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Klimaschutz und Energieversorgungin Deutschland 1990-2020
Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)
Max-Planck-Institut für Physik, München,
und CERN, Genf(Physikertagung München, März 2006)
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Eine Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
Autoren (ehrenamtliche Mitglie-
der des Arbeitskreises Energie):
Blum (Koord.)
Breyer
Gelfort
Harmsen
Keilhacker
G. Luther
Otto
Plass
Rebhan
B
Exemplare am Ausgang und
unter http://www.dpg-physik.de
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Der menschenverursachte Klimawandel ist eine Tatsacheund nicht mehr nur eine wissenschaftliche Hypothese
• Klimawandel ist öffentliches Thema seit den 1980-er Jahren
• Ursache ist die wachsende Konz. der Treibhausgase CO2, CH4, N2O u.a. in der Atmosphäre
• Folge ist eine langsame Erwär-mung der bodennahen Lufttem- peratur (Mittelwert weltweit)
• Die Theorie kann die Messwerte inzwischen gut erklären
• IPCC arbeitet im wesentlichen korrekt und verdient Vertrauen
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Theorie kann Messwerte gut erklären:
Quelle IPCC
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Voraussagen des IPCC, notwendige Schlussfolgerungen
• Eine Verdoppelung der CO2-Konz. bis 2100 scheint unver-meidlich, eine Verdreifachung möglich bei ungünst. Entw..
• Eine Temp.-Erhöhung um mind. 1.5 0C, bis 4.5 0C (nicht unwahr-scheinl.) bis 2100. Danach auf jeden Fall weiter ansteigend. (Bis jetzt schon 0.6 0C)
• Anthropogene Klima-Änderung wirkt sehr lange weiter: Lebens-dauer von CO2: 1/4 verbleibt mehrere Jahrhunderte in der Atmosphäre
• Die Biologen sagen: Die Pflanzen- und die Tierwelt können sich gera-de noch anpassen, wenn die Tem-peraturänderung 2 0C pro Jh. nicht übersteigt.
• Deshalb Ziel der internationalen Klimapolitik, Emission von Treib-hausgasen so zu beschränken, dass 2 0C/Jh. nicht überschritten.
• Dazu müssen die globalen Emissi-onen bei 50% ihres heutigen Wer-tes stabilisiert werden bis zur Mitte des Jh..
Das Klimaproblem ist seriös und wird die Menschheit in zunehmendem Maße bedrängen
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Sinn und Zweck einer deutschen Klimapolitik
• Deutschland und Europa haben ihren Beitrag zu diesem Welt-problem zu leisten.
• Der deutsche Beitrag zu den globalen Treibhausgas-Emissi-onen ist nur 3-4%
• Dtl. kann mit physikalischen Mit-teln (durch bloße Reduktion sei-ner Emissionen) das Weltklima nicht verändern.
• Lösungen aufzeigen, die ande-ren Staaten überzeugen, ge-meinsam handeln.
• Bundesregierung möchte gerne "Vorreiterrolle" Deutschlands.
• Ziel einer dt. Klimapolitik ist daher eigentlich diplomatisch und handelspolitisch.
• Deutsche Maßnahmen in der Klimapolitik sind nur in dem Maße zielführend, als sie von anderen Staaten als nachah-menswert empfunden werden. (Ein deutscher Sonderweg wäre sinnlos.)
• Allerdings ist Klimapolitik auch Innenpolitik und Wirtschaftspoli-tik und kann noch zu ganz an-deren politischen Zielen ge-braucht werden.
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Deutsches Klimaschutz-Ziel: minus 25% von 1990 bis 2005
• Kabinettsbeschluss 1995
• Koalitionsvertrag 1998
• Nat. Klimaschutzprogr. v. 18.10.2000
• Vereinbarg. m.d. dt. Wirt-schaft vom 9.11.2000, 14.5.2001
• Grandios verfehlt um 100 Mt CO2 jährlich
• Auch verfehlt: B.-reg. im eig. Geschäftsbereich (Grdstücke, Fahrzeuge) "-25% bis 2005" waren versprochen.
• 15 Jahre zu langsam700
800
900
1000
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Jährliche CO2-Emissionen in Mt (Deutschland),die Werte von 1992 bis 2004 extrapoliert nach 2020
Jahr
786 Mt p.a.
Ziel 2005-25% bzgl. 1990
Bis 1992 vereinigungsbedingt
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CO2-Reduktionen um 15 Jahre zu langsam:
Weiterer Fortgang des Vortrags
• Einbeziehung der anderen Treib-hausgase Methan (CH4) und Lachgas (N2O)
• Die Kyoto-Verpflichtung für Deutschland bis 2008/2012
• Ziele für die Zeit danach• Welche Emissions-Reduktionen
können geschafft werden?• Verbrauchs-Einsparungen• Rolle der erneuerbaren Energie-
quellen in der Stromwirtschaft (Wind, Photovoltaik, Biostoffe) und im Verkehr (alternative Treibstoffe)
• Modernisierung der Kraftwerke• Gesamtbilanz aller Möglichkeiten
der Reduktion in der Energie-wirtschaft bis 2020
• Gesamtergebnis wird sein: Auch mit Einbeziehung der anderen Treibhausgase und mit forciertem Ausbau der E.E. geht der Klimaschutz viel langsamer als vorhergesehen und als objektiv erforderlich.
• Schlussfolgerung: Die Optionen der deutschen Energiepolitik sollten verbreitert werden.• Plädoyer für die Verlängerung der Laufzeiten der Kernkraftwerke• Plädoyer für die Errichtung solarthermischer Kraftwerke im Sonnengürtel der Erde
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Einsparpotentiale
• Grundsätzlich vorhandene Ein-sparpotentiale sind beträchtlich
Beispiele:
• Standby-Verluste in Haushal-ten, Handel, Gewerbe: 25-30 TWh p.a. (5% d. Stromverbr.)
• Raumwärme: Wärmedämmg., neue Heizgsanlagen: 55-70 Mt CO2 p.a. (6-8% d. CO2-Emissionen)
• PkW: Flottenverbr. 8 l/100 km, aber das 3-Liter-Auto existiert.
• Tatsächlich erzielte Einspa-rungen sind dagegen spärlich:
100100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
1988 1992 1996 2000 2004
Jährliche CO2-Emissionen der Haushalte in Millionen Tonnen
Jahr
Abnahme ca. - 0,5% p.a.
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Jahresverbräuche im Gebäudebestand
• Staat wirkt durch Ordnungs-recht und durch finanzielle Anreize
• Beides bisher nicht besonders erfolgreich
• Gegenläufig: Neubauten (ca. 1% des Bestandes p.a.), wenig Abriss
• Experten schätzen Investitions-kosten i.H.v. 13 k€/Jahrestonne CO2-Ersparnis, andere Exper-ten 5 k€
• Vgl. Passivhaus (Feist): 16 kWh pro m2
0
0,05
0,1
0,15
0 100 200 300 400 500 600 700
Häufigkeitsverteilung der Jahres-verbräuche (RW+WW) im Bestand
Flächenspezifischer Jahresverbrauch (kWh/m2)
Durchschnitt 225
5% Percentil 75
95% Percentil 475
EnEV
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Erneuerbare Energien für die Stromerzeugung:Wind
• Schnelles Wachstum – WKA's an Land (vgl. Bruttostromver-brauch in Dtl.: 600 TWh p.a.)
• Zukünftiges Wachstum – WKA's hauptsächlich auf See
• DENA-Prognose: bereitstehen-de Spitzenleistung (GW):
0
5
10
15
20
25
1990 1995 2000 2005
Windeinspeisung (TWh/a)
Jahr
Jahr LandNeue Ausrüstung
See Sum
2007 21,2 0,5 0,7 22,4
2010 23,2 1,1 6,4 29,8
2015 24,4 1,8 9,8 36,0
2020 24,4 3,5 20,4 48,2
unrealistisch
16,6 GW installiert
![Page 12: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990-2020 Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062318/55204d6149795902118b5d97/html5/thumbnails/12.jpg)
Die erneuerbaren Energien für die Stromerzeugung
• Anstieg von 18 TWh (Wasser) i.J. 1990 auf 55 TWh (meist Wind, z.T. Biomasse) i.J. 2004.
• Weiterer Ausbau wird von Wind auf See erwartet.
• Bisheriger Trend enthält Zubau von 2,3 bis 4 TWh p.a. pro Jahr (je nach der Schätzmethode)
• Bei gleicher Zubaurate sind 100 bis 120 TWh p.a. für 2020 abzuschätzen.
• Wir setzen 120 TWh p.a. ein (Ziel der Bundesregierung).0
20
40
60
80
100
120
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Stromerzeugung aus allen erneuerbaren Quellen (TWh/Jahr)
Jahr
Extrapolation auf der Basis der letzten 9 Jahre
Extrapolation auf der Basis der letzten15 Jahre
120Ziel derB.-Reg.
B
![Page 13: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990-2020 Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062318/55204d6149795902118b5d97/html5/thumbnails/13.jpg)
Mögliche Faktoren, die den "Trend" verändern
• Veränderung der Verbrauchs-gewohnheiten?
• Geringeres oder verstärktes Tempo des Ausbaus der E.E. in der Stromerzeugung:• Wind• Photovoltaik• Biomasse, Müll, sonstige
• Fossil befeuerte Kraftwerke:• Modernisierung • Erhöhung des Gasanteils
• Einführung alternativer Kraftstoffe im Verkehr
• Abschalten der Kernenergie in der Stromerzeugung und Ersatz durch moderne fossile Kraftw.
• Keine
• 20% d. Stromprod.
• Ausbau auf 36 GW • vernachlässigbar • Ausbau
• Die Hälfte erneuert• von 16 auf 32%
• 8%• 168 TWh p.a. durch
fossile mit 40% Gas ersetzt
• 0
• - 14 Mt p.a.
• - 23 Mt p.a.
• - 20 Mt p.a.
• +112 Mt p.a.
Annahmen: CO2-Emissionen, Ver-änderung ggüb Trend:
B
![Page 14: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990-2020 Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062318/55204d6149795902118b5d97/html5/thumbnails/14.jpg)
Einbeziehung der wichtigsten anderen Treibhausgase: Methan (CH4) und Lachgas (N20)
• Reduzierung von CH4 und N2O ging 6- bis 7- mal so schnell wie die von CO2 (Anteil geht zurück)
• "Übrige Treibhausgase" konstant 10 bis 15 Mt pa
• Extrapolation nach 2020: 786 CO2 36 CH4 34 N2O 15 Übrige 871 Mt CO2-Äqu. p.a.
• Gleichbleibende Minde-rungserfolge voraus-gesetzt
100
1000
1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020
Emissionen von Kyoto-Einzelgasen in Mt CO2-Äqui-valenten. Trends 1992-2003 extrapoliert nach 2020
Jahr
786
3634
Kohlendioxid
Methan
Lachgas
- 0,6 % p.a.
- 4,3 % p.a.
- 3,4 % p.a.
(Summe restliche Kyoto-Gase konstant zwischen 10 und 15 Mt )
![Page 15: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990-2020 Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062318/55204d6149795902118b5d97/html5/thumbnails/15.jpg)
Kyoto-Gase: Minderungsziele
• Kyoto-Ziel 2008/12 ist völkerrechtl. Vertrag
• Wert von -21% erscheint erreichbar
• Kyoto-Ziel 2020 ist dt. Verhandlungsziel "falls EU als ganze -30% be-schließt"
• Für 2020 soll danach das Minderungstempo mehr als verdoppelt werden
• Wert von -40% bis 2020 erscheint völlig illosorisch
• Administrative gegenüber technischen Reduktions-möglichkeiten: "Wollen und Können"700
800
900
1000
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Jährliche Emission von Kyoto-Gasen, ausgedrückt in CO2-Äquivalenten (Mt), sowie zwei Minderungsziele
Jahr
Basis 1990
Ziel 2008/12:- 21 %
Ziel 2020:- 40 %
- 1,2 % pro Jahr
- 2,7 % pro Jahr
871Trend
![Page 16: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990-2020 Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062318/55204d6149795902118b5d97/html5/thumbnails/16.jpg)
Abschätzung für 2020 der deutschen Kyoto-Gas Emissionen (Mio t CO2-Äqu.)
Kernkraft läuft weiter
Kernkraft gestoppt
Trend gleich-bleibend
871 983
Trend max. ver- bessert
814 926
700
800
900
1000
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Jährliche Emission von Kyoto-Gasen, ausgedrückt in CO2-Äquivalenten (Mt), sowie zwei Minderungsziele
Jahr
Basis 1990
Kyoto-Ziel 2008/12:- 21 %
Ziel 2020:-40 %
- 1,2 % pro Jahr
- 2,7 % pro Jahr
871 Trend
Ausb. wie bisherK-K gestoppt
Ausbau forciertK-K läuft weiter
Ausbau forciertK-K gestoppt
983
814
926
Ergebnisseder Studie:
Günstigster Fall:ca. 50% CO2-freieStromproduktion
![Page 17: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990-2020 Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062318/55204d6149795902118b5d97/html5/thumbnails/17.jpg)
Solarthermisches Parabolrinnen-Kraftwerkca. 30 MWel
![Page 18: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland 1990-2020 Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vorgestellt von Walter Blum (Koordinator)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062318/55204d6149795902118b5d97/html5/thumbnails/18.jpg)
Parabolspiegel