STATUS UND PERSPEKTIVEN FLÜSSIGER ENERGIETRÄGER IN DER ENERGIEWENDE - Prognos AG
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Endbericht
STATUS UND PERSPEKTIVEN
FLÜSSIGER ENERGIETRÄGER IN
DER ENERGIEWENDE
Eine Studie der Prognos AG, des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik
UMSICHT und des Deutschen Biomasseforschungszentrums DBFZ
28456
Von
Jens Hobohm (Projektleitung)
Alex Auf der Maur
Hans Dambeck
Dr. Andreas Kemmler
Sylvie Koziel
Sven Kreidelmeyer
Dr. Alexander Piégsa
Paul Wendring
mit
Benedikt Meyer (UMSICHT)
Dr. rer. nat. Andreas Apfelbacher (UMSICHT)
Martin Dotzauer (DBFZ)
Dr. Konstantin Zech (DBFZ)
im Auftrag von
Mineralölwirtschaftsverband e.V. (MWV)
Institut für Wärme und Oeltechnik e.V. (IWO)
MEW Mittelständische Energiewirtschaft Deutschland e.V.
UNITI Bundesverband mittelständischer
Mineralölunternehmen e. V.
Abschlussdatum
Mai 2018
Zweite, durchgesehene AuflageDas Unternehmen im Überblick
Prognos AG
INHALTSVERZEICHNIS
Geschäftsführer Vorbemerkung18
Christian Böllhoff
1 Zusammenfassung19
Präsident des Verwaltungsrates
Dr. Jan Giller 2 Einleitung24
2.1 Hintergrund und Aufgabenstellung 24
Handelsregisternummer 2.1 Methodik 25
Berlin HRB 87447 B
Untersuchungsteil A: Szenarien der Energieversorgung Deutschlands bis 205026
Rechtsform
Aktiengesellschaft nach schweizerischem Recht 3 Heutige Bedeutung des Mineralöls für die deutsche Energie- und Rohstoffversorgung26
3.1 Bedeutung von Mineralöl für die Energieversorgung 26
Gründungsjahr
1959 3.2 Bedeutung von Mineralöl für die Rohstoffversorgung (nicht-energetischer Verbrauch) 26
Tätigkeit 4 Szenariendesign und Definition der Rahmenbedingungen 30
Die Prognos AG berät europaweit Entscheidungsträger aus Politik, Wirtschaft 4.1 Überblick und zentrale Annahmen 30
und Gesellschaft. 4.2 Energiepreise 34
4.3 Demografie und Wohnen 40
Auf Basis neutraler Analysen und fundierter Prognosen entwickeln wir praxis-
4.4 Wirtschaft und Erwerbstätigkeit 47
nahe Entscheidungsgrundlagen und Zukunftsstrategien für Unternehmen,
öffentliche Auftraggeber sowie internationale Organisationen. 4.5 Verkehrsnachfrage 47
Arbeitssprachen 5 Ergebnisse Energie bis 2050 52
Deutsch, Englisch, Französisch 5.1 Endenergiebedarf 52
5.2 Stromsystem 54
Hauptsitz Weitere Standorte Internet
5.3 Sonstige Umwandlungssektoren 62
Prognos AG Prognos AG info@prognos.com
St. Alban-Vorstadt 24 Goethestr. 85 www.prognos.com 5.3.1 Fernwärme 62
4052 Basel | Schweiz 10623 Berlin | Deutschland twitter.com/prognos_ag 5.3.2 Raffinerien 62
Telefon +41 61 3273-310 Telefon +49 30 520059-210 5.3.3 Müllverbrennung 65
Telefax +41 61 3273-300 Telefax +49 30 520059-201
6 Nichtenergetischer Verbrauch – der künftige Einsatz von
Prognos AG Prognos AG flüssigen Energieträgern als Rohstoff 66
Domshof 21 Résidence Palace, Block C
28195 Bremen | Deutschland Rue de la Loi 155 7 Gesamtbilanz 68
Telefon +49 421 517046-510 1040 Brüssel | Belgien 7.1 Primärenergiebilanz 68
Telefax +49 421 517046-528 Telefon +32 28089-947
7.2 Verbrauch an Mineralölprodukten und PtX 70
Prognos AG Prognos AG 7.3 THG-Bilanz 73
Schwanenmarkt 21 Heinrich-von-Stephan-Str. 23 7.4 Ökonomische Einordnung 78
40213 Düsseldorf | Deutschland 79100 Freiburg | Deutschland 7.4.1 Kosten des Energieverbrauchs 78
Telefon +49 211 91316-110 Telefon +49 761 7661164-810
7.4.2 Erforderliche Investitionen in Deutschland 79
Telefax +49 211 91316-141 Telefax +49 761 7661164-820
7.4.3 Investitionen und andere Effekte im Ausland 80
Prognos AG Prognos AG 7.4.4 Gesamtkosten und Einordnung 83
Nymphenburger Str. 14 Eberhardstr. 12
80335 München | Deutschland 70173 Stuttgart | Deutschland
Telefon +49 89 9541586-710 Telefon +49 711 3209-610
Telefax +49 89 9541586-719 Telefax +49 711 3209-6098 Die Perspektive des Verbrauchers 84 Untersuchungsteil C: Case Studies zu Raffinerien141
8.1 Einleitung 84
13 Raffinerien in Deutschland142
8.2 Wirtschaftlichkeit 84
13.1 Effizienzsteigerungen 143
8.2.1 Wärmeversorgung in bestehenden Wohnungsbauten 84
13.2 Einkopplung erneuerbarer Energie in die Prozesse 143
8.2.2 Verkehr - Pkw 94
13.3 Veränderung der Rohstoffbasis 144
8.3 Nutzungsaspekte 104
13.4 CO2-Abscheidung in Raffinerien 145
8.3.1 Kriterienraster Verbraucherfreundlichkeit 104
8.3.2 Wärme 104 14 Schlussfolgerungen und Handlungsoptionen 146
8.3.3 Verkehr 104 14.1 Allgemeines 146
8.4 Umwelt 108 14.2 Handlungsoptionen 146
8.4.1 Wärme 108 14.3 Forschungsfragen 148
8.4.2 Verkehr 108
8.5 Fazit aus Verbrauchersicht 109 15 Literaturverzeichnis 150
9 Zwischenfazit zu den Szenarien112 16 Tabellenanhang 154
Untersuchungsteil B: Beschreibung ausgewählter Technologiepfade114 Impressum 160
10 Potenziale und Technologien erneuerbarer Energien für die Stromerzeugung 115
10.1 Potenziale und Kosten in Deutschland 115
10.2 Potenziale und Kosten im Ausland 118
11 Potenziale und Technologien der Biomassenutzung in Deutschland 123
11.1 Biomassepotenziale 123
11.1.1 Exkurs internationale Biomassepotenziale 123
11.1.2 Nationale Biomassepotenziale 124
11.2 Übersicht zum Portfolio der Konversionstechnologien in Deutschland 127
11.3 Detailbetrachtungen für 3 Konversionstechnologien für Biokraftstoffe 127
11.3.1 Detailbetrachtung Biomass-to-Liquid 128
11.3.2 Detailbetrachtung Power-Biomass-to-Liquid 129
11.3.3 Detailbetrachtung Biomass-to-Gas (Biomethanpfad) 130
11.3.4 Sensitivität der Gestehungskosten vom WACC 131
11.4 Gewählte Biomasseallokation 131
11.5 Ableitung von Handlungsempfehlungen zur Biomasse 134
12 Potenziale und Technologien von PtX 135
12.1 Technologiepfade PtL 135
12.1.1 Fischer-Tropsch-Synthese 135
12.1.2 Methanolsynthese 135
12.1.3 Polyoxymethylenethersynthese 137
12.2 Gestehungskosten der PtL 137
12.2.1 Investitionskosten 137
12.2.2 Gestehungskostenberechnung 137
12.2.3 Sensitivitätsanalyse 139
12.3 Technologie und Gestehungskosten Power-to-Gas 141ABBILDUNGEN UND TABELLEN Abbildung 16 Personenverkehrsleistung nach Verkehrszweig, Referenzentwicklung, 48
Prognose bis 2050, in Mrd. Pkm
Abbildung 1 Einsatz flüssiger Energieträger in Deutschland im Jahr 2050 im 21
Szenario PtX 80 in PJ Abbildung 17 Güterverkehrsleistung nach Verkehrsträger, Referenzentwicklung, Prognose 48
bis 2050
Abbildung 2 Einsatz flüssiger Energieträger in Deutschland im Jahr 2050 im 22
Szenario PtX 95 in PJ Abbildung 18 Pkw-Neuzulassungen nach Antrieb, Referenz, bis 2050, in % 49
3 Abbildung 19 Pkw-Bestand nach Antrieb, Referenz, bis 2050, in Tsd. Pkw 50
Abbildung 3 Verwendung von Mineralöl in Deutschland 2016 27 Abbildung 20 LNF-Bestand nach Antrieb, Referenz, bis 2050, in Tsd. LNF 51
Abbildung 4 Rohstoffbasis in der Chemie 28 Abbildung 21 Bestand von schweren Lkw und Sattelzugmaschinen nach Antrieb, Referenz, 51
bis 2050 in Tsd.
Abbildung 5 Nichtenergetischer Verbrauch in der Energiebilanz Deutschland 2015 29
5
4
Abbildung 22 Referenzszenario: Endenergieverbrauch nach Verbrauchssektoren, 2000 bis 55
Abbildung 6 Übersicht von Szenariotypen 31 2050, in PJ (Verkehrssektor inkl. internationale Verkehre)
Abbildung 7 Beimischungsanteile für synthetische Energieträger in den 33 Abbildung 23 Nettostromerzeugung in den Szenarien Referenz, PtX 80 und PtX 95 56
Szenarien PtX 80 und PtX 95
Abbildung 24 Stromerzeugungskapazitäten (netto) in den Szenarien Referenz, 57
Abbildung 8 Grenzübergangspreise fossiler Energieträger in Deutschland 2015 – 2050 in 36 PtX 80 und PtX 95
den Szenarien Referenz, PtX 80 und PtX 95, in €2015/MWh
Abbildung 25 Stromimporte und -exporte Deutschlands in den Szenarien Referenz, 58
Abbildung 9 Endverbraucherpreise fossiler Energieträger in Deutschland in den Szenarien 37 PtX 80 und PtX 95
Referenz und PtX 80, Realpreise 2015 – 2050 in Cent2015/kWh (Erdgas) und
€2015/l Abbildung 26 Zusammensetzung der heutigen mittleren Strompreise in Cent2015/kWh bei 59
einer Bezugsmenge von 3.500 kWh pro Jahr
Abbildung 10 Endverbraucherpreise fossiler Energieträger in Deutschland im Szenario 38
PtX 95, Realpreise 2015 – 2050 in Cent2015/kWh (Erdgas) und €2015/l Abbildung 27 Entwicklung der Stromsystemkosten im Szenario PtX 80 in Mrd. €2015 60
Abbildung 11 Kosten für PtL ab Raffinerie und PtG ab Grenze in Deutschland in zwei 39 Abbildung 28 Entwicklung der Stromsystemkosten im Szenario PtX 95 in Mrd. €2015 60
Preispfaden, Realpreise 2015 – 2050 in Cent2015/kWh (Erdgas) und €2015/l
Abbildung 29 Endkundenstrompreise für private Haushalte für die Szenarien PtX 80 61
Abbildung 12 Endverbraucherpreise für Mischprodukte PtX (höhere Kosten)/fossil in 41 und PtX 95 in Cent2015/kWh
Deutschland im Szenario PtX 80, Realpreise 2015 – 2050 in Cent2015/kWh
(Erdgas) und €2015/l Abbildung 30 Fernwärmeerzeugung in den Szenarien Referenz, PtX 80 und PtX 95 in TWh 63
Abbildung 13 Endverbraucherpreise für Mischprodukte PtX (niedrige Kosten)/fossil in 42 Abbildung 31 Emissionsentwicklung der Raffinerien in den Szenarien 65
Deutschland im Szenario PtX 80, Realpreise 2015 – 2050 in Cent2015/kWh (ohne Raffineriekraftwerke) Mio. t CO2e
(Erdgas) und €2015/l
6
Abbildung 14 Endverbraucherpreise für Mischprodukte PtX (höhere Kosten)/fossil in 43
Deutschland im Szenario PtX 95, Realpreise 2015 – 2050 in Cent2015/kWh Abbildung 32 Nichtenergetischer Verbrauch: Szenarien PtX 80 und PtX 95 in PJ 67
(Erdgas) und €2015/l
7
Abbildung 15 Endverbraucherpreise für Mischprodukte PtX (niedrige Kosten)/fossil in 44
Deutschland im Szenario PtX 95, Realpreise 2015 – 2050 in Cent2015/kWh Abbildung 33 Szenario PtX 80 – Einsatz synthetischer Energieträger 2020 – 2050, in PJ 72
(Erdgas) und €2015/lAbbildung 34 Szenario PtX 95 – Einsatz synthetischer Energieträger 2020 – 2050 nach 74 Abbildung 50 TCO-Vergleich Diesel-PtL vs. BEV verschiedene Energiepreispfade, 2015 bis 101
Sektoren, in PJ 2050 in €/a, Typ 3: Segment Mittelklasse
Abbildung 35 Verkehrssektor Szenario PtX 80 – Einsatz synthetischer Energieträger 74 Abbildung 51 TCO-Vergleich Diesel-PtL vs. BEV nach Kostenkategorien, 2015 bis 2050 102
2020 – 2050 nach Verkehrsträgern, in PJ in €/a, Typ 4: Segment SUV
Abbildung 36 Verkehrssektor Szenario PtX 95 – Einsatz synthetischer Energieträger 75 Abbildung 52 TCO-Vergleich Diesel-PtL vs. BEV verschiedene Energiepreispfade, 2015 bis 102
2020 – 2050 nach Verkehrsträgern, in PJ 2050 in €/a, Typ 4: Segment SUV
Abbildung 37 THG-Emissionen nach Quellen, 1990 bis 2050 im Szenario PtX 80, 78 Abbildung 53 TCO-Vergleich für das Pkw-Segment Kompaktwagen in Abhängigkeit der 103
in Mio. t CO2e Batteriekapazität und der Jahresfahrleistung für das Jahr 2050
Abbildung 38 Jährliche Energieträgerkosten, in Mrd. €, real 2015, bewertet mit 81 10
Grenzübergangspreisen*, Basis höherer PtL-Preispfad
Abbildung 54 Anteil der ausgewiesenen Windvorranggebiete an der Gesamtfläche der 115
Abbildung 39 Kumulierte volkswirtschaftliche Energiekosten der Jahre 2015 – 2050, 81 Bundesländer
in Mrd. € (real 2015), Basis höherer PtL-Preispfad
Abbildung 55 In Deutschland realisierbare Leistung in GW und Stromerzeugungspotenzial 116
8 in TWh erneuerbarer Energien
Abbildung 40 Kleine Gebäude – reale Jahreskosten von Heizungssystemen nach Kostenart 89 Abbildung 56 Stromgestehungskosten der erneuerbaren Energien in Deutschland bei 117
im höheren PtL-Preispfad (in €2015) Kapitalkosten zwischen 2 % und 7 % (reale Preise 2015)
Abbildung 41 Mittelgroße Gebäude – reale Jahreskosten von Heizungssystemen nach 89 Abbildung 57 Kosten-Potenzial-Kurve für Onshore-Windenergie in der MENA-Region für 118
Kostenart im höheren PtL-Preispfad (in €2015) das Jahr 2050
Abbildung 42 Sensitivität niedrige PtL-Erzeugungskosten: Kleine Gebäude – Jahreskosten 91 Abbildung 58 Kosten-Potenzial-Kurve für Solar-PV in der MENA-Region für das Jahr 2050 119
im Vergleich, in €, nach Energie- und Anlagenkosten (reale Preise 2015)
Abbildung 59 Mittlere erzielbare Volllaststunden für Onshore-Wind bei Ausschöpfung der 120
Abbildung 43 Sensitivität niedrige PtL-Erzeugungskosten: Mittelgroße Gebäude – 91 notwendigen Potenziale in der MENA-Region
Jahreskosten im Vergleich, in €, nach Energie- und Anlagenkosten
(reale Preise 2015) Abbildung 60 Mittlere erzielbare Volllaststunden für Solar-PV bei Ausschöpfung der 121
notwendigen Potenziale in der MENA-Region
Abbildung 44 Wirtschaftlichkeit in Abhängigkeit der Energiepreise für Strom und PtL 94
im Jahr 2050 Abbildung 61 Beispielhaftes Einspeiseprofil der Stromerzeugungsanlagen über 10 Tage 121
Abbildung 45 TCO-Vergleich Benzin-PtL vs. BEV nach Kostenkategorien, 2015 bis 2050 99 11
in €/a, Typ 1: Segment Kleinwagen
Abbildung 62 Vergleich des globalen Primärenergieverbrauchs, des Bioenergiepotenzials 124
Abbildung 46 TCO-Vergleich Benzin-PtL vs. BEV verschiedene Energiepreispfade, 2015 bis 99 und der möglichen Deckungsanteile der Biomasse
2050 in €/a, Typ 1: Segment Kleinwagen
Abbildung 63 Technische Biomassepotenziale für Rest- und Abfallstoffe in Deutschland 125
Abbildung 47 TCO-Vergleich Benzin-PtL vs. BEV nach Kostenkategorien, 2015 bis 2050 100 (2015)
in €/a, Typ 2: Segment Kompaktklasse
Abbildung 64 Spezifische Flächenerträge und Potenziale für energetisch nutzbare 126
Abbildung 48 TCO-Vergleich Benzin-PtL vs. BEV verschiedene Energiepreispfade, 2015 bis 100 Trockenmasse
2050 in €/a, Typ 2: Segment Kompaktklasse
Abbildung 65 Technisches Primärenergiepotenzial aus Biomasse, inkl. Mobilisierungs- 127
Abbildung 49 TCO-Vergleich Diesel-PtL vs. BEV nach Kostenkategorien, 2015 bis 2050 101 quote für Rest- und Abfallstoffe (75 %) und pauschalem Verlustabschlag
in €/a, Typ 3: Segment Mittelklasse für Anbaubiomasse (10 %)Abbildung 66 Gestehungskosten und Sensitivitätsanalyse für die Produktion von 129 5
Fisher-Tropsch-Kraftstoff über den Konversionspfad „Biomass-to-Liquid”
Tabelle 8 Referenzszenario: Endenergieverbrauch nach Anwendungsbereichen, 52
Abbildung 67 Gestehungskosten und Sensitivitätsanalyse für den Konversionspfad 130 2000 bis 2050, in PJ
Biomass-to-Gas (Biomethanpfad)
Tabelle 9 Szenarienvergleich: Endenergieverbrauch nach Energieträgern, 53
Abbildung 68 Darstellung der Ergebnisse der Biomasseallokation in 6 Varianten 133 2000 bis 2050, in PJ. Werte inkl. internationalem Flug- und Seeverkehr
Abbildung 69 Darstellung der technisch maximal möglichen Beiträge zur Deckung des 133 Tabelle 10 Referenzszenario: Endenergieverbrauch nach Verbrauchssektoren, 54
deutschen Primärenergiebedarfs in PJ (ohne Ernte- und Lagerverluste über 2000 bis 2050, in PJ. Verkehrssektor inkl. internationale Verkehre
die betrachteten Prozessketten) in Bezug auf den Gesamtverbrauch und den
Anteil für Mineralöl für das Jahr 2016 Tabelle 11 Umwandlungseinsatz und Umwandlungsausstoß flüssiger Energie- 64
träger und PtX im Szenario PtX 80 in Deutschland
12
7
Abbildung 70 Schematische Darstellung des Fischer-Tropsch-Verfahrens 136
Tabelle 12 Primärenergieverbrauch nach Energieträgergruppen 2000 bis 2050, 69
Abbildung 71 Schematische Darstellung der Methanolsynthese 136 in PJ, nach Szenarien
Abbildung 72 Schematische Darstellung der Polyoxymethylenethersynthese 137 Tabelle 13 Referenzszenario: Energetischer und nichtenergetischer Verbrauch an 70
Mineralölprodukten in PJ
Abbildung 73 Sensitivitätsanalyse der Gestehungskosten von PtL-Syncrude auf Basis 139
der FTS 2050 Tabelle 14 Einsatz synthetischer Energieträger 2020 – 2050, nach Szenarien, in PJ 71
Abbildung 74 Einfluss des kalkulatorischen Zinssatzes auf die PtL-Syncrude-Gestehungs- 140 Tabelle 15 Einsatz synthetischer Energieträger 2020 – 2050 in den Sektoren, nach 73
kosten auf Basis der FTS 2050 Szenarien, in PJ
Abbildung 75 Bandbreite der Erzeugungskosten von PtL 2030 und 2050 inn €2015/Liter 140 Tabelle 16 Einsatz synthetischer Energieträger im Verkehrssektor, 2020 – 2050, 76
(Fischer-Tropsch-Verfahren) nach Verkehrsträgern, in PJ
13 Tabelle 17 THG-Emissionen nach Quellen, 1990 bis 2050, in Mio. t CO2e, nach 77
Szenarien, ohne internationale Verkehre
Abbildung 76 Kuppelproduktion in einer typischen europäischen Musterraffinerie 142
Tabelle 18 CCS in Szenario PtX 95 – jährlich abgeschiedene THG-Mengen nach 80
1 Bereichen, in Mio. t CO2e und induzierter Stromverbrauch in TWh
Tabelle 1 Charakterisierung und Parametrisierung in den Szenarien (Input) 32 Tabelle 19 Geschätzte Mehrinvestitionen in Deutschland gegenüber der Referenz, 82
kumuliert bis 2050
Tabelle 2 Internationale Energiepreise in den Szenarien 2015 – 2050, 35
Realpreise in $2015 Tabelle 20 Geschätzte Investitionen infolge deutscher PtX-Nachfrage im Ausland 82
nach Szenarien, kumuliert bis 2050
Tabelle 3 Inflations- und Wechselkursentwicklung 2015 – 2050 35
Tabelle 21 Geschätzter Flächenbedarf zur Erzeugung des deutschen PtX-Bedarfs 83
Tabelle 4 Bevölkerung und Haushalte nach Größenklassen, Jahresmitte 2000 – 2050, 45 nach Szenarien
in Tsd.
8
Tabelle 5 Beheizte Wohnfläche, nach Energieträgern, 2000 – 2050, in Mio. m2 46
Tabelle 22 Ausgewählte Gebäudetypen und deren Bedeutung im deutschen 85
Tabelle 6 Erwerbstätige nach Wirtschaftszweigen, 2000 – 2050, in Tsd. 46 Wohnungsbestand
Tabelle 7 Bruttowertschöpfung und Bruttoinlandsprodukt 2000 – 2050, real in Preisen 47 Tabelle 23 Beschreibung der ausgewählten Mustergebäude, Dimensionierung und 86
von 2010, in Mrd. € VerbrauchTabelle 24 Kenngrößen der berücksichtigten Ölheizkessel, nach Mustergebäude 86 11
Tabelle 25 Entwicklung der Jahresarbeitszahlen für Luftwärmepumpen nach 87 Tabelle 41 Übersicht der betrachteten Technologien im Technologieportfolio für die 128
energetischem Zustand der Gebäude und Betrachtungszeitpunkt Bioenergiebereitstellung
Tabelle 26 Kenngrößen der berücksichtigten Wärmepumpen, nach Musterge- 87 Tabelle 42 Abhängigkeit der Gestehungskosten für BtL, PBtL und BtG in Abhängigkeit 131
bäude, Anlagenkosten ohne Anteil Wärmeverteilung, Annuität inkl. vom Zinsniveau für Fremd- und Eigenkapital (Mischzinssatz)
Kosten für die Wärmeverteilung
Tabelle 43 Übersicht der 6 Varianten zur Biomasseallokation 132
Tabelle 27 Endverbraucherpreise für Heizöl, PtL und Strom, in Cent/kWh, reale 88
Preise 2015, Basis höherer PtL-Preispfad, Strompreis basierend auf 12
Szenario PtX 80
Tabelle 44 Spezifische Investitionskosten und Annahmen der einzelnen 138
Tabelle 28 Jahreskosten im Vergleich, in €, nach Mustergebäude 88 Baugruppen
(reale Preise 2015), Basis höherer PtL-Preispfad
Tabelle 45 Spez. Energiebedarf der einzelnen Prozessschritte der FTS 138
Tabelle 29 Endverbraucherpreise für Heizöl, PtL und Strom, in Cent/kWh bei tiefe- 90
ren PtL-Erzeugungskosten, Strompreis basierend auf Szenario PtX 80, Tabelle 46 Lebensdauer und fixe betriebsgebundene Kosten der Baugruppen der FTS 139
reale Preise 2015
Tabelle 47 Annahmen zu Kosten und Effizienzen der Methanisierung (PtG) 141
Tabelle 30 Sensitivität niedrige PtL-Erzeugungskosten – Jahreskosten im Vergleich, 90
in €, nach Mustergebäude (reale Preise 2015) Tabellenanhang
Tabelle 31 Endverbraucherpreise für Heizöl, PtL und Strom, in Cent/kWh, ohne 92 Tabelle 48 Grenzübergangspreise*, € Cent/kWh, real 2015, Basis höherer PtL-Preispfad 155
Heizölsteuer, respektive ohne Stromsteuer, reale Preise 2015
Tabelle 49 Grenzübergangspreise*, € Cent/kWh, real 2015, Basis niedriger PtL-Preispfad 155
Tabelle 32 Sensitivität Berechnung ohne Energiesteuern – Jahreskosten im 93
Vergleich, in €, nach Mustergebäude (reale Preise 2015), Basis höherer Tabelle 50 Investitionskosten nach Inbetriebnahmezeitpunkt in €2015/kW 156
PtL-Preispfad
Tabelle 51 Fixe Betriebskosten nach Inbetriebnahmezeitpunkt in €2015/kW 156
Tabelle 33 Falldefinition der Musterrechnungen bei Pkw 95
Tabelle 52 Technische Lebensdauer in Jahren 157
Tabelle 34 Übersicht der Anschaffungskosten für die untersuchten Pkw-Segmente 96
Tabelle 53 Mittlere Handelskapazität in GW 157
Tabelle 35 Spezifischer Energieverbrauch nach Pkw-Segment für das Basisjahr 2015 97
Tabelle 54 Annahmen zur Berechnung der Stromgestehungskosten erneuerbarer 158
Tabelle 36 Endverbraucherpreise im Szenario PtX 80 für Benzin, Diesel, PtL und 98 Energien in Deutschland
Strom, in €/l bzw. in Cent/kWh, reale Preise (Preisbasis 2015)
Tabelle 55 Annahmen und Teilergebnisse der Berechnung der Stromkosten für die 159
Tabelle 37 Ergebnis der Kriterienbewertung aus Verbrauchersicht – Wärme 107 Erzeugung flüssiger Energieträger in der MENA-Region
Tabelle 38 Ergebnis der Kriterienbewertung aus Verbrauchersicht – Mobilität 110 Tabelle 56 Installierbare Leistung erneuerbarer Energien in Deutschland in zwei Varianten 159
10
Tabelle 39 Stromkosten für die Elektrolyse an besonders günstigen Standorten in 122
der MENA-Region bis rund 400 TWh jährlicher Stromerzeugung
Tabelle 40 Stromkosten für die Elektrolyse an mittleren Standorten in der 122
MENA-Region bis rund 18.800 TWh jährlicher StromerzeugungABKÜRZUNGEN UND GLOSSAR
ASTM Internationale Standardisierungsorganisation (ursprünglich engl. American Society for
Testing and Materials)
BEV Batterieelektrisches Fahrzeug (engl. Batteryelectric vehicle)
BIP Bruttoinlandsprodukt
BtL Biomass-to-Liquid
BtX Konversion von Biomasse zu gasförmigen oder flüssigen Sekundärenergieträgern
(engl. Biomass-to-X)
BWS Bruttowertschöpfung
CAPEX Investitionsausgaben (engl. Capital expenditure)
CCS CO2-Abscheidung und dauerhafte Lagerung (engl. Carbon Capture and Storage)
CNG Verdichtetes Erdgas (engl. Compressed natural gas)
DAC CO2 Abscheidung aus Luft (engl. Direct Air Capture)
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum
EE Erneuerbare Energien
EEG Erneuerbare-Energien-Gesetz
EEV Endenergieverbrauch
FCV Brennstoffzellenfahrzeug (engl. Fuel cell vehicle)
FTS Fischer-Tropsch-Synthese
FT-Syncrude Fischer-Tropsch-Syncrude: Kohlenwasserstoffgemisch als Produkt der FTS
GHD, HH, IND, Verbrauchssektoren Gewerbe/Handel/Dienstleistungen Haushalte, Industrie, Verkehr
VER
Hi Unterer Heizwert (i von engl. inferior)
Hs Oberer Heizwert (s von engl. superior)
HS, MS, NS Netzebenen des Stromnetzes: Hoch-, Mittel und Niederspannungsnetz
ICEV Fahrzeug mit Verbrennungsmotor (engl. Internal combustion engine vehicle)
IMO Internationale Seeschifffahrts-Organisation (engl. International Maritime Organization)
KBA KraftfahrtbundesamtKWK Kraft-Wärme-Kopplung THG Treibhausgase
LNF Leichtes Nutzfahrzeug Tkm Tonnenkilometer
LPG Autogas/Flüssiggas (engl. Liquefied petroleum gas) TRL Technologie-Reifegrad (engl. Technological Readiness Level)
MENA Region Mittlerer Osten Nordafrika (engl. Middle east north africa) UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt, Sicherheits- und Energietechnik
MeOH Methanol vbh Vollbenutzungsstunden
MIV Motorisierter Individualverkehr WACC Gewichtete durchschnittliche Kapitalkosten (engl. Weighted Average Cost of Capital)
MWE Meerwasserentsalzung WGS Wassergas-Shift-Reaktion
NEV Nichtenergetischer Verbrauch η Wirkungsgrad
OME Oxymethylenether
OPEX Betriebskosten (engl. operational expenditure)
PBtL Power-Biomass-to-Liquid
PEM Protonen-Austausch-Membran (engl. polymer electrolyte membrane)
PEV Primärenergieverbrauch
PHEV Hybridfahrzeug (engl. Plug-in hybrid electric vehicle)
Pkm Personenkilometer
POME Polyoxymethylenether
PBtX Konversion von Biomasse und Strom zu gasförmigen oder flüssigen Sekundärenergieträgern
(engl. Power and Biomass-to-X)
PtG Konversion von Strom zu gasförmigen Sekundärenergieträgern (engl. Power-to-Gas)
PtH2 Konversion von Strom zu Wasserstoff (engl. Power-to-Hydrogen)
PtL Konversion von Strom zu flüssigen Sekundärenergieträgern (engl. Power-to-Liquids)
PtL-Syncrude Kohlenwasserstoffgemisch als Produkt der PtL
PtX Konversion von Strom zu flüssigen oder gasförmigen Sekundärenergieträgern, (engl. power-to-X)
RED EU-Richtlinie für erneuerbare Energien (engl. Renewable Energy Directive)
RWGS Reverse Wassergas-Shift-Reaktion
SNF Schweres Nutzfahrzeug
SOEC Festoxid-Elektrolysezelle (engl. solid oxide electrolyser cell)Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende
VORBEMERKUNG 1
Die Prognos AG, Berlin/Basel sowie das Deutsche Biomasse
Forschungszentrum DBFZ und das Fraunhofer-Institut für
Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT erhiel-
ten im April des Jahres 2017 von den deutschen Verbänden
ZUSAMMENFASSUNG
der Mineralölwirtschaft den Auftrag, eine Studie zu den
Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energie- Flüssige Energieträger und Rohstoffe haben heute gänzungsfunktion einnehmen, um die THG-Emissionen
wende zu erarbeiten. eine erhebliche Bedeutung zu reduzieren. Zudem können sie auch mit der PtL-Tech-
nologie kombiniert werden (PBtL).
Die Studie vollzog sich in zwei Phasen: zunächst wurden Flüssige Energieträger und Rohstoffe sind gut speicher-
technologische Grundlagen erarbeitet und die Kosten und transportierbar. Ihre chemischen Eigenschaften Wichtige Wirtschaftsbereiche und Verbraucher wer-
und Potenziale für die PtL Erzeugung, Biomasse und andere machen sie sehr vielseitig. Sie bilden daher die Grund- den auch zukünftig flüssige Energieträger benötigen
erneuerbare Energien näher untersucht. Nach Phase I (im lage für wichtige industrielle Wertschöpfungsketten in
September 2017) wurde ein Zwischenbericht veröffentlicht. Deutschland. Vor allem in Teilen des Verkehrssektors (z. B. Flugver-
kehr, Schifffahrt, Straßengüterfernverkehr) sowie in der
In Phase II erstellte Prognos Szenarien, wie die Energie- Ca. 98 % der Antriebsenergie im Verkehrssektor und chemischen Industrie sind flüssige Energieträger und
wende unter besonderer Berücksichtigung von PtX gestaltet 22 % der Heizenergie stammen aktuell aus flüssigen Rohstoffe nicht oder nur schwer zu ersetzen.
werden könnte. Die Studie legt einen Schwerpunkt auf Energieträgern.
flüssige Energieträger, viele Aussagen gelten aber auch für In anderen Bereichen, die gegenwärtig zu großen Teilen
synthetische Gase (PtG). Daher wurden Gase in den Szenarien In Deutschland existieren rund 5,6 Mio. Ölheizungen. mit flüssigen Energieträgern versorgt werden, wie etwa
ebenso behandelt wie die flüssigen Energieträger. Ca. 20 Mio. Menschen wohnen in ölbeheizten Gebäuden. im Pkw-Verkehr und im Wärmesektor, wird sich ein
Wettbewerb zwischen THG-neutralen flüssigen Ener-
Trotz mehrfacher, sorgfältiger Qualitätskontrollen über- 16 % des Mineralölaufkommens wird in der Chemie ver- gieträgern und anderen, z. B. strombasierten Systemen
nehmen Prognos, DBFZ und UMSICHT keine Gewährleis- wendet, die damit 75 % ihres organischen Rohstoffbe- einstellen.
tung für die in diesem Bericht getroffenen Aussagen und darfs deckt.
Ergebnisse. Da flüssige Energieträger weiter benötigt werden, ist die
Die enge Vernetzung und der Energie- sowie der Produkt- Entwicklung des Technologiepfads Power-to-Liquid unter
Jegliche Haftung ist hiermit ausdrücklich ausgeschlossen. austausch der in Deutschland wichtigen Industriesektoren Klimaschutzaspekten eine No-Regret-Maßnahme und
Raffination, Petrochemie, Chemie und Kunststoffver- daher dringend zu empfehlen.
arbeitung führen zu Verbundeffekten und tragen zur
internationalen Wettbewerbsfähigkeit der genannten Die Infrastruktur und die Anwendungstechnologien
Branchen bei. für flüssige Energieträger können weiter genutzt wer-
den
Aus erneuerbarem Strom oder aus Biomasse können
zukünftig THG-neutrale flüssige Energieträger gewonnen THG-neutrale flüssige Energieträger und Rohstoffe sind
werden technisch in allen Verbrauchssektoren einsetzbar, es ent-
fallen aufwändige Umrüstungen.
Strom aus erneuerbaren Energien kann mit Hilfe von
Elektrolyse-Wasserstoff und einer Synthese mit Kohlen- PtL-Energieträger und Rohstoffe können genauso verar-
stoff in flüssige Energieträger umgewandelt werden. beitet, gespeichert, transportiert und verwendet werden
wie heutige flüssige Energieträger.
Wenn der hierfür benötigte Kohlenstoff aus der Luft
oder aus Biomasse gewonnen wird, entsteht ein nahezu Die deutschen Raffineriestandorte können nach gewis-
treibhausgasneutraler Brenn- bzw. Kraftstoff, das PtL sen Anpassungsinvestitionen PtL-„Rohöl“ zu Endproduk-
(Power-to-liquid) bzw. BtL (Biomass-to-liquid). Sofern ten verarbeiten. Sie stehen dabei – wie heute – in Kon-
unvermeidliche konzentrierte Abgasströme existieren, kurrenz zu Standorten in den Erzeugerländern.
können auch diese genutzt werden.
Der Infrastrukturbedarf im Inland ist deutlich geringer
Energieträger und Rohstoffe auf Basis von Biomasse als in Szenarien mit höheren Elektrifizierungsgraden.
sind vielfältig einsetzbar und können eine wichtige Er- Dafür sind erhebliche Investitionen im Ausland nötig.
Seite 19Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende
Verbraucher legen bei ihren Investitionsentscheidungen Ursachen hierfür könnten unzureichende Sanierungsge- Abbildung 1: Einsatz flüssiger Energieträger in Deutschland im Jahr 2050 im Szenario PtX 80 in PJ
vielfältige Kriterien an schwindigkeiten oder Verzögerungen beim Stromnetz-
ausbau sein.
Endenergiebedarf (PJ) Nicht-
In dieser Studie werden Stromlösungen mit flüssigen
energetischer
Energieträgern (mit wachsenden PtL-Anteilen) aus Sicht In unseren Szenarien liegt der PtL-Bedarf im Jahr 2050
Bedarf (PJ)
von Verbrauchern verglichen. Dabei werden die Kriterien zwischen 555 und 2.000 PJ
Wirtschaftlichkeit, Nutzung und Umweltaspekte zugrun-
de gelegt. Bei ambitioniertem Klimaschutz (95 % THG-Reduktion) 617 2695
144
liegt der PtL-Mindestbedarf, hier gleichgesetzt mit dem
513
Beim Kriterium Wirtschaftlichkeit ergibt sich ein dif- Bedarf des Flug- und Schiffsverkehrs bei 555 PJ. Soll auf 473
189
ferenziertes Bild. Kurz- und mittelfristig (2030) ergeben eine Elektrifizierung der Autobahnen in Deutschland ver- 38
793 141
sich bei noch niedrigen PtL-Anteilen in den meisten Fällen zichtet werden, ergibt sich ein PtL-Mindestbedarf von ca. 10 473
143
wirtschaftliche Vorteile für flüssige Energieträger. Lang- 985 PJ (jeweils im Jahr 2050, vgl. Abbildung 1 und Ab-
fristig überwiegen in unseren Analysen die Vorteile für bildung 2). 650
Stromlösungen im höheren Preispfad für PtL und bei etwa 111
auf dem Niveau von 2015 verbleibenden Endverbraucher- Wird PtL als Lösungsstrategie anteilig in allen Sektoren 430 16
75 76 19
strompreisen. Je nach PtL- und Stromkostenniveau sowie eingesetzt, ergibt sich ein PtL Bedarf von rd. 1.700 PJ 1681
Nutzungskonstellation können sich aber auch langfristig (entspricht 39,5 Mio. t im Szenario PtX 80, vgl. Abbildung 156 355
399 27
Vorteile für flüssige Energieträger ergeben. Grundsätzlich 1) bzw. rd. 2.000 PJ (46,5 Mio. t im Szenario PtX 95), vgl. 129
70
hängt die Bewertung der Wirtschaftlichkeit aus Verbrau- Abbildung 2) im Jahr 2050. Hinzu kommen je nach Sze-
329
chersicht zudem von der Höhe der Steuerbelastung ab. nario rd. 1.000 PJ (26 Mrd. m³) bzw. rd. 1.600 PJ (41 Mrd. 28
Heute sind flüssige Energieträger in der Mobilität je Ener- m³) an PtG und PtH2. Zum Vergleich: Der heutige Ölbedarf
gieeinheit mit höheren Steuern belegt als Strom. Deutschlands liegt bei rd. 104 Mio. t.
Luft- Schiffs- Straßen- Schienen- Straßen- Wärme Stoffliche Gesamtbedarf
verkehr verkehr verkehr verkehr verkehr PKW (inkl. Nutzung flüssiger
Hinsichtlich der Nutzung ergeben sich Unterschiede vor Es wurde davon ausgegangen, dass in Teilen der Industrie Schwerlast und sonst. und leichte Prozess- Energieträger
allem bei der Mobilität. Aufgrund der besseren Speicher- und in der Müllverbrennung im PtX 95 Szenario Kohlen- (>3,5 t) Verkehr* Nutzfahr- wärme und Rohstoffe
barkeit flüssiger Energieträger sehen wir dauerhaft Nut- dioxidabscheidung /-speicherung mit CCS zum Einsatz zeuge und sonst.
Haustechnik)
zungsvorteile bei flüssigen Energieträgern. kommt. Um den CCS-Einsatz zu reduzieren, könnten
fossile Rohstoffe auch in der Petrochemie teilweise durch
Aus Umweltsicht haben elektrische Lösungen in Behei- PtL ersetzt werden. In diesem Fall läge der PtL-Bedarf BtL. PtL. Mineralöl Mineralöl (leichte Anteile NEV, durch PtL ersetzbar )
zung und Mobilität vor allem kurz und mittelfristig Vor- noch um ca. 470 PJ höher (vgl. Abbildung 2).
teile gegenüber flüssigen Energieträgern. Unter anderem Quelle: eigene Darstellung, * Landwirtschaft, Baugewerbe, öffentliche Verwaltung, Militär, NEV: Nichtenergetischer Bedarf
werden mit den Stromlösungen weniger Luftschadstoffe Energieimporte bieten Chancen
und THG-Emissionen verursacht. Dabei ist zu beachten, Flüssige Energieträger können kostengünstig gelagert Bei einem Zinssatz von 7 %, der auch in anderen Stu-
dass eine Lebenszyklus-Analyse zur Untersuchung von Für die Reduktion der THG-Emissionen wird die Stromer- und weltweit transportiert werden. Dies bietet einen Vor- dien angelegt wird, sind Produktionskosten von 0,7 bis
Vorketten-Emissionen in dieser Studie nicht durchgeführt zeugung aus erneuerbaren Energien eine immer wich- teil gegenüber gasförmigen Energieträgern oder Strom. 1,3 €2015/Liter zu erwarten.
wurde. PtL-Brennstoffe können geringere Luftschadstof- tigere Rolle spielen. Die technischen Potenziale für Stro- Damit ist eine hohe Flexibilität in der Wahl der PtL Be-
fe als fossile Energieträger verursachen. Hinsichtlich der merzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland zugsregionen gegeben, die über den Suchraum dieser Voraussetzung hierfür ist ein groß-industrieller Ein-
Treibhausgase ergibt sich langfristig – wenn sowohl der sind groß, jedoch ist das realisierbare Potenzial wegen Studie hinausreicht. stieg in die PtL-Technologie, damit Lerneffekte erzielt
Anteil der erneuerbaren Energien im Strommix wie auch möglicher Flächenrestriktionen unklar. und Kosten gesenkt werden können.
der PtL-Beimischungsanteil gegen 100 % konvergieren – PtL können im Jahr 2050 bei 7 % Zins zu Kosten von
eine neutrale Bewertung. Viele Länder der Welt verfügen über (erheblich) größere 0,7 bis 1,3 €2015/Liter erzeugt werden PtL und PtG erreichen hierbei etwa gleiche Kostenniveaus
Potenziale und günstigere Erzeugungsbedingungen für ( Abb. 12 bis 15)
PtX ergänzt andere Lösungsoptionen wie erneuerbare erneuerbare Energien als Deutschland. Auch deshalb liegt Je nach Standortbedingungen der erneuerbaren Stro-
Energien und Effizienz. Ambitionierte THG-Minderung es nahe, Importe erneuerbarer Energien als Option zu merzeugung und Wirkungsgrad kann im Jahr 2050 treib- Szenarien mit hohen PtX-Anteilen bedürfen geringer
ist durch den Einsatz von PtL robuster erreichbar entwickeln, um die Energie- und Rohstoffversorgung in hausgasneutrales PtL bei einer Kapitalverzinsung von 2 % Investitionen in Deutschland, da weitgehend vorhan-
Deutschland sicherzustellen. für rund 0,5 bis 0,9 €2015/Liter Rohöläquivalent hergestellt dene Infrastruktur genutzt wird. Es muss aber mit hö-
Die Szenarien PtX 80 und PtX 95 dieser Studie zeigen, werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Suchraum heren Energiekosten gerechnet werden
dass eine Erreichung der THG-Minderungsziele auch dann In dieser Studie wurden die Länder Nordafrikas und des Nahen unserer Studie nur eine begrenzte Zahl an Standorten zur
möglich ist, wenn die Energieeffizienz nur wie bisher zu- Ostens („MENA“) sowie Kasachstan betrachtet. Eine weltwei- Verfügung steht, auf denen der niedrige Kostenwert rea- Bis zum Jahr 2050 liegen die kumulierten inländischen
nimmt, der Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland te Suche nach optimalen Standorten für PtL erfolgte nicht. lisiert werden kann. Investitionen mit 34 Mrd. € (PtX 80) bzw. 59 Mrd. €
und die zunehmende Elektrifizierung von Anwendungen (PtX 95) bis 2050 nur leicht über dem Referenzszenario.
bei Verbrauchern an Grenzen stoßen.
Seite 20 Seite 21Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende
Abbildung 2: Einsatz flüssiger Energieträger in Deutschland im Jahr 2050 im Szenario PtX 95 in PJ Fazit
PtL sind für eine weitgehend treibhausgasneutrale Ener-
Endenergiebedarf (PJ) Nicht-
gieversorgung nach heutigem Wissen unverzichtbar.
energetischer
Bedarf (PJ)
Flüssige Energieträger mit PtL können aus Sicht der Ver-
braucher gegenüber strombasierten Lösungen preislich
617 2695 wettbewerbsfähig sein.
144 181
473 473
PtL bieten Verbrauchern eine zusätzliche Option, um
189
10 eine für sie optimale treibhausgasarme Lösung zu finden.
794 169
13 10 Dabei sind PtL anschlussfähig an die heute vorhandene
Infrastruktur.
781
110
Um diese Option zu entwickeln und rechtzeitig ausrei-
430 4 chende Mengen verfügbar zu haben, ist ein allmählicher
4 88 18 2013
aber stetiger Markthochlauf anzustreben. Hierfür sind
426
157 – je nach Phase – verschiedene regulatorische und öko-
398 2
155 nomische Maßnahmen und Instrumente geeignet und
4
394
notwendig.
28
Unternehmen und Wissenschaft sind ihrerseits gefragt,
Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen zu
Luft- Schiffs- Straßen- Schienen- Straßen- Wärme Stoffliche Gesamtbedarf erhöhen und Optionen zu entwickeln. Insbesondere die
verkehr verkehr verkehr verkehr verkehr PKW (inkl. Nutzung flüssiger
Schwerlast und sonst. und leichte Prozess- Energieträger Kohlendioxidabscheidung aus der Luft, die Elektrolyse
(>3,5 t) Verkehr* Nutzfahr- wärme und Rohstoffe und Synthese sind wichtige Forschungsfelder.
zeuge und sonst.
Haustechnik)
Die zukünftige Erzeugung von PtL in sonnen- und wind-
reichen Ländern kann diesen eine vielversprechende
BtL. Ptl. Mineralöl Mineralöl (leichte Anteile NEV, durch PtL ersetzbar ) Wachstumsperspektive bieten.
Quelle: eigene Darstellung, * Landwirtschaft, Baugewerbe, öffentliche Verwaltung, Militär, NEV: Nichtenergetischer Bedarf
Allerdings verdoppeln sich in Deutschland die jährlichen Im Ausland wären alleine für die PtL-Versorgung
Ausgaben für Energieträger im Jahr 2050 in Folge der Deutschlands im Mittel über alle Jahre bis 2050 Inves-
Importe von PtL und PtG gegenüber einem Referenzsze- titionen in Höhe von jährlich rd. 44 Mrd. € (PtX 80) bzw.
nario ohne Erreichung der THG Ziele. 58 Mrd. € (PtX 95) (ohne Infrastrukturinvestitionen) not-
wendig. Diese Investitionen sind eine große Chance und
Die über alle Jahre kumulierten Kosten für Energieträger eine große Herausforderung, die in der Umsetzung eine
liegen im Szenario PtX 80 44 % über dem Referenzszena- umfassende internationale Unterstützung erfordert.
rio (PtX 95: ähnliche Größenordnung).
Die zukünftige Erzeugung von PtL in sonnen- und wind-
PtL schafft volkswirtschaftliche Perspektiven in den reichen Ländern, die heute fossile Energien exportieren,
Erzeugerländern bietet diesen ein alternatives Geschäftsmodell. Es ist zu
vermuten, dass rohstoffreiche Länder ohne eine Alterna-
Zur Erzeugung der PtL-Mengen unserer Szenarien ist im tive versuchen werden, ihre fossilen Öl- und Gasreserven
Jahr 2050 im Ausland eine Stromerzeugung in Höhe von weitgehend auszunutzen.
900 TWh (PtX 80) bis 1080 TWh (PtX 95) erforderlich. Das
entspricht dem 1,5 bis 1,8-fachen der aktuellen deut-
schen Nettostromerzeugung.
Seite 22 Seite 23Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende
2
EINLEITUNG
2.1 HINTERGRUND UND 27,2 % ggü. 1990 aus. Seit 2009 verharren die THG-Emis- Mögliche weitgehend treibhausgasneutrale alternative 2.2 METHODIK
AUFGABENSTELLUNG sionen Deutschlands bei einem gleichbleibenden Wert von Energieträger und Rohstoffe für die stoffliche Nutzung
rd. 900 Mio. t/a - zuletzt mit leicht ansteigender Tendenz. können erneuerbare Biomasse oder mit Hilfe von Strom aus Um die vorstehend genannten Fragen zu beantworten
Kohlenstoff ist ein Baustein des Lebens. Nicht nur jede (BMWi 2018). erneuerbaren Energien erzeugte Energieträger („PtL-Kraft- wurde die vorliegende Studie von der Prognos AG ge-
menschliche Zelle, sondern auch ein Großteil der Produk- stoffe“) und Rohstoffe (PtL-Rohstoffe) sein. Vereinfacht meinsam mit UMSICHT und dem DBFZ erarbeitet. Dabei
te und Materialien, von denen wir umgeben sind, enthält Es ist schon jetzt erkennbar, dass weitere Anstrengungen ausgedrückt wird dabei Wasserstoff aus erneuerbarer Er- war UMSICHT für den Teil Technologien und Kosten der
Kohlenstoff in beträchtlichem Ausmaß. Für die traditionelle erforderlich sind, um auch bei positivem Wirtschaftsver- zeugung mit Kohlendioxid z. B. aus der Luft zu einem treib- PtX-Erzeugung verantwortlich (vgl. Kapitel 12), das DBFZ
Energieversorgung spielt Kohlenstoff ebenfalls eine zentra- lauf auf den politisch vereinbarten THG-Minderungspfad hausgasneutralen Kohlenwasserstoff zusammengesetzt. für die Erkenntnisse im Bereich Biomasse (vgl. Kapitel 11).
le Rolle. Die heute verwendeten flüssigen und gasförmigen zu gelangen. Dazu werden unterschiedliche Ansätze dis-
Energieträger wie Benzin oder Erdgas sind deshalb so leis- kutiert. Zwar besteht Einigkeit darüber, dass die verstärkte Die Verbände der Mineralölwirtschaft haben die Prog- Eine Begleitgruppe der Auftraggeber diskutierte die Ergeb-
tungsfähig und anwenderfreundlich, weil Kohlenstoff in Verwendung von erneuerbaren Energien und die Steige- nos AG beauftragt, eine Analyse zu Status Quo und Pers- nisse mit den Studienautoren. Darüber hinaus wurden In-
ihnen enthalten ist. rung der Energieeffizienz von zentraler Bedeutung für die pektiven flüssiger Energieträger und Rohstoffe in der Ener- terviews mit Experten aus zwei deutschen Raffineriestand-
Energiewende sind. Wind und Sonne gelten als die Energie- giewende vorzunehmen, in der folgende Fragestellungen orten geführt.
Andererseits ist Kohlenstoff nach seiner Reaktion mit Sau- quellen mit dem größten erneuerbaren Potenzial. untersucht werden:
erstoff in Form von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre Im Lauf der Untersuchung wurden zunächst die Technolo-
ein „Problemstoff“, da er den größten Anteil am anthro- Andererseits stellt sich die Frage, ob das Ausbautempo der Welche Bedeutung hat heute Mineralöl als Energieträ- giepfade „Power-to-X“ (PtX mit Schwerpunkt auf den syn-
pogenen Treibhausgaseffekt und dem damit verbundenen erneuerbaren Energien und der notwendige Ausbau der ger, Rohstoff und Wirtschaftsfaktor für Deutschland und thetischen flüssigen Energieträgern), „Biomasse“ (Poten-
Klimawandel aufweist. Stromnetze angesichts von Flächenrestriktionen und mögli- welche Bedeutung haben langfristig flüssige Energieträ- ziale und Kosten) und „Technologien der Elektrifizierung“
cher Akzeptanzgrenzen durchhaltbar oder gar steigerbar ist. ger und Rohstoffe in den einzelnen Verbrauchssektoren? (Schwerpunkt Potenziale Wind/Sonne in Deutschland) er-
Nicht erst seit der Klimakonferenz von Paris sind die meis- Wo werden sie nicht oder nur schwer zu ersetzen sein? arbeitet. Die Ergebnisse wurden in einem Zwischenbericht
ten Staaten dieser Welt darum bemüht, Konzepte zu ent- Die Effizienz der Energieverwendung konnte in den letz- (Prognos AG, DBFZ, UMSICHT 2017) veröffentlicht und sind
wickeln und Maßnahmen zu ergreifen, um den Ausstoß ten Jahren zwar verbessert werden. Maßnahmen zur wei- Welchen Beitrag können flüssige Energieträger und hier in einem eigenen Untersuchungsteil (B, Kapitel 10 bis
an Treibhausgas (THG)emissionen zu reduzieren. In Paris teren Effizienzsteigerung, wie etwa eine Beschleunigung Rohstoffe auf Basis von Biomasse leisten, um die 12) ausführlicher dokumentiert.
wurde im Jahr 2015 festgestellt, dass der weltweite Schei- der Sanierungsraten von Gebäuden sind jedoch zuletzt THG-Emissionen zu reduzieren?
telpunkt der Treibhausgasemissionen so bald wie möglich gescheitert. In der zweiten Phase der Untersuchung wurden Szena-
erreicht werden soll. In der zweiten Hälfte des Jahrhun- Welchen Beitrag kann das in Deutschland verfügbare rien für die künftige Energie- und Rohstoffversorgung
derts soll ein Gleichgewicht zwischen Treibhausgasemissi- Zudem stellt sich die Frage, ob z. B. Elektrofahrzeuge und Potenzial erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung Deutschlands erstellt. Das Design dieser Szenarien ist in
onen und deren Abbau durch Senken erreicht werden (sog. elektrische Wärmepumpen schnell genug in den Markt ge- zur THG-Minderung in den, Verbrauchssektoren leisten? Kapitel 4.1 dargelegt.
„Treibhausgasneutralität“). Hierdurch soll die Erwärmung bracht werden können. Bisher favorisieren Verbraucher
der Erde im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter auf andere Lösungen. Andere Technologien wie PtL könnten Welche technologischen Fortschritte und welche Kos- Die Studie erscheint kurz nach Veröffentlichung der Unter-
"deutlich unter" 2°C begrenzt werden (mit Anstrengungen eine wichtige Ergänzung oder Alternative darstellen. ten für die Herstellung weitgehend treibhausgasneutra- suchung „Klimapfade für Deutschland“, die Prognos und
für eine Beschränkung auf 1,5°C) (BMWi 2018a). ler flüssiger (und gasförmiger) Energieträger und Roh- Boston Consulting Group im Auftrag des BDI erstellt haben
Trotz der großen Bedeutung von Strom geht keine der stoffe sind erreichbar? (BCG, Prognos 2018). Da in der BDI-Studie ein Referenz-
Die deutsche Bundesregierung hat bereits 2010 ein Ener- zahlreichen aktuellen Energiewendestudien davon aus, szenario erarbeitet wurde, konnte die vorliegende Untersu-
giekonzept vorgelegt, in dem die Reduktion der THG-Emis- dass eine vollständige Umstellung aller Nutzungen von Welche Perspektiven für flüssige Energieträger und chung darauf aufbauen.
sionen um 80 bis 95 % gegenüber 1990 zur Zielmarke Energie auf Strom möglich ist. Dies liegt u. a. am begrenz- Rohstoffe ergeben sich aus den Ergebnissen, wenn in
erklärt wird. Seitdem sind zahlreiche Maßnahmen und ten inländischen Stromerzeugungspotenzial, vor allem aber Deutschland der Ausbau der erneuerbaren Energien we- Die Szenarien „PtX 80“ und „PtX 95“ sind unabhängig von
Umsetzungsschritte unternommen worden, um dem Ziel an der aufwändigen Speicher- und Transportierbarkeit von niger stark erfolgt als erforderlich? der BDI Studie durch die Prognos AG für die Zwecke dieser
näher zu kommen. Nicht zuletzt aufgrund der guten wirt- Elektrizität. Der bisweilen verwendete Begriff einer „All Studie entwickelt worden, mehr dazu in Kapitel 4.
schaftlichen Entwicklung und der Marktlogik des euro- Electrical Society“ führt somit in die Irre, da Fragen wie z. B. Welche Schlussfolgerungen für die Gestaltung der
paweiten EU Emissionshandels konnten aber zuletzt die die Energiespeicherung, die Energieversorgung von Flug- Klimaschutzpolitik ergeben sich aus den Untersu-
THG-Emissionen in Deutschland nicht reduziert werden. zeugen und weiteren Verkehrsträgern oder die stoffliche chungsergebnissen?
So weist der fünfte Monitoring-Bericht zur Energiewende Nutzung von flüssigen Rohstoffen zur Herstellung vielfäl-
für das Jahr 2015 eine Reduktion der THG-Emissionen um tiger Produkte des Alltags unbeantwortet bleiben.
Seite 24 Seite 25Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende Endbericht | Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende
UNTERSUCHUNGSTEIL A: Abbildung 3: Verwendung von Mineralöl in Deutschland 2016
SZENARIEN DER ENERGIEVERSORGUNG DEUTSCHLANDS BIS 2050
Primärenergieverbrauch Absatz 110 Mio. t Endenergieverbrauch 8.877 PJ
3 13.451 PJ im Jahr 2016, davon
4.567 PJ aus Mineralöl
im Jahr 2016
61 % der flüssigen Energieträger
im Jahr 2015
Flüssige Energieträger und
Flüssige Energieträger und Roh- und Rohstoffe werden im Verkehr Rohstoffe decken rund 37 %
stoffe decken rund 34 % des PEV verwendet des EEV
HEUTIGE BEDEUTUNG DES 2% IND 68
MINERALÖLS FÜR DIE DEUTSCHE
12 % 12 % 17 %
22 % HH 485
7%
11 % 3.315 PJ
ENERGIE- UND ROHSTOFF-
13.451 PJ GHD
110 Mio. t VER EEV aus
PEV 9% 302
22 % 2.460 Mineralöl
38 %
VERSORGUNG 34 % 14 %
Steinkohle Kernenergie Stoffliche Nutzung PKW / leichte IND
Die deutsche Energie- und Rohstoffversorgung wird durch deutschen Endenergiebedarf in Höhe von 8.877 PJ im Jahr Braunkohle Erneuerbare ( z. B. Chemie) Nutzfahrzeuge HH
einen breiten Energiemix sichergestellt. Mineralöl zählt zu 2015 wurden 37 % durch flüssige Energieträger gedeckt. Mineralöle Energien Luftverkehr / Wärme GHD
Schifffahrt
den wichtigsten Energieträgern und Rohstofflieferanten Abbildung 3(rechts) stellt die Verteilung dieser 3315 PJ aus Gase Sonstige VER
Schwerlast / LKW
für das Energiesystem und die Industrie in Deutschland. Mineralölprodukten auf die Sektoren Verkehr (VER, 74 %),
Industrie (IND, 2%), Haushalte (HH, 15%) und Gewerbe,
3.1 BEDEUTUNG VON MINERALÖL FÜR Handel, Dienstleistungen (GHD, 9%) dar.
DIE ENERGIEVERSORGUNG
Links: Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2016 (Quelle: (AGEB, AG Energiebilanzen e.V. 2017)). Mitte: Absatz von Mineralölprodukten
Es wird deutlich, welche zentrale Rolle Mineralöl für den nach Anwendungen (Quelle: (MWV 2017)). Rechts: Endenergieverbrauch (Quelle: (AG Energiebilanzen e.V. 2017)). Abkürzungen GHD, HH, IND, VER:
Wie Abbildung 3 (links) verdeutlicht ist Mineralöl mit 4.567 Verkehrssektor spielt. Rund drei Viertel des Endenergie- Verbrauchssektoren Gewerbe/Handel/Dienst-leistungen Haushalte, Industrie, Verkehr.
PJ von insgesamt 13.451 PJ im Jahr 2016 der wichtigste verbrauchs der Mineralölprodukte gehen in den Verkehrs-
Energieträger in der Primärenergieversorgung in Deutsch- sektor. Der Verkehrssektor wiederum deckt ca. 99 % seines
land und deckt damit rund ein Drittel des Primärenergiebe- Energiebedarfes aus flüssigen Energieträgern (vorrangig Wachse (Kerzen. Schuhcreme, etc.), Vaseline (Kosmetik, Phar- In der Energiebilanz taucht die stoffliche Nutzung als
darfes. Dieser Anteil ist über die letzten zehn Jahre nahezu Mineralölprodukte). mazie, Schmierstoff, Korrosionsschutz, Fett, etc.). nichtenergetischer Verbrauch (NEV) auf. Dabei handelt es
unverändert geblieben. sich um die gesondert ausgewiesene Menge der Nichte-
3.2 BEDEUTUNG VON MINERALÖL FÜR Etwa 16 % der stofflichen Nutzung erfolgt in der Chemie- nergieträger sowie der nicht energetisch genutzte Teil
Aus Mineralöl wird eine Vielzahl von Energieträgern (Kraft- DIE ROHSTOFFVERSORGUNG (NICHT- industrie. Abbildung 4 stellt die Rohstoffbasis und die der Energieträger (z. B. als Rohstoff chemischer Prozesse).
stoffe und Brennstoffe) und Rohstoffen (Chemierohstoffe, ENERGETISCHER VERBRAUCH) Verästelung der Chemieindustrie dar: Wenige Rohstoffe Nachwachsende Rohstoffe sind im nichtenergetischen
Schmierstoffe, Baustoffe, etc.) gewonnen. Abbildung 3 werden über wenige Basischemikalien und sogenannte Verbrauch der Energiebilanzen nicht ausgewiesen.
(Mitte) stellt den jährlichen Absatz dieser Mineralölproduk- Aus Abbildung 3 geht hervor, dass 22,5 % des Absatzes an Zwischenchemikalien zu einer Vielzahl an Endverbraucher-
te in Deutschland von rd. 110 Mio t. im Jahr 2016 nach Mineralölprodukten im Jahr 2016 stofflich genutzt werden. produkten umgewandelt. Die Endprodukte für den alltäg- Abbildung 5 stellt den NEV der Energiebilanz 2015 dar.
Anwendungen dar: Rund 61 % des Absatzes erfolgt in Form Dieser Anteil der Mineralölnutzung bildet die Grundlage lichen Gebrauch lassen den Bezug zum Rohöl häufig nicht Es wird deutlich, dass es sich bei den 23 Mio. t Rohstoffe
von Kraftstoffen im Verkehr (mit 37,8 % im Bereich PKW für eine Vielzahl an Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen, die mehr erkennen, wie z. B. die Fasern in einem Kleidungs- durchweg um Kohlenstofflieferanten handelt und eine
und leichte Nutzfahrzeuge, 13,8 % im Bereich Schwerlast- Grundlage oder elementarer Bestandteil vielfältiger indus- stück, eine Plastikflasche oder eine Kopfschmerztablette überschlägige Kohlenstoffbilanz auf Basis typischer Kohlen-
verkehr / LKW und 9,3 % im Bereich Luftverkehr und Schiff- trieller Wertschöpfungsketten sind. (vgl. (Petrochemicals Europe 2017)). stoffgehalte ergibt 19 Mio. t Kohlenstoff. Mineralöl deckt
fahrt). 16,6 % des Absatzes erfolgt in Form von Heizöl zur mit 86 % der 23 Mio. t Rohstoffe im Jahr 2015 rund 89 %
Anwendung im Bereich Wärme und weitere 22,5 % des Ab- Etwa 6 % der stofflichen Nutzung erfolgt direkt. Dazu Die organische Chemie ist der kohlenstoffbasierte Teil des Kohlenstoffgehalts des nichtenergetischen Verbrauches
satzes werden stofflich genutzt (u.a. Chemierohstoffe, vgl. zählen u.a. Petrolkoks (Elektroden- und Stahlherstellung, der Chemie und Hauptnutzer von Mineralöl als Rohstoff. der Energiebilanz.
nachfolgender Absatz). Brennstoff, etc.), Bitumen (Bauindustrie: Straßenbau, Hoch- Ca. 75 % der organischen Rohstoffbasis der Chemie wer-
und Tiefbau, Dichtmaterialien, etc.), Spezial- und Testben- den durch Mineralöl gedeckt (VCI 2017), ein Großteil davon Mineralöl bildet somit aktuell einen Großteil der Rohstoff-
Auch die Betrachtung über die Endenergiebilanz zeigt die zine (Löse- und Verdünnungsmittel, etc.), Paraffine (Brenn- aus Rohbenzin (Naphtha). basis vielfältiger industrieller Wertschöpfungsketten (vgl.
Bedeutung von Mineralöl in der Energieversorgung. Vom stoff, Versiegelung, Pharmazie, Kosmetik, Konservierung, etc.), auch Abschnitte 5.3.2, 6 und 13).
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