Technischer Klimaschutz

Zusammenfassung

Hamburg als dicht besiedelter Ballungsraum ist ein Nettoimporteur von Strom. Im Jahr 2014 z. B. wurden in Hamburg insgesamt 12,4 TWh Elektrizität verbraucht, aber nur 3 TWh innerhalb der Stadtgrenzen produziert. Die beste Option für den Klimaschutz in der Energieerzeugung ist die Vermeidung von Treibhausgasen durch Nutzung erneuerbarer Quellen, wenn der Strom auch lokal verbraucht und in Zeiten geringen erneuerbaren Angebots nicht durch emissionsintensive Kraftwerke substituiert wird. Der Anteil von erneuerbaren Energien in der FHH am Primärenergieverbrauch lag 2012 mit 4,7 % deutlich unter dem Bundesdurchschnitt von 10,3 %. Noch deutlicher ist die Differenz bei der Stromerzeugung. Während in der Freien und Hansestadt Hamburg (FHH) 2,9 % des Bruttostromverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt werden konnten, waren dies bundesweit bereits 23,7 % (Umweltbundesamt 2015). Der primäre Grund hierfür ist die für Stadtstaaten typische Flächenknappheit. Eine ausführliche Betrachtung der unterschiedlichen Kraftwerkstypen sowie die Auswirkungen des Klimawandels auf diese findet sich in ▶ Abschn. 9.2.

Verantwortlicher, vom Lenkungsausschuss berufener Leitautor: Detlef Schulz

Vom Leitautor hinzugezogener Autor: Thomas Weiß

1 Energieerzeugung

1.1 Hamburg als Stromimporteur

Hamburg als dicht besiedelter Ballungsraum ist ein Nettoimporteur von Strom. Im Jahr 2014 z. B. wurden in Hamburg insgesamt 12,4 TWh Elektrizität verbraucht, aber nur 3 TWh innerhalb der Stadtgrenzen produziert. Die beste Option für den Klimaschutz in der Energieerzeugung ist die Vermeidung von Treibhausgasen durch Nutzung erneuerbarer Quellen, wenn der Strom auch lokal verbraucht und in Zeiten geringen erneuerbaren Angebots nicht durch emissionsintensive Kraftwerke substituiert wird. Der Anteil von erneuerbaren Energien in der FHH am Primärenergieverbrauch lag 2012 mit 4,7 % deutlich unter dem Bundesdurchschnitt von 10,3 %. Noch deutlicher ist die Differenz bei der Stromerzeugung. Während in der Freien und Hansestadt Hamburg (FHH) 2,9 % des Bruttostromverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt werden konnten, waren dies bundesweit bereits 23,7 % (Umweltbundesamt 2015). Der primäre Grund hierfür ist die für Stadtstaaten typische Flächenknappheit. Eine ausführliche Betrachtung der unterschiedlichen Kraftwerkstypen sowie die Auswirkungen des Klimawandels auf diese findet sich in Abschn. 9.2.

1.2 Status Quo des Kraftwerkparks

In Tab. 15.1 sind die im Gebiet von Hamburg installierten Kraftwerke mit einer installierten Leistung von mehr als 10 MW aufgelistet. Auffällig ist, dass bis auf das im Jahr 2015 in Betrieb genommene Steinkohlekraftwerk Moorburg alle Verbrennungskraftwerke mit einer Kraft-Wärme-Kopplung arbeiten und somit die Gesamteffizienz steigern. Dem Kraftwerk Moorburg als dem mit Abstand größten Kraftwerk in Hamburg wird im Folgenden ein gesonderter Abschnitt gewidmet. Kraft-Wärme-Kopplung spielt zudem im Kraftwerksbereich eine wichtige Rolle, da Hamburg ein gut ausgebautes Fernwärmenetz hat (460.000 Wohneinheiten, 816 km Rohrleitungen) und das Hamburgische Gesetz zum Schutz des Klimas durch Energieeinsparung (HmbKliSchuG) nach § 4 Abs. 1 erlaubt, die Anbindung z. B. an das Fernwärmenetz in bestimmten Gebieten vorzuschreiben. Eine Einspeisevergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erhalten nur die Windkraftanlagen und die Biomasseanlage der Müllverwertung Borsigstraße GmbH (Müllverwertung Borsigstraße 2015).

Tab. 15.1 Im Gebiet der FFH installierte Kraftwerkskapazitäten im Bereich der Strom- und Wärmeversorgung auf der Basis von Daten der Bundesnetzagentur (2015)

In Tab. 15.2 ist zudem die kumulierte Leistung per Primärenergieträger der erneuerbaren Energien mit einer installierten Leistung von < 10 MW dargestellt. Obwohl Hamburg ein bedeutender Standort der Windindustrie ist, ist hier die installierte Leistung der solaren Strahlungsenergie höher. Ergänzende Informationen zum Status Quo der Energieversorgung im Allgemeinen finden sich in Abschn. 9.2.2.

Tab. 15.2 Aggregierte Auflistung von EEG-Anlagen mit einer installierten Leistung < 10 MW auf der Basis von Daten der Bundesnetzagentur (2015) und von Energieportal Hamburg (2015)

1.3 Potenziale für erneuerbare Energien

Die Entwicklung der installierten Leistung der unterschiedlichen erneuerbaren Energien ist in Abb. 15.1 dargestellt. Bei allen Energieträgern außer Wasser ist in den letzten Jahren ein deutlicher Anstieg zu verzeichnen. Aufgrund des urbanen Charakters ist das Potenzial für den weiteren Ausbau jedoch begrenzt. Eine für die FHH angefertigte Studie (Projects energy GmbH 2009) kommt für Biomasse noch auf ein Gesamtpotenzial von 740 GWh/Jahr. Das technische Potenzial für Photovoltaik in Hamburg beträgt nach Angaben der Agentur für Erneuerbare Energien (2015) sogar bis zu 1960 GWh/Jahr. Für Windenergie sieht der Bundesverband für Windenergie noch ein Ausbaupotenzial auf 300 MW bei einer mittleren jährlich produzierten Energiemenge von 600 GWh/Jahr (BWE 2012). Wasserkraft bleibt selbst bei voller Ausnutzung der vorhanden Potenziale bei weniger als 1 GWh/Jahr und wird auch zukünftig nicht maßgeblich zu einer nachhaltigen Energieversorgung Hamburgs beitragen (Wagner und Rindelhardt 2008). Selbst wenn man alle technischen Potenziale addiert, liegt der Wert mit 3,3 TWh deutlich unter dem der verbrauchten Energie (12 TWh). Somit ist Hamburg auch zukünftig auf Energieimporte oder Beiträge aus konventioneller Kraftwerkstechnik angewiesen.

Abb. 15.1

Entwicklung der installierten Leistung von Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft und Biomasse zwischen den Jahren 2000 und 2014. (HSU, Daten: Bundesnetzagentur, Anlagenstammdatenregister der deutschen Übertragungsnetzbetreiber)

1.4 Emissionsrechtehandel

Der im Jahr 2005 eingeführte CO₂-Zertifikatehandel zwingt Kraftwerksplaner, bei Neubauten vermehrt auf den Wirkungsgrad zu achten. Gerade bei Neubauten hat die Reduzierung des CO₂-Ausstoßes eine große Bedeutung, da ein hoher Anstieg der Zertifikatspreise erwartet wird (Abb. 15.2). Um Kosten für CO₂-Zertifikate einzusparen, gibt es nur die Möglichkeit der CO₂-Abspaltung oder der Effizienzsteigerung. Im Nachfolgenden werden kurz Möglichkeiten zur Emissionsreduzierung in fossil befeuerten Kraftwerken erläutert und aktuelle Projekte in der Energieversorgung dargestellt.

Abb. 15.2

Entwicklung der CO₂-Zertifikatspreise. Prognosen für einen schwachen (Niedrig), moderaten (Mittel) und starken (Hoch) Anstieg. Zusätzlich von Greenpeace ermittelter ökologisch korrekter Preis (Öko). (Weiß 2016)

1.5 Emissionsreduzierung bei fossil befeuerten Kraftwerken

Gerade Kohlekraftwerke haben einen hohen Ausstoß an Stickoxiden, Flugstaub und Schwefeldioxid, deren Grenzwerte gesetzlich festgeschrieben sind. Aus diesem Grund sind in allen Kohlekraftwerken (u. a. KW Moorburg) Abspaltungs- und Reinigungsanlagen verbaut. Besonders aufwendig sind dabei die Einrichtungen zur Entstickung (DeNOx). Das heutzutage meistgenutzte Verfahren ist das SCR-Verfahren („selective catalytic reduction“), das die Reaktion von Stickoxiden im Rauchgas mit eingedüstem Ammoniak zu Stickstoff und Wasser nutzt (Heuck et al. 2013). Für die Reinigung von Staubpartikeln wird meist ein Elektrofilter eingesetzt (elektrische Gasreinigung). Das Prinzip beruht auf der Elektrostatik und erreicht einen Absonderungsgrad von bis zu 99,9 %. Schwefelhaltige fossile Brennstoffe erzeugen bei der Verbrennung Schwefelverbindungen (SO₂ und SO₃). Seit 1974 ist es in Deutschland daher vorgeschrieben, Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA) in Kohlekraftwerken, aber auch in Müllverbrennungsanlagen (falls Schwefelgehalt höher als 1 %) vorzusehen. Bei der Rauchgasentschwefelung werden regenerative und nichtregenerative Verfahren unterschieden. Das weltweit am häufigsten eingesetzte nichtregenerative Verfahren ist die Kalkwäsche. Dabei wird das Rauchgas über eine Kalk-Wasser-Emulsion geleitet, wobei durch Zugabe von Kalk Gips entsteht, der in der Baustoffindustrie weiterverwendet werden kann. Ein zumeist in Raffinerien genutztes regeneratives Verfahren ist das Wellmann-Lord-Verfahren. Bei diesem Verfahren besteht die Waschflüssigkeit aus einer Natriumsulfitlösung (Na₂SO₃), und der weiterverwendbare Stoff am Ende des Verfahrens ist Schwefel (Fritz und Kern 1992; Heuck et al. 2013).

Die oben beschriebenen Verfahren entfallen wegen des reineren Brennstoffs bei Gaskraftwerken. Allen Kraftwerken gemein ist jedoch der CO₂-Ausstoß, auch wenn dieser je nach Brennstoff und Art des Kraftwerks deutlich voneinander abweicht (z. B. 1142 g/kWhel bei Braunkohlekraftwerken und 5 g/kWhel bei Erdgas-Blockheizkraftwerken) (Plaßmann und Schulz 2013). Die Diskussion um die Abspaltung von CO₂ hat sich, insbesondere auch durch die Einführung des Zertifikatehandels, in den letzten Jahren deutlich intensiviert. Meist wird die Abspaltung in Verbindung mit der Speicherung von CO₂ diskutiert und unter dem Begriff CO₂-Sequestrierung oder CCS („carbon capture and storage“) zusammengefasst. Es gibt drei Verfahren zur Abscheidung von CO₂, das „Post-Combustion“-, das „Pre-Combustion“- und das „Oxyfuel“-Verfahren (Gibbins und Chalmers 2012; Guerrero-Lemus und Martinez-Duart 2013; Plaßmann und Schulz 2013). Alle Verfahren erreichen eine Abscheidungsrate von bis zu 90 %. Die Abscheidung ist jedoch sehr energieintensiv, was zu Wirkungsgradeinbußen von 5–12 % führt. Auch die Kosten der Anlagen sind sehr hoch. Bei Anlagen mit CCS-Technologie sind die Investitionskosten ca. 50–100 % höher als ohne CCS. Ein weiterer sehr kontrovers diskutierter Punkt ist die Speicherung des abgespaltenen CO₂. Von Forschern wird die Lagerung in tiefen Sedimentschichten favorisiert. Dies konkurriert mit der Nutzung von Geothermie sowie anderen Kavernenspeichern für Gase und Treibstoffe auf der einen Seite, aber auch der viel diskutierten Gewinnung von Schiefergas mittels Fracking (s. u.) auf der anderen Seite. Die Lagerung von CO₂ gilt wegen der möglichen bodennahen Ablagerung von entweichendem Gas als nicht risikoarm, weswegen sich auch in der Bevölkerung immer mehr Widerstand gegen diese Art der Lagerung formiert. Die Technik befindet sich immer noch in der Entwicklung. Das Braunkohleversuchskraftwerk Schwarze Pumpe bei Spremberg wurde im Jahr 2014 aufgrund mangelnder Chancen zur industriellen Nutzung von CCS wieder stillgelegt (Bundeszentrale für politische Bildung 2013). Ein von RWE geplantes Projekt für ein IGCC-Kraftwerk („integrated gasification combined cycle“) mit CCS scheiterte laut Unternehmen an der deutschen und europäischen Gesetzgebung zur CO₂-Speicherung (RWE 2015). Ein sich noch im Betrieb befindliches CCS-Kraftwerk steht in Kanada, und es gibt Pläne für neue Kraftwerke mit CO₂-Abscheidung in den USA und Großbritannien (Wirtschaftswoche 2014). Neue Kraftwerke in Deutschland können vom TÜV Nord ein Zertifikat „CCS ready“ erwerben. Den Kraftwerken wird damit bescheinigt, dass sie für die nachträgliche Installation der Abscheidung vorbereitet sind (TÜV Nord 2015). Auch Fracking wurde im Gebiet der FHH untersucht und diskutiert. So erhielt eine Tochterfirma von ExxonMobile die Erlaubnis, in Teilen von Bergedorf, Allermöhe, Wilhelmsburg und Harburg nach potenziellen Förderstellen zu suchen, auch wenn die Möglichkeit einer tatsächlichen Förderung vonseiten der Politik stets verneint wurde.

Eine weitere Möglichkeit der Emissionsreduzierung ist die Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades. Somit kann mit weniger Brennstoff eine höhere Menge Energie gewonnen werden. Durch die steigenden Weltmarktpreise für Steinkohle und Gas, verbunden mit dem zu erwartenden Anstieg der CO₂-Zertifikatspreise, werden die Anreize für Kraftwerksplaner weiter steigen, in Forschung und Entwicklung zu investieren, um die Wirkungsgrade weiter steigern zu können.

1.6 Projekte

Das größte Projekt in Hamburg im Bereich der Energieversorgung ist das Kraftwerk Moorburg mit einer installierten Leistung von 1,635 MWel, aufgeteilt auf zwei Kraftwerksblöcke. Das Steinkohlekraftwerk soll nach vollständiger Inbetriebnahme jährlich rund 11 TWh Energie erzeugen. Das ist fast der komplette Elektrizitätsbedarf der FHH. Im Vergleich zu anderen in Deutschland betriebenen Steinkohlekraftwerken hat das KW Moorburg mit 46,5 % einen sehr hohen Wirkungsgrad. Dadurch können die spezifischen CO₂-Emissionen auf 750 g/kWh gesenkt werden (Durchschnitt der deutschen Steinkohle-KW: ca. 800 g/kWh). Das Kraftwerk besitzt alle in Abschn. 15.1.5 beschriebenen Abscheidungsmechanismen und unterschreitet die gesetzlichen Grenzwerte für NO₂, SO₂ und CO deutlich. Zudem ist es „CCS-ready“-zertifiziert. Kraftwerksblock B ist seit dem 28. Februar 2015 im kommerziellen Betrieb, während Block A am 31. August 2015 in den kommerziellen Betrieb ging (Vattenfall 2015a, 2015b). Ein weiterer Vorteil des Kraftwerks ist die Lage an der Süderelbe, sodass kein landgebundener Transport notwendig ist, sondern die Kohle direkt von den Schiffen verladen werden kann.

Ein weiteres Projekt ist das Innovationskraftwerk Wedel, welches das bisherige Steinkohlekraftwerk Wedel ablösen soll. Durch Kraft-Wärme-Kopplung in dem Gas- und Dampfkraftwerk kann der Gesamtwirkungsgrad auf 88 % gebracht werden. Zudem soll ein Wärmespeicher integriert werden, um die Wärme- und die damit einhergehende Stromerzeugung an die fluktuierende Einspeisung aus Windkraft anpassen zu können. Die Baugenehmigung liegt vor, es wurde jedoch noch nicht mit dem Bau begonnen, da es in Politik, Bürgerinitiativen und Naturschutzorganisationen keinen Konsens darüber gibt, ob das neue Kraftwerk überhaupt wirtschaftlich betrieben werden kann. Seit Kurzem ist auch eine Laufzeitverlängerung des alten Steinkohlekraftwerks bis ins Jahr 2021 im Gespräch. Dies wäre auch mit Investitionen in die Ertüchtigung des Steinkohlekraftwerks verbunden.

Die Inbetriebsetzung des neuen Spitzenlast-Heizkraftwerks in Altona im Haferweg ist für Mai 2016 geplant und soll zur Heizperiode 2016/2017 abgeschlossen sein. Das Kraftwerk wird aus drei erdgasbefeuerten Kesseln mit je 50 MW Leistung bestehen und einen Brennstoffnutzungsgrad von über 90 % aufweisen.

Im urbanen Umfeld gibt es aber auch andere Primärenergieträger, die effizient zur Energieerzeugung genutzt werden können. Das Biogas- und Kompostwerk Bützberg erzeugt seit der Inbetriebnahme 2011 stündlich bis zu 350 m³ Biogas, das in einer angeschlossenen Aufbereitungsanlage gereinigt und dann als Biomethan in das Gasnetz eingespeist wird. Der Biomüll wird dann noch weiter zu Kompost verarbeitet (Stadtreinigung Hamburg 2015). Die Müllverwertung Borsigstraße GmbH der Stadtreinigung Hamburg unterhält seit 2005 ein Biomassekraftwerk, das jährlich mehr als 150.000 t Altholz verwertet und über KWK in das Fernwärme- und Stromnetz eingespeist wird. Das Kraftwerk hat eine moderne Rauchgasreinigungstechnik und kann so die gesetzlichen Grenzwerte teils um bis zu 99 % unterschreiten (Müllverwertung Borsigstraße 2015).

Weitere Projekte gibt es im Bereich der Optimierung von bestehenden Systemen (TUHH 2015a) wie z. B. die Minimierung der Klimagasemissionen bei der Energieversorgung komplexer Krankenhäuser am Beispiel des UK Hamburg-Eppendorf (TUHH 2015b). Im Bereich Mobilität werden weitere Projekte auch im Bereich der Energieversorgung von großen energetischen Verbrauchern beschrieben, wie z. B. das Blockheizkraftwerk zur Wärme- und Elektrizitätsversorgung des Flughafens Hamburg oder die Windkraftanlagen am Eurogate-Terminal.

1.7 Forschung und Entwicklung

Für die Metropolregion Hamburg ist der Energiesektor seit Langem ein wichtiger Standortfaktor. Stromgroßabnehmer und -produzenten sind entscheidende Wirtschaftsakteure; zudem entwickelt sich die Stadt mehr und mehr zu einem Zentrum für erneuerbare Energien mit einer Vielzahl an branchenspezialisierten Ingenieurbüros, Finanzdienstleistern oder Zertifizierern sowie führenden Unternehmen der Windkraftbranche. Zusätzlich gibt es in Hamburg eine vielseitige Hochschullandschaft mit weitreichenden Kompetenzen im Bereich der Energieforschung in ihrer gesamten Bandbreite. Zur besseren Vernetzung und stärkeren Koordination dieser Energieforschungsaktivitäten wurde mit Unterstützung des Senats der Stadt Hamburg Anfang 2013 der Hamburger Energieforschungsverbund (EFH) gegründet. In diesem Verbund sind die fünf großen Hamburger Hochschulen – Universität Hamburg, Technische Universität Hamburg-Harburg, Helmut-Schmidt-Universität, HafenCity Universität und Hochschule für Angewandte Wissenschaften – zusammengeschlossen, um gemeinsam F&E-Projekte im Energiebereich anzustoßen und durchzuführen. Aufseiten der Wirtschaft wurde 2011 bereits das Branchennetzwerk Cluster Erneuerbare Energien Hamburg (EEHH) gegründet. Dieses organisiert eine Bündelung der weitgefächerten Kompetenzen der Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Institutionen. Außerdem schafft es Plattformen für den Dialog der Akteure untereinander und fördert Schnittstellen zu anderen Branchen – z. B. in der Logistik. Innerhalb der im Jahr 2005 gegründeten Akademie der Wissenschaften Hamburg gibt es eine Arbeitsgruppe Energie und Ressourcen, die sich aus 19 in diesem Bereich forschenden Professoren zusammensetzt. Die Arbeitsgruppe organisiert Workshops zu energierelevanten Themen. Zudem wird ein neues Schülerlabor ins Leben gerufen, das jungen Menschen die Themen der Energieversorgung näherbringen soll.

2 Mobilität

Beim Überbegriff „Mobilität“ muss zwischen den unterschiedlichen Einsatzgebieten auf dem Land, auf dem Wasser und in der Luft unterschieden werden (Abb. 15.3). Hamburg weist unter den deutschen Großstädten wohl die am stärksten ausgeprägte Verteilung zwischen den einzelnen Sektoren auf. Im Bereich der Landnutzung unterscheidet sich Hamburg nicht wesentlich von anderen Großstädten. Die Untergliederung erfolgt hier in Kraftfahrzeuge, den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) und das Fahrrad. Im Bereich der Wassernutzung gibt es eine große Vielfalt in Hamburg, die in diesem Abschnitt in die Kategorien Industrie, öffentlicher Personennahverkehr und Tourismus untergliedert ist. Die Luftfahrt untergliedert sich in Produktion und Nutzung. Eine über den technischen Klimaschutz hinausgehende Betrachtung des Themas Mobilität findet sich in Kap. 11.

Abb. 15.3

Separation des Begriffs „Mobilität“ in die Unterkategorien der Mobilität an Land, auf dem Wasser und in der Luft

2.1 Landverkehr außer Hafen

Hamburg hat als einziges wirtschaftlich starkes Bundesland keine Umweltzone eingeführt.

2.1.1 Elektromobilität

Seit 2009 ist Hamburg Modellregion für Elektromobilität im Rahmen der vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderten Initiative (BMVI 2015). Für den Ausbau der Ladeinfrastruktur wurde 2014 vom Senat ein Masterplan beschlossen (Starterset Elektromobilität 2015). Bis zum Herbst 2016 sollen dabei knapp 600 öffentliche Ladepunkte zur Verfügung stehen. Das Laden der Fahrzeuge erfolgt ausschließlich über zertifizierten Grünstrom und wird über eine zentrale IT-Plattform von Stromnetz Hamburg gesteuert und koordiniert (Stromnetz Hamburg 2015). Im Jahr 2015 wurden zudem separate Kennzeichen für Elektroautos eingeführt, die damit ab dem 01.11.2015 von der Parkgebührenpflicht im gesamten Stadtgebiet befreit sind. In Hamburg sind aktuell (Stand Oktober 2015) 1550 elektrisch betriebene Pkw gemeldet. Auch die Hamburger Initiative „Hamburg – Wirtschaft am Strom“ fördert die Nutzung der Elektromobilität in Unternehmen. Von den 740 geplanten Fahrzeugen sind mittlerweile über 700 im Projekt integriert. Zudem haben Elektrofahrzeuge bei behördlichen Beschaffungen seit 2014 Vorrang vor herkömmlichen Antrieben. Gegenwärtig sind somit schon 340 Elektrofahrzeuge bei kommunalen Trägern in der Metropolregion im Einsatz. Im Carsharing-Dienst DriveNow wurden 30 BMWi3 in die Flotte integriert und können seit Juni 2015 frei genutzt werden. Hamburg startet nach Amsterdam und Zürich als dritte europäische Großstadt einen großflächigen Feldversuch mit 50 elektrisch betriebenen Taxis, aktuell sind bereits 21 E-Taxis im Einsatz. Auch die Verkehrsbetriebe Hamburg Holstein (VHH) haben 4 E-Smarts und mehrere Elektrofahrräder in ihrer Flotte. Einen Überblick über die bisher erwähnten Maßnahmen findet sich auf der extra dafür eingerichteten Internetseite zur Elektromobilität Hamburg.

Das Potenzial für Elektromobilität in Hamburg als Großstadt ist sehr hoch. Eine von der Handelskammer Hamburg angefertigte Studie zu Einsatzpotenzialen für Elektrofahrzeuge in der Hamburger Wirtschaft kam zu dem Schluss, dass bis 2020 allein in den Hamburger Unternehmen 18.000 Elektrofahrzeuge zum Einsatz kommen könnten (Handelskammer Hamburg 2013).

2.1.2 ÖPNV

Der Öffentliche Personennahverkehr gliedert sich in Hamburg in Busse, U-Bahnen, S-Bahnen und Fähren. Bei den Bussen hat Hamburg das erklärte Ziel, ab 2020 nur noch Busse mit emissionsfreien Antrieben anzuschaffen. Im Rahmen des EU-Projekts Clean Urban Transport for Europe (CUTE) waren zwischen 2003 und 2010 bereits 6 mit Brennstoffzellen betriebene Busse bei der Hochbahn im Einsatz. Seit Herbst 2014 ist auf der Linie 48 in Blankenese bereits ein rein elektrisch betriebener Bus im Einsatz. Auf der Linie 109 fahren seit Anfang 2015 auch zwei Brennstoffzellenbusse. Geplant war, dass Mitte 2015 in Hamburg fünf Tankstellen für Wasserstoff im öffentlichen Raum zur Verfügung stehen. Ende 2015 waren bisher jedoch nur drei Projekte realisiert (Ecomento tv 2015). Mit europäischen Nachbarländern wie z. B. Dänemark werden bereits weitere Tankstellen geplant, um auch den grenzüberschreitenden Verkehr zu ermöglichen. In den nächsten Jahren baut die Hochbahn einen vollständig neuen Betriebshof für klimaschonende Busse. Auf dieses Gelände passen über 250 Busse, die mittelfristig alle emissionsfrei sein werden. Bei den U-Bahnen gibt es keine alternativen Antriebe, jedoch wird durch Leichtbauweise neuer Bahnen erheblich Gewicht und somit elektrische Energie gespart. Weiterhin speisen neue U-Bahnen des Typs DT4 beim Bremsen Energie zurück ins Stromnetz, die sich in der Nähe befindende Bahnen zum Anfahren nutzen können. Die S-Bahn Hamburg ist derzeit das einzige Eisenbahnunternehmen, das ausschließlich mit Strom aus erneuerbaren Quellen fährt. Bereits seit 2010 fahren die S-Bahnen nur mit zertifiziertem Ökostrom. Bei den HADAG-Fähren im Hamburger ÖPNV gibt es in den letzten Jahren keine nennenswerten Neuerungen. Es gibt jedoch Pläne, die Fähren auf Flüssigerdgas (LNG – liquefied natural gas) umzustellen, was den Schadstoffausstoß erheblich reduzieren würde. Konkrete Pläne für die Umsetzung liegen noch nicht vor.

2.1.3 Sonstige

Des Weiteren gibt es gut funktionierende Konzepte zur grundsätzlichen Vermeidung von Personenkraftverkehr oder zur besseren Ressourcennutzung. Das StadtRAD Hamburg wurde im Juni 2009 gestartet und hat aktuell über 150 Stationen mit mehr als 2000 Rädern und 268.000 registrierten Kunden. An Spitzentagen im Jahr 2012 wurde jedes Rad bis zu siebenmal genutzt. Neben StadtRAD gibt es noch unterschiedliche Carsharing-Angebote. Zu den Anbietern zählen Car2go (Smart), DriveNow (MINIs, BWM 1er, BMW X1, BMW Active E) und mehrere kleinere Anbieter (Carsharing Hamburg 2015). Hinzu kommt noch der Ausbau der Park+Ride-Angebote in Hamburg, wodurch eine weitere Belastung des Stadtgebietes durch Pkw vermieden werden soll.

2.2 Wasser und Hafen

Die Mobilität im Bereich Wasser teilt sich in Hamburg in die beiden Gewässer Elbe und Alster, wobei die Elbe durch den Industriehafen und die Verbindung zur Nordsee den deutlich größeren Anteil hat. Die Alster wird aus Sicht des Klimaschutzes nur touristisch genutzt. Das Alsterschiff Zemship (Zero Emission Ship) wurde am 29.08.2008 in Dienst gestellt. Das Schiff wird mit zwei 50 kW Brennstoffzellen und einer Blei-Gel-Batterie betrieben. Eigens für dieses Schiff wurde auch eine Wasserstofftankstelle am Anleger Hellbrookstraße auf dem Gelände der Hamburger Hochbahn eingerichtet. Pro Jahr können damit im Vergleich zu dieselbetriebenen Schiffen 1000 kg Stickoxide, 220 kg Schwefeldioxide, 40 kg Partikel und 70 t CO₂ eingespart werden (Fredriks 2015). Im Bereich des Hafens wurde von unterschiedlichen Seiten ein breites Spektrum von Maßnahmen beschlossen und auch umgesetzt. Dies betrifft zum einen die Hamburg Port Authority (HPA) mit den „Smart-Port-Energy“-Programmen, aber auch die großen Terminalbetreiber wie z. B. HHLA oder Eurogate. Die HHLA setzt sich das Ziel, den Ausstoß von CO₂ pro umgeschlagenem Container bis zum Jahr 2020 um mindestens 30 % zu mindern, Eurogate will diesen Ausstoß um 25 % reduzieren und dabei 20 % weniger Energie verbrauchen. Basisjahr für diese Zahlen ist das Jahr 2008 (Eurogate 2015; HHLA 2015). Die HHLA konnte nach ihrem Nachhaltigkeitsbericht (HHLA2) die CO₂-Emissionen pro Container bis 2014 bereits um 25,5 % reduzieren, während jedoch die Gesamtemission von 88.000 t CO₂ auf 134.988 t CO₂ gestiegen ist. Seit dem 01.01.2015 sind die gesamte Nord- und Ostsee SECAs („sulphur emission control areas“). Das bedeutet, dass nur noch Treibstoffe mit einem Schwefelmassenanteil von 0,1 % verbrannt werden dürfen (Maritime LNG Plattform 2015).

Nachfolgend sind einige Projekte und Maßnahmen ausgeführt, die seit dem 1. Hamburger Klimabericht ins Leben gerufen und auch schon realisiert wurden, zusammengefasst in übergeordneten Themengruppen.

2.2.1 Landstromversorgung von Kreuzfahrtschiffen

Die Landstromanlage in Altona ist Teil des Gesamtkonzeptes zur alternativen Energieversorgung von Kreuzfahrtschiffen im Hamburger Hafen. Vor dem Hintergrund steigender Schiffsanlaufzahlen hatten Senat und Bürgerschaft in der vergangenen Legislaturperiode die Hamburg Port Authority (HPA) mit dem Bau einer Landstromanlage am Kreuzfahrtterminal Altona und der Infrastruktur für die landseitige Stromversorgung von Kreuzfahrtschiffen durch eine LNG Power Barge am Terminal HafenCity beauftragt und hierfür 8,85 Mio. Euro bereitgestellt. Neben der Förderung durch den Bund wird das Pilotprojekt mit 3,5 Mio. Euro auch von der Europäischen Union gefördert. Die Landstromanlage in Altona ist in ihrer Dimension einzigartig in Europa (Hamburg News 2015). Bei der LNG Power Barge wird die Energie auf der schwimmenden LNG Hybrid Barge (einem Leichter) in Blockheizkraftwerksmotoren und Generatoren mittels Flüssiggas (LNG) erzeugt. Der so gewonnene Strom wird flexibel, je nach Bedarf, in das Versorgungsnetz des Kreuzfahrtschiffes eingespeist (LNG 2015).

2.2.2 Umstellung der Verladeinfrastruktur auf elektrische oder alternative Energie

Am Container Terminal Burchardkai (CTB) der HHLA gibt es ein rein elektrisch betriebenes Lagerkransystem. Zudem wurde die Flotte der elektrisch betriebenen Pkw auf mittlerweile 64 ausgebaut und Automated Guided Vehicle (AGV) von Diesel auf Elektroantrieb umgestellt. Am Container Terminal Altenwerder (CTA) wird mit dem Forschungsprojekt BESIC untersucht, wie Batterien von Containertransportfahrzeugen genau dann geladen werden können, wenn Ökostromspitzen im Netz sind. Die Bundesregierung hat BESIC zum Leuchtturmprojekt für Elektromobilität erklärt. Auch Eurogate schließt sich dieser Entwicklung an. Durch effizientere Motorentechnik und Umstellung auf dieselelektrische Antriebe werden bis zu 30 % Emissionen eingespart. Darüber hinaus untersucht Eurogate die Potenziale alternativer Kraftstoffe wie LNG oder Wasserstoff. Einige Werkstattfahrzeuge werden bereits mit LNG betrieben. Alle neuen Van Carrier werden zudem mit hocheffizienter LED-Beleuchtung ausgerüstet.

2.2.3 Integration von erneuerbaren Energien

Bei der HHLA wird der Strombedarf für alle selbst genutzten Bürogebäude und Werkstätten in Hamburg sowie für den Container Terminal Altenwerder (CTA) und das rein elektrisch betriebene Lagerkransystem am Container Terminal Burchardkai (CTB) aus erneuerbaren Energien gedeckt. Dadurch konnte allein 2014 der CO₂-Ausstoß bilanziell um 26.635 t verringert werden. Eurogate hat in den letzten Jahren vier Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von 73 kWp auf den Terminalstandorten installiert. Dadurch werden jährlich ca. 40 t CO₂ eingespart. Im Jahr 2013 wurde zudem die erste eigene Windkraftanlage (WKA) in Hamburg in Betrieb genommen. Diese deckt fast die Hälfte des Stromverbrauchs des EUROGATE Container Terminals Hamburg. Seit Anfang 2015 ist auch eine WKA am Terminal Bremerhaven in Betrieb. Beide Anlagen sparen pro Jahr 9000 t CO₂.

2.2.4 Effizienzsteigerung

Bei den Containerbrücken von Eurogate werden durch die Nutzung frei werdender Energie beim Senken des Containers und Bremsen des Fahrwerks bis zu 25 % der Energie zurückgespeist. Dies entspricht einer jährlichen Reduktion der CO₂-Emissionen um ca. 4400 t. Aktuell wird zudem untersucht, ob es Einsparpotenzial beim Standby-Verbrauch und der Beleuchtung gibt. Im Bereich der Terminalbeleuchtung konnten am EUROGATE Container Terminal Hamburg durch die Optimierung der Beleuchtungssteuerung und Umstellung auf LED 25 % Energie eingespart werden. Durch die Erneuerung der Klimaanlage des Rechenzentrums in Hamburg konnte eine Einsparung von jährlich 30 % realisiert werden.

2.3 Luft

Der Bereich Luft ist in Hamburg durch die drei Unternehmen Airbus, Flughafen Hamburg und Lufthansa geprägt. Während Airbus dem produzierenden Gewerbe zuzuordnen ist, sind der Flughafen und Lufthansa eher Nutzer. Grundsätzlich hat im Bereich Luftfahrt die Forschung an klimaverträglicherer Antriebstechnik an Bedeutung gewonnen. Neben Herstellern und Betreibern gibt es auch auf europäischer Ebene großes Interesse an einer emissionsärmeren Luftfahrt. Die Single European Sky Initiative (European Commission 2015) bemüht sich seit 2004 darum, das Air Traffic Management (ATM) auf europäischer und nationaler Ebene zu verbessern. In diesem Rahmen wurde im Jahr 2007 auch das SESAR Joint Undertaking gegründet (SESAR 2015). Im Bereich der Forschung und Entwicklung gibt es in Hamburg die Hamburg Aviation, ein Cluster für die Unternehmen der Luftfahrbranche, das sich um die drei oben genannten Kernunternehmen gruppiert und mit 300 Zulieferern und 40.000 Fachkräften gut vertreten ist.

Auf nationaler Ebene hat sich die Luftfahrtindustrie das konkrete Branchenziel gesetzt, die Emissionen auf der Basis der Werte von 2005 pro Passagiersitz bis 2050 zu halbieren. Die Reduktion der Emissionen kann entweder durch einen Wechsel des Treibstoffes oder eine Reduktion des Kerosinverbrauchs pro Passagier erfolgen. Im EU-Programm ITAKA wird beispielsweise der Einsatz von Biokraftstoffen untersucht (ITAKA 2015). In diesem Projekt wird ein Airbus mit Biokraftstoffen für 20 kommerzielle Langstreckenflüge eingesetzt. Für Flugzeuge gibt es zwei Möglichkeiten der Treibstoffreduktion: die Senkung des Gewichts oder die effizientere Nutzung der Energie und somit eine Reduktion des Gesamtenergieverbrauchs. Airbus setzt wie Boeing auf beide Faktoren, z. B. durch eine höhere Elektrifizierung des Flugzeuges und modernere Energieversorgungsstrukturen (Lücken et al. 2013; Brombach und Schulz 2013). Des Weiteren gibt es Untersuchungen, die Auxiliary Power Unit (APU) durch z. B. Brennstoffzellen zu ersetzen und somit Treibstoff vor allem in den Nichtflugphasen zu sparen (Terörde et al. 2014). So können bis zu 400 Liter Kerosin pro Jet und Tag gespart werden. Bei der Gewichtsreduktion wird auch auf Leichtbau mit leichten Verbundwerkstoffen gesetzt. Der A380 besteht z. B. schon zu 25 % aus Leichtbaumaterialien. Weitere Ansätze sind veränderte Flügelformen (Hamburg Airport 2015), leichtere Sitze etc.

Im Bereich des Umweltschutzes hat Lufthansa eine Umweltstrategie 2020 entwickelt (Lufthansa Group 2015b). Dabei sind vor allem folgende Punkte von Bedeutung: CO₂-Emissionen reduzieren, Ausstoß von Stickoxiden verringern, alternative Kraftstoffe fördern, Effizienz im operativen Bereich steigern, Infrastruktur verbessern, Emissionshandel global umsetzen, CO₂-Kompensation fortführen, weitere Anreizsysteme entwickeln, Fluglärm vermindern, Flugzeuge verbessern, Flugverfahren optimieren, umfassende Verkehrskonzepte entwickeln, ökologisches Bauen und das Umweltmanagement erweitern. Detaillierte Pläne zu den einzelnen Punkten sind auf der Konzernwebseite zu finden (Lufthansa Group 2015b). Der aktuelle Umweltbericht der Lufthansa findet sich unter (Lufthansa Group 2015a).

Auch der Hamburger Flughafen verfügt über ein breites Spektrum an Maßnahmen zur Verbesserung seiner Umweltbilanz. Schon vor einem Jahr hat Hamburg Airport das „Mobilitätskonzept 2020“ beschlossen. Es sieht vor, über die Hälfte aller Fahrzeuge mit alternativen Antrieben auszurüsten. Dabei sollen Standardfahrzeuge sogar zu 100 % alternativ angetrieben werden. Schon jetzt fahren alle Passagierbusse und Gepäckschlepper am Flughafen Hamburg mit Erdgas und werden auch direkt am Flughafen betankt. Seit 2006 gilt zudem ein APU-Verbot. Das bedeutet, dass Flugzeuge das kerosinbetriebene Hilfsaggregat nach der Landung nicht mehr verwenden dürfen. Den notwendigen Strom beziehen die Flieger an den Pierpositionen über das flughafeneigene Blockkraftheizwerk und auf den Vorfeldpositionen über mobile Aggregate. Diese Maßnahme spart jährlich 9200 t CO₂ ein (Hamburg Airport 2015). Seit Januar 2010 erhebt der Flughafen Hamburg von den Airlines zudem emissionsabhängige Start- und Landeentgelte, die 7–8 % vom Gesamtentgelt ausmachen. Auch bei der Energieversorgung sind die Grundsteine gelegt. Es kann schon jetzt rund 70 % des Energiebedarfs am Flughafen durch das flughafeneigene erdgasbetriebene Blockheizkraftwerk vergleichsweise klimafreundlich gedeckt werden. Seit 5 Jahren wird ferner zur ökoeffizienten Klimatisierung der Terminalgebäude erfolgreich ein sog. Thermolabyrinth genutzt. Durch zwei Türme neben Terminal 1 wird Luft angesaugt (555.000 m³ Frischluft pro Stunde) und in das Thermolabyrinth geleitet. Darin herrscht durch die natürliche Erdwärme ganzjährig eine ausgeglichene Temperatur von ca. 10–12 °C. Im Sommer wird die angesaugte Außenluft hier vorgekühlt, im Winter vorgewärmt, indem Umlenkwände einen Temperaturaustausch mit dem umliegenden Erdreich gewährleisten. Somit können rund 400 t CO₂ pro Jahr wird vermieden werden (Hamburg Airport 2015).

3 Zusammenfassung

Das Thema technischer Klimaschutz wurde erstmalig in den 2. Hamburger Klimabericht aufgenommen. Dies zeigt den hohen Stellenwert, der technologischen Entwicklungen im Rahmen des Klimaschutzes zuzuordnen ist. Zum einen lässt sich gerade in den Bereichen Energieversorgung und Mobilität der technische nicht mehr vom organisatorischen Klimaschutz trennen, da die Forschung und Entwicklung in diesen Bereichen die Grundlage für die Umsetzung von Klimaschutzmaßnahmen ist. Zum anderen sind die Forschung und Entwicklung im Bereich neuer Technologien für die Energieversorgung und neue Mobilitätskonzepte ein Grundpfeiler für den Paradigmenwechsel in Richtung sauberer und regenerativer Energieerzeugungs- und Antriebskonzepten. Die Hamburger Forschungslandschaft unterstreicht mit den behandelten Themen den hohen Stellenwert des Klimaschutzes in der Technik. Zudem werden auf industrieller Seite klimafreundliche Lösungen auch aus Marketingsicht immer attraktiver.

In der Energieversorgung ist es für Hamburg als Stadtstaat schwer, sich im Bereich regenerativer Erzeugung mit Flächenstaaten gleichzustellen. Aufgrund der Flächenknappheit wird Hamburg immer von Stromimport und vom Ausbau der regenerativen Erzeugungskapazitäten in den benachbarten Bundesländern abhängig sein. Nichtsdestotrotz wird im Bereich der Stromerzeugung bei Neubauten und Ertüchtigungen auf neueste Technologie und die Reduzierung von Treibhausgasen geachtet. In der Wärmeversorgung hat Hamburg mit einem sehr gut ausgebauten Fernwärmenetz noch großes Potenzial, den regenerativen Anteil zu erhöhen. Bei der Forschung und Entwicklung baut sich Hamburg zu einem führenden Bundesland bei der nichtnuklearen Forschung aus.

In der Mobilität ist Hamburg in den Bereichen Luft, Wasser und Land stark vertreten und verfolgt in allen Bereichen innovative Konzepte für neue klimaschonende Technologien von morgen. In der Mobilität wird gerade im Bereich des ÖPNV viel unternommen, und durch den geplanten flächendeckenden Ausbau der Ladeinfrastruktur wird Hamburg als Stadt auch für Elektromobilität im Allgemeinen interessanter. Bei der Schiff- und Luftfahrt ist der Umstieg auf nichtfossile Energieträger deutlich schwieriger. Es sind zwar erste Schritte in Richtung einer regenerativen Land- bzw. Bodenstromversorgung unternommen worden, jedoch sind in diesen Bereichen die Potenziale noch bei Weitem nicht ausgeschöpft.