Kosteneffizienz von fossilen und erneuerbaren Gasen zur CO2-Verminderung im Energiesystem

Cost Efficiency of Fossil and Green Gases for Mitigation of CO2-Emissions

Zeitschrift für Energiewirtschaft volume 43, pages51–68(2019)Cite this article

Zusammenfassung

Für eine aus Gesamtsystemsicht kosteneffiziente Reduktion der CO2-Intensität der Energieversorgung, muss eine sektorübergreifende Betrachtung und Priorisierung von Transformationsschritten erfolgen. Energietechnologien, in denen konventionelle oder erneuerbare Gase anstelle von Öl oder Kohle eingesetzt werden, stellen dabei potenzielle Maßnahmen zur Reduktion von CO2-Emissionen dar. In dieser Studie wurden resultierende Mehr- bzw. Minderkosten durch die Neuinvestition in gasbasierte anstelle von kohle- und erdölbasierten Technologien ermittelt. Die Untersuchungen wurden sowohl für aktuelle als auch für das Jahr 2030 erwartete Kostenstrukturen der Energieträger und Technologien durchgeführt. Zudem wurde zwischen resultierenden Kosten aus Akteurs- und Systemsicht unterschieden. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass speziell im Bereich der Hochtemperatur-Prozesswärme und des Individualverkehrs sehr hohe CO2-Verminderungskosten vorliegen. Der Bereich der Niedertemperaturbereitstellung weist hingegen geringe CO2-Verminderungskosten auf, teilweise ist hier sogar mit einer Kostenersparnis durch den Einsatz gasbasierter Technologien zu rechnen. Bis zum Jahr 2030 ergibt sich aufgrund sinkender Kosten für erneuerbare Gase sektorübergreifend eine Reduktion der CO2-Verminderungskosten.

Abstract

For a cost-efficient reduction of the CO2 intensity of the energy system, a cross-sectoral consideration and prioritisation of transformation steps from an overall system point of view must take place. Energy technologies in which conventional or green gases are used instead of oil or coal, represent possible measures to reduce CO2 emissions. In this study, the additional or reduced costs resulting from an  investment in gas-based instead of coal- and oil-based technologies were determined. The investigations were carried out for both current and expected cost structures of energy sources as well as technologies in 2030. In addition, a distinction was made between the costs from the investor and system point of view. The results show that, especially in high-temperature process heat supply and private transport, very high CO2 mitigation costs exist. The area of low-temperature supply, on the other hand, has low CO2 mitigation costs, and in some cases even cost savings can be expected from the use of gas-based technologies. By the year 2030, there will be a cross-sector reduction in CO2 mitigation costs, mainly due to falling costs for renewable gases.

This is a preview of subscription content, access via your institution.

Access options

Buy single article

Instant access to the full article PDF.

US$ 39.95

Tax calculation will be finalised during checkout.

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5
Abb. 6
Abb. 7
Abb. 8
Abb. 9
Abb. 10
Abb. 10

Notes

  1. 1.

    Eine exakte Zuordnung der Energieträger zu Branchen und Temperaturniveaus geht aus der Statistik nicht hervor. Für diese Analyse wurden ausschließlich Kohle- und Mineralölverbräuche aus Branchen, die keinen Prozesswärmebedarf oberhalb von 500 °C aufweisen, als Niedertemperaturprozesswärme bilanziert. Es handelt sich folglich um eine Minimalbetrachtung. Hierzu wurde auf die Energieanwendungsbilanz /ISI-02 16/ und den Prozesswärmebedarf nach Temperaturniveau /Blesl-01 13/ zurückgegriffen.

Literatur

  1. Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (AGEB) (2017) Energiebilanz der Bundesrepublik Deutschland 2015 – Stand: 28.02.2017. Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (AGEB), Berlin

    Google Scholar 

  2. Albrecht U et al (2013) Analyse der Kosten Erneuerbarer Gase – Eine Expertise für den Bundesverband Erneuerbare Energie, den Bundesverband Windenergie und den Fachverband Biogas. Bundesverband Erneuerbare Energie e. V, Ottobrunn

    Google Scholar 

  3. Aretz A, Hirschl B (2007) Biomassepotenziale in Deutschland – Übersicht maßgeblicher Studienergebnisse und Gegenüberstellung der Methoden. DENDROM-Koordinationsbüro, Eberswalde

    Google Scholar 

  4. Bertuccioli L et al (2014) Study on development of water electrolysis in the EU – final report. E4tech Sàr, Lausanne

    Google Scholar 

  5. Billig E (2016) Bewertung technischer und wirtschaftlicher Entwicklungspotenziale künftiger und bestehender Biomasse-zu-Methan-Konversionsprozesse. Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ), Leipzig

    Google Scholar 

  6. Bothe D et al (2017) Der Wert der Gasinfrastruktur für die Energiewende in Deutschland – Eine modellbasierte Analyse. Eine Studie im Auftrag der Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber (FNB Gas e. V.). FNB Gas, Berlin

    Google Scholar 

  7. Bühler F et al (2017) Energy saving potential, costs and uncertainties in the industry: a case study of the chemical industry in Germany. ECOS 2017 – The 30th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, San Diego

    Google Scholar 

  8. Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e. V. (2016) Gesamtbestand zentrale Wärmeerzeuger 2015. Köln: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e. V.

  9. Conrad J et al (2017) Flexibilisierung der Kraft-Wärme-Kopplung – Kurzgutachten im Auftrag der ÜNB. FfE, München

    Google Scholar 

  10. DeStatis (2016) Produzierendes Gewerbe – Stromerzeugungsanlagen der Betriebe im Verarbeitenden Gewerbe sowie im Bergbau und in der Gewinnung von Steinen und Erden. Fachserie 4 Reihe 6.4. DeStatis, Wiesbaden

    Google Scholar 

  11. Ekins P et al (2011) Marginal abatement cost curves – a call for caution. University College London Energy Institute, München

    Google Scholar 

  12. ENTSO-E (2017) Energiesystemdaten der ENTSO-Transparency Platform. In: ftp-Server der ENTSO-E. ENTSO-E, Brüssel

    Google Scholar 

  13. Estermann T et al (2017) Kurzstudie Power-to-X – Ermittlung des Potenzials von PtX-Anwendungen für die Netzplanung der deutschen ÜNB. FfE, München

    Google Scholar 

  14. Fasihi M et al (2017) Long-term hydrocarbon trade options for the Maghreb region and Europe – renewable energy based synthetic fuels for a net zero emissions world. In: Sustainability 2017. School of Energy Systems, Lappeenranta University of Technology, Laapeenranta

    Google Scholar 

  15. Guminski A, von Roon S (2017) Transition towards an “all-electric world” – developing a merit-order of electrification for the German energy system. 10. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien. Technische Universität Wien, Wien

    Google Scholar 

  16. Hauser P et al (2018) Implications of diversification strategies in the European natural gas market for the German energy system. Energy 151:442–454

    Article  Google Scholar 

  17. International Energy Agency (IEA) (2005) Energy statistics manual. International Energy Agency (IEA), Paris

    Google Scholar 

  18. Kleinertz B et al (2018) CO2-Verminderungskosten von Gasen – Entwicklung statischer CO2-Verminderungskostenkurven. München: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. (FfE). https://www.ffe.de/CO2-Verminderungskosten-Gase. Zugegriffen: 1. Juni 2018

    Google Scholar 

  19. Knebel A, Kunz C (2014) Potenziale der Bioenergie. Forschungsradar Energiewende, Berlin

    Google Scholar 

  20. Köppl S et al (2017) Projekt MONA 2030: Grundlage für die Bewertung von Netzoptimierenden Maßnahmen – Teilbericht Basisdaten. Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. (FfE), München

    Google Scholar 

  21. Lewandowska-Bernat A et al (2018) Opportunities of power-to-gas technology in different energy systems architectures. Appl Energy 228:57–67

    Article  Google Scholar 

  22. Moniz E et al (2011) The future of natural gas: an interdisciplinary MIT study. Massachusetts Institute of Technology, Cambridge

    Google Scholar 

  23. Müller-Langer F et al (2009) Ökonomische und ökologische Bewertung von Erdgassubstituten aus nachwachsenden Rohstoffen. Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ), Leipzig

    Google Scholar 

  24. Nakada S et al (2014) Global bioenergy supply and demand projections. A working paper for REmap 2030. International Renewable Energy Agency (IRENA), Abu Dhabi

    Google Scholar 

  25. Öko-Institut (2014) Klimaschutzszenario 2050 – 1. Modellierungsrunde. Öko-Institut e. V., Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI), Freiburg, Berlin

    Google Scholar 

  26. Pellinger C et al (2016) Merit Order der Energiespeicherung im Jahr 2030 – Hauptbericht. Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. (FfE), München

    Google Scholar 

  27. Peng B‑B et al (2016) Integrated assessment of energy efficiency technologies and CO2 abatement cost curves in China’s road passenger car sector. Energy Convers Manag 109:195–212

    Article  Google Scholar 

  28. Pfenning M et al (2017): Mittel- und Langfristige Potenziale von PTL- und H2- Importen aus internationalen EE-Vorzugsregionen – Teilbericht im Rahmen des Projektes: Klimawirksamkeit Elektromobilität – Entwicklungsoptionen des Straßenverkehrs unter Berücksichtigung der Rückkopplung des Energieversorgungssystems in Hinblick auf mittel- und langfristige Klimaziele. Fraunhofer IWES, Kassel

  29. Quarton C et al (2018) Power-to-gas for injection into the gas grid: What can we learn from real-life projects, economic assessments and systems modelling? Renew Sustain Energy Rev 98:302–316

    Article  Google Scholar 

  30. Quaschning V (2016) Sektorkopplung durch die Energiewende – Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele unter Berücksichtigung der Sektorkopplung. Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW), Berlin

    Google Scholar 

  31. Ram M et al (2017) Comparing electricity production costs of renewables to fossil and nuclear power plants in G20 countries. Greenpeace, Hamburg

    Google Scholar 

  32. Rasch M et al (2017) Eine anwendungsorientierte Emissionsbilanz – Kosteneffiziente und sektorenübergreifende Dekarbonisierung des Energiesystems. BWK Ausgabe 03/2017. Verein Deutscher Ingenieure (VDI), Düsseldorf, S 38–42

    Google Scholar 

  33. Regett A et al (2014) Power2Gas – Hype oder Schlüssel zur Energiewende. Energiewirtschaftliche Tagesfragen 64 (10):79–84

    Google Scholar 

  34. Regett A et al (2017a) Das Verbundprojekt Dynamis – Dynamische und intersektorale Maßnahmenbewertung zur kosteneffizienten Dekarbonisierung des Energiesystems. BWK Ausgabe 1/2 2017. Verein Deutscher Ingenieure (VDI), Düsseldorf, S 58

    Google Scholar 

  35. Regett A et al (2017b) Merit Order Netz-Ausbau 2030 – Teilbericht 1: Szenario-Analyse. Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V., München

    Google Scholar 

  36. Rohde C (2016) Erstellung von Anwendungsbilanzen für die Jahre 2013 bis 2015 mit Aktualisierung der Anwendungsbilanzen der Jahre 2009 bis 2012. Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI), Karlsruhe

    Google Scholar 

  37. Scarlat N et al (2018) Biogas: developments and perspectives in Europe. Renew Energy 129A:457–472

    Article  Google Scholar 

  38. Schiebahn S et al (2015) Power to gas technological overview, systems analysis and economic assessment for a case study in Germany. Int J Hydrogen Energy 40:4285–4294

    Article  Google Scholar 

  39. Schlesinger M et al (2014) Entwicklung der Energiemärkte – Energiereferenzprognose – Projekt Nr. 57/12 – Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Berlin

    Google Scholar 

  40. Schönleber N et al (2014) Literaturstudie „Biomasse-Flächen- und Energiepotenziale“. Universität Hohenheim, Stuttgart, Hohenheim

    Google Scholar 

  41. de Souza J et al (2018) Industrial low carbon futures: a regional marginal abatement cost curve for Sao Paulo, Brazil. J Clean Prod 200:680–686

    Article  Google Scholar 

  42. Sterner M, Stadler I (2014) Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Springer, Berlin, Heidelberg

    Google Scholar 

  43. Umweltbundesamt (2017) Berichterstattung unter der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen und dem Kyoto-Protokoll 2017. Umweltbundesamt (UBA), Dessau-Roßlau

    Google Scholar 

  44. Verein Deutscher Zementwerke e.V. (2015) Umweltdaten der deutschen Zementindustrie. Verein Deutscher Zementwerke e. V, Düsseldorf

    Google Scholar 

  45. Wächter P (2013) The usefulness of marginal CO2-e abatement cost curves in Austria. Energy Policy 61:1116–1126

    Article  Google Scholar 

  46. Wagner U et al (2010) Perspektiven der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie in: Energieeffiziente Architektur. Ludwigsburg: Wüstenrot Stiftung und Stuttgart/Zürich: Karl Krämer Verlag

    Google Scholar 

  47. Zech K et al (2013) Hy-NOW – Evaluierung der Verfahren und Technologien für die Bereitstellung von Wasserstoff auf Basis von Biomasse. Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ), Leipzig

    Google Scholar 

Download references

Author information

Affiliations

  1. Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH, Am Blütenanger 71, 80995, München, Deutschland

    Britta Kleinertz, Andrej Guminski, Elsa Rouyrre & Dr. Serafin von Roon

  2. Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V., Am Blütenanger 71, 80995, München, Deutschland

    Anika Regett, Jochen Conrad, Steffen Fattler & Simon Pichlmaier

  3. EnBW Energie Baden-Württemberg AG, Durlacher Allee 93, 76131, Karlsruhe, Deutschland

    Alois Kessler & Demir Gamze

Authors
  1. Britta Kleinertz
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Andrej Guminski
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Anika Regett
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Alois Kessler
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. Demir Gamze
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  6. Jochen Conrad
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  7. Steffen Fattler
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  8. Simon Pichlmaier
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  9. Elsa Rouyrre
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  10. Dr. Serafin von Roon
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Britta Kleinertz.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Kleinertz, B., Guminski, A., Regett, A. et al. Kosteneffizienz von fossilen und erneuerbaren Gasen zur CO2-Verminderung im Energiesystem. Z Energiewirtsch 43, 51–68 (2019). https://doi.org/10.1007/s12398-018-00247-0

Download citation