Einführung
Global Energy Solutions arbeitet an Lösungen der Energie- und Klimakrise – für demnächst zehn Milliarden Menschen, die in Freiheit und Wohlstand leben. In diesem Rahmen haben wir Studien von renommierten Instituten, die ein klimaneutrales Energiesystem für die Mitte des Jahrhunderts entwerfen, verglichen.
Nach intensiver Recherche haben wir vier Veröffentlichungen der vergangenen zwei Jahre ausgewählt:
- IEA: net zero by 2050 – a roadmap for the global energy sector (Oct. 2021)
- IRENA: world energy transitions outlook (1,5 pathway) (2021)
- BP: Energy Outlook 2022 Edition (2022)
- Shell: the energy transformation scenarios (2021)
Wer steht hinter diesen Studien? Die International Energy Agency (IEA) wurde aus der Erfahrung der Ölkrise 1974 gegründet, hat 31 Mitgliedsländer (u.a. Deutschland, USA, Frankreich, Japan), weitere 11 Länder sind assoziiert (u.a. China und Brasilien), davon drei Beitrittskandidaten (u.a. Israel). Weder Russland noch Länder des Nahen Ostens noch Mitglieder der OPEC gehören dazu. IRENA (International Renewable Energy Agency) ist eine in Abu Dhabi beheimatete Organisation, deren Ziel die Förderung erneuerbarer Energien ist. Derzeit führt sie 168 Länder als Mitglieder und hat weitere 16 Länder als Beitrittskandidaten. Sie repräsentiert also das breite Meinungsspektrum sehr vieler Länder in Bezug auf den Ausbau erneuerbarer Energien. Schließlich haben wir die Studien der beiden großen börsennotierten Ölkonzerne BP und Shell ausgewählt, bei denen jeweils BlackRock ein großer Einzelaktionär ist. Die darin enthaltenen Angaben wurden, wo immer sinnvoll möglich, auf die Energieeinheit Terrawattstunde umgerechnet und werden in diesem Text der besseren Übersichtlichkeit halber in Petawattstunden (PWh, eine Petawattstunde (10 hoch 15) entspricht 1000 Terrawattstunden, TWh) kommentiert.
Der erste wesentliche Unterschied zwischen den Studien besteht darin, dass drei Studien bemüht sind, einen Weg zur Klimaneutralität bis 2050 aufzuzeigen, der von Shell beschriebene Weg erreicht dieses Ziel dagegen erst 2058.
Grafik 1 (siehe PDF-Dokument)
Ausgangspunkt ist der globale Primärenergieeinsatz 2019, der in einer Spannbreite von 167 bis 174 PWh angegeben wird, mit Endenergieverbräuchen zwischen 105 (IRENA) und 133 PWh (BP) im selben Jahr.
Unter reiner Fortschreibung der derzeit weltweit von den Regierungen veröffentlichten Maßnahmenprogrammen rechnen drei Studien mit einer Steigerung des Primärenergiebedarfs um gut 20 % bis 2050 (auf dann 206 – 212 PWh), während Shell für einen Fall ohne zusätzliche Maßnahmen keine Angaben macht. In diesem Basisfall würden auch 2050 noch CO2-Emissionen von ca. 31-37 Gigaton pro Jahr emittiert. Die Steigerung des Primärenergieverbrauchs ist verbunden mit einer Erhöhung der wirtschaftlichen Leistung in Form des Bruttoinlandprodukts ungefähr um den Faktor 2,2 gegenüber 2019. Das würde grob eine Verdoppelung des weltweiten Wohlstandsniveaus bis 2050 bedeuten.
Ein weiterer signifikanter Unterschied zeigt sich im Endenergieverbrauch nach zusätzlichen, in den jeweiligen Studien angenommenen Maßnahmenprogrammen zur Erreichung von Net Zero: Während IEA, IRENA und BP einen Rückgang des Endenergiebedarfs überraschend übereinstimmend auf ca. 97 PWh prognostizieren, geht Shell bis 2050 von einer deutlichen Erhöhung auf 153 PWh aus, also von einer Steigerung um gut 30 %, auch nach 2050 rechnet die Shell-Studie mit einer weiteren Erhöhung des Endenergiebedarfs.
Die Studie von Shell sieht als gravierenden Unterschied zu den anderen Studien einen deutlich langsameren Rückgang der Rolle der fossilen Energieträger. In 2050 beträgt er laut Shell rund 45 % der Primärenergie, während die weiteren Studien nur von ca. 17 – 23 % ausgehen (aktuell über 80 %). Entsprechend erwartet Shell auch 2050 noch einen deutlich höheren Anteil fossiler Energieträger an der Stromerzeugung: rund ein Fünftel. Auch danach geht die Nutzung fossiler Energien nur langsam weiter zurück.
Die Wirkhebel
Bei den möglichen Wirkhebeln der zur Erreichung von Net Zero zusätzlich erforderlichen Maßnahmenprogrammen sind die Studien recht einheitlich. Sie kommen aber zu einer teilweise sehr unterschiedlichen Wirkung der aufgeführten Programme und unterscheiden sich daher in einigen Ergebnissen deutlich.
Sieben Wirkhebel werden in unterschiedlichen Detaillierungsgraden beschrieben und in ihren Möglichkeiten beurteilt. Sie alle spielen beim Erreichen von Net Zero in allen Studien eine wichtige Rolle:
- Effizienzgewinne in der Nutzung der eingesetzten Energie:Hiermit sind z.B. die Reduzierung von vermeidbaren Energieverlusten bspw. bei Gebäuden oder der Einsatz von Energierückgewinnungstechniken gemeint.
Fossile Energieträger und Kernenergie 2050
Grafik 7 (siehe PDF-Dokument)
Der Anteil verbleibender Nutzung fossiler Energieträger geht gegenüber dem Ausgangspunkt 2019 von über 80 % in allen Studien signifikant zurück. BP erwartet noch die Nutzung von ca. 34 PWh, anteilig 17 %, und liegt damit deutlich unter IRENA, die 26 % an der Primärenergieerzeugung angeben, ohne eine weitere Differenzierung der einzelnen Energieträger. Shell publiziert den größten verbleibenden Anteil: noch 45 % der Primärenergie wird auf fossiler Basis versorgt, dabei spielt Öl (19 %) unverändert die größte Rolle, gefolgt von Erdgas (14 %) und Kohle (12 %). Ebenso ist bei Shell der absolute Rückgang gegenüber 2019 am geringsten: bei Öl um 5 PWh (-10 %), Erdgas um 9 PWh (-22 %) und Kohle um 16 PWh (-39 %).
Interessant ist in diesem Zusammenhang auch die Plausibilisierung des Einsatzes fossiler Brennstoffe im Hinblick auf die prognostizierte verstärkte Anwendung von Carbon Capture. Bei IEA und BP wird grob so viel CO2 über Carbon Capture abgefangen wie durch den Rest an fossilen Energieträgern in das Klimasystem eingetragen wird. Bei Shell ist die Summe aus verbleibenden CO2-Emissionen und durch Carbon Capture abgefangenem CO2 deutlich kleiner als die Summe des durch die große Menge fossiler Energieträger eingebrachten Kohlendioxids. Hier wird offensichtlich mit einer großen Kompensationswirkung von Nature-based Solutions geplant, deutlich größer jedenfalls als bei den anderen Studien. Auch bleibt in allen Fällen die Frage, wie erhebliche verbleibende CO2-Emissionen aus solchen Sektoren wie der Zementindustrie kompensiert werden, bei denen wesentliche CO2-Mengen nicht durch den Energieeinsatz sondern durch den zugrundeliegenden chemischen Prozess verursacht werden.
Ohne als Wirkhebel zur Erreichung der Klimaneutralität explizit argumentiert zu werden, spielt die Kernenergie bei den Vorhersagen 2050 eine gewichtige Rolle. Gegenüber 2019 (2,7 PWh) erwarten alle Studien eine Zunahme der kernenergiebasierten Stromerzeugung, IEA und BP um ein Vielfaches, Shell sogar um den Faktor 8 auf 22 PWh, wohl auch um dem insgesamt signifikant steigenden Energiebedarf gerecht zu werden.
Unsicherheiten
Die Studien selber sehen die größten Schwierigkeiten ihrer Prognosen bei den Verhaltensänderungen. Ob der Langstreckenflugverkehr bei steigender Weltbevölkerung und wachsendem Wohlstandsbedarf zurückgeht wird ebenso als Unsicherheit kommentiert wie die Konsequenz in der Einführung von verhaltensbeeinflussenden Regulierungen, bspw. einer möglichst global wirksamen CO2-Bepreisung. Bei der Bioenergie wird explizit auf den Konflikt zur Nahrungsmittelproduktion bei der Landnutzung hingewiesen. Auch wird in der bedeutenden Anwendung von Carbon Capture eine große Ungewissheit gesehen: aufgrund der damit verbundenen Kosten, möglichen technischen Herausforderungen und des ungewissen Verhaltens der Politik in Bezug auf die Akzeptanz und Durchsetzung dieser Maßnahmen. Letztlich liegt in dem erzielbaren technischen Fortschritt ein deutlicher Unsicherheitsfaktor. Werden sich batteriebetriebene Lastwagen durchsetzen, wird sich wasserstoffbasierte Stahlerzeugung weltweit etablieren oder wird CO2-Abfangen in großem Maßstab eine Selbstverständlichkeit?
Was fehlt?
Themen der internationalen Zusammenarbeit wie Kooperationserfordernis für die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Maßnahmen oder die Erfordernis von Technologietransfers werden in den Kommentaren nicht adressiert. Auch wenn es die Studien nicht zum unmittelbaren Inhalt haben, Empfehlungen zur wirtschaftlichen Entwicklung der Schwellen- und Entwicklungsländer zu geben, so erscheint es jedenfalls notwendig, die Empfehlungen bei der Entwicklung entsprechender Policies zu berücksichtigen. Nicht zuletzt deshalb, da ein erheblicher Teil der zukünftigen Entwicklung und damit ein erheblicher Teil der zusätzlich zu erwartenden bzw. zu vermeidenden Emissionen in diesen Ländern stattfinden werden.
Leider ermöglichen die veröffentlichten Daten kein profundes Verständnis der angewandten Methodik oder der durchgeführten Simulationen. Kosteneffizienz des Wandels ist in Ansätzen adressiert, die Verfügbarkeit der für den Aufbau alternativer Erzeugung erforderlichen Rohstoffe nicht.
Somit sind viele Fragezeichen bzgl. der Belastbarkeit der umfangreichen Arbeiten erlaubt – letztlich gibt aber die hier erfolgte Gegenüberstellung wichtige Hinweise auf die Ähnlichkeit der Überlegungen und wesentliche zu lösende Fragestellungen.
Fazit
Da ist zunächst die Frage nach der weiteren Nutzung von fossilen Energieträgern. Erdöl-, Erdgas- und Kohlevorkommen sind im Wesentlichen auf 25 Länder konzentriert, die über mehr als 80 % der bekannten Reserven verfügen. Wie wird die Nutzung regenerativer Energieträger dort gefördert? Welche alternativen Geschäftsmodelle sichern möglicherweise Staatshaushalt und wirtschaftliche Entwicklung? Die von allen Studien dargestellte Nutzung von Carbon Capture ist als unmittelbare Kompensationsmöglichkeit für die zukünftigen fossilen CO2-Emissionen ein strategisch bedeutsames Lösungselement der Net Zero-Herausforderung und damit von größter Relevanz.
Die umfangreiche Nutzung regenerativer Energieträger wird neben den Fragen der Verfügbarkeit von Rohstoffen und Bezahlbarkeit auch wesentlich von einer kosteneffizienten Beherrschbarkeit der Volatilitätsfragen bei der Erzeugung von Strom beeinflusst. Ein hoher Anteil von Solar- und Windenergie erscheint überall dort möglich, wo im großen Umfang kostengünstige Strategien gegen Dunkelflauten genutzt werden können, z.B. über fossil betriebene Kraftwerke mit Carbon Capture oder kostengünstige Speicherstrategien.
Offensichtlich spielt auch der Ausbau wasserstoffbasierter Energieträger eine bedeutsame Rolle. Vorausgesetzt die zahlreichen Skalierungshemmnisse für den umfassenden Aufbau entsprechender Kapazitäten können zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten zeitnah überwunden werden.
Effizienzgewinne und Verhaltensänderungen werden perspektivisch ebenfalls bedeutend beitragen können, sind allerdings in ihrer Planbarkeit mit großen Unsicherheiten verbunden. Der technische Fortschritt ist ebenfalls ein bedeutsamer Hoffnungsträger. Auf der einen Seite sind alle wesentlichen denkbaren Lösungen (Kernfusion, Gezeitenkraftwerke, etc.) bekannt, andererseits meist noch zu ungewiss in ihrer praktischen Anwendung, um konkret in einen Ausblick eingepreist werden zu können.
Siehe hierzu auch die GES-Veröffentlichung Elektrolyse: Status Quo: Technik, Kosten und Herausforderungen
