Emissionsvermeidung durch erneuerbare Energieträger

Fossile Energieträger werden in Deutschland zunehmend durch erneuerbare ersetzt. Das vermeidet Treibhausgase und Luftschadstoffe. Allerdings schlägt sich der steigende Anteil der Erneuerbaren nicht im gleichen Maße in zurückgehenden Emissionen im Treibhaugasinventar nieder. Mittels Komponentenzerlegung wird deutlich, welche Faktoren steigernd und welche mindernd auf den Treibhausgasausstoß wirken.

Inhaltsverzeichnis

 

Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger

Die steigende Nutzung erneuerbarer Energieträger führt zu einer Verdrängung fossiler Energien und somit zu einer zunehmenden Vermeidung klimaschädlicher Treibhausgase. Basierend auf den Daten zur Entwicklung der erneuerbaren Energien kann für das Jahr 2021 eine Treibhausgasvermeidung von rund 221 Millionen (Mio.) Tonnen CO₂-Äquivalenten angenommen werden. Der größte Anteil an den vermiedenen Emissionen hat dabei die regenerative Stromerzeugung. Auf den Stromsektor entfielen vermiedene Emissionen in Höhe von 167 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente. Durch die Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmesektor wurden Treibhausgase in Höhe von fast 45 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente vermieden, durch Biokraftstoffe knapp 10 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente.

Ein Diagramm schlüsselt für das Jahr 2021 die Vermeidung von Treibhausgas-Emissionen in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr nach erneuerbaren Energieträgern auf.
Vermiedene Treibhausgas-Emissionen durch die Nutzung erneuerbarer Energien im Jahr 2021
Quelle: Umweltbundesamt unter Verwendung von Daten der AGEE-Stat Diagramm als PDF
 

Entwicklung des Treibhausgasinventars im Vergleich zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland

Im Treibhausgasinventar werden die Treibhausgasemissionen Deutschlands entsprechend der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen und dem Kyoto-Protokoll berichtet. Danach wurden 2020 in Deutschland insgesamt 729 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente ausgestoßen. Das sind 71 Millionen Tonnen weniger als 2019 und über 40 % weniger im Vergleich zu 1990. Schaut man sich die Entwicklung der Treibhausgase seit der Weltwirtschaftskrise 2008 bis zum Jahr 2017 an, stellt man fest, dass sie im Rahmen eines Korridors zwischen knapp 880 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente und etwas mehr als 930 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente schwanken. Im gleichen Zeitraum ist der Anteil erneuerbarer Energien am ⁠Primärenergieverbrauch⁠ über alle Sektoren hinweg jedoch von knapp 8 % auf 13 % gestiegen. Erst ab den Jahr 2018 ist dann ein signifikanter Rückgang der Treibhausgasemissionen zu beobachten. Dies gilt insbesondere für das Jahr 2020, welches im Zeichen der Coronakrise stand.

Es wird ersichtlich, dass der steigende Anteil erneuerbarer Energieträger nicht immer einen proportional entsprechenden Rückgang der Emissionen im Treibhaugasinventar zu verzeichnen hat. Allein der starke Rückgang der Treibhausgasemissionen 2009, direkt nach der Wirtschaftskrise, macht deutlich, dass weitere Treiber einen starken Einfluss auf die Entwicklung der Treibhausgasemissionen haben. Als Treiber gelten dabei die wichtigsten Einflussfaktoren auf den ⁠Trend⁠ einer betrachteten Größe wie Strom oder Wärme, die einen relevanten Einfluss auf das Ansteigen oder Sinken der CO₂-Emissionen haben. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Komponentenzerlegung energiebedingter Treibhausgasemissionen mit den Fokus auf den Ausbau erneuerbarer Energien“ hat das ⁠UBA⁠ den positiven Beitrag erneuerbarer Energien zur Emissionsreduktion im Vergleich zu weiteren Treibern mittels der Methode der Komponentenzerlegung von den Auftragnehmern Öko-Institut Berlin und ifeu Heidelberg untersuchen lassen.

Das Diagramm zeigt auf der linken Achse die Entwicklung der gesamten Treibhausgasemissionen (Balken), auf der rechten Achse den Anteil der erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch (Linie) für die Jahre 2000-2020.
Treibhausgasemissionen und der Anteil der erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch 2000-2019
Quelle: Umweltbundesamt
 

Komponentenzerlegung energiebedingter Treibhausgasemissionen mit Fokus auf dem Ausbau erneuerbarer Energien

Eine Komponentenzerlegung (oder Dekompositionsanalyse) kann verwendet werden, um den Beitrag wichtiger Treiber auf die zeitliche Entwicklung einer Variablen von Interesse (z.B. energiebedingte Treibhausgasemissionen) zu quantifizieren. Diese Quantifizierung erfolgt in der gleichen Einheit, in der die Variable gemessen wird (z.B. in Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente). Das hat einen Mehrwert, denn in der Regel werden die treibenden Kräfte hinter einer Entwicklung in anderen Einheiten gemessen und der Anteil, den sie an der Entwicklung haben, ist daher nicht direkt ersichtlich.

Die Komponentenzerlegung erfolgt in zweifacher Art und Weise: Zum einen werden die kumulierten Beiträge der einzelnen Komponenten gegenüber einem definierten Ausgangsjahr dargestellt und zum anderen wird die jährliche Entwicklung der einzelnen Treiber dargestellt. Dabei werden – entsprechend der Konvention der Methodik des nationalen Treibhausgasinventars – ausschließlich die direkten CO₂-Emissionen betrachtet. Somit sind anders als bei der Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger die vorgelagerten, teilweise im Ausland entstehenden Emissionen nicht Teil der Betrachtung. Eine weiterführende Erläuterung zur Methodik und eine mathematischen Definitionen der einzelnen Treiber kann man dem 3. Teilbericht des Forschungsvorhabens „Komponentenzerlegung energiebedingter Treibhausgasemissionen mit den Fokus auf den Ausbau erneuerbarer Energien“ entnehmen.

 

Makroebene: Energiebedingte CO₂-Emissionen

Die Dekomposition auf Makroebene dient dazu, die Beiträge wesentlicher Treiber an der Veränderung der Emissionen des Sektors Energie in Abgrenzung des Common Reporting Formats (CRF 1, im Folgenden: energiebedingte CO₂-Emissionen) zu quantifizieren. Um die Quantifizierung zu ermöglichen, werden die potenziellen Treiber identifiziert, die eine Veränderung der energiebedingten CO₂-Emissionen über die Zeit verursachen und zueinander ins Verhältnis gesetzt. Die im Folgenden benannten Treiber sind berechnete Terme, die im oben genannten Forschungsbericht definiert und erläutert sind. Die Abbildungen zeigen die Anteile, die die Emissionstreiber Bevölkerung, Wirtschaftsentwicklung, Energieintensität, Einfluss erneuerbarer Energien und Brennstoffwechsel & Atomausstieg an der Entwicklung der deutschen energiebedingten CO₂-Emissionen haben.

Die wesentlichen Treiber der Reduktion der energiebedingten CO₂-Emissionen sind laut Dekompositionsanalyse sinkende Energieintensität, Brennstoffwechsel und Atomausstieg, sowie ein zunehmender Anteil erneuerbarer Energien. Der emissionsmindernde Beitrag dieser Treiber gleicht den emissionstreibenden Effekt der anderen Treiber mehr als aus. Der stärkste Treiber der energiebedingten CO₂-Emissionen ist durchgängig die Wirtschaftsentwicklung.

<>
 

CO₂-Emissionen aus der Stromerzeugung

Die meisten energiebedingten CO₂-Emissionen werden im Stromsektor emittiert. Bei der Komponentenzerlegung im Stromsektor ist es eine besondere Herausforderung, dass im Strommix nicht nur ein fossiler und ein erneuerbarer Anteil besteht, sondern dass zum nicht-fossilen Anteil der Stromerzeugung neben den erneuerbaren Energien auch die Kernenergie zählt. Da hier insbesondere die Wirkungen der erneuerbaren Energien interessieren, sind sie getrennt von der Kernenergie zu quantifizieren.

Die Ergebnisse der Komponentenzerlegung zeigen, welche Einflussfaktoren für diese Entwicklung eine Rolle gespielt haben. Unter den steigernd oder senkend wirkenden Treibern sind der ⁠Endenergieverbrauch⁠, der Rückgang der Kernenergie, die Effizienz der fossilen Erzeugung und der Zubau der erneuerbaren Energien diejenigen mit den größten Effekten im Vergleich zum Jahr 1990. Dabei treiben der steigende Stromverbrauch und der sinkende Anteil der Kernenergie die Emissionen in die Höhe. Die steigende Effizienz der fossilen Erzeugung und der Zubau der erneuerbaren Energien senken die CO-Emissionen. Während der Einfluss von Effizienz und Energieverlusten im Zeitraum der jüngsten 10 Jahre in etwa konstant geblieben sind, werden die Effekte des Kernenergierückgangs als auch des Zubaus erneuerbarer Energien mit der Zeit deutlich stärker. Die Emissionsintensität, die auch ein Maß für das Verhältnis von Kohle zu Erdgas bei der Stromerzeugung ist, hat einen kleinen emissionsmindernden Beitrag. Dagegen führt die Entwicklung des Stromaustauschsaldos in den meisten Jahren gegenüber 1990 zu einem Anstieg der CO₂-Emissionen, dieser Effekt nimmt in den letzten Jahren durch die im Saldo sinkenden Stromexporte ab. Der emissionsteigende Effekt des Stromverbrauchs ist in den letzten Jahren ebenfalls rückläufig. 

<>
 

CO₂-Emissionen aus der Bereitstellung von Industriewärme

Die Industrie ist nach der Stromerzeugung und dem Straßenverkehr die drittwichtigste Quelle von Treibhausgasemissionen in Deutschland. Eine besondere Bedeutung haben hierbei die Emissionen aus der Wärmeerzeugung.  Um eine Komponentenzerlegung der CO₂-Emissionen der Industriewärme durchzuführen, werden zunächst die wesentlichen Treiber identifiziert, die eine Veränderung der CO₂-Emissionen der Industriewärme über die Zeit verursachen und dann zueinander in Beziehung gesetzt. Industrie umfasst dabei das verarbeitende Gewerbe, Raffinerien sowie Kokereien und die sonstige Herstellung von Brennstoffen. Ebenfalls enthalten sind die Emissionen aus der Wärmeerzeugung in industriellen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK).

Die folgenden Abbildungen zeigen die Anteile, die die Emissionstreiber Wirtschaftsentwicklung, Industrieanteil am Bruttoinlandsprodukt (BIP), Wärmeintensität, erneuerbarer Anteil am Wärmebedarf und fossiler Brennstoffmix zur Veränderung der energetischen CO₂-Emissionen der Industriewärme gegenüber 1990 und gegenüber dem Vorjahr haben.

Der mit Abstand stärkste Treiber ist die gesunkene Wärmeintensität. Die Wärmeintensität bildet ab, wieviel Wärme in der Industrie benötigt wird, um eine Einheit Bruttoproduktionswert zu generieren. Wird weniger Wärme benötigt, um den gleichen Wert zu erzielen, ist die Wärmeintensität niedriger und dementsprechend auch die CO₂-Emissionen. Zu Beginn der 1990er-Jahre hat hierbei insbesondere der wirtschaftliche Niedergang der in Teilen sehr ineffizienten ostdeutschen Wirtschaftsbereiche einen wichtigen Einfluss.

Der steigende Industrieanteil am BIP führte in den 1990er- und den frühen 2000er-Jahren zu leicht steigenden Emissionen: Auf einige Jahre mit tendenziell geringerem Anteil der industriellen Wärme am BIP seit Mitte der 2000er-Jahre folgte eine Phase mit erneut steigenden Anteilen der industriellen Wärme am BIP, welcher anschließend jedoch wieder rückläufig war. Es zeigt sich darüber hinaus, dass im Bereich der Energieträger der Brennstoffwechsel zu Gas bisher eine deutlich größere Emissionsminderungswirkung hat als der Einsatz erneuerbarer Energien. In der Veränderung des fossilen Brennstoffmixes ist allerdings auch die erweiterte Nutzung von Fernwärme enthalten, deren Emissionen nicht direkt bei den privaten Haushalten sondern in der Energiewirtschaft erfasst werden. Insofern ist die Fernwärmenutzung eine Verlagerung von Emissionen.

Einen merklichen Effekt haben die erneuerbaren Energien erst seit 2003. Dies ist teilweise ein statistisches Artefakt, denn mit der Novelle des Energiestatistikgesetzes 2003 sind die erneuerbaren Energien besser erfasst worden. In Summe sind die emissionssenkenden Treiber (Wärmeintensität, fossiler Brennstoffmix und erneuerbarer Anteil am Wärmebedarf) größer als die emissionssteigernden Treiber (Wirtschaftsentwicklung sowie teilweise Industrieanteil am BIP), so dass es im gesamten Betrachtungszeitraum zu einer Senkung der CO₂-Emissionen der Industriewärme kommt.

<>
 

CO₂-Emissionen der Raumwärme privater Haushalte

Im aktuellen Wohnbestand wird der größte Teil der Energie für Raumwärme, also die Beheizung der Wohnflächen, aufgewendet. Eine Komponentenzerlegung für die Raumwärme in privaten Haushalten berücksichtigt – entsprechend der Konvention der Methodik des nationalen Treibhausgasinventars – ausschließlich die direkten CO₂-Emissionen. Zur Betrachtung des Witterungseffekts wurde eine Temperaturbereinigung des Endenergieverbrauchs durchgeführt. Die folgenden Abbildungen zeigen die Anteile, die die Emissionstreiber Bevölkerung, Wohnfläche pro Person, Gebäudeeffizienz, Anteil erneuerbarer Energien und fossiler Brennstoffmix zur Veränderung der direkten CO₂-Emissionen privater Haushalte gegenüber 1990 und gegenüber dem Vorjahr beitrugen.

Die stärksten Treiber der Emissionsentwicklung im Bereich der Raumwärme sind die ⁠Witterung⁠ und die Gebäudeeffizienz. Sinkende Emissionen sind zum einen auf schärfere energetische Standards bei neuen Wohngebäuden, zum anderen auf energetische Sanierungen (zum Beispiel durch Dämmung) von bestehenden Wohngebäuden zurückzuführen.

Ein weiter bedeutender Treiber mit emissionsteigernder Wirkung ist die deutlich gestiegene Wohnfläche pro Person: Im Jahr 1990 standen im Schnitt noch 34,8 m²/Person zur Verfügung, dies stieg aber auf 47,3 m²/Person im Jahr 2020 an. Zusätzlich führte eine leichte Steigerung der Bevölkerung zu einer weiteren Emissionssteigerung.

Im Bereich der Energiebereitstellung sorgten der gestiegene Anteil erneuerbarer Energien und die Emissionsreduktion im fossilen Brennstoffmix zu einer Abnahme der direkten CO₂-Emissionen der Raumwärme. In der Veränderung des fossilen Brennstoffmixes ist allerdings auch die erweiterte Nutzung von Fernwärme enthalten, deren Emissionen nicht direkt bei den privaten Haushalten sondern in der Energiewirtschaft erfasst werden.

<>
 

CO₂-Emissionen aus der Bereitstellung von Fernwärme

Fernwärme wird in allen stationären Endverbrauchssektoren, also der Industrie, privaten Haushalten und im Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (GHD) genutzt. Die Emissionen der Fernwärmeerzeugung werden im Treibhausgasinventar nicht in den jeweiligen Endverbrauchssektoren sondern in der Energiewirtschaft bilanziert. Zusätzlich zu der Komponentenzerlegung für die Industriewärme und die Raumwärme wurde daher eine Komponentenzerlegung für die Fernwärme durchgeführt. Die folgenden Abbildungen zeigen die Anteile, die die Emissionstreiber Fernwärmeverbrauch, Netzverluste, Umwandlungseffizienz, Anteil erneuerbarer Energien und der fossile Brennstoffmix zur Veränderung der direkten CO₂-Emissionen der Fernwärmeerzeugung gegenüber 2003 und gegenüber dem Vorjahr beitrugen.

Stärkster emissionsmindernder Treiber ist der gestiegene Anteil erneuerbarer Energien. Seit 2014 hat auch die Reduktion des Fernwärmeverbrauchs eine emissionsmindernde Wirkung. Allerdings ist die Fernwärmenachfrage stark witterungsabhängig. Von eher untergeordneter Bedeutung und in der Zeitreihe teilweise schwankend sind die Auswirkungen der Veränderung des fossilen Brennstoffmixes, der Netzverluste und der Umwandlungseffizienz.

<>
 

CO₂-Emissionen des Personenstraßenverkehrs

Die Emissionen des Personenverkehrs werden vom motorisierten Individualverkehr (MIV) dominiert. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass ca. ¾ der in Deutschland zurückgelegten ⁠Personenkilometer⁠ dem PKW- und Motorradverkehr zugeordnet werden können. Hinzu kommt, dass der MIV einen hohen Energieverbrauch im Vergleich zum öffentlichen Verkehr hat und die Emissionen der Stromerzeugung für den Bahnverkehr nach der Logik des Treibhausgasinventars dem Stromsektor zugeordnet werden. Die folgenden Abbildungen zeigen den Einfluss der einzelnen Treiber zur Entwicklung der Emissionen des MIV.

Der zunehmende Mobilitätsbedarf, also die pro Person und Jahr zurückgelegte Strecke über alle Verkehrsträger, ist der einzige relevante Treiber, der zu einer Emissionssteigerung seit 1994 beigetragen hat. Hinzu kommt, dass der Anteil der zu Fuß oder per Fahrrad zurückgelegten Strecken leicht zurückgegangen ist. Die Energieeffizienz der Fahrzeuge wurde seit 1994 kontinuierlich verbessert und konnte die gestiegene Nachfrage nach Mobilität ausgleichen. Allerdings werden diese Effizienzgewinne durch eine verstärkte Nachfrage nach schwereren PKW zu großen Teilen aufgehoben.

Die Einführung der sogenannten Ökosteuer kann an dem Tankverhalten gut nachvollzogen werden. Bis zum Ende des Jahrtausends wurde in Deutschland ungefähr so viel Kraftstoff abgesetzt wie verbraucht, d.h. es hat sich nicht gelohnt zum Tanken ins Ausland zu fahren. Nach der Einführung der Ökosteuer ab dem Jahr 2000 kam es zu einer klaren Wende: Obwohl der Energieverbrauch des MIV gestiegen ist, wurde weniger Treibstoff in Deutschland verkauft und somit die Emissionen ins Ausland verlagert.

Die Bevölkerungsentwicklung, der fossile Kraftstoffmix und der öffentliche Verkehr spielen nur eine untergeordnete Rolle bei der Emissionsentwicklung. Bei der Rolle des öffentlichen Verkehrs fällt auf, dass der Anteil am gesamten Mobilitätsverhalten nach Zuwächsen bis 2005 stagniert und in den letzten Jahren wieder leicht zurückgegangen ist.

Besonders deutlich sind die Auswirkungen der Corona-Pandemie im Ausnahmejahr 2020 ersichtlich. So kam es durch die verschiedenen pandemiebedingten Maßnahmen zu einer deutlichen Reduktion der Beförderungsintensität und zu einer ebenfalls deutlich geringeren Nutzung des Angebots des öffentlichen Verkehrs. Im Gegensatz zu den vorher beobachteten Trends fielen beide Quoten sogar im Vergleich zum Ausgangsjahr 1994 geringer aus.

<>
 

CO₂-Emissionen des Straßengüterverkehrs


Die Emissionen des Güterverkehrs werden vom Güterkraftverkehr, also dem Transport mit schweren und leichten LKW, dominiert. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass ca. ¾ der in Deutschland zurückgelegten ⁠Tonnenkilometer⁠ dem LKW zugeordnet werden können. Hinzu kommt, dass der Straßengüterverkehr einen relativ hohen Energieverbrauch im Vergleich zum Transport per Bahn oder Binnenschiff hat. Außerdem werden die Emissionen der Stromerzeugung für den Bahnverkehr nach der Logik des Treibhausgasinventars dem Stromsektor zugeordnet. Die folgenden Abbildungen zeigen den Einfluss der einzelnen Treiber zur Entwicklung der Emissionen des Straßengüterverkehrs gegenüber 1991 und gegenüber dem Vorjahr.

Von allen untersuchten Sektoren ist dies der einzige, in dem die CO₂-Emissionen im Vergleich zu 1991 gestiegen sind. Dieses Emissionswachstum kann auf drei Gründe zurückgeführt werden: Die Wirtschaftsentwicklung, die gestiegene Transportintensität und eine Verlagerung vom Schienen- und Schiffsverkehr zum Straßengüterverkehr. Aber auch die Transportintensität, also die Änderung der Nachfrage nach Transportdienstleistungen im Vergleich zum Wirtschaftswachstum, ist sowohl gegenüber 1991 als auch gegenüber 2000 gestiegen. Deutschland ist damit eine Ausnahme innerhalb von Europa, wo es zumindest seit 2000 zu einer Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Transportnachfrage kam. Neben der gestiegenen Nachfrage nach Transportdienstleistungen hat auch der Straßengüterverkehr eine immer wichtigere Rolle am Gesamttransportvolumen bekommen. Die verbesserte Effizienz der LKW konnte die emissionssteigernden Treiber zumindest teilweise ausgleichen. Auch die Einführung von Biotreibstoffen und ersten elektrischen Lieferfahrzeugen für den Stadtverkehr konnten die Emissionen im Transportsektor leicht senken.

Die Einführung der sogenannten Ökosteuer und Verteuerung des Diesels zwischen 1999 und 2003 zeigt sich klar im Tankverhalten: Nach 1999 wurde im Vergleich zu den Vorjahren deutlich mehr Kraftstoff in Deutschland verbraucht als getankt. Das Verhältnis zwischen Absatz und Verbrauch hat sich über die letzten Jahre allerdings stabilisiert.

Auch im Straßengüterverkehr hat die Corona-Pandemie zu geringeren CO₂-Emissionen im Jahr 2020 geführt. Dies ist unter anderem durch die schwächere konjunkturelle Lage zu erklären.

<>
Teilen:
Artikel:
Drucken
Schlagworte:
 Erneuerbare Energie  Komponentenzerlegung  Treibhausgase  Emissionsbilanz  Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik