Komponentenzerlegung: Treiber energiebedingter THG-Emissionen

Die Entwicklung der Treibhausgasemissionen hängt von vielen Einflussgrößen ab, die sich in ihrer Wirkung summieren oder auch gegenseitig aufheben können. Eine Komponentenzerlegung kann aufzeigen, welche Einflussgrößen steigernd und welche mindernd auf den Treibhausgasausstoß wirken, und erlaubt so einen genaueren Blick auf mögliche strukturelle Verschiebungen innerhalb der Emissionsentwicklung.

Inhaltsverzeichnis

 
 

Komponentenzerlegung

Allgemein gesprochen kann eine Komponentenzerlegung, auch Dekompositionsanalyse genannt, verwendet werden, um den Beitrag wichtiger Treiber auf die zeitliche Entwicklung einer Variablen von Interesse zu quantifizieren.

Als Treiber gelten dabei definierte Größen, von denen angenommen wird, dass sie einen relevanten Einfluss auf die jährliche Entwicklung und den langfristigen Trend der betrachteten Variable haben. Die Quantifizierung der Treiber erfolgt in der gleichen Einheit, in der die betrachtete Variable gemessen wird. 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.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Komponentenzerlegung energiebedingter Treibhausgasemissionen mit dem 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.

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

 

Makroebene: Energiebedingte CO₂-Emissionen

Die Dekomposition auf der Makroebene dient dazu, die Beiträge wesentlicher Treiber an der Veränderung der Emissionen des Sektors Energie in Abgrenzung des Common Reporting Formats (vereinfachend gesprochen: CRF 1, im Folgenden: energiebedingte CO₂-Emissionen) zu quantifizieren. Um die Quantifizierung zu ermöglichen, werden die potenziellen Treiber identifiziert, die definitionsgemäß mit einer Veränderung der energiebedingten CO₂-Emissionen über die Zeit in Zusammenhang stehen 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 eine sinkende Energieintensität, der Brennstoffwechsel und Atomausstieg bei den konventionellen Energieträgern, sowie ein zunehmender Anteil erneuerbarer Energien. Der emissionsmindernde Beitrag dieser Treiber gleicht den emissionstreibenden Effekt der anderen Treiber mehr als aus. Der stärkste emissionssteigernde Treiber der energiebedingten CO₂-Emissionen ist durchgängig die Wirtschaftsentwicklung.

Im Jahr 2022 wirkten neben einem leichten BIP-Wachstum und einem deutlichen Bevölkerungswachstum insbesondere die Abschaltung von drei Kernkraftwerken (Ende 2021) und die verstärkte Kohleverstromung emissionserhöhend. Dagegen wirkten der höhere Anteil der erneuerbaren Energien am Energieverbrauch sowie die gesunkene Energieintensität emissionsmindernd. In Bezug auf die gesunkene Energieintensität ist insbesondere der starke Rückgang des Produktionsindex und des Energieverbrauchs der energieintensiven Industrie hervorzuheben, die gemessen an ihrem Anteil am BIP einen überproportional hohen Anteil des Endenergieverbrauchs auf sich vereint.

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CO₂-Emissionen aus der Stromerzeugung

Die meisten energiebedingten CO₂-Emissionen werden im Stromsektor freigesetzt. Bei der Komponentenzerlegung im Stromsektor ist es eine besondere Herausforderung, dass der Strommix nicht nur einen fossilen und einen erneuerbaren Anteil enthält, 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, werden sie getrennt von der Kernenergie quantifiziert.

Die Ergebnisse der Komponentenzerlegung zeigen, wie sich die definierten Einflussfaktoren auf die Emissionsentwicklung auswirkten. Unter den steigernd oder senkend wirkenden Treibern sind 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 treibt der sinkende Anteil der Kernenergie die Emissionen in die Höhe. Die steigende Effizienz der fossilen Erzeugung und der Zubau der erneuerbaren Energien senken die CO₂-Emissionen hingegen. Während der Einfluss von Effizienz und Energieverlusten im Zeitraum der jüngsten zehn Jahre in etwa konstant geblieben sind, werden die Effekte sowohl des Kernenergierückgangs als auch des Zubaus erneuerbarer Energien mit der Zeit deutlich stärker. Die Emissionsintensität (siehe „Fossiler Brennstoffmix“ in der Abbildung), die auch ein Maß für das Verhältnis von Kohle zu Erdgas bei der Stromerzeugung ist, hat einen kleinen emissionsmindernden Beitrag geleistet. Dagegen führt die Entwicklung des Stromaustauschsaldos in den meisten Jahren gegenüber 1990 zu einem Anstieg der CO₂-Emissionen. Der emissionssteigernde Effekt des Stromverbrauchs ist in den letzten Jahren rückläufig.

Für das Jahr 2022 zeigt sich im Einzelnen insbesondere der emissionssteigernde Effekt der Abschaltung von drei Kernkraftwerken Ende 2021. Aber auch der gestiegene Stromexport und der kohleintensivere fossile Brennstoffmix trugen zu einer Erhöhung der Emissionen bei. Emissionsmindernd wirkten sich dagegen der gesunkene Stromverbrauch und die gestiegene ⁠Bruttostromerzeugung⁠ aus erneuerbaren Energien aus.

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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 mit einer Veränderung der CO₂-Emissionen der Industriewärme über die Zeit in Zusammenhang stehen, 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 hatte hierbei insbesondere der wirtschaftliche Niedergang der in Teilen sehr ineffizienten ostdeutschen Wirtschaftsbereiche einen wichtigen Einfluss.

Der sinkende Industrieanteil am BIP führte in den 1990er- und den frühen 2000er-Jahren zu leicht sinkenden Emissionen: Auf einige Jahre mit tendenziell geringerem Anteil der industriellen Wärme am Bruttoproduktionswert seit Mitte der 2000er-Jahre folgte eine Phase mit erneut steigenden Anteilen der industriellen Wärme am Bruttoproduktionswert, 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.

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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 in der jährlichen Betrachtung 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.

Zu den in der kumulativen Betrachtung bedeutendsten Treibern mit emissionssteigernder Wirkung gehört die deutlich gestiegene Wohnfläche pro Person: Im Jahr 1990 standen im Schnitt noch 34,8 m²/Person zur Verfügung, dies stieg aber auf 47,7 m²/Person im Jahr 2021 an. Zusätzlich führte ein leichtes Wachstum 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 Brennstoffmix ist allerdings auch die erweiterte Nutzung von Fernwärme enthalten, deren Emissionen nicht direkt bei den privaten Haushalten, sondern in der Energiewirtschaft erfasst werden.

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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. Von 2014 bis 2020 hatte 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 Brennstoffmix, der Netzverluste und der Umwandlungseffizienz.

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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.

Die zunehmende Beförderungsintensität, also die pro Person und Jahr zurückgelegte Strecke über alle Verkehrsträger, ist der einzige relevante Treiber, der zu einer Emissionssteigerung seit 1994 beigetragen hat. 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 am 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 2008 zunächst stagniert und im weiteren Verlauf von 2015-19 leicht steigt.

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. Trotz einer leichten Erhöhung der CO₂-Emissionen im Jahr 2021 setzte sich dieser Trend auch Folgejahr fort.

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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 steht insbesondere mit den folgenden drei Treibern in Zusammenhang: mit dem BIP-Wachstum, mit der gestiegenen Transportintensität und mit einer Verlagerung vom Schienen- und Schiffsverkehr zum Straßengüterverkehr. 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 die 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. Stärkster Treiber der Emissionsminderung war in diesem Jahr der Rückgang des Bruttoinlandsprodukts. Im Jahr 2021 sanken die die CO₂-Emissionen trotz einer einsetzenden wirtschaftlichen Erholung weiterhin. Maßgeblich hierfür war hierbei das Tankverhalten der Akteure.

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Exkurs: Entwicklung der Treibhausgasemissionen im Vergleich zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland

Betrachtet man die Entwicklung der Treibhausgasemissionen von der Wirtschafts- und Finanzkrise 2008 bis zum Jahr 2017, schwankten die Emissionen zwischen knapp 880 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente und etwas mehr als 930 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente. Im gleichen Zeitraum stieg jedoch der Anteil erneuerbarer Energien am ⁠Primärenergieverbrauch⁠ über alle Sektoren hinweg von knapp 8 % auf 13 %.

Dieses Beispiel zeigt, dass der steigende Anteil erneuerbarer Energieträger nicht immer mit einem entsprechenden Rückgang der Emissionen einhergeht. Neben der Emissionsvermeidung durch erneuerbare Energieträger müssen für ein Verständnis der Entwicklung der Gesamtemissionen, wie in den oben dargestellten Komponentenzerlegungen gezeigt, weitere relevante Einflussgrößen betrachtet werden, unter denen auch emissionssteigernde Treiber sein können.

Das Diagramm zeigt auf der linken Achse die Entwicklung der gesamten Treibhausgasemissionen (Säulen), auf der rechten Achse den Anteil der erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch (Linie) für die Jahre 2000-2021.
Treibhausgasemissionen und Anteil der erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch 2000-2021
Quelle: Umweltbundesamt