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Klimavorteil für E-Autos bestätigt

Für mehr Klimaschutz im Verkehr müssen Marktanteile elektrischer Pkw schnell steigen Fahrzeuge haben nicht nur im Betrieb, sondern auch bei der Herstellung und Entsorgung eine Wirkung auf die Umwelt und das Klima. Laut einer aktuellen Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes (UBA) sind im Jahr 2020 zugelassene Elektroautos dabei um etwa 40 Prozent klimafreundlicher in ihrer Wirkung als Pkw mit Benzinmotor. Bei einem raschen Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung steigt dieser Klimavorteil für im Jahr 2030 zugelassene Pkw auf rund 55 Prozent. Dazu sagt UBA-Präsident Dirk Messner: „Elektrische Fahrzeuge sind ein wesentlicher Baustein, um die Klimaziele in Deutschland zu erreichen. Um deren Anschaffung attraktiver zu machen, sollten künftig Pkw mit höheren CO2-Emissionen bei der Neuzulassung mit einem Zuschlag belegt werden. Nur so werden wir das Ziel der Bundesregierung von 15 Millionen E Autos im Jahr 2030 überhaupt noch erreichen können.“ In der Studie wurden die Umwelt- und Klimawirkungen von Personenkraftwagen (Pkw) und Nutzfahrzeugen mit konventionellen und alternativen Antrieben detailliert, anhand des gesamten Fahrzeuglebenszyklus, untersucht und verglichen. Der Klimavorteil für Elektro-Pkw (E-Pkw) – so die Ergebnisse der Studie – steigt von 40 Prozent bei Zulassung in 2020 auf bis zu 55 Prozent für in 2030 zugelassene Pkw im Falle eines zügigen Ausbaus erneuerbarer Energien an. Der Klimavorteil bleibt auch dann bestehen, wenn sich der Anteil von aus erneuerbarem Strom hergestellten E-Fuels für Pkw mit Verbrennungsmotor in den kommenden Jahren deutlich erhöhen wird. Nicht nur ⁠ Klimawirkung ⁠ untersucht Bei einigen Umweltwirkungen ergeben sich für E‑Pkw mit Zulassung im Jahr 2020 teilweise noch Nachteile. Vor allem die Auswirkungen auf Wasser (aquatische ⁠ Eutrophierung ⁠) und Böden (⁠ Versauerung ⁠) müssen dem Klimavorteil bei der Nutzung gegenübergestellt werden. Diese Nachteile der elektrischen Pkw sind größtenteils auf die noch fossile Strom­bereitstellung zurückzuführen. Im Zuge der bereits im Gange befindlichen Umstellung auf ein erneuerbares Stromsystem nehmen diese Nachteile immer weiter ab. Im Jahr 2050 liegt der E-Pkw bei allen untersuchten Umweltwirkungen vor Pkw mit Verbrennungsmotoren. Dann verursacht der E‑Pkw gegenüber dem Benzin-Pkw beispielsweise auch eine um rund 27 Prozent geringere aquatische Eutrophierung. Daneben steigen durch die Elektromobilität die Bedarfe und der Abbau von teilweise kritischen Rohstoffen, beispielsweise Cobalt, Nickel und Lithium, an. Jedoch kann die Bereitstellung von Primärrohstoffen durch eine geeignete Kreislaufführung (z. B. Recycling) perspektivisch reduziert werden. Für einen schnellen Hochlauf der Elektromobilität sind zielgerichtete haushaltsneutrale Maßnahmen wie eine Reform der KFZ-Steuer, die im ersten Jahr der Zulassung eines Neuwagens einen Zuschlag für Pkw mit hohen CO 2 -Emissionen erhebt vorteilhaft. Dies könnte deutlich effektiver als die entfallene Kaufprämie wirken. Um die umwelt- und klimaschädlichen Wirkungen zu reduzieren und den Verkehr noch schneller klimaverträglich zu gestalten, bleibt aber auch die Verkehrswende mit Vermeidung, Verlagerung und Verbesserung wichtig. Jede vermiedene Fahrt spart Strom oder Kraftstoff und schont Mensch und Umwelt. Lkw ebenfalls betrachtet In der Studie wurde auch die Umweltbilanz von Lkw untersucht. Lkw, die verflüssigtes Erdgas (⁠ LNG ⁠) nutzen, haben weder bei Zulassung in 2020 noch in 2030 Vorteile gegenüber Diesel-Lkw. Bei elektrischen Sattelzügen stellen sich für 2030 zugelassene Fahrzeuge deutliche Klimavorteile ein. Aufgrund der hohen Fahrleistungen der Lkw ist die Nutzungsphase noch relevanter als bei Pkw – damit sind die Emissionen bei der Fahrzeug- und Batterieherstellung nicht so dominant. Batterie-elektrische Sattelzüge oder solche mit Oberleitung und Akku sind bei Zulassung in 2030 im Falle eines zügigen Ausbaus erneuerbarer Energien schon zu 73 bis 78 Prozent im Klimavorteil gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor; sonst sind es 55 bis 60 Prozent. Auch in 2050 verursachen diese Fahrzeuge weniger Treibhausgasemissionen als Verbrenner. Allgemein gilt: Um die ⁠ Klima ⁠- und Umweltvorteile von elektrischen Fahrzeugen nutzen zu können, ist ein entsprechender Auf- und Ausbau von Ladeinfrastruktur dringend notwendig. Gerade bei Lkw ist hier ein rasches Handeln erforderlich, denn durch die reduzierte Lkw‑Maut für elektrische Lkw gibt es derzeit ein großes Nachfragepotential. Hintergrund Die Studie „Analyse der Umweltbilanz von Kraftfahrzeugen mit alternativen Antrieben oder Kraftstoffen auf dem Weg zu einem treibhausgasneutralen Verkehr“ wurde vom Umweltbundesamt (⁠ UBA ⁠) beauftragt und vom ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg durchgeführt. Neben den Treibhausgasen wurden auch Energie-, Ressourcen- und Wasserverbrauch sowie die Schadstoffemissionen in Luft, Wasser und Boden analysiert. Zusätzlich zu den direkten Umweltwirkung durch die Nutzung der Fahrzeuge wurden auch die Umwelt­wirkungen bei der Herstellung von Fahrzeugen, Kraftstoffen und Stromerzeu­gungs­­anlagen als sogenanntes „Hintergrundsystem“ detailliert bestimmt. Die Analysen wurden jeweils für Fahrzeuge, die 2020, 2030 und 2050 zugelassen wurden, durchgeführt. Weitere Informationen Aquatische Eutrophierung Die aquatische Eutrophierung ist ein Maß für den Nährstoffeintrag (u.a. Stickstoff und Phosphor) in Flüsse, Seen und Meere und führt dort zu einer Erhöhung bzw. Beschleunigung des Wachstums von Algen. Hierdurch können großflächige Algenblüten auftreten, auch mit Arten die Giftstoffe produzieren, welche zur Verschlechterung der Wasserqualität führen. Als Folge des bakteriellen Abbaus abgestorbener Algen kann der Sauerstoffgehalt in Gewässern sinken und so zu einem Absterben von Wasserlebewesen (u. a. Fische) führen. Versauerung Die Versauerung führt zu einer Abnahme des pH-Wertes in Böden und Gewässern und ist dafür verantwortlich, dass für Pflanzen wichtige Nährstoffe bzw. Mineralien (z. B. Kalzium, Magnesium, Kalium) aus dem Oberboden ausgewaschen werden. Verantwortlich für die Versauerung sind heute vor allem Emissionen aus Verbrennungsprozessen, welche Stickoxide (NO x ) enthalten

Transformation des Strommarktes bis 2050 – Optionen für ein Marktdesign mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien

Um den Anforderungen der erneuerbaren Energien und der Transformation gerecht zu werden, leitet die Studie einen konsistenten Synthesevorschlag ab für das Markt- und Regulierungsdesign für die Zeit bis 2050. Dieser sieht für den Strommarkt ein Energy-Only-Marktdesign im Sinne des Strommarkt 2.0 vor, das die bestmöglichen Voraussetzungen für eine wettbewerblich organisierte Flexibilisierung des Stromsystems und eine effiziente Gewährleistung der Versorgungssicherheit schafft. Dies unterstützt auch die Wirtschaftlichkeit der erneuerbaren Energien (EE). Im EE-Fördersystem sollten die Marktwerte als zentrale Größe bei der Bestimmung der Förderhöhe und im Anreizsystem berücksichtigt werden. Weiterentwickelte Ausschreibungssysteme auf Basis variabler bzw. gleitender Marktprämien können diese Anforderungen erfüllen. Veröffentlicht in Climate Change | 09/2021.

Evaluierung und Weiterentwicklung des EU-Emissionshandels aus ökonomischer Perspektive für die Zeit nach 2020 (EU-ETS-7)

In diesem Forschungsbericht werden für die 4. Handelsperiode des EU-Emissionshandels (2021-2030) detaillierte Regeln kostenloser Zuteilungen für eine zielgerichtete Berücksichtigung von „Carbon Leakage“, von Kapazitäts- und Produktionsänderungen im Zeitablauf, sowie von Umstrukturierungen des Stromsystems in Staaten Mittel- und Osteuropas, analysiert. In einem weiteren Abschnitt wird eine Bestandsaufnahme wichtiger Bestimmungsfaktoren für die Emissionsentwicklung im Emissionshandel in ausgewählten EU-Mitgliedstaaten durchgeführt. Veröffentlicht in Climate Change | 29/2019.

Vollständig auf erneuerbaren Energien basierende Stromversorgung Deutschlands im Jahr 2050 auf Basis in Europa großtechnisch leicht erschließbarer Potentiale – Analyse und Bewertung anhand von Studien

In der vorliegenden Studie steht die Forschungsfrage im Mittelpunkt, ob ein vollständig auf erneuerbaren Energien beruhendes Stromsystem mit hohen Importanteilen von rund 10 bis 20 % nach heutigem Stand des Wissens als technisch-ökologisch realisierbar angesehen werden kann. Als Grundlage für die Untersuchung wird in erster Linie auf eine Reihe von Szenariostudien zurückgegriffen, die ein weitgehend treibhausgasemissionsfreies, zu 90 bis 100 % auf regenerativer Erzeugung basierendes und von hohen Stromimportanteilen gekennzeichnetes Stromsystem mit dem Zeithorizont 2050 modellieren und beschreiben. Dabei werden analog zu Szenarien für Deutschland auch vorliegende Szenarien für Europa in den Blick genommen, die für den europäischen Kontinent wesentliche Nettostromimporte aus Nordafrika vorsehen. Veröffentlicht in Climate Change | 27/2014.

Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Dachanlagen

Die Vergütungssätze für Photovoltaikanlagen auf Dächern sind in den letzten Jahren erheblich zurück gegangen, während sich die Kosten zur Errichtung der Anlagen nicht in gleichem Maße reduzierten. Dadurch ist ein wirtschaftlicher Betrieb von Photovoltaikanlagen bis 100 kWp nur noch möglich, wenn ein Teil des Stroms selbst verbraucht werden kann. Wenn der ungleichmäßigen Entwicklung von Vergütung und Kosten nicht entgegengewirkt wird, werden bis Mitte 2022 viele der untersuchten Anlagen trotz anteiliger Eigenversorgung nicht mehr wirtschaftlich sein. Daraus ergibt sich ein Anpassungsbedarf des Degressionsmechanismus, um einen hohen Zubau von Photovoltaik-Dachanlagen abzusichern. Damit außerdem auch Anlagen ohne Eigenverbrauch wieder zu dem aus Klimaschutzsicht benötigten Zubau beitragen können, müsste zusätzlich zur Anpassung des Degressionsmechanismus ein Zuschlag auf den Vergütungssatz implementiert werden. Das Gutachten arbeitet heraus, dass der Fokus verstärkt auf den Beitrag der Photovoltaik zur Dekarbonisierung des gesamten Stromsystems und weniger auf das eigene Haus als abgeschlossenen Stromkosmos gelegt werden sollte. Veröffentlicht in Climate Change | 66/2021.

Energiewende: Industrielle Verbraucher können Strom flexibler nutzen

Lastreduktion von bis zu 6 Gigawatt möglich – Papierindustrie könnte über 40 Prozent davon erbringen Elektrostahlwerke, Chlorelektrolyseanlagen und andere industrielle Großverbraucher könnten ihren Stromverbrauch deutlich stärker flexibilisieren und so bei der Integration der erneuerbaren Energien ins Stromsystem helfen. Das ergab eine Studie für das Umweltbundesamt (UBA). "Eine flexiblere Stromnachfrage – das so genannte Lastmanagement – ist zentral für die Energiewende. Es muss uns zukünftig gelingen, insbesondere die Spitzenstromnachfrage stärker in Zeiten zu legen, in den Wind- oder Solarenergie ihren Strom liefern. Dann brauchen wir weniger installierte Leistung in den konventionellen Kraftwerken.“, sagte UBA-Präsidentin Maria Krautzberger. Für neun untersuchte Branchen zeigte sich ein technisches Potential zur Lastreduktion von rund 6 Gigawatt (GW). Dies entspricht etwa 7 Prozent der deutschen Jahreshöchstlast. Für die Studie hatte das ⁠ UBA ⁠ 25 Unternehmen aus den Branchen und Industrieprozessen der Papierindustrie, Chlorelektrolyse, Elektrostahl, Aluminiumelektrolyse, Luftzerlegung, Raffinerien, Zementherstellung, Behälterglasindustrie und Braunkohletagebaue befragen lassen. Alle neun Branchen, die zusammen rund 30 Prozent des industriellen Stromverbrauchs ausmachen, zeichnen sich durch eine hohe zeitliche Verfügbarkeit aus (benötigen also an vielen Stunden des Tages Strom) und haben eine hohe installierte Leistung. Bereits heute könnten ohne wesentliche Änderungen der Produktions-abläufe rund 3 GW für die Lastreduktion genutzt werden. Möglich wird das etwa, wenn ein Hersteller von Aluminium bei der Elektrolyse nachts, wenn die Sonne nicht scheint, die Produktion kurzzeitig verringert. In der Papierindustrie lassen sich durch anderes und längeres Lagern der Zwischenprodukte wie Bütten die Potenziale zum Lastmanagement vergrößern. In Raffinerien ist Lastmanagement derzeit nicht umsetzbar, da hier eine Vielzahl von Aggregaten in komplexen Prozessabläufen zusammen wirken. Insgesamt liegt das rein „technische Potential“ laut Studie bei 6 GW über alle Branchen gerechnet. Als technische realisierbar gelten laut Studie Lastreduktionen, die keine längere Produktionsunterbrechungen oder Schäden an einer Anlage verursachen. Das so genannte „soziotechnische Potenzial (Gesamt 1h) “ liegt derzeit noch bei nur rund 3,5 Gigawatt. Es beschreibt, was die rund 25 befragten Unternehmen als wirklich nutzbar einschätzen. Es berücksichtigt neben reiner Technik auch individuelle Aspekte, etwa Hemmnisse aufgrund bestehender Lieferverpflichtungen aus unflexiblen Lieferverträgen oder fehlende wirtschaftliche Attraktivität.

Vermeidungskostenkurven für das Europäische Emissionshandelssystem (EU ETS)

Dieser Bericht präsentiert Vermeidungskostenkurven (VKK) für Treibhausgasemissionen im EU-Emissionshandel (EU ETS) für die Jahre 2030 und 2040. Er umfasst alle 31 am EU ETS beteiligten Länder (inkl. Großbritannien) und alle relevanten Sektoren mit Ausnahme des Luftverkehrs. Für die Ermittlung der VKK kamen die Modelle Enertile (Optimierungsmodell des Europäischen Stromsystems) und FORECAST-Industry (Bottom-up-Simulationsmodell für die Industrie inklusive Raffinerien) zum Einsatz. Neben einem Basisszenario wurden drei Sensitivitätsanalysen (Variation der Preise für Erdgas und Wind- und Solarenergie sowie eine Änderung der angenommenen Wirtschaftlichkeitskalküle) durchgeführt. Der Bericht beschreibt die Modelle und zentrale Annahmen und vergleicht die Ergebnisse mit denen anderer Studien. Zudem werden die größten methodischen und inhaltlichen Herausforderungen diskutiert. Veröffentlicht in Climate Change | 07/2022.

Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung: Elektrifizierung von Betriebsmitteln im Gasnetz

Die Studie gibt erste Antworten zu möglichen Potenzialen und Auswirkungen der Integration erneuerbarer Energien ins Gasnetz durch die Elektrifizierung von Betriebsmitteln. Die Betriebsmittel werden bislang mit dem zu transportierenden Erdgas bereitgestellt. Die Studie zeigt so eine neue Option der Sektorkopplung auf. Es wird unter verschiedenen Rahmenbedingungen aufgezeigt, welche Treibhausgasminderungs- und Primärenergieeinspareffekte erschlossen werden können, welche System- und Umweltkosten damit verbunden sind und welcher Flexibilitätsbeitrag für das Stromsystem durch diese neue Stektorkopplungstechnik bereit gestellt werden kann. Veröffentlicht in Climate Change | 04/2019.

Aktualisierung und Bewertung der Ökobilanzen von Windenergie- und Photovoltaikanlagen unter Berücksichtigung aktueller Technologieentwicklungen

Windenergie und Photovoltaik sind die tragenden Säulen eines auf erneuerbaren Energien basierenden Stromsystems. In diesem Vorhaben wurden deren Energie- und Materialbilanzen sowie weitere Wirkungsindikatoren über den gesamten Lebenszyklus betrachtet und aktualisiert. Neben verschiedenen Herstellungsszenarien wurden auch Sensitivitäten berechnet, indem etwa die Nutzungsdauer der Anlagen variiert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass selbst im ungünstigsten Fall die vor allem in der Herstellungsphase entstehenden Treibhauspotenziale pro erzeugter Kilowattstunde Wind- und Photovoltaikstrom um ein Vielfaches unterhalb konventioneller Stromerzeugungsarten liegen. Gegenüber früheren Ökobilanzstudien wird deutlich, dass der Fortschritt bei der Anlagentechnik dazu beitrug, dass bereits sehr geringe Treibhauspotenzial weiter zu reduzieren. Veröffentlicht in Climate Change | 35/2021.

Strombilanzierung im Verkehrssektor

Bei der ökologischen Bewertung unterschiedlicher Verkehrsträger kommt bei strombasierten Verkehrsträgern der Ermittlung des anzulegenden Strommixes und des damit zusammenhängenden Emissionsfaktors eine entscheidende Rolle zu. Grundsätzlich bestehen hier mehrere mögliche Ansätze. Die Analyse der energiewirtschaftlichen Situation in Deutschland und Europa zeigt, dass die individuelle Zuordnung individuell definierter Stromeigenschaften beispielsweise im Rahmen von Ökostrom-Bezugsverträgen nur unter sehr bestimmten Voraussetzungen mit einem relevanten Beitrag zur Änderung des Stromsystems zusammenhängt. Für einen technologiespezifischen Verkehrsträgervergleich wird hinsichtlich der Nutzung von Strom, speziell bezogen auf Bahnstrom sowie auf straßengebundene Elektromobilität, die Anwendung des bundesdeutschen Erzeugungsmixes und des damit zusammenhängenden Emissionsfaktors empfohlen. Veröffentlicht in Texte | 134/2019.

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