Um die in Deutschland angestrebte Treibhausgasneutralität bis 2045 zu erreichen, reicht die reine Emissionsminderung nicht aus.

(WK-intern) – Erforderlich ist zusätzlich eine aktive Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre durch sogenannte Negative Emissionstechnologien (Negative Emission Technologies, NETs).

Eine neue Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE analysiert die Rolle von NET für das Erreichen der Klimaziele.

Entscheidende Faktoren sind demnach ein breiter Mix aus verschiedenen NET-Technologien sowie eine integrierte Strategie für das Energiesystem, den NET-Hochlauf und eine nachhaltige Biomassenutzung nötig. Im Jahr 2045 entnehmen die NETs zwischen 39 und 51 Millionen Tonnen schwer vermeidbarer CO₂- Emissionen.

Das Studienteam betrachtete vier NETs, die mit dem Energiesystem interagieren, weil sie für CO2-Abscheidung, -Transport oder -Speicherung Energie benötigen: CO2-Entnahme über Pyrolyse von Biomasse zu Pflanzenkohle (Biochar Carbon Removal, BCR), Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung (Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS), Müllverbrennung mit CO2-Abscheidung und -Speicherung (Waste-to-Energy Carbon Capture and Storage, WACCS) und direkte CO2-Entnahme aus der Umgebungsluft und CO2-Speicherung (Direct Air Carbon Capture and Storage, DACCS). Mit dem vom Fraunhofer ISE entwickelten Energiesystemmodell REMod wurden zwei kostenoptimale Szenarien zur Klimaneutralität 2045 berechnet: Die Szenarien »zügig« und »verzögert« unterscheiden sich darin, ab wann und in welchem Umfang CO2-Infrastruktur zur Verfügung steht.

Technologiemix und früher Infrastrukturaufbau für Klimaschutzziele nötig

Die Ergebnisse zeigen, dass in beiden Szenarien ein breiter Technologiemix aller vier NETs erforderlich ist. Im Jahr 2045 entnehmen diese NETs zusammen zwischen 39 und 51 Millionen Tonnen CO₂. Der Bedarf an NETs hängt dabei maßgeblich von den Annahmen zu zukünftig verbleibenden, schwer vermeidbaren Emissionen aus Landwirtschaft, Abfallwirtschaft, Industrie und insbesondere aus Landnutzung(sänderung) und Forstwirtschaft ab.

Ein um fünf Jahre verzögerter Hochlauf der CO₂-Infrastruktur (CO₂-Transport- und Speicherinfrastruktur sowie CO₂-Abscheidung) erschwert das Erreichen der Klimaziele. Selbst bei ambitionierten jährlichen Wachstumsraten der NETs von 35 Prozent werden die Netto-Emissionen bis 2045 nur um 97 Prozent gegenüber 1990 gesenkt. Die verbleibenden Emissionen müssten durch alternative oder internationale CO₂-Entnahme ausgeglichen werden. Zudem steigen die Anforderungen an Defossilisierung und Elektrifizierung in den Verbrauchssektoren.

Eine Sonderrolle nimmt BCR ein: Da die Technologie unabhängig von CO₂-Transport- und Speicherinfrastruktur funktioniert, kann ihr frühzeitiger und stärkerer Ausbau das Risiko abfedern, Klimaziele bei verzögertem CO2-Infrastrukturaufbau nicht zu erreichen: Der Anteil von BCR an negativen Emissionen im Jahr 2045 steigt daher in den Szenarien von 13 Prozent bei zügiger CO₂-Infrastruktur auf 37 Prozent bei verzögerter CO₂-Infrastruktur an. In beiden Szenarien prägen BECCS und BCR den Biomasseeinsatz und die Fernwärmebereitstellung: Sie würden 30 bis 52 Prozent der energetisch genutzten Biomasse verbrauchen, aber zugleich 16 bis 27 Prozent der treibhausgasneutralen Fernwärme liefern. Damit wird deutlich, dass NETs integriert in die Energiesystemplanung betrachtet werden müssen.

Aus den Ergebnissen leitet das Fraunhofer ISE folgende Empfehlungen ab: Ein breiter Mix an NETs sollte als strategisches Ziel verankert, ein frühzeitiger Ausbau von BCR bewusst abgewogen und eine integrierte Strategie für Energiesystem, NET-Hochlauf und nachhaltige Biomassenutzung entwickelt werden. Zudem sind rechtliche Rahmenbedingungen erforderlich, die einen raschen Ausbau von NETs, CO₂-Infrastruktur und CCS ermöglichen.

»Unabhängig vom Hochlauf der NETs hat unsere Studie eine starke Elektrifizierung der Verbrauchssektoren und der zügige Ausbau erneuerbarer Energien als grundlegende Voraussetzungen für eine erfolgreiche Transformation des Energiesystems identifiziert«, erklärt Projektleiter Markus Kaiser vom Fraunhofer ISE.

Die Studie wurde von einem Konsortium aus Carbonfuture GmbH, Deutscher Verband für negative Emissionen e.V., E.ON Energy Projects GmbH, German Biochar e.V., MVV Umwelt GmbH und SYNCRAFT GmbH finanziert. Die in der Studie vertretenen Aussagen und Schlussfolgerungen liegen in der Verantwortung der Autoren und entsprechen nicht zwingend den Ansichten der Auftraggeber.

Downloads und Links

• Studie: Der Hochlauf von Negativen Emissionstechnologien in der Transformation des deutschen Energiesystems
• Direct Air Capture [ JPG  6,18 MB ]
• Installierte Leistung von NET [ JPG  0,09 MB ]
• Forschung zu Negativen Emissionstechnologien am Fraunhofer ISE
• Leitthema Klimaneutrale Industrie
• Energiesystemanalyse am Fraunhofer ISE
• Energiesystemmodell REMod

PM: Fraunhofer ISE

PB: Teststand für Direct Air Capture am Fraunhofer ISE / ©: Fraunhofer ISE