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Dekarbonisierung

Definition: die Abkehr der Energiewirtschaft von der Nutzung kohlenstoffhaltiger Energieträger

Englisch: decarbonization

Kategorien: erneuerbare Energie, Grundbegriffe, Ökologie und Umwelttechnik

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 27.02.2012; letzte Änderung: 03.11.2018

Die heute in enormen Mengen verwendeten fossilen Energieträger sind alle mehr oder weniger kohlenstoffhaltig, weswegen bei Ihrer Verbrennung Kohlendioxid (CO2) entsteht, welches in aller Regel in die Atmosphäre entlassen wird. Der steigende (und jetzt schon erheblich angestiegene) Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre erzeugt nach vorherrschender wissenschaftlicher Ansicht große Klimagefahren. Deswegen liegt es nahe, im Sinne einer Klimaschutz-Strategie den Einsatz kohlenstoffhaltiger Energieträger so weit wie möglich zurückzudrängen. Diese Maßnahme wird als Dekarbonisierung (oder Decarbonisierung) bezeichnet (von engl. carbon = Kohlenstoff). Dies darf nicht verwechselt werden mit dem Begriff Entcarbonisierung, der im Zusammenhang mit der Wasseraufbereitung (Verringerung der Carbonathärte) verwendet wird.

Wie viel ist nötig?

Der Umfang der nötigen Dekarbonisierung kann durch die folgenden Daten beschrieben werden:

  • Eine weltweite Klimaerwärmung von 2 Grad wird von der Wissenschaft als vermutlich gerade noch beherrschbar betrachtet, wobei eine Beschränkung auf 1,5 Grad die Risiken wesentlich reduzieren würde.
  • Für das Erreichen des 2-Grad-Ziels dürften ab 2015 noch maximal ca. 900 Milliarden Tonnen CO2 emittiert werden.
  • Die jährlichen weltweiten CO2-Emissionen betragen ca. 35 Milliarden Tonnen (ohne CO2 aus natürlichen Quellen, die weitgehend Teil eines Kreislaufs sind, der die CO2-Konzentration der Atmosphäre nicht ansteigen lässt). Dies bedeutet, dass diese Emissionen in ca. 26 Jahren komplett eingestellt werden müssten, falls sie bis dahin konstant blieben. Bisher weisen sie allerdings in den meisten Jahren ein erhebliches Wachstum auf.

Da es innerhalb von 30 bis 40 Jahren kaum möglich sein wird, eine komplette Dekarbonisierung umzusetzen, darf das verbleibende Kohlenstoff-Budget in den nächsten drei Jahrzehnten nicht vollständig ausgeschöpft werden. Je länger es dauert, bis die Emissionen wirksam gesenkt werden, desto schärfer müssen die entsprechenden Einschnitte dann später werden, um eine Klimakatastrophe noch abzuwenden.

Sollte die Klimaerwärmung weiter rapide zunehmen, könnte ein Punkt erreicht werden, an dem stark steigende Netto-CO2-Emissionen aus natürlichen Quellen auftreten – beispielsweise im Zuge des Auftauens von Permafrost-Böden. Eine solche sich selbst verstärkende Entwicklung wäre dann wohl nicht mehr aufzuhalten und könnte zu einem Temperaturanstieg von weit über 2 Grad führen – mit unabsehbaren Folgen für das Leben auf der Erde. Wo genau ein entsprechender “Kipp-Punkt” erreicht wird, kann bisher freilich nicht gut abgeschätzt werden; hierfür ist weitere wissenschaftliche Forschung nötig.

Möglichkeiten zur CO2-Minderung

Von Seiten der Technologie kommen für die Verminderung von CO2-Emissionen ganz unterschiedliche Strategien in Betracht:

  • Kohlenstoffhaltige Energieträger können durch kohlenstofffreie ersetzt (substituiert) werden, und zwar entweder aus erneuerbaren Energien oder durch Kernenergie aus Kernspaltung oder (vielleicht in Zukunft) Kernfusion. Dies ist der eigentliche Ansatz der Dekarbonisierung: die Abkehr von der Nutzung kohlenstoffhaltiger Energieträger. Was den Effekt auf die CO2-Emissionen betrifft, muss hierbei auch auf graue Energie v. a. für den Anlagenbau und die Gewinnung von Rohstoffen geachtet werden, da die graue Energie häufig mit CO2-Emissionen belastet ist. Ähnliches gilt für die Verwendung CO2-neutraler Energieträger.
  • Eine deutliche Kohlenstoff-Reduktion wird auch erzielt, wenn besonders kohlenstoffhaltige Energieträger wie Kohle durch kohlenstoffärmere wie Erdgas ersetzt werden. Hierin kann man einen Trend zur Dekarbonisierung sehen – einen Schritt z. B. in Richtung zu Wasserstoff, der erst die vollständige Dekarbonisierung brächte. Eine solche Substitution ist oft relativ schnell umsetzbar; allerdings ist sie nicht immer von Dauer, da beispielsweise relative Preisverschiebungen zwischen Kohle und Erdgas später auch wieder eine umgekehrte Substitution auslösen können.
  • Durch CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS) kann bei Verbrennungsprozessen erzeugtes CO2 zu einem großen Teil aus den Abgasen abgeschieden und möglichst dauerhafte Atmosphäre ferngehalten werden. Obwohl hier mit CO2-Emissionen im Prinzip stark vermindert werden können, handelt es sich um keine Dekarbonisierung, da ja nach wie vor mit kohlenstoffhaltigen Brennstoffen gearbeitet wird.
  • Man könnte vermehrt Biomasse nutzen, wodurch selbst kohlenstoffhaltige Energieträger wie Biogas annähernd klimaneutral werden könnten. Auch das wäre keine eigentliche Dekarbonisierung, streng genommen nicht einmal eine Reduktion von CO2-Emissionen, wenn auch durchaus ein Beitrag zum Klimaschutz, da bei der Gewinnung solcher Energieträger CO2 der Atmosphäre entnommen wird.
  • Eine gesteigerte Energieeffizienz (etwa durch verbesserte Kraftwerkstechnik, verbesserte Wärmedämmung von Gebäuden, leichtere und effizientere Fahrzeuge, etc.) kann den Einsatz von Energieträgern wie Kohle, Heizöl und Benzin vermindern, soweit ihr Effekt nicht durch Rebound-Effekte zunichte gemacht wird. Dieser Ansatz wird allerdings ebenfalls nicht als Dekarbonisierung bezeichnet; es ist der Effizienzpfad.

Eine echte Dekarbonisierung technischer Systeme ist häufig mit einer Elektrifizierung verbunden. Beispiele hierfür sind der Einsatz elektrischer Antriebe für Bahnen und Autos (Elektroautos) sowie die Verwendung von Wärmepumpenheizungen, soweit sie auf Elektrowärmepumpen basieren. Natürlich setzt eine echte Dekarbonisierung voraus, dass die dann eingesetzte elektrische Energie mit geringen CO2-Emissionen hergestellt wird. Dies bedeutet beispielsweise, dass eine Wärmepumpenheizung oder ein Elektroauto mit echtem Ökostrom betrieben wird, da sonst die CO2-Emissionen im Wesentlichen nur von der Heizungsanlage bzw. dem Auto zu Kraftwerken verlagert werden, ohne in der Menge erheblich reduziert zu werden. Glücklicherweise gibt es aber in zunehmendem Umfang die Möglichkeit, elektrische Energie weitgehend CO2-frei und umweltfreundlich und gleichzeitig zu akzeptablen Kosten herzustellen, während beispielsweise die Bereitstellung CO2-neutraler Brennstoffe (etwa Biogas oder EE-Gas) für Heizungsanlagen in der Regel sehr kostspielig ist.

Im Prinzip könnte statt der Elektrifizierung oder als deren Ergänzung eine Hydrogenisierung erfolgen, d. h. der Einstieg in eine Wasserstoffwirtschaft. Insbesondere im Zusammenhang mit der Nutzung von Biomasse gibt es hier erhebliche theoretische Potenziale. Allerdings erfordert die Wasserstoffwirtschaft wesentlich tiefgreifendere technische Innovationen und Änderungen der Infrastruktur, weswegen höchstens langfristig ein wesentlicher Beitrag zur Dekarbonisierung zu erwarten ist – vermutlich zu spät für den Klimaschutz.

Es gibt ferner auch nicht-technische Ansätze der CO2-Minderung, insbesondere den Verzicht (→ Suffizienz) auf besonders kohlenstoffintensive Produkte oder die Einschränkung des Verbrauchs von Gütern. Hierin liegt für Privatleute häufig ein besonders großes und leicht umsetzbares CO2-Minderungspotenzial. Beispielsweise kann der Verzicht auf eine einzige weite Flugreise weitaus mehr CO2 einsparen, als dieselbe Person im ganzen Jahr durch das Autofahren oder durch den Verbrauch elektrischer Energie verursacht. Auch dieser Ansatz ist aber nicht eine Dekarbonisierung im eigentlichen Sinne.

Rolle der Dekarbonisierung

Wie oben erläutert wurde, ist die Dekarbonisierung nur ein Ansatz von mehreren zur Verminderung von CO2-Emissionen. Deshalb stellt sich die Frage, welche Rolle die Dekarbonisierung in einem Gesamtkonzept des Klimaschutzes spielen kann bzw. soll:

  • Kurzfristig ist mit anderen Methoden häufig eine stärkere CO2-Minderung möglich, da die Dekarbonisierung mehr oder weniger tiefgreifende Veränderungen an der technischen Infrastruktur voraussetzt, deren Realisierung einige Zeit und viel Kapital erfordert.
  • Andererseits haben andere Ansätze – beispielsweise die Erhöhung der Energieeffizienz und die Suffizienz – nur ein beschränktes CO2-Minderungspotenzial. Da aber die CO2-Emissionen langfristig auf ein weitaus tieferes Niveau als heute gesenkt werden müssen, während andererseits der weltweite Energiebedarf zunimmt, ist eine umfangreiche Dekarbonisierung mittel- bis langfristig unumgänglich. Auf Dauer ist nur eine Energiewirtschaft möglich, die sich weitestgehend auf kohlenstofffreie Energieträger stützt. Da die Erfahrungen mit der Kernenergie auf der Basis von Kernspaltungs-Reaktoren bezüglich Sicherheit, Verbreitung von Kernwaffen und Wirtschaftlichkeit ziemlich ernüchternd waren und Hoffnungen auf einen baldigen breiten Einsatz der Kernfusion unrealistisch sind, bleibt voraussichtlich nur die Möglichkeit einer Wirtschaft, die zum größten Teil auf der Nutzung erneuerbarer Energien basiert.

Aus diesen Gründen muss einerseits die viel Zeit brauchende Dekarbonisierung der Wirtschaft entschieden angegangen werden, um die Klimaziele langfristig überhaupt erreichbar zu machen; bereits in 20 Jahren muss die Wirtschaft weltweit zu einem guten Teil dekarbonisiert sein. Andererseits aber ist eine Reihe ergänzender Maßnahmen notwendig, um in den nächsten beiden Jahrzehnten bereits eine erhebliche CO2-Minderung zu erzielen.

Dauerhaftigkeit der Entwicklung

Im Vergleich zu anderen Ansätzen bewirkt eine Dekarbonisierung in den meisten Fällen eine besonders dauerhafte Reduktion von CO2-Emissionen – gerade weil sie den aufwendigen Übergang zu einer wesentlich geänderten Infrastruktur erfordert. Wenn beispielsweise Bahnen einmal elektrifiziert wurden, werden sie es voraussichtlich dauerhaft bleiben; eine Rückkehr zur Verwendung fossiler Kraftstoffe ist in diesem Bereich kaum mehr denkbar. Ähnliches gilt für die zunehmende Umstellung der Stromerzeugung auf erneuerbare Energien; es ist kaum zu befürchten, dass zukünftig Windenergieanlagen und Photovoltaikanlagen in großem Stil abgebaut werden könnten, um deren Produktion wieder durch Kohlestrom zu ersetzen.

Eine Ausnahme stellt diesbezüglich der Einsatz der Kernenergie dar. Zwar entsteht gerade auch hier eine kostspielige Infrastruktur, deren Nutzung man nicht ohne Not wieder aufgibt. Jedoch kann bereits durch eine einzige Reaktorkatastrophe ein großer Druck der Bevölkerung entstehen, sich von der Kernenergie wieder abzuwenden. Dies hat das Beispiel Japan gezeigt, wo nach der Fukushima-Katastrophe die große Mehrheit der Kernkraftwerke innerhalb kurzer Zeit abgeschaltet und weitgehend durch fossil befeuerte Kraftwerke ersetzt werden mussten. Ähnliche Effekte sind auch in anderen Ländern zu befürchten; mit nur einem weiteren großen Atomunfall dürfte die Akzeptanz der Kernenergie so stark sinken, dass damit in der Vergangenheit erzielte CO2-Minderung innerhalb kurzer Zeit wieder entfallen können. Diese Problematik muss unabhängig von der eigenen Einstellung zur Kernenergie zur Kenntnis genommen und berücksichtigt werden.

Wirtschaftliche Auswirkungen

Zur Abwendung einer Klimakatastrophe ist es gemäß den Erkenntnissen der Wissenschaft unabdingbar, dass der größte Teil der weltweiten Wirtschaft innerhalb weniger Jahrzehnte weitestgehend dekarbonisiert wird. Dies erfordert sehr weit reichende Änderungen – insbesondere einen baldigen Ausstieg aus der Nutzung von Kohle (Kohleausstieg) und deren Ersatz durch erneuerbare Energien – und dürfte auch einen deutlich dämpfenden Einfluss auf das Wirtschaftswachstum haben. Andererseits hätte ein unzureichender Klimaschutz zur Folge, dass vielerorts katastrophale Entwicklungen eintreten, die langfristig die Wirtschaft noch wesentlich stärker schädigen würden – teils durch direkte wirtschaftliche Schäden, teils indirekt durch massive Konflikte und riesige Flüchtlingsströme. Die baldige Dekarbonisierung der gesamten Weltwirtschaft ist deswegen nicht nur ein ökologisches Anliegen, sondern auch eine Grundvoraussetzung für eine positive Weiterentwicklung der Wirtschaft.

Wegen des steigenden weltweiten Energieverbrauchs wurden in den letzten Jahrzehnten gewaltige Investitionen in die Erschließung fossiler Energieträger getätigt. Die Notwendigkeit der Dekarbonisierung bedeutet allerdings, dass ein Großteil der förderbaren fossilen Energieträger gar nicht verbrannt werden darf – außer unter Verwendung von CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS), was aber nur sehr begrenzt praktizierbar ist. Da dieser wichtige Umstand aber bei Entscheidungen über Investitionen häufig übersehen wurde und noch heute wird, ist aus wirtschaftlicher Sicht eine riesige Kohlenstoffblase entstanden. Sobald sich weltweit die Einsicht ergibt, dass Klimaschutz nicht nur wünschenswert wäre, sondern unbedingt notwendig ist, wird der finanzielle Wert, der durch die Erschließung fossiler Energieträger geschaffen wurde, massiv reduziert (bzw. als massiv überschätzt erkannt) werden. Dieses Platzen der Kohlenstoff-Blase könnte zu erheblichen wirtschaftlichen Verwerfungen führen – und zwar umso mehr, je später dies geschieht. Etliche Akteure haben freilich bereits damit begonnen, sich darauf mit dem Rückzug von entsprechenden Investitionen (Divestment) vorzubereiten, und dies könnte auch zu einer “weicheren Landung” beitragen.

Literatur

[1]Stellungnahme vom Oktober 2017 des Sachverständigenrats für Umweltfragen: Kohleausstieg jetzt einleiten, https://www.umweltrat.de/SharedDocs/Downloads/DE/04_Stellungnahmen/2016_2020/2017_10_Stellungnahme_Kohleausstieg.html
[2]Agora Energiewende, "Elf Eckpunkte für einen Kohlekonsens (Kurzfassung)", Konzept zur schrittweisen Dekarbonisierung des deutschen Stromsektors

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Kohlendioxid, Klimagefahren, Klimaschutz, fossile Energieträger, Kohleausstieg, Suffizienz
sowie andere Artikel in den Kategorien erneuerbare Energie, Grundbegriffe, Ökologie und Umwelttechnik

Kommentare von Lesern

29.09.2016

Durch mehr Photosynthese kann CO2 gebunden werden. Ersetzt fossile Energie oder kann abgelagert werden.

Antwort vom Autor:

Ja, das kann zum Klimaschutz beitragen, läuft aber nicht unter Dekarbonisierung.

09.08.2017

Wenn zuerst Kohle verboten wird, was ja ganz schnell geht, wenn ab September rot-rot-grün an der Macht ist, gibt es auch keinen Koks mehr, womit soll denn dann Eisen verhüttet werden? Auch gibt es viele andere Rohstoffe nicht mehr. Öl und Gas stehen ja auch auf der Verbotsliste. Das ist ja ein Rückschritt in die Steinzeit. Dagegen war das Neandertal ja eine Hochkultur. Vater vergib ihnen,denn sie wissen nicht was sie tun!

Antwort vom Autor:

Von einem kompletten Kohle-Verbot (und gar noch von Öl und Gas) ist bisher gar nicht die Rede – nur von einem Kohleausstieg in der Energiewirtschaft. Und selbst der würde auch unter rot-rot-grün sicherlich noch etliche Jahre brauchen. (Was in 2018 eingeleitet würde, wäre 2025 wohl noch längst nicht komplett umgesetzt.) Übrigens haben uns etliche Jahre rot-grün (auch auf Bundesebene) keineswegs in die Steinzeit gebracht. Viel eher würde uns eine Klimakatastrophe, ergänzt durch die dadurch ausgelösten Kriege, in die Steinzeit bringen – auch wenn das noch etliche Jahre mehr bräuchte.

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