Ariadne: Deutschland auf dem Weg aus der Gaskrise

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Klimaschutz und Energiesouveränität vereinen

Knappheiten und hohe Preise: Wege aus der Gaskrise für Deutschland will eine Untersuchung aufzeigen. Von kurzfristigen Interventionen für die Energiesicherheit bis hin zu längerfristigen Weichenstellungen für den Kurs auf Klimaneutralität sind in den Sektoren Gebäude, Industrie und Energiewirtschaft massive Einsparungen beim Gasverbrauch unerlässlich. Mehr als 30 Fachleute des vom BMBF geförderten Kopernikus-Projekts Ariadne buchstabieren erstmals in einem Modell- und Szenarienvergleich aus, welche Stellschrauben und Spielräume zur Verfügung stehen. Sie zeigen, dass Klimaschutz und Energiesouveränität miteinander vereinbar sind.

Erdgas – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Die Energiekrise infolge des russischen Angriffskrieges auf die Ukraine hat tiefgreifende Auswirkungen auf die deutsche und europäische Energiewirtschaft. Am markantesten ist dabei der massive Anstieg der Gaspreise: Der für Deutschland und Nordwest-Europa maßgebliche Gaspreis am niederländischen Gashandelspunkt TTF notierte im August 2022 das mehr als zehnfach über dem langjährigen Mittel vor der Krise. Infolge dessen, sowie aufgrund relevanter Sondereffekte im europäischen Stromsystem – wie Sicherheitsabschaltungen einer großen Zahl französischer Kernkraftwerke, einer geringen Stromerzeugung aus Wasserkraft sowie Logistikproblemen bei Steinkohle aufgrund des Dürresommers – gab es eine vergleichbare Vervielfachung des Großhandelspreises für Strom. Auch Steinkohle und Erdöl wurden durch den weitgehenden Verzicht auf Importe aus Russland teurer, wenn auch in deutlich geringerem Umfang.

Dass diese Energiepreisschocks dramatische Effekte haben, belegen Studien: Insbesondere für einkommensschwache Haushalte, die mit Erdgas heizen, kann die Mehrbelastung durch hohe Energiepreise mehr als 20 Prozent des Haushaltseinkommens betragen (Kalkuhl et al., 2022). Die Bundesregierung hat entsprechend einen Abwehrschirm im Umfang von 200 Mrd. € zur Abmilderung der Folgen für Verbrauchende und Unternehmen angekündigt – eine zumindest in Bezug auf das Energiesystem bislang beispiellos große fiskalische Intervention.

Erste Auswirkungen auf die deutsche Gasnachfrage sind erkennbar: Bei Kleinverbrauchenden, im wesentlichen in der Gebäudewärme, sind die Abweichungen vom Verbrauchsniveau der Vorjahre bisher allerdings vor allem witterungsbedingt. Die Stromerzeugung aus Gas ist reduziert gegenüber 2021, gemessen am langjährigen Mittel aber konstant. Die Industrie hingegen reagiert deutlich sensibler auf die hohen Preise: Bisher ist der industrielle Gaseinsatz im Jahr 2022 um etwa 20% gegenüber den Vorjahren zurückgegangen.

Das noch immer hohe Gasverbrauchsniveau nicht nur in Deutschland, sondern auch in anderen Ländern der EU, verschärft die extreme Sensitivität des Gasmarktes auf geopolitische Entwicklungen. Auf Basis bestehender Lieferver-hältnisse und Planungen schätzen wir, dass Deutschland bei einem Ausfall russischer Gaslieferungen in den nächsten Jahren bei zusätzlichem Import substanzieller Mengen LNG (liquefied natural gas) ein Gasangebot von ca. 600 TWh/a aus verlässlichen Lieferländern und einheimischer Förderung sichern kann – eine Reduktion von ca. 30% im Vergleich zum Vorkrisenniveau. Den Verbrauch auf dieses Niveau zu senken erhöht die geopolitische Resilienz Deutschlands und ist somit in der aktuellen Gaskrise der Kernbaustein zur kurzfristigen Wiedererlangung der Energiesouveränität. Ein derartiger Nachfragerückgang leistet auch einen fairen Beitrag Deutschlands zur Minderung der Gasknappheit auf dem integrierten europäischen Markt und trägt damit zu einer Reduktion der Gaspreise bei. Die Begrenzung der Gaspreise wiederum ist entscheidend, um die Kosten der Gaskrise für Verbrauchende, Industrie und den Fiskus beherrschbar zu halten.

Entsprechend fokussiert sich der im Rahmen dieser Untersuchung durchgeführte Modellvergleich auf ein Szenario Energiesouveränität, das neben der Erreichung der Klimaschutzziele für 2030 (Minderung der THG-Emissionen um 65% ggü. 1990) und 2045 (Netto-Null Treibhausgasemissionen) auch die vor allem für die nächsten Jahre relevante Verbrauchsminderung für Erdgas einhält. Neben Gesamt-systemmodellen, die integrierte sektorübergreifende Zielerreichungspfade entwickeln, kommen auch detaillierte Sektormodelle zum Einsatz, die die spezi-fischen Gaseinsparpotenziale in den Sektoren Industrie, Stromerzeugung und Gebäude sowie synergetische Einsparungen fossiler Kraftstoffe durch eine beschleunigte Verkehrswende untersuchen.

Für die einzelnen Sektoren ergeben sich dabei folgende Kerneinsichten

  1. Energiewirtschaft: Auf einem Pfad zur Energiesouveränität ermöglichen in erster Linie die Realisierung der Ausbauziele erneuerbarer Energien und ein kurzfristig stärkerer Einsatz von Kohlekraftwerken, die teils aus der Reserve reaktiviert oder später als geplant stillgelegt werden, einen Rückgang der Gasverstromung bis 2023 um bis zu 50% bzw. bis 2025 um bis zu 80%. Dabei hängen die Einsparmöglichkeiten auch von der Entwicklung der Stromnachfrage in Deutschland und dem Export in Nachbarländer sowie der Möglichkeit der tatsächlichen dauerhaften Reaktivierung der heutigen Reserveanlagen ab. So führt auch die gerade beschlossene Laufzeitverlängerung für zwei der drei verbliebenen Kernkraftwerke bis April 2023 vor allem zu zusätzlichen Stromexporten und senkt die Klimagasemissionen, trägt aber nur unwesentlich zu Gaseinsparungen in Deutschland bei.
  2. Gebäude: Das größte Potenzial, um im Gebäudesektor den Gasverbrauch kurzfristig zu reduzieren, liegt in einer Anpassung des Heizverhaltens der Menschen – beispielsweise durch Absenken der Raumtemperatur, bedarfsgerechtes Heizen und intelligente Steuerung. Zusammen mit einem beschleunigten Hochlauf von Wärmepumpen, dem Anschluss an Fern- und Nahwärmenetze und einer stärkeren energetischen Sanierung des Gebäudebestands lassen sich im Gebäudesektor bis 2023 gut 30% des Gasbedarfs einsparen.
  3. Industrie: Auf hohe Erdgaspreise kann die Industrie kurz- bis mittelfristig in Teilen mit dem Wechsel auf andere Energieträger und Rohstoffe (Mineralölprodukte [Heizöl, LPG, Naph-tha], Biomasse) reagieren. Eine beschleunigte Elektrifizierung der Dampfbereitstellung ermöglicht es, den Gaseinsatz zu reduzieren. Da-rüber hinaus ist in einem Energiesouveränitätsszenario auch mit Produktionsdrosselung und dem Import energieintensiver Vorprodukte (z.B. Ammoniak) zu rechnen, insbesondere wenn das Vertrauen in den Energieträger Erdgas, als Brücke hin zu CO2-freien Produktionsprozessen, nachhaltig beschädigt ist. Bis 2025 kann sich der Gaseinsatz so um gut 50% reduzieren.

Auf hohe Erdgaspreise kann die Industrie kurz- bis mittelfristig in Teilen mit dem Wechsel auf andere Energieträger und Rohstoffe (Mineralölprodukte [Heizöl, LPG, Naph-tha], Biomasse) reagieren. Eine beschleunigte Elektrifizierung der Dampfbereitstellung ermöglicht es, den Gaseinsatz zu reduzieren. Da-rüber hinaus ist in einem Energiesouveränitätsszenario auch mit Produktionsdrosselung und dem Import energieintensiver Vorprodukte (z.B. Ammoniak) zu rechnen, insbesondere wenn das Vertrauen in den Energieträger Erdgas, als Brücke hin zu CO2-freien Produktionsprozessen, nachhaltig beschädigt ist. Bis 2025 kann sich der Gaseinsatz so um gut 50% reduzieren.

Aus Gesamtsystemsicht sind folgende Erkenntnisse besonders relevant:

  1. Klimapolitik und CO2-Bepreisung würden bei einer Normalisierung der Energiepreise im Laufe der 2020er Jahre zu einem mäßigen, ab 2030 zu einem starken Rückgang des Erdgasverbrauchs führen. Die Klimaneutralität 2045 impliziert auch einen nahezu vollständigen Ausstieg aus der Nutzung von Erdgas und anderen fossilen Energieträgern bis 2045. Die Klimaziele und CO2-Bepreisung sind für sich genommen allerdings nicht ausreichend, um in den nächsten Jahren den Gasverbrauch um 30% zu senken.
  2. Die Potenziale in den Einzelsektoren Gebäude, Energiewirtschaft und Industrie sind prinzipiell ausreichend, um in den Jahren bis 2025 den jährlichen Gasverbrauch Deutschlands auf ein Niveau zu begrenzen, das ein hohes Maß an Energiesouveränität und insbesondere die Unabhängigkeit Deutschlands von russischen Erdgasimporten ermöglicht. Hierzu ist jedoch eine deutliche Trendwende in der Energiewirtschaft und Gebäudewärme notwendig, die bisher kaum Verbrauchsminderungen realisieren konnten.
  3. Die Gesamtsystemmodelle zeigen: Alle Verbrauchssektoren müssen zur Gaseinsparung beitragen. Erhebliche Unsicherheit besteht jedoch bezüglich der Aufteilung der Minderungsanforderungen auf die verschiedenen Sektoren. Diese Unsicherheiten sind insbesondere bestimmt durch Heizverhalten, Witterung und Wärmepumpenhochlauf (Gebäudesektor) bzw. Ausbau und Erzeugung von Wind- und PV-Strom, Kohleverstromung, Stromnachfrage und Entwicklungen auf dem europäischen Strommarkt (Energiewirtschaft).
  4. Aufgrund der unmittelbaren Inzidenz von Preissignalen und der hohen Preiselastizität reagiert die industrielle Gasnachfrage kurzfristiger und besonders direkt auf die Gasknappheit. Je geringer die Einsparleistung bei der Gebäudewärme und der Energiewirtschaft, desto höher ist der Einspardruck bei der Industrie – mit entsprechend stärkeren negativen Auswirkungen auf energieintensive Branchen und die Konjunktur.
  5. Das Ziel der Energiesouveränität – im Sinne einer grundsätzlichen Begrenzung der Abhängigkeit von einzelnen Energielieferanten, kurzfristig insbesondere von russischen Erdgaslieferungen – und die Klimaschutzziele sind kein Widerspruch. Im Gegenteil: Die Reduktion des Gasverbrauchs um 250 TWh allein führt zu einer CO2-Minderung von 50 Mt CO2 pro Jahr gegenüber dem Mittel von 2017-2021. Ein Teil der Gasminderung geht zwar mit einem Brennstoffwechsel auf Kohle oder Heizöl einher, die dadurch entstehenden Mehremissionen sind aber durch den europäischen Emissionshandel, der die maßgeblichen Sektoren Energiewirtschaft und Industrie abdeckt und die Höhe der CO2-Emissionen begrenzt, gedeckelt. Aufgrund höherer fossiler Energiepreise steigen die volkswirtschaftlichen Kosten des Energiesystems im Energiesouveränitätsszenario gegenüber dem Klimaschutzreferenzszenario. Allerdings sind die CO2-Grenzvermeidungskosten im Energiesouveränitätszenario zur Erreichung der Minderungsziele 2030 nur halb so hoch. Die Klimaziele können in diesem Fall also mit geringerer CO2-Bepreisung erreicht werden.

„Deutschland braucht nicht nur einen Weg durch den nächsten Winter, sondern auch Wege zu langfristiger Energiesouveränität und Klimaneutralität. Diese Wege zeigen wir jetzt auf“, erklärt Gunnar Luderer, Vize-Leiter des Ariadne-Projekts vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung PIK. Zentraler Dreh- und Angelpunkt sind dabei Einsparungen beim Gasverbrauch. „Unsere Berechnungen zeigen: 30 Prozent Reduktion beim Gasverbrauch sind möglich und wichtig, um nicht nur eine Gasmangellage mit Lieferunterbrechungen zu vermeiden, sondern auch die Gaspreise und verbleibenden Importabhängigkeiten auf ein erträgliches Maß zu begrenzen. Kurzfristig ist das der wichtigste Baustein, um Deutschlands Energiesouveränität und geopolitische Resilienz wieder zu erhöhen“, so Luderer.

Dass Energiesicherheit und Klimaschutz dabei miteinander vereinbar sind, zeigt die Studie auf der Basis von sechs Modellen und zwei grundlegenden Szenarien im Detail auf. Allein die Reduktion des Gasverbrauchs führt zu einer CO2-Minderung von 50 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr gegenüber dem Mittel von 2017-2021. Ein Teil der Gasminderung geht zwar mit einem Brennstoffwechsel auf Kohle oder Heizöl einher. Die dadurch entstehenden Mehremissionen sind jedoch durch den europäischen Emissionshandel gedeckelt, der die Höhe der CO2-Emissionen in den maßgeblichen Sektoren Energiewirtschaft und Industrie begrenzt.

Gas einsparen, Nachfrage senken, Kurs auf Klimaziele halten: Die Potenziale sind da, doch alle Verbrauchssektoren müssen beitragen

Das Potenzial in den Einzelsektoren ist da, erfordert jedoch eine deutliche Trendwende in der Energiewirtschaft und in der Gebäudewärme, die bisher kaum Verbrauchsminderungen realisieren konnten. So kann etwa der Anteil der Gasverstromung in der Energiewirtschaft durch den entschiedenen Ausbau Erneuerbarer Energien entlang der gesetzten Ziele, flankiert von einer zeitlich begrenzten stärkeren Nutzung von Kohlekraftwerken, bis 2023 um bis zu 50 Prozent und bis 2025 um bis zu 80 Prozent gesenkt werden.

„Das größte Potenzial für die kurzfristige Senkung des Gasverbrauchs im Gebäudesektor liegt in einer Anpassung des Heizverhaltens in den eigenen vier Wänden – also zum Beispiel das Absenken der Raumtemperatur um ein oder zwei Grad, die Nutzung der Heizung nach Bedarf statt im Dauerbetrieb oder intelligente Heizungsregler“, erläutert Christoph Kost, Ko-Leiter des Ariadne-Arbeitspakets Wärmewende am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. „Zusammen mit einem beschleunigten Hochlauf von Wärmepumpen, dem Anschluss an Fern- und Nahwärmenetze und einer stärkeren energetischen Sanierung des Gebäudebestands ließen sich im Gebäudesektor kurzfristig gut 30 Prozent des Gasbedarfs einsparen. Die beschleunigte Wärmewende senkt auch langfristig den Gasbedarf und bringt den Sektor auf Kurs für die Klimaneutralität.“

„Im Industriesektor hat kurzfristig hat vor allem ein Brennstoffwechsel in der Dampferzeugung, in Teilen auch der Industrieöfen, das Potential einen wesentlichen Minderungsbeitrag zu leisten“, sagt Andrea Herbst, Ko-Leiterin des Ariadne-Arbeitspakets Industriewende am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI. Bis 2025 ließe sich so der Gasverbrauch theoretisch um knapp 50 Prozent reduzieren. „Dieser Wechsel kann jedoch auch einen erhöhten Einsatz von Heizöl und Biomasse umfassen. Die schnellere Elektrifizierung in der Dampferzeugung – etwa durch hybride Systeme, die den Einsatz von Strom und Erdgas ermöglichen – und eine beschleunigte Entwicklung CO2-neutraler Verfahren für große Einzelanlagen sind deshalb essenziell, um langfristig auf dem Pfad zur Klimaneutralität zu bleiben.“

„Energiesicherheit und Klimaschutzziele sind kein Widerspruch – im Gegenteil. Kurzfristig notwendige Politikinterventionen können und sollten also auf beide Ziele einzahlen“, so Ottmar Edenhofer, Leiter des Ariadne-Projekts und Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung sowie des Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change. „Das A und O sind konsequente Gaseinsparungen – nur so lässt sich der durch die Energiekrise entstandene Schaden für die deutsche und europäische Bevölkerung und Wirtschaft wirksam eingrenzen. Ebenso wichtig sind jedoch auch Maßnahmen zur sozialen Abfederung, die vor allem die von hohen Energiepreisen besonders betroffenen einkommensschwachen Haushalte entlasten.“

Wir sind Ariadne:
adelphi, Brandenburgische Technische Universität Cottbus – Senftenberg (BTU), Deutsche Energie-Agentur (dena), Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung (DIW), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Ecologic Institute, Fraunhofer Cluster of Excellence Integrated Energy Systems (CINES), Guidehouse Germany, Helmholtz-Zentrum Hereon, Hertie School, Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen (HfWU), ifok, Institut der deutschen Wirtschaft Köln, Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität, Institute For Advanced Sustainability Studies (IASS), Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC), Öko-Institut, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), RWI – Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung, Stiftung KlimaWirtschaft, Stiftung Umweltenergierecht, Technische Universität Darmstadt, Technische Universität München, Universität Greifswald, Universität Hamburg, Universität Potsdam, Universität Stuttgart – Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER), ZEW – Leibniz-Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung

Über die Kopernikus-Projekte
Die Kopernikus-Projekte des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) bilden eine der größten deutschen Forschungsinitiativen zum Thema Energiewende. Ihr Ziel ist eine klimaneutrale Bundesrepublik mit einer sauberen, sicheren und bezahlbaren Stromversorgung bis zur Mitte des Jahrhunderts. www.kopernikus-projekte.de

->Quellen und mehr: