CO2-Bilanz Stahl Ein Beitrag zum Klimaschutz
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CO2-Bilanz Stahl Ein Beitrag zum Klimaschutz
CO2-Bilanz Stahl 2 Ein Beitrag zum Klimaschutz
3 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Die vorliegende Studie wurde unabhängig im Auftrag der Wirtschaftsvereinigung
Stahl durch The Boston Consulting Group erstellt.
Besonderer Dank gilt dem Einsatz der Beteiligten aus den Mitgliedsunternehmen
der Wirtschaftsvereinigung Stahl sowie den zahlreichen Experten für konstruktive
Beiträge und Unterstützung bei der Validierung der Analysen.
Verantwortlich für die Erstellung der vorliegenden Studie war die weltweit führen-
de Strategieberatung The Boston Consulting Group (BCG). Während angemessene
Maßnahmen zur Sicherstellung der Fehlerfreiheit der in dieser Studie dargestellten
Informationen getroffen wurden, gibt BCG keine Zusicherungen und Gewährleis-
tungen für die Richtigkeit der getroffenen Aussagen und übernimmt keine Haftung
für Ungenauigkeiten und Unvollständigkeiten. Die Ergebnisse dieser Studie sollten
nicht uneingeschränkt ohne eigene unabhängige Analysen verwendet werden, für
welche BCG keine Haftung übernimmt.CO2-Bilanz Stahl 4
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Inhalt
Executive Summary 5
Einführung 5
I. Ausgangssituation weltweit und in Deutschland 6
II. Die Aufgabenstellung der Studie 9
III. Methodik der Studie 9
IV. Die CO2-Bilanz der Stahlindustrie 14
V. Fazit: Politische Klimaziele in Deutschland sind ohne innovative Stahlanwendungen nicht zu
erreichen 15
Appendix: Stahlanwendungen zur CO2-Reduktion: Sechs Fallbeispiele 17
Quellenverzeichnis 285 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Executive Summary
Aufgabenstellung der vorliegenden Studie ist es, Für die gewählten Fallbeispiele lässt sich ein
die Auswirkungen der Stahlindustrie auf die CO2- durchschnittliches Verhältnis der Einsparung
Emissionen in Deutschland in einer ganzheitli- gegenüber den Emissionen bei der Produktion
chen Sichtweise über eine umfangreiche CO2- des dafür erforderlichen Stahls von 6 : 1 ermit-
Bilanz zu analysieren. Dafür werden ausgewähl- teln. Die größten Hebel finden sich bei der Wir-
te Fallbeispiele in den Bereichen Energieerzeu- kungsgradsteigerung fossiler Kraftwerke und
gung, Verkehr sowie Haushalte und Klein- beim Ausbau erneuerbarer Energien, aber auch
verbraucher betrachtet, bei denen Innovationen beispielsweise bei der Reduktion der Emissionen
des Werkstoffs Stahl und die Anwendung von im Verkehr durch leichtere Fahrzeuge. Rund ein
Stahl in innovativen, klimaschonenden Anwen- Drittel des Klimazieles der Bundesregierung (ei-
dungen CO2-reduzierende Wirkung entfalten. Für ner 40%igen Reduktion der Treibhausgasemissi-
das Jahr 2020 ergibt sich allein durch die be- onen bis zum Jahr 2020 gegenüber 1990) lassen
trachteten Beispiele zu Stahlanwendungen ein sich nur mithilfe von Stahl erfüllen. Eine leis-
jährliches Gesamteinsparpotential von ca. 74 tungsfähige Stahlindustrie ist also auch aus kli-
Millionen Tonnen CO2. mapolitischer Sicht ein wichtiges Glied in der
Verglichen mit den Gesamtemissionen der Stahl- Wertschöpfungskette, um die erforderlichen
industrie aus dem Jahr 2007 von ca. 67 Millionen Werkstoffinnovationen bereitzustellen und ent-
Tonnen resultiert daraus eine positive CO2- sprechende Forschung und Entwicklung zu
Bilanz. betreiben.
Einführung
Seit der Klimarahmenkonvention im Jahre 1992 außereuropäischen Regionen ohne vergleichba-
wird dem Klimaschutz international zunehmend re Maßnahmen für die dort ansässige Industrie
Bedeutung zugemessen. Vor allem Deutschland auf, bis hin zur Gefahr von Produktions- und
und die EU haben auf diesem Feld in den ver- Emissionsverlagerungen („Carbon Leakage“).
gangenen Jahren ihre Bemühungen verstärkt Dies trifft auch für die Stahlindustrie zu, die auf-
und bei vielen Themen eine internationale Vorrei- grund ihrer hohen prozessbedingten Emissionen
terrolle eingenommen. Dabei standen und ste- aus der Reduktion von Eisenerz zu Roheisen
hen insbesondere energieintensive Industrien als und dessen Verarbeitung zu Stahl für einen we-
bedeutende Emittenten von CO2 im Fokus. Das sentlichen Teil der industriellen CO2-Emissionen
Ziel, die industriellen Treibhausgasemissionen zu in Deutschland steht. Tatsächlich greift eine Fo-
begrenzen und zu senken, hat zu vielfältigen kussierung auf die Emissionen im Zusammen-
Regulierungsinitiativen geführt, wie speziell dem hang mit den Produktionsprozessen zu kurz. Bei
2005 eingeführten europäischen CO2-Emissions- ganzheitlicher Betrachtung muss neben den
rechtehandel. Angesichts der hohen Bedeutung verursachten Emissionen auch in den Blick ein-
fossiler Energieträger für die Produktionsprozes- bezogen werden, welchen Beitrag eine Industrie
se energieintensiver Industrien werfen einseitige und ihre Produkte und insbesondere Produktin-
oder asymmetrische Regulierungen in der EU novationen zu den erforderlichen Emissionsein-
und Deutschland aber auch die Frage der inter- sparungen in anderen Sektoren leisten. Nur auf
nationalen Wettbewerbsfähigkeit gegenüber dieser Basis kann auch aus klimapolitischer SichtCO2-Bilanz Stahl 6
Ein Beitrag zum Klimaschutz
bewertet werden, wie wichtig eine wettbewerbs- Stahl, in der die CO2-Reduktionen durch Stahl-
und leistungsfähige Stahlindustrie für Deutsch- anwendungen den durch die Produktion dieser
land und die EU ist. Die vorliegende Studie ermit- Stahlanwendungen verursachten CO2-
telt vor diesem Hintergrund eine CO2-Bilanz für Emissionen gegenübergestellt werden.
I. Ausgangssituation weltweit und in Deutschland
Im Zusammenhang mit dieser Zielsetzung ist es Deutschland, eine der führenden Industrienatio-
zunächst hilfreich, sich die Ausgangssituation bei nen der Welt mit einem Anteil von ca. 6 % an der
den CO2-Emissionen weltweit und in Deutsch- globalen Wirtschaftsleistung 4 , verursacht 2,3 %
land vor Augen zu führen: Seit Beginn der In- der weltweiten CO2-Emissionen. Zwischen 1990
dustrialisierung hat sich die CO2-Konzentration in und 2007 hat Deutschland seine CO2-Emissio-
der Atmosphäre um 35 % erhöht. 1 Zwischen nen von 1.036 Millionen Tonnen (Mt) auf 841 Mt
1990 und 2007 stiegen die weltweiten CO2- um etwa 19 % reduziert und nimmt damit in der
Emissionen um 38 %. 2 Vor allem Asien hat an Klimapolitik eine internationale Vorreiterrolle ein
dieser Entwicklung einen großen Anteil. China (Abb. 1). Die unterschiedlichen Anstrengungen
hat zwischen 1990 und 2007 die CO2-Emis- einzelner Wirtschaftsbranchen haben hier nach-
sionen beinahe verdreifacht und damit die welt- weislich Früchte getragen: So konnte von der
weit höchste Wachstumsrate zu verzeichnen. Automobilindustrie der durchschnittliche Kraft-
Analysiert man die CO2-Emissionen pro Kopf, stoffverbrauch neuer PKWs seit 1990 um 18 %
stehen nach wie vor die USA weltweit an der vermindert werden. 5 Seit 1990 sank der Energie-
Spitze unter den großen Industrienationen. Dort verbrauch für die Erwärmung von Räumen um
fielen 2007 knapp 22 Tonnen CO2 je Einwohner 33 %.
an. 3 Der pro Kilowattstunde anfallende Ausstoß von
1997 wurde auf der Weltklimakonferenz in Kyoto CO2 (spezifische CO2-Emission des Stromerzeu-
das sogenannte Kyoto-Abkommen beschlossen, gungsmixes) konnte zwischen 1990 und 2006
welches 2005 in Kraft trat. Darin verpflichtet sich um fast 20 % reduziert werden. 6 Neben den An-
unter anderem die EU, die Treibhausgase bis strengungen der Industrie selbst sind auch För-
2012 um 8 % gegenüber 1990 zu reduzieren. derprogramme der Bundesregierung für die posi-
Auch wenn der UN-Klimagipfel in Kopenhagen tiven Entwicklungen verantwortlich. Betrachtet
im Dezember 2009 noch keine verbindlichen man die CO2-Emissionen in Deutschland, die
Ziele vorgab, ist für die nähere Zukunft mit einer sich 2007 auf rund 840 Mt CO2 beliefen, nach
weiteren Ausweitung der globalen Anstrengun- den sie verursachenden Sektoren, so ergibt sich
gen zur Reduktion der Treibhausgasemissionen folgendes Bild:
zu rechnen.
1
IPCC (2007)
2 4
BMU (2009), BMWi (2008) UNCTAD (2008)
3 5
BMU (2009), BMWi (2008), US Census Bureau BMU (2009), BMWi (2008), VDA (2009), KBA (2009)
6
(2009) BMU (2009), BMWi (2008)7 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
in Mio. t CO2 -19%
1.200
1.036
98 (10%) 923
900 884
92 (10%) 841
154 (15%) 92 (10%)
112 (12%) 84 (10%)
98 (11%)
163 (16%) 89 (11%)
600 176 (19%) 181 (20%) 152 (18%)
193 (19%)
182 (20%) 163 (18%) 130 (15%)
300
427 (41%) 387 (46%)
361 (39%) 350 (40%)
0
1990 1995 2000 2007
Verkehr Industrie
Haushalte und Kleinverbraucher Verarbeitendes Gewerbe
Energie
Abbildung 1: Entwicklung der CO2-Emissionen nach Sektoren in Deutschland (1990 – 2007)
Die Energiewirtschaft verursacht fast die Hälfte Bundesregierung ein Bündel von Zielen und
aller Emissionen. Die CO2-Anteile der Sektoren Maßnahmen formuliert. Diese reichen von einem
Verkehr (20 %) und Industrie (10 %) sind seit verstärkten Einsatz von Gaskraftwerken sowie
1995 etwa konstant. Die durch Haushalt und einer Erneuerung des Kraftwerksbestands mit
Gewerbe verursachten CO2-Emissionen sind einer Wirkungsgradsteigerung um 7 %, über den
hingegen stark rückläufig und beliefen sich 2007 Ausbau erneuerbarer Energien auf ca. 25 % der
nur noch auf 15 %. Stromerzeugung und eine Verdoppelung des
Kraft-Wärme-Kopplungs-Anteils bis hin zu einer
2007 beschloss die deutsche Bundesregierung Erhöhung der Energieeffizienz im
auf Schloss Meseberg das sogenannte „Inte- Stromverbrauch und der Emissionsreduktion im
grierte Energie- und Klimaprogramm“ (IEKP). Individual- und Güterverkehr. 7
Zentraler Punkt dieses Programms ist das Ziel, Welchen Beitrag kann nun der Werkstoff Stahl
bis 2020 eine Senkung der CO2-Emissionen um leisten, damit diese ehrgeizigen Ziele des deut-
40 % im Vergleich zu 1990 zu erreichen. In schen Energie- und Klimaprogramms tatsächlich
absoluten Zahlen entspräche dies einer erreicht werden? Anders gefragt: Lassen sie sich
Reduktion um ca. 400 Millionen Tonnen auf ca. überhaupt ohne Stahl erreichen? Um diese Fra-
620 Millionen Tonnen CO2. Bis 2050 wird im ge sachlich und faktenbezogen beantworten zu
Meseberg-Programm sogar eine CO2-Reduktion
um 80 % gegenüber 1990 angestrebt. Um dieses
ambitionierte Ziel zu erreichen, hat die 7
BMU (2008) u. a.CO2-Bilanz Stahl 8 Ein Beitrag zum Klimaschutz können, legt die Studie eine CO2-Bilanz vor, in wendungen induzierten CO2-Emissionen gegen- der die CO2-Reduktionen durch Stahlanwendun- übergestellt werden. gen den durch die Produktion dieser Stahlan- Exkurs 1: Historische Entwicklung der CO2-Emissionen in der Stahlproduktion Die CO2-Emissionen in der Stahlerzeugung –in Deutschland ca. 67 Millionen Tonnen im Jahr 2007 – ent- stehen im Wesentlichen bei der Roheisen- und Rohstahlproduktion. Rund 65 bis 70 % der Gesamtemissi- on pro Tonne produzierten Stahls fallen auf dieser Ebene an. Im Zeitraum von 1960 bis 2008 hat die Stahl- industrie in Deutschland den pro Tonne produzierten Rohstahls anfallenden Energieaufwand kontinuierlich um über 40 % reduziert. Meilensteine zur Erreichung dieses Resultats waren die Verbesserung der Ener- gieeffizienz im Produktionsprozess, eine bessere Nutzung von in der Stahlproduktion anfallenden Neben- produkten, die Reduktion von Ausbringungsverlusten sowie ein verbessertes Recycling von Stahl enthal- tenden Produkten. Die Stahlindustrie in Deutschland konnte ihre CO2-Emissionen je produzierter Tonne Stahlfertigprodukt von 1990 bis 2007 um 23 % senken. Dies war vor allem durch Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung und zur Senkung des Reduktionsmittelverbrauchs möglich, wie z. B. die Verbesserung der Koksqualität. In den Betrachtungen der spezifischen CO2-Emissionen der deutschen Stahlindustrie wurde jeweils das in Deutschland herrschende Verteilungsverhältnis von 68 % über die Hochofenroute und 32 % über die Elek- troofenroute (2008) zugrunde gelegt.
9 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
II. Die Aufgabenstellung der Studie
Wie eingangs betont, will die vorliegende Studie auswirken, werden berücksichtigt. Die Studie
eine ganzheitliche Sichtweise auf die klimapoliti- betrachtet ausschließlich CO2-Emissionen und
schen Auswirkungen und Beiträge der Stahlin- keine anderen Treibhausgase.
dustrie und ihrer Produkte vermitteln. Dazu wird
eine CO2-Bilanz vorgelegt, in der durch innovati- Die Berechnungen und Analysen der Studie
ve Stahlanwendungen ermöglichte CO2- nehmen die tatsächlichen Werte des Jahres
Reduktionen auf der einen Seite und durch die 2007 als Ausgangszahlen und kalkulieren das
Produktion dieser Stahlanwendungen bzw. der mögliche Einsparpotential stets im Hinblick auf
Emissionen der gesamten Stahlproduktion her- das Jahr 2020. Als Resultat der Untersuchungen
vorgerufenen CO2-Emissionen auf der anderen ergibt sich schließlich die CO2-Bilanz der Stahl-
Seite gegeneinander abgewogen werden. Der industrie.
Schwerpunkt der Studie liegt dabei auf Deutsch- Auf diese Weise lässt sich der Beitrag der Stahl-
land. Nur solche Stahlanwendungen, die sich auf industrie für das Erreichen der politischen Klima-
die in Deutschland anfallenden CO2-Emissionen ziele beurteilen.
III. Methodik der Studie
Die Methodik dieser Studie beruht sowohl hin- Ermittlung der CO2-Einsparpotentiale auf Innova-
sichtlich der zugrunde gelegten Ausgangsdaten tion, d. h., es wird entweder der Einsatz neu ent-
als auch der unterstellten Prognosen auf exter- wickelter Stähle zur Effizienzverbesserung in
nen Daten renommierter Forschungsinstitute bestehenden Anwendungen betrachtet (z. B.
sowie auf ausgewählten Fallbeispielen. Was die Wirkungsgradsteigerungen in fossilen Kraftwer-
aktuellen CO2-Zahlen für Deutschland angeht, ken) oder der Einsatz von Stahl in innovativen
wurde das Jahr 2007 als Referenzjahr gewählt, Anwendungen (z. B. Windenergie) oder beides.
für welches Daten unabhängiger Forschungsin- Die dafür erforderlichen Stahlinnovationen sind in
stitute als Grundlage dienen. Die Studie unter- Deutschland bereits heute vorhanden oder zu-
sucht also den Zeitraum von 2007 bis 2020 und mindest in der Entwicklung und somit vor 2020
konzentriert sich allein auf die Entwicklung in verfügbar. Das Feld der Werkstoffsubstitution
Deutschland. Eine Übertragung der Analyse auf wird hingegen bewusst ausgeklammert.
die Europäische Union wäre aber möglich. Die Zum anderen wird ein äußerst konservativer
generellen Vorhersagen für die Entwicklung der Ansatz verfolgt, etwa durch die unten erläuterte
CO2-Emissionen insgesamt bis 2020, auf denen Filterlogik, die umfassende Einbeziehung der
diese Studie basiert, entstammen in wissen- Emissionen aus der Produktion einschließlich der
schaftlichen Untersuchungen modellierten Sze- Rohstoffgewinnung, während die Klimabeiträge
narien. 8 durch exportierte Stahlanwendungen ausge-
Die Studie basiert auf zwei wesentlichen Grund- klammert werden. Das gewählte Verfahren hat
prinzipien: Zum einen liegt der Schwerpunkt der dabei den Vorteil, dass die ermittelten CO2-
Einsparpotentiale durch Stahlanwendungen als
besonders zuverlässig gelten können.
8
Energieszenarien basiert auf Studien des EWI Köln
(2005) und Studien i. A. des UmweltbundesamtesCO2-Bilanz Stahl 10
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Auf dieser Grundlage aktueller und zukünftiger dungsfrei hochgerechnet.
CO2-Emissionen konzentriert sich die Studie Bei den gewählten Fallbeispielen lassen sich
darauf, die CO2-Reduktionsbeiträge der Stahl- zum einen Anwendungen unterscheiden, deren
anwendungen zu quantifizieren. Die Studie for- Realisierung nur unter Einsatz von Stahl möglich
muliert also keine umfassende Einschätzung der ist, und solche Anwendungen, bei denen andere
Entwicklung der gesamten CO2-Emissionen und Werkstoffe maßgeblich beteiligt sind. Zum ande-
Gesamtreduktionsgrade der Stahlbranche. Viel- ren lässt sich nach der Perspektive „Optimierung
mehr wird auf der Basis von acht ausgewählten bestehender Produkte“ oder „Nutzung neuer
Fallbeispielen der Einfluss von innovativen Anwendungen“ differenzieren (Abb. 2).
Stahlanwendungen auf die zukünftige Entwick-
lung der CO2-Emissionen abgeschätzt und zur
Bestimmung des Gesamteffekts überschnei-
Anwendung nur Auch alternative
mit Stahl möglich Werkstoffe möglich
Anwendungen
bestehender
Optimierung
Effizienz- Optimierungs-
steigerung durch effekte potentiell
verbesserte auch mit anderen
Stahl- Werkstoffen
eigenschaften erreichbar
Anwendungen
Einsatz von Ersatz von
Stahl unter bisherigen
Neue
Bedingungen, die Materialien in
keine anderen neuen
Werkstoffe Stahleinsatz-
zulassen feldern
Abbildung 2: Segmentierung der Fallbeispiele nach Wirkung von Stahl auf CO2-Einsparung
Abbildung 3 verdeutlicht das Vorgehen am Bei- nahme des Einsatzes der untersuchten Stahlan-
spiel der im PKW-Verkehr anfallenden CO2- wendungen mit der Emissionsentwicklung seit
Emissionen: Das im Mittelpunkt der Unter- dem Referenzjahr 2007 ohne Berücksichtigung
suchung stehende Delta ergibt sich aus dem dieser Stahlanwendungen.
Vergleich der Emissionsentwicklung unter An-11 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Gesamtemission durch PKW in Mio. t CO2
A • Emissionen in 1990 – als
140 Nebenrechnung und 2.
C'
Referenzpunkt
120 B • Emissionen im Basisjahr
(2007)
B C
Delta für
100 Berechnung C' • Emissionen im Zieljahr ohne
D stahlbezogene Maßnahmen
Verlauf der seit 1990
A tatsächlichen/
prognostizierten
• Randbedingungen Zieljahr
80
Emissionen
C • Emissionen im Zieljahr ohne
stahlbezogene Maßnahmen
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 seit 2007
• Randbedingungen Zieljahr
Gesamt-km 432 Mrd. 587 Mrd. 643 Mrd.
PKW km km km
D • Modellierte Emissionen im
Zieljahr
C' 210
Spez. CO2-
Emissionen 210 172 C 169
in g CO2/km
D 144
Abbildung 3: CO2-Einsparungen werden für den Zeitraum 2007 – 2020 berechnet
Für die Auswahl der Fallbeispiele werden die bei sionen im untersuchten Zeitraum 2007 – 2020
der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen- führen. Drittens wurden keine Fallbeispiele mit
den CO2-Emissionen als ursprüngliche Quelle einem komplexen Mix von Werkstoffen und mög-
zugrunde gelegt und die vier grundsätzlich mög- lichen Wechselwirkungs- oder Substitutionseffek-
lichen Hebel für eine Absenkung von CO2-Emis- ten aufgenommen, um die Eindeutigkeit der spä-
sionen in diesem Bereich betrachtet: die Reduk- teren Anrechnung auf die Stahlanwendungen
tion der Wirkungsgrad- und Effizienzverluste bei sicherzustellen. Viertens wurden nur Fallbeispie-
der (direkten) Verbrennung fossiler Brennstoffe le mit einem absoluten CO2-Reduktionspotential
zur Energieerzeugung bzw. die Reduktion der von mindestens einer Million Tonnen CO2 be-
Verluste bei der Sekundärenergiebereitstellung rücksichtigt. Auf Basis dieser restriktiven Aus-
und -nutzung (Hebel I); die Reduktion der spezi- wahl ergaben sich für die weiteren Analysen und
fischen Emissionen bei bestehenden Produkten Untersuchungen acht Fallbeispiele, bei denen
(Hebel II); die Reduktion durch Nutzung und Aus- CO2-Emissionen durch den Einsatz von Stahl in
bau neuer Anwendungen zur Vermeidung von neuen Anwendungsfeldern oder den Ersatz von
Emissionen (Hebel III) sowie die Reduktion durch Stahlprodukten mit innovativeren Stählen redu-
Steigerung der Materialeffizienz bei bestehenden ziert oder vermieden werden: Effizienzsteigerun-
Anwendungen (Hebel IV). gen bei fossilen Kraftwerken, Zubau von Wind-
Die sich aus dieser Systematik ergebenden Bei- kraftwerken, weitere regenerative Energien, effi-
spiele wurden im Rahmen einer vierstufigen Fil- zientere Transformatoren, effizientere Elektromo-
terlogik weiter eingegrenzt (Abb. 4): Erstens wur- toren, Gewichtsreduktionen von PKWs, Ge-
den nur Stahlanwendungen berücksichtigt, die in wichtsreduktionen von LKWs und Ausbau der
Deutschland eingesetzt werden und dort einen Kraft-Wärme-Kopplung. Die Fallbeispiele stehen
unmittelbaren Einspareffekt bewirken. Zweitens für etwa 10 Prozent der in Deutschland produ-
wurden nur Anwendungen einbezogen, die zu zierten Stahlmenge. Sie werden im Appendix
einer signifikanten Veränderung der CO2-Emis- genauer beschrieben und charakterisiert.CO2-Bilanz Stahl12
Ein Beitrag zum Klimaschutz
• AKWs
• Solarthermie • Binnen-
• See und Binnen- schifffahrt
schifffahrt • Tunnel
• Pipeline • CCS
• Brücken
• ...
• Baustahl • Bahn
Ausgansliste
• ...
• Gewichts- 1 • Turbine
reduktion PKW Luftverkehr
• Windkraft 2
• Blattfeder
potential gegen 2007
• Reifenstahlnetz
3
Geographie
Veränderungs-
4
Substitution von
• Motorsysteme
Werkstoffen
• Gebaute
Potentialhöhe
8 Fallbeispiele
Nockenwelle
Absolute
7
Fallbeispiel: Gewichtsreduktion PKW
Überblick
5
Fallbeispiel: Effizientere Transformatoren
• CCS Fallbeispiel: Windkraftwerke
Überblick
Überblick
Beschreibung
ca. 110 Millionen
• Bei der Stromübertragung Tonnenentstehen
und –verteilung CO2
Beschreibung
• PKW Verkehr emittiert im Basisjahr 2007
Verluste
• Durch Effekt
2
Stahlinnovationen werden im Jahr 2020
gegenüber 2007 ca. 11 Mio. Tonnen CO2
• Stahlinnovationen erhöhen den
weniger emittiert
3
Effekt
in Stromnetz und bei der Verteilung in Transformatoren Wirkungsgrad der Transformatoren durch
• Verlustreduktion • Der Großteil der• Gewicht eines Fahrzeugs
Verluste entsteht wesentlicher
im Niederspannungsnetz Spezialstähle
• Durch Stahlinnovationen seit 1990 werden im
auf der Ebene der Einflussfaktor auf CO2 -Emission
Verteiltransformatoren durch Blindleistung • Durch Stahlinnovationen
Jahr 2020 sogarwerden im Jahr
~17 Mio. Tonnen CO2
Beschreibung Effekt
• Der W irkungsgrad eines konventionellen 2020 gegenüber 2007 ca. 3 Mio. Tonnen
eingespart
Verteiltransformators liegt bei ca. CO2 weniger emittiert
• Windkraftwerke neben Wasserkraft derzeit
• Innovationen der 90% und• ist primär
Durch
Stahlindustrie Steigerung des W indkraftanteils
ermöglichen werden
wirtschaftlichste begrenzt
Form derdurch die
denphysikalischen
Energieerzeugung
Bau signifikant Eigenschaften des
CO2-Emissionen
leichterer Fahrzeuge aus der Verbrennung fossiler
aus erneuerbaren Stahlkerns
Energien (Wasserkraft- Brennstoffe konventioneller Kraftwerke vermieden
Potential stark beschränkt)
• Durch Kornorientierte-Stahl-Kerne wird eine potentiellereduziert den gewichteten durchschnittl.
• Windkraft
• Modere high performance Stähle ermöglichen
in Produktion
Wirkungsgradsteigerung
• Flächenpotential bei Onshore-Windkraftwerken von 4% angenommen CO2(relative
-Ausstoss des Energiemixes
Verlustreduktion in
derZukunft weitereum
Blindverluste wesentliche
60%)
in D weitgehend ausgereizt - Steigerung der • Selbst konservative Institute halten eine
Gewichtsreduktion
Onshore-Kapazität durch Repowering
• Theoretisch wäre eine Reduktion der Blindleistungsverluste
Steigerung des Windkraftanteils am deutschen
• Repowering erhöht von bis zu 2/3
Kapazität undgegenüber
Auslastung konventionellen
mit Stählen
Strommixmöglich
von heute 6,2% auf ~15% in 2020 für
größere Höhe und bedeutet kompletten Neubau realistisch2
inklusive Fundament
• Offshore-Potential in Deutschland deutlich Onshore Offshore
größer (ca. 237 TWh/a1 ) – erste269738-00_CTM-20091208-J
Kraftwerke im E-MUN_v01.ppt
anderer Produkte
44
Bau
• Offshore-Windkraftwerke mit Vorteilen bei der
Auslastung und höherem Aufwand in der
Infrastruktur (Ca. doppelte Kosten je installiertem
269738-00_CTM-20091208-J E-MUN_v01.ppt 36
Megawatt3 ggü. Onshore)
Quellen: 1 . Kaltschmitt et al. (2006) 2. Energiewirtschaftlichen Institut Köln (2008) 3. Windenergie R ep ort Deutschland 2005
• Pipelines
269738-00_CT M- 20091208-JE- MUN_v01.ppt 29
• Baustahl Fokus auf Relevante Keine Betrachtung von
• ... Deutschland Veränderung vergleichende Fallbeispielen ab 1 Mt
von 2007–2020 Betrachtung von CO2-Reduktions-
prognostiziert Alternativen potential
Abbildung 4: Vierstufige Filterlogik führt zu einer „Shortlist“ von acht Fallbeispielen
Die Filterlogik bewirkt, dass zur Sicherstellung Rollwiderstand bei Reifen nicht aufgenommen
einer eindeutigen Zurechnung zu Stahl eine gan- wurden. Bei vollständiger Einbeziehung aller
ze Reihe von Stahlanwendungen mit erhebli- möglichen Stahlanwendungen wären die zu er-
chem CO2-Reduktionspotential in dieser Studie wartenden CO2-Reduktionseffekte also wesent-
nicht berücksichtigt wird. Der Filter der Geogra- lich höher als die in der vorliegenden Studie
phie führt beispielsweise dazu, dass Pipelines quantifizierten. Um die auf Grundlage der vierstu-
zum Gastransport oder der Export deutscher figen Filterlogik ausgewählten acht Fallbeispiele
Autos und die dadurch ermöglichten Reduktio- zu bewerten, werden die ausgewählten Stahl-
nen der CO2-Emissionen nicht angerechnet wer- anwendungen in ihrem Lebenszyklus betrachtet.
den. Der Filter des nennenswerten Verände- Die anfänglich anfallenden CO2-Emissionen wer-
rungspotentials hat zur Folge, dass die Bereiche den also auf den gesamten Lebenszyklus der
der Schifffahrt oder Carbon Capture and Storage Stahlanwendung umgelegt.
(CCS) nicht einbezogen werden, da zum einen
die Schifffahrt ihr Potential bereits entfaltet hat Die CO2-Bilanzierung erfolgt durch die Gegen-
und zum anderen bei CCS bis 2020 keine signifi- überstellung des CO2-Reduktionspotentials durch
kanten Potentiale erwartet werden. Die Werk- Stahlanwendungen mit den CO2-Emissionen, die
stoffsubstitution wird grundsätzlich nicht berück- im Zuge der Produktion und Bereitstellung dieser
sichtigt, um den Fokus rein auf Innovationen der Anwendungen entstehen. Dabei wird zunächst
Stahlindustrie zu setzen. Der Filter der Substitu- das Brutto-CO2-Reduktionspotential durch die
tion von Werkstoffen lässt zum Beispiel die Emis- Stahlanwendungen kalkuliert, in das auch die
sionsvermeidung in anderen Industrien, etwa den Beiträge anderer Werkstoffe einfließen. In einem
Minderverbrauch von Zement durch besseren nächsten Schritt wird der Beitrag von Stahl zur
Baustahl, unberücksichtigt. Der Filter eines abso- Realisierung dieses Brutto-CO2-
luten Reduktionspotentials von mindestens einer Reduktionspotentials in Ansatz gebracht, so dass
Million Tonnen CO2 schließlich führt dazu, dass der dem jeweiligen Einsparpotential zurechenba-
etwa Turbinen im Luftverkehr, Züge oder der re Stahlbeitrag bestimmt werden kann. Das so13 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
errechnete Netto-CO2-Reduktionspotential wird genübergestellt. So erhält man im Ergebnis die
nun den durch die Anwendung und Produktion CO2-Bilanz der Stahlindustrie. (Abb. 5).
des Stahls verursachten CO2-Emissionen ge-
Emissions- & Geographischer Fallbeispiele und
Zeitfokus Fokus Gesamtbetrachtung CO22-Bilanzierung
1.216 CO2-Emission
Andere THG • AKWs
• Solarthermie
• See & Binnen-
• Binnen- Aufwand Einsparung
180
nicht betrachtet Schifffahrt
• Pipeline
Schifffahrt
• Tunnel
• ...
• Brücken
Andere
• Baustahl • Bahn
Longlist
• ...
• Blattfeder 1 • Turbine
• Reifenstahlnetz Luftverkehr
• Motorsysteme 2
940 • Gebaute
Werkstoffe
potential gegen 2007
3
Geographie
Nockenwelle
Veränderungs-
4
Substitution von
• CCS
Werkstoffen
• Verlustreduktion
A
Potenzialhöhe
10 Fallbeispiele
98 in Produktion
Absolute
7
Fall be is pi el: G ew ic ht sre duk tion PKW
Üb erb l c
i k
5
Fall be is pi el: Ef fiz ie nt ere Tra nsf orma toren
anderer Produkte Fall be is pie l: Windkra
Üb erb l ic k
ft we
• PKW Bes
Bes
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Überblick
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• Windkraft Fokus auf Relevante Keine Betrachtung von
Deutschland Veränderung vergleichende Fallbeispielen ab 3 Mt
Nur
• ...
100
von 2007–2020
prognostiziert
Betrachtung
von Alternative
CO2-Reduktions-
potential
B
386 Stahl
163
193 152 &
621
129 Nur Stahl
154 D
89
98 86 Rohstoffe C
Filterkriterien Andere
1990 2007 20201 • Geographie Werkstoffe
• Veränderung gegen Basisjahr
• >95% der Emissionen aus • Werkstoffsubstitution/- • Anrechnung Stahlanteil an
Stahlindustrie sind CO2 • Abgrenzung der Emissionen der konkurrenz Einsparpotential
• Basisjahr 2007 Stahlindustrie und • Absolute Potentialhöhe • Anrechnung aller nötigen
• Hochrechung auf 2020 Anwendungen • Keine "Gesamthochrechnung" Aufwände
Ausschließliche Fokus auf 8 Fallbeispiele und Konsistente Netto-
Betrachtung von Deutschland überlappungsfreie Bilanzierung der CO2-
CO2-Emissionen Summierung auf Einsparpotentiale
für 2007 und 2020 Jahreseffekt 2020
Abbildung 5: Überblick über Schwerpunkt und Methodik der Studie
Exkurs 2: Stahlinduzierte CO2-Emissionen entlang des Produktionsprozesses
Die CO2-Emissionen in der Stahlindustrie lassen sich in drei Betrachtungsbereiche gliedern. In Scope I
werden die direkt in der Stahlproduktion anfallenden CO2-Emissionen berücksichtigt. In Scope II werden
die CO2-Emissionen im Zusammenhang mit der für die Stahlproduktion verwendeten fremdbezogenen
Elektrizität erfasst. In Scope III werden hauptsächlich die CO2-Emissionen im Zusammenhang mit dem für
die Stahlproduktion notwendigen Rohstoffabbau (primär Eisenerz und metallurgische Kohle) berücksich-
tigt.
Grundsätzlich gibt es zwei Verfahren der Stahlproduktion: die Oxygenstahlroute (BOF = Basic Oxygen
Furnace) zur Primärerzeugung von Rohstahl und die Elektrostahlroute (EAF = Electric Arc Furnace) zur
Stahlherstellung aus Schrott. Dabei fallen für beide Verfahren unterschiedlich hohe CO2-Emissionen auf
allen Stufen des Stahlproduktionsprozesses – von der Rohstoffgewinnung über Verkokung, Stahlerzeu-
gung, Warmwalzen, Kaltwalzen und Vergütung bis zum Endprodukt – an. Für die Zwecke dieser Studie
wurden der für Deutschland ermittelte Anteil des BOF-Verfahrens von 68 % und der Anteil des EAF-
Verfahrens von 32 % zugrunde gelegt.CO2-Bilanz Stahl14
Ein Beitrag zum Klimaschutz
IV. Die CO2-Bilanz der Stahlindustrie
Auf der Grundlage der skizzierten Aufgabenstel- lassen sich die gesamten Einsparungen auf das
lung der Studie sowie der beschriebenen Metho- Zwei- bis Fünffache der Summe der analysierten
dik ergibt sich für die acht untersuchten Fallbei- Fallbeispiele schätzen.
spiele folgendes Resultat (Abb. 6): Brutto er- Führt man sich vor Augen, dass die über
rechnet sich ein CO2-Einsparpotential im Zu- 4 Millionen exportierten deutschen Fahrzeuge an
sammenhang mit innovativen Stahlanwendungen ihrem Bestimmungsort mindestens eine ähnliche
von 87 Millionen Tonnen CO2 im Jahr. Unter Be- CO2-Reduktionswirkung von ca. 10 Millionen
rücksichtigung des spezifischen Stahlbeitrags Tonnen wie in Deutschland entfalten, dass ex-
der einzelnen Fallbeispiele ergibt sich ein Netto- portierte Kraftwerkstechnik den spezifischen
effekt von ca. 74 Millionen Tonnen CO2 im Jahr. CO2-Aussstoß fossiler Kraftwerke in der ganzen
Die fünf größten Einsparmöglichkeiten liegen Welt reduziert, dass über die Binnenschifffahrt in
dabei im Bereich der Erneuerung fossiler Kraft- Deutschland noch einmal ca. 20 % des Straßen-
werke (29,5 Millionen t), im weiteren Ausbau der gütertransportaufkommens (ca. 40 Millionen Ton-
Windenergie (14,2 Millionen t), in der Gewichts- nen an CO2-Emission stammen aus dem Güter-
reduktion von PKWs (11,2 Millionen t), im Aus- verkehr) geleistet werden, lässt sich erahnen, wie
bau der Kraft-Wärme-Kopplung (9,2 Millionen t) groß das nicht betrachtete CO2-Potential noch
sowie in weiteren regenerativen Energien ist.
(5 Millionen t). Bezogen auf die ausgewählten Fallbeispiele mit
ihren Emissionen aus der Stahlproduktion von
Stellt man zur Veranschaulichung das jährliche ca. 12 Millionen Tonnen CO2 und einem Reduk-
Netto-Einsparpotential der acht ausgewählten tionspotential von ca. 74 Millionen Tonnen kann
Fallbeispiele von 74 Millionen Tonnen CO2 den der Werkstoff Stahl für diese Anwendungen po-
gesamten durch die Stahlproduktion in Deutsch- tentiell eine CO2-Reduktion erreichen, die etwa
land jährlich verursachten CO2-Emissionen von sechsmal so hoch liegt wie die durch die Stahl-
ca. 67 Millionen Tonnen gegenüber, ergibt sich herstellung für diese Anwendungen verursachten
rechnerisch allein durch diese Beispiele eine Emissionen. Den wirksamsten Erfolgshebel bie-
positive CO2-Bilanz. Die Emissionen, die durch tet dabei der Bereich fossiler Kraftwerke. Hier
die Stahlproduktion in Deutschland entstehen, beträgt das angesprochene Verhältnis sogar
werden also durch die untersuchten Beispiele 400 : 1. Für die regenerativen Energien liegt das
mehr als kompensiert. entsprechende Verhältnis bei 200 : 1, für Wind-
Die Bilanz würde bei einer weniger konservativen kraftwerke beträgt es 32 : 1, für effizientere
Filterlogik, also beispielsweise ohne den Fokus Transformatoren 14 : 1 und für Kraft-Wärme-
auf Deutschland oder den Zeitraum 2007 bis Kopplung 9 : 1.
2020, noch positiver ausfallen. In diesem Fall15 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Abbildung 6: Ergebnisüberblick: CO2-Reduktionen durch Stahlanwendungen
Emissionen bei der Verhältnis CO22-
Fallbeispiel Netto-CO22-Einsparpotential Stahl-Produktion33 Einsparung/Einsatz4
4
1 Effizienz foss. Kraftwerke 29,5CO2-Bilanz Stahl 16
Ein Beitrag zum Klimaschutz
mapolitisch wesentliche Werkstoffinnovationen und Entwicklung zu betreiben.
bereitzustellen und entsprechende Forschung
9
CO2-Emissionen Deutschland
1.036 -19%
(Mio. t CO2/Jahr)
841
427
-220
386 ~74
Stahlbeitrag:
Energie- 163 ~33%
wirtschaft
Verkehr
152
HH und 193
KV 621
Verarb. 129
Gewerbe
154
Industrie- 89
Prozesse
98 86
1990 2007 2020
1. Entscheidung der Deutschen Regierung, Treibhausgasemissionen bis 2020 gegenüber 1990 um 40% zu reduzieren Nationales Klimaziel1
Anmerkung: HH = Haushalte; KV = Kleinverbraucher
Quelle: UNFCC; IEA; Deutsche Bundesregierung; IPCC; BCG Analyse
Abbildung 7: Beitrag von Stahl zu politischen CO2-Reduktionsplänen der Bundesregierung beträgt
bis zu 33 %17 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Appendix: Stahlanwendungen zur CO2-Reduktion: Sechs Fallbeispiele
Im Folgenden sollen die Berechnungen und Er- derzeit in Irsching getestet. Sie wiegt 440 t und
gebnisse für die wesentlichen untersuchten Fall- besteht zu 95 % aus Stahl. Moderne Steinkohle-,
beispiele im Detail erläutert werden. Braunkohle- und GuD-Kraftwerke weisen im
wesentlichen Teil, der Bau- und Elektrotechnik,
Beispiel: Steigerung der Effizienz fossiler einen Stahlanteil von ca. 80 bis 90 % auf. 10
Kraftwerke
Bei der Berechnung der CO2-Reduktionspoten-
Die Wirkungsgradverbesserung bei Dampfkraft-
tiale durch effizientere fossile Kraftwerke wurde
werken wurde in den vergangenen Jahren durch
von folgenden Prämissen ausgegangen: Im Jahr
eine konsequente Optimierung des Gesamtpro-
2007 wird Strom mit durchschnittlichen spezifi-
zesses erreicht. Als wichtigste Einzelmaßnah-
schen Emissionen von 1,16 t CO2/MWh bei
men sind dabei die Erhöhung der Dampftempe-
Braunkohlekraftwerken, 0,87 t CO2/MWh bei
raturen und Dampfdrucke, die Verringerung von
Steinkohlekraftwerken und 0,37 t CO2/MWh bei
inneren Verlusten in der Dampfturbine und beim
Erdgaskraftwerken erzeugt. 11
Eigenverbrauch sowie die Verbesserung der
Für das Jahr 2020 wird eine Verminderung der
Rückkühlung und des Dampferzeugerwirkungs-
spezifischen Emissionen auf 0,95 t CO2/MWh bei
grads zu nennen. Die Erhöhung der Dampf-
Braunkohlekraftwerken, 0,74 t CO2/MWh bei
zustände erfordert die Entwicklung und den Ein-
Steinkohlekraftwerken und 0,30 – 0,37 t
satz speziell entwickelter neuer hochwarmfester
CO2/MWh bei Erdgaskraftwerken prognostiziert.
Stahlsorten, die in Kesseln und Dampfleitungen
Würden diese Verbesserungen nicht eintreten,
extrem hohen Druck- und Temperaturbelastun-
lägen die Emissionen der für 2020 prognostizier-
gen widerstehen. Während heute noch Kraftwer-
ten Stromproduktionsmenge beim erwarteten
ke aus den 1960er Jahren mit Wirkungsgraden
Strommix um 37 Millionen t CO2/a höher. Für das
von knapp über 30 % im Einsatz sind, liegen bis
Jahr 2020 wurden Prognosewerte des Stromer-
zum Jahr 2020 Wirkungsgrade von 51 % bei
zeugungsmix verwendet, um den Effekt der Wir-
Steinkohle und 47 % bei Braunkohle (ohne Kraft-
kungsgradverbesserung zu separieren und den
Wärme-Kopplung) im Bereich des Möglichen. 9
Mixeffekt aus der Betrachtung auszuschließen.
Bei Kombi-Kraftwerken werden etwa zwei Drittel
Bei einer zunehmenden Bedeutung von Gas
des Stroms über die Gasturbine und ein Drittel
würden die Emissionen zusätzlich reduziert, was
über die Dampfturbine erzeugt. Durch angemes-
erst durch Stahl-Pipelines ermöglicht wird.
sene Forschungs- und Entwicklungsanstrengun-
gen wird man bis 2020 Wirkungsgrade von 63 %
bei GuD-Kombikraftwerken verwirklichen können.
Erste GuD-Kraftwerke, die um 1980 installiert
wurden, hatten noch einen Wirkungsgrad von ca.
50 %. Mit einer Leistung von 340 MW wird die
weltweit größte und leistungsfähigste Gasturbine
10
EWI (2005), Platts (2009) u. a.
9 11
EWI (2005), Siemens (2009) u. a. EWI (2005)CO2-Bilanz Stahl 18
Ein Beitrag zum Klimaschutz
1 2 3
Ausgangssituation Optimierung CO2-Einsparpotential
in TWh Spezifische Emissionen der Stromerzeugung in TWh
1.000 in Mio. t CO2/TWh 1.000
900 "CO2-Gehalt"
1,8 des Strommix,
Nicht-fossil
800 800 fossil4
X
Braunkohle Verbesserung zw.
599 112 606
600 540 2007 und 2020 600
1,2 1,14
514
-0,19 414
0,87 Braunkohle
400 -0,13 400
Steinkohle
0,6
Steinkohle
200 0,36 200
Erdgas -0,06 Erdgas
Öl Öl
0 0,0 0
Nettostrom- Verluste, Brennstoff- Braunkohle Steinkohle Erdgas Nettostrom Verlust Differenz3 Brennstoff
erzeugung fossil2 aufwand - erzg. "Frozen aufwand,
20071 fossil 2020 techn." fossil
fossil
• Stromerzeugung durch fossile • Erhöhung des durchschnittlichen • Vergleich im Jahr 2020 zwischen
Brennstoffe in 2007 mit ca. 540 Mio. Brennstoffnutzungsgrads bei Verlusten bei unveränderten
TWh Verlust durch Wirkungsgradmalus Braunkohle, Steinkohle und Erdgas Brennstoffnutzungsgrad und geringeren
und Eigenverbrauch verringert die Verluste prognostizierten Verlusten durch
• Drei Hebel: Neubau/Retrofit, KWK und Verbesserungen
Stilllegen ineffizienter Kraftwerke
1. Bruttostromerzeugung abzgl. Eigenverbrauch 2. Wirkungsgradverlust, Eigenverbrauch 3. Minderverluste durch Verbesserung und KWK
4. "CO2-Gehalt": Produzierte Menge CO2 pro verbrannter Energieeinheit des jeweiligen Brennstoffs Bezugsdaten
Quelle: UBA, EWI, BCG Einsparung/Optimierung
Abbildung 8: CO2-Reduktion bei fossilen Kraftwerken durch Effizienzgewinne
Im Rechenmodell wurde ein Neubau von 13 GW verbrannt werden. Der durchschnittliche Wir-
Gaskraftwerken, 6,5 GW Steinkohle- und 4,6 GW kungsgrad wiederum ergibt sich aus den jeweili-
Braunkohlekraftwerken unterstellt. Der entspre- gen Wirkungsgraden des Kraftwerksbestands. In
chende Materialaufwand zur Installation der den vergangenen Jahren hat sich der Wirkungs-
Kraftwerke und die korrespondierenden CO2- grad von Neuanlagen kontinuierlich erhöht und
Emissionen zur Materialerzeugung und Produkt- wird sich in Zukunft noch weiter verbessern. Da-
bereitstellung wurden quantifiziert und auf eine mit führt eine Verjüngung des Kraftwerksparks zu
typische Lebensdauer fossiler Kraftwerke von einer Senkung der durchschnittlichen spezifi-
35 Jahren umgelegt. So ergibt sich eine CO2- schen Emissionen. Zwischen 2007 und 2020
Emissionsreduktion durch Stahlinnovationen und werden nach Ablauf ihrer geplanten Lebensdau-
-komponenten bis 2020 von ca. 37 Mt CO2. Dar- er 26 GW an Kraftwerkskapazität fossiler Kraft-
aus folgt für die Effizienzsteigerung fossiler Kraft- werke stillgelegt. Auch der vorgesehene Ausstieg
werke ein Verhältnis zwischen CO2-Emissionen aus der Kernenergie in Deutschland hat einen
im Jahr 2020 und umgelegtem Aufwand für Stahl Kapazitätsverlust zur Folge. Werden bestehende
allein von 400 : 1. Kraftwerke nach Ende ihrer Lebensdauer durch
neuwertige ersetzt, so bedeutet dies einen
Der spezifische CO2-Ausstoß eines Kraftwerks Sprung des Wirkungsgrads von ca. 11 – 12 %
resultiert aus dem Kohlenstoffgehalt des Brenn- bei Kohlekraftwerken und ca. 10 % bei Gas- und
stoffs und dem elektrischen Wirkungsgrad des Dampfkraftwerken. Ein weiterer Ausbau von
Kraftwerks. Je höher der durchschnittliche elek- Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen führt zusätzlich
trische Wirkungsgrad, desto weniger fossile zu Emissionsverminderungen (Details in der
Brennstoffe müssen zur Erzeugung des Stroms Beschreibung der Kraft-Wärme-Kopplung).19 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Prozess- und
Werkstoffentwicklung Komponentenentwicklung
Nettowirkungs- 52
grad (in %)
285 bar Frischdampfdruck
600/ Frischdampftemperatur
50 620 °C Temp. Zwischenüberhitzung 0,6
300 bar 0,6 Abgas-
700/ 0,4 wärme-
Verringe-
48 720 °C 0,8 Erhöhung rung des nutzung
300 bar des Eigen-
Zweifache
285 bar 625/ 1,6 Turbinen- bedarfs
Zwischen-
270 bar 600/ 640 °C wirkungs-
46 über-
580/ 620 °C 0,7 hitzung grads
250 bar 600 °C 0,6
540/ 1,3
44 560 °C
167 bar
538/ 1,5
538 °C
42
Werkstoff X20 F12 P91 NF616 NF12
Quelle: Deutsche Physikalische Gesellschaft: Klimaschutz und Energieversorgung in Deutschland
Abbildung 9: Werkstoffentwicklung wirkt sich positiv auf Verbesserung des Wirkungsgrads aus
Bei einem verstärkten Ausbau von Kohlekraft- Stahl wäre aber deutlich höher, da bei Kohle-
werken bis 2020 würden die absoluten Emissio- kraftwerken aufgrund der höheren spezifischen
nen der Stromerzeugungsbranche voraussicht- Emissionen gegenüber Erdgas eine wesentlich
lich weniger stark zurückgehen. Der Beitrag neu- stärkere Einsparung stattfände.
er Kohlekraftwerke und damit der Beitrag vonCO2-Bilanz Stahl 20
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Installierte Leistung nach Baujahr bei
Installierte Leistung nach KW-Kapazität >100MW-Kraftwerken
Kapazität 2007 in MW Steinkohle Kapazität 2007 in MW
Voraussichtliche
30,000 Braunkohle 25,000 23,145 Stilllegung bis 2020
26,448 Gas
20,000
GuD
Öl 14,908
15,000
19,972
20,000
10,000
7,716
5,000 3,483
2,883 2,712
10,000 8,427 0
6,650 < 1970 1971 < 1981 < 1991 < 1996 < 2001 < Baujahr
5,203 1980 1990 1995 2000 2006
4,074
Wirkungsgrad
60% GuD
0
> 500 > 250 > 100 > 50 > 20 >0 Kapazität, Stein-
50%
Anzahl Kraftwerk kohle
KWe/ 39 57 57 103 161 1.959 in MW
40% Braun-
(Blöcke kohle
6,5% 93,5%
30%
Quelle: Platts, BCG Analyse
Abbildung 10: Verbesserung der Effizienz fossiler Kraftwerke
Beispiel: Ausbau der Windenergie
Die Berechnung der CO2-Reduktionspotentiale ge durch den verbleibenden Strommix „kompen-
durch Windkraftwerke geht von folgenden Prä- siert“ werden müsste. In diesem Fall wären die
missen aus: Der Anteil der Windenergie am absoluten Emissionen der Stromproduktion deut-
deutschen Strommix hat sich seit Beginn der lich höher und es ergibt sich somit ein Windkraft-
90er Jahre auf eine Einspeisung von knapp potential von ca. 16 Millionen t/a zur Verminde-
40 TWh im Jahr 2007 erhöht. Dies entspricht fast rung der CO2-Emissionen bis 2020. 12
7 % der Nettostromproduktion. Bis 2020 wird
gemäß den politischen Zielsetzungen eine Ein-
speisung von 76 TWh – und damit knapp 15%
Windkraftanteil – angenommen. Für 2020 geben
die Klimaziele einen Anteil der erneuerbaren
Energien an der Stromerzeugung von ca. 25 %
vor.
Bei der Berechnung wurden zunächst die Emis-
sionen des prognostizierten Strommix im Jahr
2020 berücksichtigt. Danach wurde angenom-
men, dass bei einer ab 2007 konstant bleibenden
Einspeisung von Strom, der durch erneuerbare
Energien erzeugt wird, die „fehlende“ Strommen-
12
EWI (2005), BMU (2008), DENA (2005) u. a.21 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
1 2 3
Ausgangssituation Optimierung CO2-Einsparpotential
in TWh Mio. t CO2 2020 in TWh Bereits weniger Emissionen
599 2007 durch effizientere fossile KWe
600 400.0 600
22% Wasser +2 514
318 8% Mio. t CO2
300.0 Fotovoltaik +4
233 25 240
400 400
Geothermie +2
200.0 62%
62% 207
0,52 t CO2 Biomasse +14
200
/ GWh
200 200
100.0 Wind, Offshore +34 0,43 t CO2
/ GWh 0,39 t CO2
30% / GWh
16% Wind, Onshore +4
0 0.0 0 160
Nettostrom- Emissionen 0 20 40 60 Nettostrom- Emiss. Delta Emiss.
erzeugung1 erzeugung1 ohne
in TWh
Zuwachs
Atom Fossile & Müll Erneuerbare Energien EE2
• Erneuerbare Energien mit 16% Anteil an • Die eingespeister Strommenge durch • Vergleich im Jahr 2020 zwischen
der Netto-Stromerzeugung erneuerbare Energien wird über alle Emissionen bei neuem Strommix und
• Spezifische Emissionen der Technologien erhöht Stagnation im Jahre 2020
Stromerzeugung sind Resultat des • Starke Zuwächse bei Wind und • Annahme: Ohne Zuwachs der EE
Strommix Biomasse müsste "fehlende" Strommenge
kompensiert werden
1. Bruttostromerzeugung abzgl. Eigenverbauch Bezugsdaten
2. Projektion der Emissionen aus 2007 auf 2020 (fossile KWe bereits optimiert, Stagnation bei EE) Einsparung/Optimierung
Quelle: UBA, EWI, BCG
Abbildung 11: Reduktion der CO2-Emissionen der Stromproduktion durch erneuerbare Energien
Windkraftanlagen verdrängen also konventionel- ist. Aus Landschaftsschutzgründen ist dieses
le Kraftwerke und führen so zu einer Reduktion Potential ohnehin begrenzt. Da moderne Wind-
der CO2-Emissionen durch die Verbrennung krafträder kontinuierlich größer und leistungsfä-
fossiler Energieträger und zu einer Reduktion higer geworden sind, kann durch Ersatz älterer
des spezifischen CO2-Ausstoßes des deutschen kleiner Windkrafträder noch begrenzt zusätzli-
Strommix. Für den angestrebten Ausbau der ches Onshore-Potential erschlossen werden
Windenergie wird bis 2020 ein Zubau von (Repowering). Die Studie geht daher davon aus,
1,8 GW an Onshore-Windkraft und 10 GW an dass die Steigerung des Windkraftanteils am
Offshore-Kapazität angenommen 13 . Für die Be- deutschen Strommix von derzeit ca. 7 % auf ca.
reitstellung der Windkraftanlagen entstehen bei 15 % im Jahr 2020 zu einem großen Anteil aus
der Stahlproduktion Emissionen von ca. 9 Millio- dem Ausbau der Offshore-Windenergie folgt,
nen t CO2. Dieser Aufwand wurde auf eine zwan- deren Entwicklung noch am Beginn steht. Derzeit
zigjährige Lebenszeit umgelegt. Daraus ergibt wird mit alpha ventus der erste deutsche Wind-
sich für die Windkraftwerke ein Verhältnis zwi- park installiert. Gegenüber Onshore-Windrädern
schen CO2-Einsparungen im Jahr 2020 und um- haben Offshore-Anlagen unter anderem den
gelegtem Aufwand für Stahl allein von 32 : 1. Vorteil, dass auf See die durchschnittliche An-
Die bisherige Entwicklung im Bereich der Wind- zahl der Volllaststunden fast doppelt so hoch ist
kraftwerke hat dazu geführt, dass „onshore“ das wie auf dem Land. Zur Erreichung der politischen
flächenmäßige Potential so gut wie ausgeschöpft Zielsetzungen wird für Offshore-Windenergie bis
2020 eine ähnliche Entwicklung angenommen,
wie sie für Onshore-Windenergie in den vergan-
13
genen Jahren zu beobachten war.
EWI (2008)CO2-Bilanz Stahl 22
Ein Beitrag zum Klimaschutz
150
in TWh
Szenario BEE 2009
Leitszenario BMU 2008
100
Strommenge
Offshore
Onshore Szenario EWI 77
68
62
55
48 44%
50 40 45
26 31
17 56%
5 9
1 2
0
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
40 35
30 32
in GW 26 28
24 25 30%
Kapazität
21
20 Offshore 17
12
Onshore 6 70%
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Abbildung 12: Strommenge und Kapazität der Windenergieanlagen in Deutschland von 1994-2020
Bei Onshore-Windrädern bestehen in der Regel Eine Leitstudie des Bundesministeriums für Um-
Turm, Gondel und das Getriebe des Rotors zum welt, Naturschutz und Reaktorsicherheit sowie
größten Teil aus Stahl. Dies ergibt fast 90 % Prognosen anderer Institute sagen einen noch
Materialanteil des Werkstoffs Stahl (exklusive größeren Zuwachs an Windenergie bis 2020
Betonfundament). Bei Offshore-Windanlagen voraus. 13 Bei einem möglichen stärkeren Ausbau
liegt der Stahlanteil noch wesentlich höher als von Kohlekraftwerken gegenüber den geplanten
bei Onshore-Windkrafträdern, da hier zusätzlich Gaskraftwerken bis 2020 wären die Einsparun-
das Fundament aus Stahl besteht (z. B. Tripods gen noch deutlich höher, da der Mix der durch
bei alpha ventus). Ein 200-MW-Tripod-Offshore- die erneuerbaren Energien verdrängten fossilen
Windpark besteht aus ca. 100.000 t Stahl. Die Kraftwerke dadurch höhere spezifische Emissio-
Infrastruktur, wie Umspannstation oder Versor- nen (t CO2/TWh) hätte als prognostiziert.
gungsschiffe, weist ebenfalls einen erheblichen
Stahlanteil auf.
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EWI (2008), UBA (2007), DEWI (2009) u. a.23 CO2-Bilanz Stahl
Ein Beitrag zum Klimaschutz
Beispiel: Gewichtsreduktion bei PKWs und LKWs
Die Berechnung der CO2-Reduktionspotentiale implizit in der prognostizierten CO2-Emission pro
durch Gewichtsreduktion bei PKWs und LKWs Fahrzeug berücksichtigt. Für die Lebenszyklus-
geht von folgenden Prämissen aus: Der PKW- betrachtung wurde über die durchschnittliche
Verkehr in Deutschland emittierte 2007 ca. Gesamtjahresfahrleistung von ca. 13.000 km
110 Millionen Tonnen CO2. Der Verkehr durch p. a. eines PKW die mögliche CO2-Reduktion
LKWs (Fahrzeuge über 3,5 t) war für rund 30 Mt berechnet. Die Emissionen aus der für die Pro-
CO2-Emissionen verantwortlich. Die CO2-Emis- duktion von PKWs nötigen Stahlerzeugung wur-
sionen im Straßenverkehr werden durch den den über die in Deutschland typische Lebens-
Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge verursacht, dauer von acht Jahren umgelegt. Damit ergibt
welcher wiederum durch die Faktoren Motoreffi- sich aus der prognostizierten Gesamtfahrleistung
zienz, Rollwiderstand, Luftwiderstand und Fahr- der deutschen Autoflotte im Jahr 2020 von knapp
zeuggewicht beeinflusst wird. Eine Gewichts- 600 Milliarden Kilometern eine potentielle CO2-
reduktion bei PKWs ist durch den Einsatz von Reduktion von ca. 11 Millionen Tonnen für den
High-Performance-Stahl für Fahrwerk und Karos- PKW-Verkehr. Der Beitrag des Stahls wird dabei
serie – etwa durch Verwendung von Tailored aufgrund der Isolation der Gewichtsreduktion des
Blanks – zu erreichen. Ein Vergleich verschiede- Stahls auf 100 % geschätzt. Die stahlinduzierten
ner Baureihen zeigt eine Verlangsamung und in CO2-Emissionen zur Produktion der Fahrzeuge
den aktuellsten Fahrzeuggenerationen sogar teil- summieren sich auf ca. 8 Millionen Tonnen CO2.
weise schon eine Umkehr des historischen Für 2020 werden knapp 45 Millionen PKWs in
Trends zu stetig steigendem Fahrzeuggewicht. Deutschland erwartet. Daraus ergibt sich für die
Neufahrzeuge verbrauchen ca. 10 % weniger Gewichtsreduktion von PKWs ein Verhältnis zwi-
Treibstoff als die bestehende PKW-Flotte in schen CO2-Einsparungen im Jahr 2020 und um-
Deutschland. Das Gewicht eines Fahrzeugs ist gelegtem Aufwand für die Stahlerzeugung allein
ein wesentlicher Einflussfaktor für den Benzin- von 1,3 : 1. 15
verbrauch und damit die CO2-Emission (Einspa-
rung bei PKW von ca. 0,35 l/100 kg/100 km). 14 Die Gewichtsreduktion von LKWs wirkt sich nur
teilweise auf den LKW-Diesel-Verbrauch aus. Bei
Die Innovationen der Stahlindustrie in Form vielen Fahrten wird das eingesparte Gewicht als
hochfester Stahlsorten ermöglichen nun die Pro- zusätzliche Nutzlast kompensiert. Damit aller-
duktion erheblich leichterer Fahrzeuge. Je nach dings lässt sich über eine höhere durchschnittli-
Bauteil (Rohkarosserie, Türen, Klappen) sind che Beladung der Fahrzeuge die Anzahl der
Gewichtseinsparungen von 10 bis 40 % möglich. nötigen Fahrten reduzieren. Die Fahrtenreduk-
Die Berechnung in dieser Studie isoliert den Bei- tion wirkt nur bei voll beladenen Fahrten und
trag von Stahl durch Analyse der Reduktions- Beladung mit kontinuierlich zuladbaren Gütern.
potentiale des Stahlanteils in Fahrzeugen und Bei Fahrten mit Volumenrestriktion (große Güter
betrachtet zusätzliche Effizienzsteigerungseffek- mit geringer Dichte, wie z. B. Leergut oder Mö-
te durch Motorwirkungsgrad, cw-Wert oder Rei- bel), Fahrten mit schwerem Stückgut (Maschinen
fenrollwiderstand nicht. Diese Effekte werden nur etc.) oder teilbeladenen und leeren Fahrten wirkt
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IFEU (2003), IFEU (2006) u. a. KBA (2009) u. a.Sie können auch lesen
