzeugung als branchenübergreifende Technik mit dem Fokus einer zukünftigen Umstellung auf treibhausgasneutrale Prozesswärmeerzeugung untersucht. Dies bedeutet den Ersatz fossiler durch regenerativ erzeugte Energieträger wie Strom oder ⁠ PtG ⁠/⁠ PtL ⁠-Brennstoffe wie Wasserstoff oder synthetisches Methan. In der Studie wird der Einsatz CO 2 -neutraler Alternativtechniken für 34 ausgewählte Anwendungen wie z. B. das "kontinuierliche Erwärmen von Flach- oder Langstahl" untersucht. Die Studie betrachtet sowohl den aktuellen Stand der Technik sowie zukünftige Potenziale der unterschiedlichen CO 2 -neutralen Alternativtechniken. Ziel ist eine ganzheitliche Betrachtung unter Berücksichtigung von technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Kriterien. Darüber hinaus werden Handlungsempfehlungen als Elemente einer übergreifenden Strategie zur Transformation hin zu einer CO 2 -neutralen Prozesswärmeerzeugung abgeleitet. Veröffentlicht in Texte | 161/2023.

Fermenter\Bio-EtOH-ZR-iLUC25% (Acker)-BR-2030/en

Fermenter für Bio-EtOH uas Zuckerrohr in Brasilien (Sao-Paulo-Region), Daten für energieautarkes System mit Prozesswärme + Hilfsstrom aus Bagasse, alles Daten aus #1, Kosten nach #2 Data from Macedo 2004: ethanol yield 86 l/t cane (best case: 92 l/t, i.e. 22,2% using yield of 1,96 GJ/t cane) NCV ethanol 26,8 MJ/kg i.e. 21,3 MJ/l for density of 0,794 kg/l NCV sugacane 8,82 MJ/kg i.e. GJ/t i.e. yueld 1,83 GJ/t cane 20,7% Transport to Europe: cost estimate 25 Euro/t NCV ethanol 7,4 MWh/t 21,3 MJ/l 3,4 Euro/MWh 0,34 c/kWh 1,2 Euro/GJ Coelho (GEF-STAP presentation, Delhi 2005): best new plants ethanol yield 83 l/t sugarcane investment 60 million US$2005 for 2,16 mio t/a sugarcane plant 50 mio Euro-2005 8000 h/a operation Inflation 2%/a --> 10% less in Euro 2000 4228602,62 GJ/a i.e. 45 mio Euro-2000 1174611,84 MWh/a 306 Euro/kW-th 147 MW-th angesetzt: 300 Euro/kW-th fixed costs (O&M) 2,50% pro Jahr i.e. 7,5 Euro/kW-th*a sugarcane costs: 14 $/t = 11,67 Euro-2005/t = 10,5 Euro-2000/t conversion rate Euro - $ 1,2 Auslastung: 8300h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-Bio-fest gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 15a Leistung: 150MW Nutzungsgrad: 20,7% Produkt: Brennstoffe-Bio-flüssig Verwendete Allokation: Allokation nach Energieäquivalenten

Fermenter\Bio-EtOH-ZR-iLUC50% (Acker)-BR-2030/en

Fermenter für Bio-EtOH uas Zuckerrohr in Brasilien (Sao-Paulo-Region), Daten für energieautarkes System mit Prozesswärme + Hilfsstrom aus Bagasse, alles Daten aus #1, Kosten nach #2 Data from Macedo 2004: ethanol yield 86 l/t cane (best case: 92 l/t, i.e. 22,2% using yield of 1,96 GJ/t cane) NCV ethanol 26,8 MJ/kg i.e. 21,3 MJ/l for density of 0,794 kg/l NCV sugacane 8,82 MJ/kg i.e. GJ/t i.e. yueld 1,83 GJ/t cane 20,7% Transport to Europe: cost estimate 25 Euro/t NCV ethanol 7,4 MWh/t 21,3 MJ/l 3,4 Euro/MWh 0,34 c/kWh 1,2 Euro/GJ Coelho (GEF-STAP presentation, Delhi 2005): best new plants ethanol yield 83 l/t sugarcane investment 60 million US$2005 for 2,16 mio t/a sugarcane plant 50 mio Euro-2005 8000 h/a operation Inflation 2%/a --> 10% less in Euro 2000 4228602,62 GJ/a i.e. 45 mio Euro-2000 1174611,84 MWh/a 306 Euro/kW-th 147 MW-th angesetzt: 300 Euro/kW-th fixed costs (O&M) 2,50% pro Jahr i.e. 7,5 Euro/kW-th*a sugarcane costs: 14 $/t = 11,67 Euro-2005/t = 10,5 Euro-2000/t conversion rate Euro - $ 1,2 Auslastung: 8300h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-Bio-fest gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 15a Leistung: 150MW Nutzungsgrad: 20,7% Produkt: Brennstoffe-Bio-flüssig Verwendete Allokation: Allokation nach Energieäquivalenten

Fermenter\Bio-EtOH-ZR-iLUC50% (Acker)-BR-2005/en

Fermenter für Bio-EtOH uas Zuckerrohr in Brasilien (Sao-Paulo-Region), Daten für energieautarkes System mit Prozesswärme + Hilfsstrom aus Bagasse, alles Daten aus #1, Kosten nach #2 Data from Macedo 2004: ethanol yield 86 l/t cane (best case: 92 l/t, i.e. 22,2% using yield of 1,96 GJ/t cane) NCV ethanol 26,8 MJ/kg i.e. 21,3 MJ/l for density of 0,794 kg/l NCV sugacane 8,82 MJ/kg i.e. GJ/t i.e. yueld 1,83 GJ/t cane 20,7% Transport to Europe: cost estimate 25 Euro/t NCV ethanol 7,4 MWh/t 21,3 MJ/l 3,4 Euro/MWh 0,34 c/kWh 1,2 Euro/GJ Coelho (GEF-STAP presentation, Delhi 2005): best new plants ethanol yield 83 l/t sugarcane investment 60 million US$2005 for 2,16 mio t/a sugarcane plant 50 mio Euro-2005 8000 h/a operation Inflation 2%/a --> 10% less in Euro 2000 4228602,62 GJ/a i.e. 45 mio Euro-2000 1174611,84 MWh/a 306 Euro/kW-th 147 MW-th angesetzt: 300 Euro/kW-th fixed costs (O&M) 2,50% pro Jahr i.e. 7,5 Euro/kW-th*a sugarcane costs: 14 $/t = 11,67 Euro-2005/t = 10,5 Euro-2000/t conversion rate Euro - $ 1,2 Auslastung: 8300h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-Bio-fest gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2005 Lebensdauer: 15a Leistung: 150MW Nutzungsgrad: 20,7% Produkt: Brennstoffe-Bio-flüssig Verwendete Allokation: Allokation nach Energieäquivalenten

Fermenter\Bio-EtOH-ZR-dLUC (Acker)-BR-2005/en

Fermenter für Bio-EtOH uas Zuckerrohr in Brasilien (Sao-Paulo-Region), Daten für energieautarkes System mit Prozesswärme + Hilfsstrom aus Bagasse, alles Daten aus #1, Kosten nach #2 Data from Macedo 2004: ethanol yield 86 l/t cane (best case: 92 l/t, i.e. 22,2% using yield of 1,96 GJ/t cane) NCV ethanol 26,8 MJ/kg i.e. 21,3 MJ/l for density of 0,794 kg/l NCV sugacane 8,82 MJ/kg i.e. GJ/t i.e. yueld 1,83 GJ/t cane 20,7% Transport to Europe: cost estimate 25 Euro/t NCV ethanol 7,4 MWh/t 21,3 MJ/l 3,4 Euro/MWh 0,34 c/kWh 1,2 Euro/GJ Coelho (GEF-STAP presentation, Delhi 2005): best new plants ethanol yield 83 l/t sugarcane investment 60 million US$2005 for 2,16 mio t/a sugarcane plant 50 mio Euro-2005 8000 h/a operation Inflation 2%/a --> 10% less in Euro 2000 4228602,62 GJ/a i.e. 45 mio Euro-2000 1174611,84 MWh/a 306 Euro/kW-th 147 MW-th angesetzt: 300 Euro/kW-th fixed costs (O&M) 2,50% pro Jahr i.e. 7,5 Euro/kW-th*a sugarcane costs: 14 $/t = 11,67 Euro-2005/t = 10,5 Euro-2000/t conversion rate Euro - $ 1,2 Auslastung: 8300h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-Bio-fest gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2005 Lebensdauer: 15a Leistung: 150MW Nutzungsgrad: 20,7% Produkt: Brennstoffe-Bio-flüssig Verwendete Allokation: Allokation nach Energieäquivalenten

Fermenter\Bio-EtOH-ZR-dLUC (Acker)-BR-2010/en

Fermenter für Bio-EtOH uas Zuckerrohr in Brasilien (Sao-Paulo-Region), Daten für energieautarkes System mit Prozesswärme + Hilfsstrom aus Bagasse, alles Daten aus #1, Kosten nach #2 Data from Macedo 2004: ethanol yield 86 l/t cane (best case: 92 l/t, i.e. 22,2% using yield of 1,96 GJ/t cane) NCV ethanol 26,8 MJ/kg i.e. 21,3 MJ/l for density of 0,794 kg/l NCV sugacane 8,82 MJ/kg i.e. GJ/t i.e. yueld 1,83 GJ/t cane 20,7% Transport to Europe: cost estimate 25 Euro/t NCV ethanol 7,4 MWh/t 21,3 MJ/l 3,4 Euro/MWh 0,34 c/kWh 1,2 Euro/GJ Coelho (GEF-STAP presentation, Delhi 2005): best new plants ethanol yield 83 l/t sugarcane investment 60 million US$2005 for 2,16 mio t/a sugarcane plant 50 mio Euro-2005 8000 h/a operation Inflation 2%/a --> 10% less in Euro 2000 4228602,62 GJ/a i.e. 45 mio Euro-2000 1174611,84 MWh/a 306 Euro/kW-th 147 MW-th angesetzt: 300 Euro/kW-th fixed costs (O&M) 2,50% pro Jahr i.e. 7,5 Euro/kW-th*a sugarcane costs: 14 $/t = 11,67 Euro-2005/t = 10,5 Euro-2000/t conversion rate Euro - $ 1,2 Auslastung: 8300h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-Bio-fest gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2010 Lebensdauer: 15a Leistung: 150MW Nutzungsgrad: 20,7% Produkt: Brennstoffe-Bio-flüssig Verwendete Allokation: Allokation nach Energieäquivalenten

Fermenter\Bio-EtOH-ZR-dLUC (Acker)-BR-2030/en

Fermenter für Bio-EtOH uas Zuckerrohr in Brasilien (Sao-Paulo-Region), Daten für energieautarkes System mit Prozesswärme + Hilfsstrom aus Bagasse, alles Daten aus #1, Kosten nach #2 Data from Macedo 2004: ethanol yield 86 l/t cane (best case: 92 l/t, i.e. 22,2% using yield of 1,96 GJ/t cane) NCV ethanol 26,8 MJ/kg i.e. 21,3 MJ/l for density of 0,794 kg/l NCV sugacane 8,82 MJ/kg i.e. GJ/t i.e. yueld 1,83 GJ/t cane 20,7% Transport to Europe: cost estimate 25 Euro/t NCV ethanol 7,4 MWh/t 21,3 MJ/l 3,4 Euro/MWh 0,34 c/kWh 1,2 Euro/GJ Coelho (GEF-STAP presentation, Delhi 2005): best new plants ethanol yield 83 l/t sugarcane investment 60 million US$2005 for 2,16 mio t/a sugarcane plant 50 mio Euro-2005 8000 h/a operation Inflation 2%/a --> 10% less in Euro 2000 4228602,62 GJ/a i.e. 45 mio Euro-2000 1174611,84 MWh/a 306 Euro/kW-th 147 MW-th angesetzt: 300 Euro/kW-th fixed costs (O&M) 2,50% pro Jahr i.e. 7,5 Euro/kW-th*a sugarcane costs: 14 $/t = 11,67 Euro-2005/t = 10,5 Euro-2000/t conversion rate Euro - $ 1,2 Auslastung: 8300h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-Bio-fest gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 15a Leistung: 150MW Nutzungsgrad: 20,7% Produkt: Brennstoffe-Bio-flüssig Verwendete Allokation: Allokation nach Energieäquivalenten

Fermenter\Bio-EtOH-ZR-iLUC25% (Acker)-BR-2010/en

Fermenter für Bio-EtOH uas Zuckerrohr in Brasilien (Sao-Paulo-Region), Daten für energieautarkes System mit Prozesswärme + Hilfsstrom aus Bagasse, alles Daten aus #1, Kosten nach #2 Data from Macedo 2004: ethanol yield 86 l/t cane (best case: 92 l/t, i.e. 22,2% using yield of 1,96 GJ/t cane) NCV ethanol 26,8 MJ/kg i.e. 21,3 MJ/l for density of 0,794 kg/l NCV sugacane 8,82 MJ/kg i.e. GJ/t i.e. yueld 1,83 GJ/t cane 20,7% Transport to Europe: cost estimate 25 Euro/t NCV ethanol 7,4 MWh/t 21,3 MJ/l 3,4 Euro/MWh 0,34 c/kWh 1,2 Euro/GJ Coelho (GEF-STAP presentation, Delhi 2005): best new plants ethanol yield 83 l/t sugarcane investment 60 million US$2005 for 2,16 mio t/a sugarcane plant 50 mio Euro-2005 8000 h/a operation Inflation 2%/a --> 10% less in Euro 2000 4228602,62 GJ/a i.e. 45 mio Euro-2000 1174611,84 MWh/a 306 Euro/kW-th 147 MW-th angesetzt: 300 Euro/kW-th fixed costs (O&M) 2,50% pro Jahr i.e. 7,5 Euro/kW-th*a sugarcane costs: 14 $/t = 11,67 Euro-2005/t = 10,5 Euro-2000/t conversion rate Euro - $ 1,2 Auslastung: 8300h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-Bio-fest gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2010 Lebensdauer: 15a Leistung: 150MW Nutzungsgrad: 20,7% Produkt: Brennstoffe-Bio-flüssig Verwendete Allokation: Allokation nach Energieäquivalenten

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