Spezifische Kohlendioxidemissionen verschiedener Brennstoffe
Bei den verschiedenen fossilen Energieträgern entsteht bei der Verbrennung unterschiedlich viel Kohlendioxid. Die Werte dafür sind entscheidend für die Berechnung von Kohlendioxideinsparungen.
Brennstoff ist nicht gleich Brennstoff - zumindest, was die Kohlendioxidemissionen angeht. So entsteht bei der Verbrennung von Braunkohle rund doppelt so viel Kohlendioxid bezogen auf den Energiegehalt wie bei der Verbrennung von Naturgas. Auch Naturbrennstoffe wie Torf oder Holz haben sehr hohe spezifische Emissionen, wenn sie nicht nachhaltig genutzt werden. Die Abholzung von Wäldern wirkt sich somit doppelt negativ auf das Klima aus. Wird nur so viel Holz verbrannt, wie wieder nachwachsen kann, ist die Nutzung hingegen kohlendioxidneutral, da Holz beim Wachsen genau so viel Kohlendioxid aus der Atmosphäre bindet wie später bei der Verbrennung wieder frei wird.
Werden die Brennstoffe zur Stromerzeugung eingesetzt, steigen die Kohlendioxidemissionen entsprechend des Kraftwerkswirkungsgrades an. Je schlechter der Wirkungsgrad der Verstromung, desto größer die Strom-spezifischen Emissionen. Wird zum Beispiel Braunkohle aus der Lausitz in einem Kraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 35 % verfeuert, entstehen pro Kilowattstunde elektrischer Energie (kWhel) dann 1,17 kg Kohlendioxid. Bei einem Erdgas-GuD-Kraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 60 % sind es hingegen nur 0,33 kg Kohlendioxid pro kWhel.
Durch den Ersatz des Braunkohlestroms durch Strom aus Erdgas lassen sich also über 70 % der direkten Kohlendioxidemissionen einsparen. Um diesen Vorteil richtig einschätzen zu können sind zusätzlich jedoch die Vorkettenemissionen und die daraus resultierende Treibhauswirkung zu berücksichtigen.
Methan, als Hauptbestandteil von Erdgas hat eine besonders hohe Treibhauswirkung. Laut Fünfter Sachstandsbericht des IPCC liegt das GWP20 (global warming potential, über 20 Jahre nach Freisetzung) bei 84. Ein Kilogramm Methan schädigt das Klima also wie 84 kg CO2 (IPCC WG1AR5, S.714). Demnach sind schon kleine Leckagen in der Gasinfrastruktur hoch klimaschädigend und müssen in der Bilanz einbezogen werden. Unabhängige Erhebungen zu derzeitigen Mathanemissionen durch Gasförderung, -transport und -nutzung sind für Deutschland bisher nicht vorhanden. Die Nachfolgende Berechnung dient als Veranschaulichung für die Treibhauswirkung von Erdgas in der Stromproduktion inklusive diffuser Methanemissionen.
Für einen langfristigen Klimaschutz ist nur die emissionsfreie Energieversorgung auf Basis regenerativer Energien und nachhaltig genutzter Biomasse eine Alternative. Durch den Ausstieg aus der Erdgasverstromung können zusätzlich die erwärmend wirkenden Methanemissionen (Transportleckagen) verhindert werden.
Direkte CO2-Emissionen verschiedener Brennstoffe bezogen auf den Primärenergiegehalt
Brennstoff | Emissionen in Gramm CO2/kWhPE | Emissionen in Gramm CO2/MJPE |
Holz 1) | 0 | 0 |
Holz 2) | 395 | 109,6 |
Torf | 382 | 106,0 |
Braunkohle | 364 | 101,2 |
... Lausitz | 407 | 113,0 |
... Mitteldeutschland | 374 | 104,0 |
... Rheinland | 410 | 114,0 |
Steinkohle | 354 | 98,3 |
Heizöl | 279 | 77,4 |
Diesel | 267 | 74,1 |
Rohöl | 264 | 73,3 |
Kerosin | 257 | 71,5 |
Benzin | 250 | 69,1 |
Flüssiggas | 227 | 63,1 |
Erdgas | 201 | 56,1 |
Spezifische Kohlendioxidemissionen verschiedener Brennstoffe
Spezifische CO2-Emissionen bei der Stromerzeugung
Brennstoff | Kraftwerkswirkungsgrad in % | CO2-Emissionen1) in Gramm CO2/kWhel |
Braunkohle | 38* | 1093 |
- alt | 34 | 1221 |
- modern | 43 | 966 |
- verbessert | 51 | 814 |
Steinkohle | 39* | 1001 |
- alt | 36 | 1084 |
- modern | 46 | 849 |
- verbessert | 48 | 765 |
Erdgas | 56,1** | 433 |
- Neubau Turbinen-KW | 39,2 | 619 |
- Neubau GuD-KW | 59 | 411 |
Erdgas Gesamt-Treibhauswirkung | Rechnung: Direkte2) + Diffuse Emissionen3) in Gramm CO2-eq/kWhel | CO2-Emissionen in Gramm CO2-eq/kWhel |
- 1 % Methanleckage | 402 + 122 = | 524 |
- 2 % Methanleckage | 402 + 244 = | 646 |
- 3 % Methanleckage | 402 + 365 = | 767 |
- 5 % Methanleckage | 402 + 609 = | 1011 |
- 10 % Methanleckage | 402 + 1218 = | 1620 |
* Mittlerer elektrischer Netto-Wirkungsgrad (UBA 2017)
** Mittlerer elektrischer Brutto-Wirkungsgrad (UBA 2019)
1) Eigene Berechnung aus "CO2-Emissionsfaktor inclusive Vorkettenemissionen" (UBA 2019) / "Kraftwerkswirkungsgrad"
2) Eigene Berechnung des direkten CO2-Emissionsfaktor für Erdgas: 201 Gramm CO2/kWhPE (ohne Berücksichtigung von Vorkettenemissionen); Annahme für elektrischen Nettowirkungsgrad = 50 %: (201 Gramm/kWhPE)/0,5 = 402 Gramm/kWhel
3) Eigene Berechung der diffusen Emissionen: Die Freisetzung von 1 % der für 1 kWh Strom benötigten Menge Methan (145 Gramm/kWhel bei 50 % Wirkungsgrad) entspricht bei GWP20 = 84 dem CO2-eq von 122 Gramm.
Quellen:
- UBA 2021 - Strommarkt und Klimaschutz: Tansformation der Stromerzeugung bis 2050 (Seite 66)
- UBA 2019 - Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger 2018 (Seite 42f.)
- UBA 2017 - Daten und Fakten zu Braun- und Steinkohlen (Seite 31f.)