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Klimaverträgliche Energieversorgung für Deutschland – 16 Orientierungspunkte / Climate-friendly energy supply for Germany—16 points of orientation

Gerhards, Christoph; Weber, Urban; Klafka, Peter; Golla, Stefan; Hagedorn, Gregor; Baumann, Franz; Brendel, Heiko; Breyer, Christian; Clausen, Jens; Creutzig, Felix; Daub, Claus-Heinrich; Helgenberger, Sebastian; Hentschel, Karl-Martin; Hirschhausen, Christian von; Jordan, Ulrike; Kemfert, Claudia; Krause, Harald; Linow, Sven; Oei, Pao-Yu; Pehnt, Martin; Pfennig, Andreas; Präger, Fabian; Quaschning, Volker; Schneider, Jens; Spindler, Uli; Stelzer, Volker; Sterner, Michael; Wagener-Lohse, Georg; Weinsziehr, Theresa

Publiziert als Diskussionsbeiträge der Scientists for Future 7: 1–55. Die Erstveröffentlichung erfolgte am 22. Apr. 2021.

GERMAN SUMMARY (English Summary further below):

Als fairer Beitrag Deutschlands zur Einhaltung der globalen 1,5-Grad-Grenze werden 16 Orientierungspunkte für eine klimaverträgliche Energieversorgung vorgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass hierfür die deutschen energiebedingten CO2-Emissio­nen in etwa 15 Jahren weitgehend auf Null sinken müssen. Energieeinsparung hilft, den notwendigen Ausbau von regenerativen Erzeugungskapazitäten zu verringern. Der Verkehrssektor kann ebenso wie die Bereiche Prozess- und Gebäudewärme hier­zu wesentlich beitragen. Die Kernenergie ist mit großen Risiken belastet und kann nicht hinreichend schnell aufgebaut werden. Biomasse in Form von Energie­pflan­zen zu nutzen, ist ineffizient und steht im Konflikt mit anderen Arten der Land­nut­zung. Importe klimaneutral erzeugter Energieträger in sehr großem Umfang er­for­dern extrem große Investitionen im Ausland. Sie sind eine ungesicherte Option auf die Zukunft.

Entscheidend ist daher der ausreichend schnelle Ausbau von Photovoltaik (PV) und Wind­kraft in Deutschland. Schätzungsweise kann der Elektrizitätsbedarf im Jahr 2030 z. B. durch den Ausbau auf ca. 350 GW PV und ca. 150 GW Windkraft nahe­zu voll­ständig regenerativ gedeckt werden. Damit ließe sich eine zum großen Teil elek­tri­fizierte Mobilität und Wärmeversorgung betreiben und ein Teil des benö­tig­ten „grü­nen“ Wasserstoffs in Deutschland bereitstellen. Hierfür ist ein jähr­licher Zu­bau von durchschnittlich ca. 30 GW PV und ca. 9 GW Windkraft nötig. Dies ist ca. sechs- (PV) bzw. dreimal (Wind) so hoch wie bisher vorgesehen und verlangt eine ge­sell­schaft­liche Kraftanstrengung. Ein weiter verzögerter Ausbau müsste mit noch deut­lich größeren gesellschaftlichen Anstrengungen für drastische Energieeinspa­run­gen oder Importe erneuerbarer Energie ausgeglichen werden. Insgesamt könnte dies noch deutlich schwieriger zu realisieren sein, als ein ambitionierter Ausbau. Da der Auf­bau der Kapazitäten mehrere Jahre erfordert, ist es möglich nachzusteuern, z. B. wenn erkennbar wird, dass sich ein ausreichend großer globaler Markt für Importe ent­wi­ckelt. Bis dahin ist es aus Verantwortung gegen­über der Zukunft und im Sinne des Pariser Vertrages empfehlenswert, die hier genannten Ausbauziele zu verfol­gen.

Grüner, also aus erneuerbaren Energien hergestellter Wasserstoff und daraus abge­lei­tete Syntheseprodukte sind für die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, den Flug- und Schiffsverkehr sowie für die Absicherung der Energieversorgung bei Dun­kel­flauten nötig. Ohne die genannten Ausbauziele für Wind und Solar noch drastisch weiter zu erhöhen, stehen diese Produkte für Straßenverkehr und Wärmeversor­gung jedoch nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung. Techniken zum Aus­gleich zwischen Elektrizitätsangebot und -nachfrage sind verfügbar und sollten recht­zeitig auf- bzw. ausgebaut werden. Hierzu gehören: Stromaustausch mit den Nach­barländern, Flexibilisierung des Verbrauchs und Energiespeicherung. Für deren Inte­gration sowie den Ausbau der Netze sollten zügig verbesserte rechtliche Rah­men­bedingungen geschaffen werden.

Die Kosten eines klimaverträglichen Energiesystems sind mittel- bis langfristig nicht hö­her als im derzeitigen System. Gleichzeitig entstehen Arbeitsplätze und Export­chan­cen durch Aufbau, Betrieb und Wartung einer regenerativen Energieversorgung in Deutschland und die energetische Gebäudesanierung. Die politischen Rahmenbe­din­gungen entscheiden, ob eine klimaverträgliche Energieversorgung Deutschlands ge­lingt.

ENGLISH SUMMARY:

As Germany's equitable contribution to meeting the global 1.5-degree limit, 16 points of orientation for a climate-compatible energy supply system are presented. It is assumed that for this to be realized, German energy-related CO2 emissions will have to decline to zero within about 15 years. Energy conservation reduces the need for an expansion of renewable power generation capacities. The transport sector, re­designed industrial processes and building retrofits can significantly contribute to this. Nuclear energy is fraught with major risks. Besides, it cannot be scaled up suf­ficiently quickly. Using biomass as energy crops is inefficient and in conflict with other types of land use. Importing large amounts of carbon-neutral energy requires huge investments abroad. It is an unreliable option for the future.

Therefore, the rapid expansion of photovoltaics (PV) and wind power in Germany is cru­cial. It is estimated that the electricity demand in 2030 can almost completely be met by renewables, if the capacities are expanded to about 350 GW of PV and about 150 GW of wind power. This expansion would enable supplying largely electrified mo­bility and heating systems as well as providing part of the required “green” hydro­gen in Germany. An average annual increase of around 30 GW of PV and around 9 GW of wind power will be required. This is about six times (PV) or three times (wind) as much as previously planned and will necessitate a significant societal effort. Delaying this expansion further would have to be compensated by even greater ef­forts in terms of drastic energy savings or imports of renewable energy. Overall, a delayed expansion of renewables would entail more difficulties than an ambitious expansion. Since it takes years to build capacity, it is possible to recalibrate efforts, for example, when it becomes apparent that a sufficiently large global import market is developing. Until then, out of responsibility for the future and in the spirit of the Paris Agreement, it is advisable to pursue the expansion targets outlined here.

Green hydrogen (i.e. hydrogen produced from renewable energies) and derived syn­thesis products are necessary for the decarbonization of industrial processes, air trans­port and shipping as well as for securing energy supply for periods when solar and wind power generation is very low. However, without drastically raising the above-mentioned expansion targets for wind and solar even higher, these products will not be available in sufficient quantities for road transport and heat supply. Tech­ni­ques to balance electricity supply and demand are available and should be speedily de­veloped and expanded. These include electricity exchange with neighboring coun­tries, demand management and energy storage. It is advisable to quickly create im­pro­ved legal frameworks, to integrate these technologies, and to expand electricity grids.

In the medium to long term, the costs of a climate-compatible energy system are no higher than currently. At the same time, employment and export opportunities are generated in Germany through the development, operation and maintenance of a renewable-based energy system and the energy-efficient retrofitting of buildings. The political framework will determine whether Germany's climate-compatible en­ergy supply system succeeds.

Dies ist Ausgabe 7 der "Diskussionsbeiträge der Scientists for Future".
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