Klimawandel und Erneuerbare Energien

Der vom Menschen verursachte Klimawandel und seine Folgen gehören zu den größten Herausforderungen für künftige Generationen.[1] Der Klimawandel trägt nicht nur zur Wüstenbildung bei,[2] er hat auch erhebliche Auswirkungen auf die Ökosysteme und die biologische Vielfalt[3] sowie auf die menschliche Gesundheit.[4] Obwohl das Klima langfristig immer schwankte, wurde in den letzten Jahrzehnten ein erheblicher Anstieg der durchschnittlichen globalen Oberflächentemperaturen beobachtet.

Entwicklung der globalen Oberflächentemperatur in der Vergangenheit
Entwicklung der globalen Oberflächentemperatur
Temperaturanalyse von zwei Modellen mit unterschiedlichen Referenzzeiträumen, eigene Darstellung.[5]

Angesichts der enormen potenziellen Folgen des Klimawandels durch die globale Erwärmung haben internationale Organisationen wie die UNO, die EU und andere sowie Länder auf der ganzen Welt reagiert, indem sie verbindliche Rahmenregelungen zur Verringerung des Ausstoßes von Kohlendioxid (CO2) und anderen Treibhausgasen (green housegas, GHG) geschaffen und in Kraft gesetzt haben.[6] Einer der Übergangskraftstoffe, die den Ausbau der erneuerbaren Energien und die Verringerung der direkten Kohlendioxidemissionen erleichtern sollen, ist Erdgas.[7] Der derzeitige Konflikt in der Ukraine stellt jedoch eine enorme Belastung für die westeuropäischen Erdgaslieferungen aus Russland und für die energieintensiven Industrien dar, die auf diesen Energieträger angewiesen sind.[8] Eine Substitution von Erdgas scheint daher dringend geboten, vorzugsweise durch Energie aus erneuerbaren Quellen. Der Industriesektor und insbesondere die energieintensiven Prozessindustrien sind integraler Bestandteil der Erreichung dieser Klima- und Erdgassubstitutionsziele.[9] Viele ihrer Prozesse nutzen in großem Umfang fossile Brennstoffe zu Heizzwecken, was eine Dekarbonisierung besonders erschwert.[10] Einen Überblick über den Energiebedarf der europäischen Chemieindustrie und seine Entwicklung im Verhältnis zur Produktion gibt die folgende Abbildung:

Energiebedarf und Energieintensität der europäischen chemischen Industrie (EU27-Länder)
Energiebedarf und Energieintensität der europäischen chemischen Industrie
Basierend auf einer Illustration von Cefic, eigene Darstellung.[11]

Angesichts der enormen Aufgabe, die vor uns liegt, wurden die Herausforderungen, die der Übergang zu erneuerbaren Energie- und Rohstoffquellen für die chemische Industrie mit sich bringt, aus zahlreichen Blickwinkeln untersucht.[12] Die derzeitige starke Nutzung von Erdgas und anderen fossilen Brennstoffen für die Erzeugung von Prozesswärme und andere Zwecke[13] impliziert große Veränderungen für die Zukunft und die Notwendigkeit einer disruptiven Innovation.[14] Zur Umsetzung der erneuerbaren Energieversorgung konzentriert sich die chemische Industrie auf drei verschiedene Ansätze: Prozessverbesserungen zur Erhöhung der Variabilität, höhere Energieeffizienz und Speicherlösungen.[15] Ein erster Schritt zur Anpassung der chemischen Industrie an die schwankende erneuerbare Energieversorgung ist die Nutzung des Flexibilitätspotenzials in den Prozessen, ein Thema, das bereits in zahlreichen Untersuchungen behandelt wurde. Das Thema wurde bereits in zahlreichen Untersuchungen aufgegriffen.[16] Dennoch weisen viele der derzeitigen großtechnischen Grundprozesse nicht die richtigen Eigenschaften für betriebliche Flexibilität auf, da sie eine konstante Energie- und Rohstoffversorgung benötigen, um effizient zu laufen.[17] Energieeffizienz steht seit Jahrzehnten im Mittelpunkt der Entwicklung der industriellen Chemie,[18] so dass das mittelfristige Optimierungspotenzial mit herkömmlichen Ansätzen wahrscheinlich begrenzt ist.
Trotz dieser Herausforderungen, hoher Inflationsraten[19] und düsterer wirtschaftlicher Aussichten[20] setzt die Politik nicht nur auf eine Diversifizierung der Erdgasversorgung, sondern auch auf eine deutliche Verringerung der Abhängigkeit vom Energieträger Erdgas.[21] Während der Ausbau der erneuerbaren Energien unter diesem Gesichtspunkt zwingend notwendig und dringlich erscheint, haben verbindliche Planungsverfahren für die Infrastruktur an Land in der Vergangenheit mindestens ein Jahrzehnt gedauert.[22]

Die bisherige Forschungs konzentrierte sich vor allem auf den Umbau des Stromnetzes im Zusammenhang mit der verstärkten Nutzung erneuerbarer Energien,[23] die damit verbundenen technischen Probleme[24] und das Marktdesign[25] bzw. die nötigen makroökonomischen Rahmenbedingungen.[26] Die praktische Durchführbarkeit und die Anforderungen der Energiewende in den energieintensiven Prozessindustrien wurden dabei jedoch sträflich vernachlässigt und stellen immer noch ein gewisses Rätsel dar, das es zu lösen gilt.[27] Verschiedene Studien befassen sich mit technischen Verbesserungen zur Erleichterung des Übergangs, wie z. B. der Erhöhung der Flexibilität[28] oder der Elektrifizierung bestimmter chemischer Prozesse,[29] manchmal sogar einschließlich der Berechnung der erforderlichen Energiespeicherkapazitäten.[30] Andere Studien beschränken sich auf die Berechnung des Gesamtenergiebedarfs, ohne die Schwankungen des erneuerbaren Stromangebots zu berücksichtigen.[31] Während dies alles notwendige Voraussetzungen für die Erdgassubstitution oder die Dekarbonisierung der Energieversorgung sind, besteht eine erhebliche Wissenslücke in Bezug auf die praktische Durchführbarkeit und die zeitliche Anpassung des Übergangs an die politischen Vorgaben in energieintensiven Industrien. Diese Lücke muss sowohl von der akademischen Forschung als auch von der chemischen Industrie rechtzeitig geschlossen werden, um das Überleben der Branche in einem stark regulierten Umfeld zu sichern.

Footnotes

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  2. Siehe https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/desertification for an overview.
  3. Weiskopf, S. R., Rubenstein, M. A., Crozier, L. G., Gaichas, S., Griffis, R., Halofsky, J. E., Hyde, K. J. W., Morelli, T. L., Morisette, J. T., Muñoz, R. C., Pershing, A. J., Peterson, D. L., Poudel, R., Staudinger, M. D., Sutton-Grier, A. E., Thompson, L., Vose, J., Weltzin, J. F., & Whyte, K. P. (2020). Climate change effects on biodiversity, ecosystems, ecosystem services, and natural resource management in the United States. Science of the Total Environment, 733, 137782. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137782.
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