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Publikationstyp
Forschungsbericht
Monographie
Monographie
Erscheinungsjahr
Abschlussbericht
Autor:innen
Herausgeber
Quelle
Schlagwörter
Energiewende, Erneuerbare Energie, Energieträger, Speicherung, Power-to-X-Technologien, Ökobilanz, Power-to-X
Förderkennzeichen (FKZ)
37161080
Forschungskennzahl
Zitation
Liebich, A., Fröhlich, T., & Münter, D. (2020). Systemvergleich speicherbarer Energieträger aus erneuerbaren Energien (Deutschland. Umweltbundesamt, ed.). Umweltbundesamt. https://doi.org/10.60810/openumwelt-5875
Zusammenfassung deutsch
Im Zuge der Transformation zu einer treibhausgasneutralen Gesellschaft in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts wird der Einsatz von synthetischen Energieträgern diskutiert, die auf erneuerbarem Strom oder Biomasse basieren. Dieses Vorhaben bewertet die Umweltwirkungen technischer und logistischer Optionen für die Bereitstellung solcher Energieträger anhand von Umweltwirkungskategorien wie Treibhauspotenzial, Versauerung oder Flächenbedarf. Auf Basis ausgewählter Prozessschritte/Verfahren und deren aktuellen und zukünftigen technischen Daten wurde die Herstellung von fünf Produkten (Fischer-Tropsch-Kraftstoffe, Methanol, synthetisches Erdgas, Biomethan und Wasserstoff) betrachtet. Die Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen wie Wind oder PV, von Rohstoffen wie Kohlenstoff oder Wasser sowie von Transportrouten nach Deutschland bildeten die Standortfaktoren für Deutschland, Europa und den Mittelmeerraum, mittels derer die Verfahren zu Bereitstellungspfaden für diese Energieträger kombiniert wurden. Mit der Methode der Ökobilanz wurden die Umwelteffekte heute und im Jahr 2050 analysiert sowie Kosten für die Anlagenerrichtung und den Betrieb geschätzt. Demnach weisen synthetische Energieträger aufgrund der Nutzung erneuerbarer Energien in der Regel ein deutlich niedrigeres Treibhauspotenzial als heutige fossile Referenzprodukte auf. Die Herstellung der Stromerzeugungsanlagen und damit verbundene Wirtschaftsprozesse - etwa die Stahl- und die Zementproduktion - können jedoch einen relevanten Beitrag zum Treibhauspotenzial leisten, wenn sie nicht ebenfalls treibhausneutral sind. Gleichzeitig führen vor allem die Herstellung der erforderlichen Anlagen gegenüber der fossilen Referenz zu (mitunter deutlich) erhöhten Belastungen in fast allen anderen Wirkungskategorien, insbesondere im Wasser- und Flächenbedarf. Diese Studie liefert somit auch Hinweise, welche Umweltwirkungen zukünftig weiter reduziert werden müssen. Quelle: Forschungsbericht
Zusammenfassung englisch
In the course of the transformation to a greenhouse gas-neutral society in the second half of the 21st century, the use of synthetic energy carriers based on renewable electricity or biomass is under discussion. This project evaluates the environmental impacts of technical and logistical options for the generation of such energy carriers on the basis of environmental impact categories such as global warming potential, acidification or land use. The production of five products (Fischer-Tropsch fuels, methanol, synthetic natural gas, biomethane and hydrogen) was examined on the basis of various process steps/procedures and their current and future technical data. By using regional factors for Germany, Europe and the Mediterranean region - like the availability of renewable energy sources such as wind or PV and of raw materials such as carbon or water as well as transport routes to Germany - these processes were combined to form supply paths for these energy carriers. Using the life cycle assessment method, the environmental effects were analysed for today and 2050. In addition, the costs for plant construction and operation were estimated. As a result, synthetic energy carriers generally have a significantly lower global warming potential than today's fossil reference products due to the use of renewable energies. However, the production of electricity generation plants and associated economic processes - such as steel and cement production - can still make a relevant contribution to the global warming potential if they are not also greenhouse neutral. At the same time, it is this production of the necessary plants that leads to (sometimes significantly) increased burdens compared with the fossil reference in almost all other impact categories, most notably in terms of water and land use. This study therefore also provides indications of which environmental impacts must be further reduced in the future. Quelle: Forschungsbericht
Organisationseinheiten
Übersetzungen
Verbundene Publikation
Detailanalysen zum Systemvergleich speicherbarer Energieträger aus erneuerbaren Energien
(Umweltbundesamt, 2020)
Im Zuge der Transformation zu einer treibhausgasneutralen Gesellschaft in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts wird der Einsatz von synthetischen Energieträgern diskutiert, die auf erneuerbarem Strom oder Biomasse basieren. Dieses Vorhaben bewertet die Umweltwirkungen technischer und logistischer Optionen für die Bereitstellung solcher Energieträger anhand von Umweltwirkungskategorien wie Treibhauspotenzial, Versauerung oder Flächenbedarf. Auf Basis ausgewählter Prozessschritte/Verfahren und deren aktuellen und zukünftigen technischen Daten wurde die Herstellung von fünf Produkten (Fischer-Tropsch-Kraftstoffe, Methanol, synthetisches Erdgas, Biomethan und Wasserstoff) betrachtet. Die Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen wie Wind oder PV, von Rohstoffen wie Kohlenstoff oder Wasser sowie von Transportrouten nach Deutschland bildeten die Standortfaktoren für Deutschland, Europa und den Mittelmeerraum, mittels derer die Verfahren zu Bereitstellungspfaden für diese Energieträger kombiniert wurden. Mit der Methode der Ökobilanz wurden die Umwelteffekte heute und im Jahr 2050 analysiert sowie Kosten für die Anlagenerrichtung und den Betrieb geschätzt. Demnach weisen synthetische Energieträger aufgrund der Nutzung erneuerbarer Energien in der Regel ein deutlich niedrigeres Treibhauspotenzial als heutige fossile Referenzprodukte auf. Die Herstellung der Stromerzeugungsanlagen und damit verbundene Wirtschaftsprozesse - etwa die Stahl- und die Zementproduktion - können jedoch einen relevanten Beitrag zum Treibhauspotenzial leisten, wenn sie nicht ebenfalls treibhausneutral sind. Gleichzeitig führen vor allem die Herstellung der erforderlichen Anlagen gegenüber der fossilen Referenz zu (mitunter deutlich) erhöhten Belastungen in fast allen anderen Wirkungskategorien, insbesondere im Wasser- und Flächenbedarf. Diese Studie liefert somit auch Hinweise, welche Umweltwirkungen zukünftig weiter reduziert werden müssen. Quelle: Forschungsbericht
Optionen und Potenziale für die Nutzung von biogenem CO₂ für die Herstellung von strombasierten erneuerbaren Energieträgern
(Umweltbundesamt, 2025)
Der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger ist Grundlage für eine treibhausgasneutrale (netto) Zukunft, auch die Nutzung von fossilem CO₂ ist immer mit zusätzlichen Emissionen verbunden. Es stellt sich die Frage, woher kommt der Kohlenstoff, den wir auch in Zukunft noch benötigen werden, wenn auch in deutlich geringerem Umfang? Die Nutzung von Anbaubiomasse ist aufgrund des Flächenbedarfes und der Landnutzungsänderung keine nachhaltige Alternative. Können Rest- und Abfallstoffe aus Biomasse diese Kohlenstoffquelle sein und wie sind diese einzuordnen?Der vorliegende Zwischenbericht aus dem Forschungsvorhaben: Kriterien für eine nachhaltige Bereitstellung und klimagerechte Integration von strombasierten Energieträgern widmet sich dieser Frage. Zuerst werden Daten zu globalen Reststoffpotentialen aus Literaturquellen zusammengefasst. Nachfolgend werden CO₂-Bedarfe von technischen Prozessen für die Herstellung von Wasserstoffderivaten beleuchtet. Abschließend findet eine qualitative Nachhaltigkeitsbewertung der betrachteten CO₂-Punktquellen und ein Abgleich von globalem Potential und globaler Nachfrage statt.
Überblick zur Kostenentwicklung von strombasierten erneuerbaren Energieträgern
(Umweltbundesamt, 2025)
Das vorliegende Kurzpapier aus dem Forschungsvorhaben „Kriterien für eine nachhaltige Bereitstellung und klimagerechte Integration von strombasierten Energieträgern“ analysiert Studien, die sich mit der Kostenentwicklung von Wasserstoff und Wasserstoffderivaten befassen. Es werden die folgenden strombasierten, erneuerbaren Energieträger betrachtet: Wasserstoff, Ammoniak, Methan, Methanol, Fischer-Tropsch Kraftstoffe und Dimethylether, sowie die fossil basierten Energieträger blauer Wasserstoff und blauer Ammoniak. Die Kosten werden den Prozessen: Wasserstoff-Erzeugung, Derivatsynthese, Transport, sowie Rückwandlung und Verteilung zugeordnet. In einem gesonderten Kapitel wird der Einfluss der Kohlenstoffquelle für die Wasserstoff-Derivatsynthese betrachtet. Für die Analyse der Erzeugungskosten des Wasserstoffs und o.g. Wasserstoffderivate wurden Studien zu folgenden Regionen berücksichtigt: MENA, Subsahara-Afrika, Nordamerika, Südamerika, Australien, Nordeuropa, Iberische Halbinsel, restliches Europa (ohne Deutschland) und Deutschland. Es zeigt sich, dass es auch bei Betrachtung des gleichen Energieträgers aus der gleichen Erzeugungsregion zu teils starken Abweichungen bezüglich aktueller und zukünftiger Produktionskosten kommt. Die lässt sich auf grundlegende, methodische Ansätze der Studien, sowie die darin gesetzten Randbedingungen, z.B. zukünftige Entwicklung einer beteiligten Technik, zurückführen. Alle Ergebnisse sind in der o.g. Aufteilung in Übersichtsgrafiken unter Nennung der jeweiligen Quelle dargestellt.