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MENA

CO2-freie kraftstoffe zur Dekarbonisierung der globalen Energieversorgung

1. November 2022 Arbeitsbereich: CO2-freie kraftstoffe

Um eine vollständige Umgestaltung des globalen Energiesystems zu erreichen und die globalen Klimaziele bis 2050 zu verwirklichen, ist es entscheidend, dass die Welt in allen Sektoren von ungebremsten fossilen Energieträgern auf kohlenstofffreie Alternativen umsteigt.  

Auf dem Weg zur globalen Dekarbonisierung brauchen wir ein Portfolio von Optionen, um die Klimaziele zu erreichen. Das bedeutet, dass alle Technologien auf dem Tisch liegen müssen, damit wir jede Komponente des Energiesystems effektiv und effizient dekarbonisieren und die Risiken der Energiewende verringern können. Saubere, abschaltbare und erschwingliche Elektrizität, CO2-freie kraftstoffe, und andere Innovationen und Technologien müssen im Instrumentarium enthalten sein und in die politische Diskussion eingebracht werden, damit klare Ziele und Aktivitäten umgesetzt werden können, um alle benötigten Klimatechnologien voranzubringen. 

Was die globale Energieversorgung angeht, so ist die Welt nicht auf dem richtigen Weg, um die erklärten Klimaziele zu erreichen, und die Emissionen nehmen weiter zu. Fossile Energieträger decken immer noch 78,5 % des Primärenergiebedarfs der Weltwirtschaft ab. Die politischen Entscheidungsträger haben sich weitgehend auf die Dekarbonisierung des Stromnetzes und die Reduzierung der Emissionen aus dem Verkehr durch Elektrifizierung und Energieeffizienz konzentriert. Dies wird jedoch nicht ausreichen. Die vollständige Dekarbonisierung des Verkehrs und der Schwerindustrie muss ebenfalls angegangen werden.  

Brennstoffe sind heute ein wichtiger Bestandteil des globalen Energiesystems, und das wird wahrscheinlich auch noch einige Jahrzehnte so bleiben, da sie für die Teile des Systems benötigt werden, die am schwierigsten zu ändern sind: Schwerindustrie und Schwerlastverkehr. Das bedeutet, dass wir von fossilen Brennstoffen auf dekarbonisierte Alternativen wie Wasserstoff und Ammoniak umsteigen müssen, die auf klimaschonenden Wegen hergestellt werden. CATF konzentriert sich auf diese Brennstoffe, da sie keine Kohlenstoffmoleküle enthalten und somit am Ort der Nutzung "kohlenstofffrei" sind und - im Vergleich zu Batterien - eine hohe Energiedichte aufweisen. 

Die Bedeutung von Kraftstoffen 

Die Notwendigkeit einer fortschrittlichen kohlenstoffarmen Energie, die über die Elektrizität hinausgeht, ist allgemein anerkannt. Die Fachliteratur zur Energiewende zeigt, dass die Energiewende die rasche Skalierung einer Reihe von Klimatechnologien erfordert. Die Internationale Energieagentur (IEA) beispielsweise berücksichtigt alle Brennstoffe und Technologien, um bis 2050 weltweit Netto-Null-Emissionen zu erreichen.  

Abbildung 1: Globaler Gesamtendverbrauch nach Brennstoffen in der NZE (Net Zero Emissions)  

In diesem Szenario springt der Anteil der (dekarbonisierten) Elektrizität am globalen Endenergieverbrauch von 20 % im Jahr 2020 auf 50 % im Jahr 2050. Der Gesamtbeitrag der Brennstoffe sinkt im Laufe der Zeit, aber dekarbonisierte Brennstoffe spielen 2050 immer noch eine sehr wichtige Rolle, und wasserstoffbasierte Brennstoffe bilden eine entscheidende Komponente des Mixes. 

In den Szenarien für die künftige Energieversorgung wird von einem fast fünffachen Anstieg der weltweiten Wasserstoffnachfrage gegenüber dem heutigen Stand ausgegangen. Das NZE-Szenario der IEA rechnet bis 2050 mit einem Anstieg von 90 Mio. t/Jahr auf 530 Mio. t/Jahr, einschließlich Wasserstoff aus Elektrizität und aus Erdgas mit CO2-abscheidung und Speicherung (mit einer Aufteilung von 62/38 % im Jahr 2050), da beide zur Deckung des Umfangs der dekarbonisierten Energieversorgung erforderlich sein werden. 

Abbildung 2: Globaler Wasserstoff und wasserstoffbasierte Kraftstoffe in der IEA NZE 2021 

Der weltweite Kraftstoffverbrauch wird größtenteils durch den Verkehrssektor, Industrieanlagen und Kraftwerke bestimmt. Die Dekarbonisierung dieser Sektoren erfordert eine Kombination von Technologien und Methoden. Verschiedene Länder und Sektoren werden wahrscheinlich unterschiedliche Lösungen wählen, die für ihre eigenen Umstände am besten geeignet sind.  

Die Umstellung auf CO2-freie kraftstoffe, wie Wasserstoff und Ammoniak, gilt als entscheidender Bestandteil von Dekarbonisierungspfaden und wird im Jahr 2050 zu mehr als 20 % der jährlichen globalen Emissionsreduzierung beitragen. Der Verbrauch von Wasserstoff und Ammoniak dürfte in mehreren Sektoren erheblich zunehmen, da diese CO2-freie kraftstoffe in schwer zu elektrifizierenden Sektoren wie der Schwerindustrie und dem Schwerverkehr von entscheidender Bedeutung sind.

Abbildung 3: Weltweiter Einsatz von Wasserstoff und wasserstoffbasierten Kraftstoffen in der NZE 2021 der IEA 

Die Optionalität wird den Übergang zu CO2-freie kraftstoffe 

Die Europäische Union (EU) hat sich das Ziel gesetzt, ihre Emissionen bis 2030 um 55 % zu senken. Im Jahr 2019 hatte sie eine Reduktion von 24 % seit 1990 erreicht. Während die Industrieemissionen bereits seit über einem Jahrzehnt stagnieren, sind die Emissionen von Schlüsselsektoren, die stark auf Brennstoffe angewiesen sind, wie der Verkehrssektor, sogar gestiegen.  

In der EU liegt der Schwerpunkt nach wie vor auf Wasserstoff, der von Elektrolyseuren mit erneuerbarem Strom erzeugt wird (auch "grüner" Wasserstoff genannt). Dies ist zwar eine lobenswerte Strategie, die unterstützt werden sollte, aber sie wird fossile Brennstoffe nicht schnell genug ersetzen, um die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels abzuwenden. Europa befindet sich in einem Wettlauf, um erneuerbare Energien schnell genug aufzubauen, um das Stromnetz zu dekarbonisieren, so dass es möglicherweise nicht über die zusätzliche erneuerbare Elektrizität verfügt, die benötigt wird, um in naher Zukunft nennenswerte Mengen an "grünem" Wasserstoff zu produzieren. 

Mit der alternativen Option, der Erzeugung von Wasserstoff aus Erdgas mit CO2-abscheidung und Speicherung, die oft als "blauer" oder - in der Nomenklatur der Europäischen Kommission - "kohlenstoffarmer" Wasserstoff bezeichnet wird, sind viele Herausforderungen verbunden.  

In erster Linie besteht das Potenzial für eine erhebliche Menge an vorgelagerten Emissionen in Form von Methan. Wissenschaftler schätzen, dass Methan die mit blauem Wasserstoff verbundenen Emissionen dominieren kann, selbst bei hohen Raten CO2-abscheidung , wie aus dem nachstehenden Diagramm hervorgeht. 

Abbildung 4: Aus "On the climate impacts of blue hydrogen production", Bauer et al, 2022.

Methan ist auf einer 20-Jahres-GWP-Skala als Treibhausgas 80-mal wirksamer alsCO2 und wird in der gesamten Versorgungskette für fossiles Erdgas freigesetzt und ausgestoßen. Die Beseitigung der Methanemissionen ist aufgrund ihrer massiven kurzfristigen Auswirkungen auf die Erwärmung vielleicht die dringendste Klimaschutzmaßnahme dieses Jahrzehnts. Erfreulicherweise zeigen führende Forschungsarbeiten, dass mit bereits verfügbaren Technologien zu geringen oder gar keinen Kosten erhebliche Reduzierungen erreicht werden können. Diese Veränderungen müssen auf globaler Ebene umgesetzt werden, unabhängig davon, ob Erdgas zur Herstellung von blauem Wasserstoff verwendet wird oder nicht. 

Zweitens entstehen bei der Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas unvermeidlichCO2-Emissionen, die berücksichtigt werden müssen. Um dem entgegenzuwirken, müssen kohlenstoffarme Wasserstoffanlagen die CO2-abscheidung und Speichertechnologie einsetzen, die verhindern, dass Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt, indem sie es dauerhaft in tiefen unterirdischen geologischen Formationen speichern. CO2-abscheidung und Speicherung funktionieren bereits seit vielen Jahren sicher und effektiv, und Wasserstoffproduktionsanlagen , die insgesamt 90 % oder mehr erreichen CO2-abscheidung , können heute mit kommerzieller Technologie gebaut werden.  

Mit wesentlich geringeren Methanleckraten und dem Einsatz von CO2-abscheidung Anlagen mit hohen Abscheidungsraten ist es möglich, Wasserstoff mit einer Verringerung der Treibhausgasemissionen um 70 % oder mehr im Vergleich zur unverminderten Produktion von Wasserstoff aus der Erdgasreformierung herzustellen, die heute den größten Teil des Wasserstoffs ausmacht. Solche Abscheidungsraten müssen jedoch erst noch in großem Maßstab nachgewiesen werden. Wie bei jeder anderen neuen Klimatechnologie besteht das Risiko, dass die versprochenen Emissionsreduzierungen nicht eintreten, und mehrere Gruppen haben sich wegen dieser Risiken gegen Versuche gewehrt, CO2-abscheidung und die Speicherung in den Technologiemix aufzunehmen. CATF drängt die politischen Entscheidungsträger, strenge Normen für die Einstufung von Wasserstoff als "kohlenstoffarm" zu erlassen, um die Emissionen so schnell wie möglich zu senken. 

Wasserstoff könnte es Volkswirtschaften mit hohen Emissionen ermöglichen, zu dekarbonisierten Volkswirtschaften zu werden 

Ein wichtiger Grund dafür, dass solche Abscheidungsraten noch nicht nachgewiesen werden konnten, ist, dass die Industrie sie nicht wirklich in großem Maßstab eingesetzt hat. Während die Aktivitäten im Bereich der CO2-abscheidung und der Speicherung zunehmen und inzwischen weltweit mehr als 40 Millionen Tonnen jährlicher Abscheidungskapazitäten in Betrieb sind, bleibt der Großteil der fossilen Energie unvermindert erhalten.  

Nur 0,6 % des heute produzierten Wasserstoffs aus fossilen Brennstoffen wird mit CO2-abscheidung und Speichertechnologien hergestellt, und noch weniger wird mit erneuerbarem Strom erzeugt. Ohne den Druck der Politik, die Produktion von kohlenstoffarmem Wasserstoff zu erhöhen, haben die Hersteller keinen Grund, die Emissionen des "grauen", aus fossilen Brennstoffen hergestellten Wasserstoffs, den wir heute überwiegend verwenden, zu verringern. 

Anfang dieses Jahres erklärte der Vizepräsident der Europäischen Kommission, Frans Timmermans, in einer Rede vor potenziellen Herstellern kohlenstoffarmer Kraftstoffe in den Nachbarländern, dass "Europa niemals in der Lage sein wird, seinen eigenen Wasserstoff in ausreichenden Mengen zu produzieren". Dies ist bezeichnend für das wachsende Verständnis für die Notwendigkeit einer grenzüberschreitenden Zusammenarbeit, um den Übergang zu kohlenstoffarmem Wasserstoff zu beschleunigen. Europa und Asien werden wahrscheinlich zumindest bis 2050 Nettoimporteure bleiben, und beide Regionen müssen mit potenziellen Exporteuren zusammenarbeiten, um die Mengen zu erreichen, die ihre Unternehmen und Bürger benötigen werden.  

Die Golfstaaten zum Beispiel exportieren derzeit rund 80 % ihres Rohöls nach Asien (13 Millionen BPD), und die Rohölströme nach Asien werden voraussichtlich weiter zunehmen. Das Bevölkerungswachstum und die Marktnachfrage müssen ebenfalls berücksichtigt werden, wenn wir uns auf den Weg zur globalen Dekarbonisierung machen. Es wird erwartet, dass zwischen 2020 und 2030 883 Millionen Inder zur Mittelschicht gehören werden - das ist das höchste Wachstum und der größte Beitrag zum Wachstum der asiatischen Mittelschicht. Dies bietet eine enorme Chance für die Zusammenarbeit im Rahmen des CO2-freie kraftstoffe Gesprächs. 

Große Produzenten fossiler Brennstoffe, wie die im Nahen Osten und Nordafrika (MENA), haben erhebliche Vorteile, die es ihnen ermöglichen könnten, zu Anbietern sauberer Energie zu werden und die vielfältigen Bedürfnisse vieler Sektoren und Länder zu erfüllen. CATF hat diese Chance in einem wegweisenden Bericht für 2022 dokumentiert, Poised to Lead: Wie der Nahe Osten und Nordafrika den globalen Energiewandel beschleunigen können.  

In dieser neuen Welt könnte der Nahe Osten zu einer neuen Drehscheibe für kohlenstofffreie Brennstoffe werden, die Emissionen aus der Produktion fossiler Brennstoffe reduzieren und gleichzeitig saubere Energie für Branchen bereitstellen, die in den letzten zwanzig Jahren die geringsten Fortschritte bei der Erreichung der Klimaziele gemacht haben. Dies ist die Art von Win-Win-Szenario, das dazu beitragen wird, Maßnahmen auf globaler Ebene voranzutreiben, und CATF hat sich verpflichtet, grenzüberschreitend daran zu arbeiten, dass dies geschieht. 

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