Klarer Weg zum Netto-Null-Energiesystem

Treibhaus­gasneutralität bis 2045 ist noch immer möglich, sowohl technisch als auch ökonomisch – das zeigen die hochdetaillierten Analysen von System­forschenden des Forschungszentrums Jülich. In früheren Studien legten sie den Fokus auf die nationalen Anstrengungen auf dem Netto-Null-Weg zur Treibhausgas­neutralität 2045. In ihrer heute vorgestellten Folgestudie nehmen sie nun eine regionale Perspektive ein und zeigen einen Transformations­pfad, welcher alle Infrastrukturen gemeinsam in den Blick nimmt.

Strom aus Windenergie und Photovoltaik wird in Zukunft mit mehr als neunzig Prozent den größten Anteil an der Stromversorgung ausmachen. Sollen die Kosten für den nötigen Ausbau der erneuerbaren Energien minimiert werden, muss dieser sich an die regionalen Begeben­heiten anpassen. So lassen sich die Potenziale jeder Region optimal nutzen, gleichzeitig wird die Versorgungs­sicherheit gewährleistet. Norddeutschland hat bedeutende Ressourcen für Windenergie. Deshalb wird dort die Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen überproportional steigen und es werden neue Energie­zentren entstehen. 

Um diesen Standortvorteil auszuschöpfen, muss eine flexible Nutzung des Stroms möglich sein. So wird etwa der Aufbau von Elektrolyse­anlagen zur Wasserstoff­produktion zunächst in den Küstenregionen vorangetrieben. Der Aufbau einer Wasserstoffproduktion in den südlichen und östlichen Bundesländern folgt in der späteren Phase der Transformation, um die wachsende Wasserstoff­nachfrage decken zu können. Etwa zehn Prozent der deutschen Elektrolyse­leistung werden sich in diesen Gebieten befinden. Diese regionale Aufteilung ermöglicht eine geringe Abregelung der Erneuerbaren Energien. 

Damit alle Regionen Deutschlands profitieren können, ist ein Ausbau des Stromnetzes nötig – wichtig ist dies insbesondere für die Versorgung energie­intensiver Industrie­zentren in Nordrhein-Westfalen und der Rhein-Neckar- und Rhein-Main-Region. Wird der Ausbau des Netzes verzögert, kann weniger Offshore-Strom bezogen werden. Das müsste dann kompensiert werden: durch den verstärkten Ausbau der Wasserstoff­infrastrukturen, erneuerbaren Energien an Land, von Stromspeichern und Rückverstromungs­kraftwerken. In diesen Bereichen wären dann Mehr­investitionen von etwa acht Prozent notwendig. 

Ein weiterer zentraler Aspekt ist die Entwicklung des Wasserstoff­netzes zur optimalen Verknüpfung von heimischer Produktion, Importen, Verbrauchern und Speicher­standorten. Bis 2045 werden dafür etwa 18.000 Kilometer an Leitungen benötigt. Diese müssen jedoch nicht neu gebaut werden. Der Bedarf an Erdgas wird zurückgehen – dadurch kann die bestehende Leitungs­infrastruktur auf Wasserstoff umgestellt werden. Die Dekarbonisierung der Fernwärme erfolgt maßgeblich durch Strom und Biomasse, in Kombination mit Wärmespeichern. Biomasse- und Biogas finden dabei ihren Einsatz in ländlicheren Gebieten, Strom in den Ballungszentren. 

Die Versorgungssicherheit in Zeiten von Dunkelflauten und geringerer Stromerzeugung durch Wind und Sonne wird durch Kraftwerke gewährleistet – auf Basis von Wasserstoff, Biogas und Biomasse. Ein großer Teil der Wasserstoff­kraftwerks-Kapazitäten werden in Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen installiert, in unmittelbarer Nähe zu Wasserstoffspeichern in Salz­kavernen. 2030 wird es gut die Hälfte aller Kapazitäten sein, im Jahr 2045 zwei Drittel. Der aus Wasserstoff gewonnene Strom kann über das Stromnetz in den Süden transportiert werden. Die umfassende Wasserstoff­speicherung, einschließlich der Umstellung der bestehenden Kavernen­speicher und des Neubaus von Salzkavernen, ist notwendig, um die benötigte Flexibilität und Sicherheit im System zu gewährleisten.

Die Transformation hin zur Treibhausgas­neutralität birgt sowohl Chancen als auch Risiken für die wirtschaftliche Entwicklung. So ist ein Beschäftigungs­wachstum gegenüber heute aufgrund steigender Nachfragen in den verschiedenen Sektoren in allen Regionen Deutschlands zu erwarten. Einige Wirtschaftszweige wie Auto- und Metall­industrie haben jedoch ein höheres Risiko für Arbeits­platzverluste in der Transformation. Repräsentative Umfragen zeigen, dass eine große Mehrheit der deutschen Bevölkerung eine positive Haltung gegenüber Erneuerbaren Energien und Wasserstoff­technologien hat. Diese breite Akzeptanz ist eine wichtige Grundlage für die weitere Umsetzung der Energiewende.

Die Studie beruht auf detaillierten Berechnungen mithilfe der Softwaresuite ETHOS, die von den Jülicher Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftlern eigens für diese Aufgabe entwickelt wurde. Sie ermöglicht eine wissenschaftlich fundierte Analyse von möglichst kosten­effizienten Strategien und Maßnahmen zum Erreichen der Treibhausgas­minderungsziele. Durch die ETHOS-Computermodelle lässt sich die deutsche Energieversorgung mit ihren Erzeugungs­pfaden und all ihren Wechselwirkungen abbilden – mit großer zeitlicher und räumlicher Detailtiefe. 

Die Software berücksichtigt zukünftige Vernetzungen von Energieimporten und -exporten und führt eine umfassende Infrastruktur­analyse durch, die alle relevanten Energieträger wie Strom, Gas, Wasserstoff und Wärme einbezieht. Diese umfassenden Analysen sind entscheidend, um fundierte Entscheidungen zur Gestaltung der Energiewende zu treffen und die Trans­formation zu einer nachhaltigen Energie­versorgung effektiv voranzutreiben.

FZJ / JOL