Transformation zur Klimaneutralität bis 2045
Wie gelingt die deutsche Energiewende?- Frederike Bartels
- Gunnar Luderer
- Veröffentlicht
Hinweis: Nicht alle Funktionen dieser Webseite sind für mobile Geräte optimiert. Wir empfehlen die Desktop-Version dieser Webseite.
Am 12. Dezember 2015 einigten sich 195 Staaten auf der UN-Klimakonferenz in Paris auf das Pariser Klimaabkommen. Darin verpflichten sie sich, ihre Treibhausgasemissionen so zu senken, dass die globale Erwärmung auf deutlich unter 2 °C gegenüber dem vorindustriellen Niveau begrenzt und möglichst auf 1,5 °C beschränkt wird.
Auch Deutschland gehört zu den Vertragsstaaten. Im Bundes-Klimaschutzgesetz sind daher verbindliche Minderungsziele festgelegt: Bis 2030 sollen die Treibhausgasemissionen um 65 % gegenüber 1990 sinken. Spätestens 2045 soll Deutschland klimaneutral sein – das heißt, es dürfen unter dem Strich keine Treibhausgase mehr ausgestoßen werden (Netto-Null).
- Deutschland hat sich Klimaziele gesetzt: bis 2030 sollen die nationalen Treibhausgasemissionen um 65 % gegenüber 1990 sinken und bis 2045 soll Deutschland klimaneutral sein.
- In den letzten 35 Jahren sind die Emissionen um etwa 50 % zurückgegangen. Das Minderungstempo muss sich annähernd verdoppeln, um in zwei Jahrzehnten Netto-Null Emissionen zu erreichen.
- Das kann gelingen, wenn durch den fortgesetzten Ausbau von Erneuerbaren, vor allem Windenergie und Photovoltaik, die Stromerzeugung in 10 Jahren so gut wie fossilfrei ist und das Heizen, der Verkehr und die Industrieproduktion zügig von fossilen Energieträgern auf Strom umgestellt werden.
- Für nicht-elektrifizierbare Energiebedarfe muss auf CO₂-neutrale Moleküle wie Wasserstoff, biogene Kraftstoffe und E-Fuels umgestellt werden.
- Wie die Transformation im Detail verläuft, wo es Optionen gibt und wo der Weg klar vorgezeichnet ist, zeigen die Szenarien des Kopernikus-Projekts Ariadne.
Wie funktioniert diese Transformation des deutschen Energiesystems? Wie wird die Energieerzeugung klimaneutral und wie verändern sich die Industrie, die Mobilität und das Heizen in Deutschland? Welche unterschiedlichen Optionen zur Erreichung der Klimaneutralität gibt es?
Erderwärmung seit der Industrialisierung
Seit Beginn der Industrialisierung werden, vor allem durch die Verbrennung fossiler Energieträger wie Öl, Kohle und Erdgas, jedes Jahr große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Dadurch wird der natürliche Treibhauseffekt verstärkt, was zu einer fortschreitenden Erwärmung der Erde führt. Der Anstieg der globalen mittleren Oberflächentemperatur steht dabei in nahezu proportionalem Zusammenhang mit den kumulierten CO₂-Emissionen, die sich in der Erdatmosphäre ansammeln.
Um den Klimawandel aufzuhalten, müssen die weltweiten Treibhausgasemissionen auf Netto-Null sinken. Für die Begrenzung der Erderwärmung auf 1,5 °C steht ein endliches CO₂-Budget zur Verfügung – also eine bestimmte Restmenge an CO₂, die insgesamt noch ausgestoßen werden darf bis 1,5 °C erreicht sind. Nach aktuellen Abschätzungen ist dieses Budget in wenigen Jahren aufgebraucht, wenn die Emissionen nicht rasch und deutlich reduziert werden. Auch das verbleibende CO₂-Budget bis zu einer Erwärmung von 2 °C wäre bei unveränderten Emissionen in gut 20 Jahren verbraucht.
Deutschland hat eine besondere historische Verantwortung beim Klimaschutz
Im Jahr 2024 entfielen rund 2 % der globalen Treibhausgasemissionen auf Deutschland, bei einem Anteil von nur 1 % an der Weltbevölkerung. Deutschland trägt also noch immer überdurchschnittlich stark zur Erderwärmung bei. Im Jahr 1990 lagen die jährlichen deutschen Pro-Kopf-Emissionen sogar noch beim 2,5-Fachen des weltweiten Durchschnitts. Insgesamt ist Deutschland für 5 % des seit Beginn der Industrialisierung emittierten CO₂ verantwortlich.
Entwicklung der jährlichen Pro-Kopf Emissionen in Deutschland und weltweit
in tco2e-cap-yrSeitdem konnten die deutschen Treibhausgasemissionen um 48 % gemindert werden. Dadurch ist auch der durchschnittliche Ausstoß pro Kopf deutlich zurückgegangen und nähert sich inzwischen dem weltweiten Mittel an. Ein detaillierter Blick auf die Emissionsentwicklung zeigt, welche Bereiche bereits erfolgreich Emissionen einsparen konnten und wo noch besonders hoher Handlungsbedarf besteht, um Klimaneutralität zu erreichen.
Entwicklung der Treibhausgasemissionen in Deutschland und der Weg zu Netto-Null
Die mit Abstand größte Quelle von Treibhausgasemissionen in Deutschland ist die Verbrennung fossiler Energieträger, wie Öl, Kohle und Erdgas, zur Erzeugung von Strom und Wärme. Im Jahr 2024 entfielen rund 85 % der gesamten THG-Emissionen auf diese energiebedingten Emissionen. Davon verursachte die Energiewirtschaft 29 %, die Industrie 24 %, der Verkehrssektor 22 % und die Gebäudewärme 16 %. Hinzu kommen nicht-energetische Emissionen aus Industrieprozessen, der Landwirtschaft und der Abfallwirtschaft.
Bis zum Jahr 2024 sanken die deutschen THG-Emissionen um 48 % gegenüber 1990. Im Mittel entspricht das einem Rückgang um etwa 18 Mt CO₂-Äquivalente pro Jahr. Den größten Beitrag leistete die mit einem Rückgang von 61 %, insbesondere durch den Ausbau erneuerbarer Energien und den schrittweisen Kohleausstieg. Auch in der und im gingen die Emissionen deutlich um 45 % bzw. 52 % zurück. Im fiel die Minderung mit 12 % hingegen vergleichsweise gering aus.
Entscheidend ist nun, das Tempo bei der Emissionsminderung zu steigern, um Deutschlands Klimaziele zu erreichen.
Die Emissionsprojektion aus dem Ariadne-Szenario zeigt, dass nachgeschärft werden muss: Auf Basis der aktuell umgesetzten Maßnahmen wird eine Emissionsminderung von rund 22 Mt CO₂-Äquivalenten im Schnitt pro Jahr erreicht, wodurch die Klimaziele für 2030 knapp sektorübergreifend verfehlt werden und in 2045 netto noch etwa 20 % der Emissionen von 1990 verbleiben. So sind in 2045 weiterhin mehr als 2 Millionen Pkw mit Verbrennungsmotor auf deutschen Straßen unterwegs, rund 6,5 Millionen Gasheizungen in Betrieb, und die Umstellung auf klimaneutrale Verfahren in der chemischen Industrie steht noch am Anfang.
Um den im Bundes-Klimaschutzgesetz verankerten, aktuellen einzuhalten, muss die jährliche Minderung der deutschen Treibhausgasemissionen in den kommenden zwei Jahrzehnten durchschnittlich 33 Mt CO₂-Äquivalenten betragen. Das ist fast eine Verdopplung der Geschwindigkeit im Vergleich zu den vergangenen dreieinhalb Jahrzehnten. Diese Beschleunigung lässt sich nur durch eine umfassende Transformation erreichen, die in allen Sektoren wirkt - auch in denjenigen, die bis 2024 noch keine große Minderung erreicht haben.
Einen möglichen effizienten Pfad zur Zielerreichung skizziert das Ariadne-Szenario Technologiemix.
Bis 2030 schreitet die Dekarbonisierung der kontinuierlich voran, der Ersatz fossiler Heizsysteme durch Wärmepumpen senkt die Emissionen im , und die Elektrifizierung des gewinnt an Dynamik. In der beginnt die Umstellung der Wärme- und Dampferzeugung auf erneuerbare Energieträger.
Für die Erreichung von Netto-Null im Jahr 2045 ist eine fast vollständige Vermeidung der bereits bis etwa 2040 erforderlich. Die Emissionen aus Energiewirtschaft, Gebäuden und Verkehr sinken dabei auf nahezu Null.
Verbleibende, technisch nicht oder nur mit hohen Kosten vermeidbare Emissionen – insbesondere prozessbedingte Emissionen in der Industrie sowie Nicht-CO₂-Emissionen aus Land- und Abfallwirtschaft – werden in der Endphase der Transformation durch negative Emissionen ausgeglichen. Dies erfolgt sowohl über natürliche Senken, etwa durch Aufforstung, als auch durch technische Verfahren zur CO₂-Entnahme aus der Atmosphäre wie der Abscheidung und Speicherung von CO₂ bei der energetischen Nutzung von Biomasse.
THG-Emissionen in Deutschland in 2045
in mtco2eaVon fossil nach erneuerbar in 20 Jahren: Die vier Säulen der Transformation
Der Blick auf den gesamten Energiebedarf in Deutschland zeigt, dass derzeit rund 20 % der eingesetzten Energie aus erneuerbaren Quellen stammen – überwiegend aus Wind- und Solarstrom sowie Bioenergie. Etwa 80 % werden weiterhin durch fossile Energieträger wie Erdgas, Erdöl und Kohle gedeckt.
Im klimaneutralen Energiesystem des Ariadne-Szenarios Technologiemix verschiebt sich diese Struktur bis zum Jahr 2045 grundlegend: Gut 50 % des Energiebedarfs stammen dann aus erneuerbarem Strom, knapp 45 % entstehen durch die Verbrennung klimaneutraler Brenn- und Kraftstoffe, etwa Bioenergie und Wasserstoff, und den Einsatz synthetische CO₂-freier Energieträger (E-Fuels). Der Anteil fossiler Energien sinkt auf rund 7 %. Gleichzeitig führen die Elektrifizierung, energetische Sanierung und steigende Energie- und Materialeffizienz dazu, dass der gesamte Energiebedarf gegenüber heute um etwa 40 % zurückgeht.
Energiebereitstellung in Deutschland: von 80 % Fossilen zu 95 % Erneuerbaren in 2045
in twhaWie kann das gelingen, in nur 20 Jahren den kompletten Energiebedarf auf nahezu 100 % Erneuerbare Energien umzustellen? Kurz gesagt geschieht das entlang von vier Schlüsselschritten, den vier Säulen der Transformation:
- Dekarbonisierung der Stromerzeugung
- Elektrifizierung der Energieanwendungen
- CO₂-neutrale Moleküle für nicht-elektrifizierbare Bedarfe
- Ausgleich von verbleibenden Restemissionen
1. Dekarbonisierung der Stromerzeugung
Im Ariadne-Szenario Technologiemix steigt die Nettostromerzeugung in Deutschland von rund 500 TWh im Jahr 2025 auf etwa 1.100 TWh im Jahr 2045 an. Die Elektrifizierung von Industrie, Wärme und Verkehr führt damit zu einer deutlichen Ausweitung des Strombedarfs. Eine vollständige Dekarbonisierung der Stromerzeugung setzt daher einen schnellen und umfangreichen Ausbau erneuerbarer Kapazitäten voraus.
Die installierte Leistung der Photovoltaik verdoppelt sich bis 2030 und erreicht mit 215 GW das politisch definierte Ausbauziel. Die Windenergie an Land steigt bis 2030 auf 115 GW, was einem Zubau von knapp 50 GW innerhalb von fünf Jahren entspricht. Parallel dazu erfolgt der Ausstieg aus der Kohleverstromung, der bis 2030 weitgehend abgeschlossen ist. Gaskraftwerke bleiben zunächst bis Mitte der 2030er Jahre mit Erdgas befeuert. In der Folge werden die verbleibenden Anlagen vollständig auf Wasserstoff umgestellt und dienen als klimaneutrale Backup-Kapazitäten zur Absicherung der Stromversorgung in Zeiten knapper Wind- und Sonnenstromversorgung.
Wind- und Solarenergie ersetzen Fossile im Strommix
in twhaBereits 2024 stammten mehr als 55 % der deutschen Nettostromerzeugung aus . Bis 2030 steigt ihr Anteil auf über 80 %, und spätestens 2040 ist die Stromerzeugung vollständig erneuerbar. Im klimaneutralen Energiesystem des Jahres 2045 entfallen gut ein Drittel der Stromproduktion auf Photovoltaik und knapp 60 % auf Windenergie. Die verbleibenden Anteile werden durch Wasserkraft, Biomasse sowie Erdgas- und wasserstoffbasierte Backup-Kraftwerke gedeckt.
Steigender Anteil erneuerbaren Stroms im Strommix
in percent2. Elektrifizierung der Energieanwendungen
Gleichzeitig steigt der Anteil von Strom am Endenergieverbrauch in Haushalten, Gewerbe, Industrie und Verkehr deutlich an. Im Ariadne-Szenario erfolgt diese Elektrifizierung vor allem durch den Hochlauf der Elektromobilität sowie den Ersatz fossiler Öl- und Gasheizungen durch Wärmepumpen.
Steigender Anteil von Strom am Endenergiebedarf
in twhDie Mobilität in Deutschland ist in 2030 zu knapp 20 % und in 2045 zu 85 % elektrisch. Im Gebäudesektor erreicht der Elektrifizierungsgrad 2030 etwa 40 % und erhöht sich bis 2045 auf rund 70 %. Auch in der Industrie werden Teile der Prozesswärme- und Dampferzeugung elektrifiziert. Dadurch steigt der Anteil von Strom am energetischen Endenergieverbrauch der Industrie bis 2045 auf 45 %. Nicht berücksichtigt sind dabei Anwendungsbereiche mit begrenztem Elektrifizierungspotenzial – insbesondere der Luft- und Seeverkehr sowie der stoffliche Energieeinsatz in der Industrie. In diesen Bereichen werden klimaneutrale grüne Moleküle (wie Wasserstoff, Bioenergie oder synthetische Kohlenwasserstoffe) gebraucht, um verbleibende Emissionen zu vermeiden.
3. CO₂-neutrale Moleküle für nicht-elektrifizierbare Bedarfe
Es verbleiben Energiebedarfe die nicht oder nur zu sehr hohen Kosten elektrifizierbar sind. Dort müssen andere klimaneutrale Energieträger, wie biogene Kraftstoffe, Wasserstoff oder synthetische CO₂-freie Kohlenwasserstoffe (E-Fuels) zum Einsatz. In 2045 hat die Industrie vor allem zur stofflichen Nutzung in der chemischen Industrie den größten Bedarf an grünen Molekülen. Es folgen der nicht-landgebundene Verkehr und die Stromerzeugung. Sehr geringe Mengen werden außerdem im Schwerlastverkehr und Gebäudesektor eingesetzt.
Wachsender Bedarf an grünen Molekülen
in twhaWachsender Bedarf an grünen Molekülen
in twhaWachsender Bedarf an grünen Molekülen
in twhaDer Bedarf an Wasserstoff und E-Fuels steigt dadurch im Szenario Technologiemix auf etwa 300 TWh/a in 2045 an. Biomasse und biogene Kraftstoffe decken wie schon heute in 2045 etwa 200 - 300 TWh des Energiebedarfs, da die Verfügbarkeit von Biomasse in Deutschland begrenzt ist. Es findet aber eine deutliche Verschiebung vom heutigen Einsatz der Biomasse zum Heizen und zur Stromerzeugung hin zum Einsatz in der Industrie und als Bio-Kraftstoff für Flugzeuge und die Hochseeschifffahrt statt.
4. Ausgleich von Restemissionen durch negative Emissionen
Nach weitgehender Elektrifizierung und dem Einsatz grüner Moleküle besteht 2045 noch ein geringer Bedarf an fossilen Energieträgern bzw. Rohstoffen. Zusätzlich entstehen restliche, prozessbedingte Emissionen aus der Industrie (beispielsweise aus der chemischen Reaktion bei der Zementherstellung) und Emissionen anderer Treibhausgase (Methan und Lachgas) aus der Land- und Abfallwirtschaft. Diese sind technisch nicht oder nur mit sehr hohen Kosten vermeidbar und werden daher durch negative Emissionen ausgeglichen.
Verbleibende Emissionen werden durch negative Emissionen ausgeglichen
in mtco2aNegative Emissionen entstehen entweder durch , etwa Wälder und Moore, oder durch technische Verfahren zur Abscheidung und Speicherung von CO₂ – beispielsweise bei der energetischen Nutzung von Biomasse (BECCS) oder durch direkte CO₂-Entnahme aus der Luft (DAC). Im Ariadne-Szenario Technologiemix werden im Jahr 2045 unvermeidbare Emissionen von rund 75 Mt CO₂-Äquivalenten vollständig kompensiert. Auf diese Weise erreicht Deutschland Netto-Null-Emissionen und damit Klimaneutralität.
Gebäudewärme, Mobilität, Industrieproduktion und Stromerzeugung werden klimaneutral
Welche technologischen Veränderungen durchlaufen die Energiewirtschaft und die Endnutzungssektoren auf einem effizienten Weg zur Klimaneutralität? Wie schnell müssen Gebäude energetisch saniert, fossile Heizungen ersetzt, Pkw- und Lkw-Flotte elektrifiziert und die industrielle Produktion umgestellt werden? Wie kann die Stromerzeugung im Jahr 2045 nahezu vollständig erneuerbar und verlässlich bei Dunkelflauten und Verbrauchsspitzen sein?
Gebäude werden saniert, fossile Heizungen ausgetauscht
Im Gebäudesektor lassen sich Emissionen mindern durch die Kombination von energetischer Sanierung, die den Wärmebedarf reduziert, mit der Umstellung auf CO₂-arme Heizungssysteme, wie z.B. Wärmepumpen oder klimafreundlich erzeugte Fernwärme. Im Jahr 2024 dominierten in Deutschland weiterhin Öl- und Gasheizungen mit rund 73 % den Heizungsbestand. Während im Neubau längst die Wärmepumpe die am häufigsten verkaufte Technologie ist, war es im Gesamtmarkt - einschließlich des Heizungstausches bei Bestandsgebäuden - bisher stets die Gasheizung. In 2025 zieht die Wärmepumpe mit 299.000 installierten Geräten erstmals mit den fossilen Öl- und Gasheizungen gleich. Das politische Ziel von 500.000 neuen Wärmepumpen pro Jahr ab 2025 wird damit jedoch weiterhin deutlich verfehlt.
Installierte Heizsysteme in Gebäuden in Deutschland
in mioDas Ariadne-Szenario Technologiemix zeigt zur Erreichung der Klimaneutralität einen nahezu vollständigen Ausstieg aus dem Einbau neuer Öl- und Gasheizungen. Der Absatz von Wärmepumpen steigt hingegen stark an. Bereits in 2030 liegt der Anteil der Wärmepumpe am Heizungsmarkt bei knapp 70 %, während Öl- und Gasheizungen weniger als 5 % der neu installierten Heizungen ausmachen. Parallel dazu muss auch der Ausbau der Fernwärme deutlich beschleunigt werden.
Damit lässt sich ein Umbau des Heizungsbestands bis 2045 erreichen, bei dem die Wärmepumpe zwei Drittel der betriebenen Heizungen ausmacht und nur noch 3 % der Heizungen öl- oder gasbefeuert sind. Der Anteil der Fernwärme steigt von etwa 15 % in 2024 auf 30 % der Heizungssysteme in 2045 an. Gleichzeitig reduziert die Sanierung von 2 % aller Gebäude pro Jahr (heute: etwa 0,7 %) den Energiebedarf.
E-Pkw und E-Lkw setzen sich durch
Die Ariadne-Szenarien zeigen, dass die effiziente Transformation des Verkehrssektors zur Klimaneutralität durch die zügige und quasi vollständige Elektrifizierung des Pkw-Bestandes bis 2045 gelingt. Auch Busse und Lkw fahren 2045 vollständig elektrisch, mit wenigen Ausnahmen im Schwerlast- und Langstreckentransport. Für Flugzeuge und Hochseeschifffahrt werden Emissionsminderungen durch Effizienzverbesserungen und den Einsatz synthetischer CO₂-freier Kraftstoffe und Biokraftstoffe erreicht.
Durch EU-Emissionsflottengrenzwerte für Pkw in Verbindung mit Kaufprämien in Deutschland stieg der Marktanteil von batterieelektrischen Autos (BEV) von 1,7 % im Jahr 2019 auf etwa 18 % im Jahr 2023. Nach einem Rückgang der Verkaufszahlen in 2024 erholte sich der Marktanteil in 2025 erneut auf 19 %, wobei Vorreiterländer wie Norwegen, China und Dänemark 2024 den Anteil von Elektroautos (batterieelektrisch und Plugin-Hybrid) an Neuwagenverkäufen auf 90 %, 48 % beziehungsweise 47 % steigern konnten. Auch im Lkw-Bereich gelten seit 2021 Flottengrenzwerte für die Emissionen.
Entwicklung des Pkw-Bestands nach Antriebsart
in mioZur Erreichung der Klimaneutralität im Verkehrssektor steigen im Ariadne Szenario Technologiemix die Absatzzahlen für E-Pkw zeitnah und deutlich. In 2030 sind Dreiviertel der Neuzulassungen vollelektrische Pkw, ab 2035 sind es 100 %. Plug-in Hybride flankieren die Entwicklung in der kurzen Frist, während Brennstoffzellen-Pkw praktisch keine Rolle spielen. Für den Pkw-Bestand bedeutet das, dass 2030 ein Viertel der Pkw vollelektrisch fahren. In 2040 sind es 80 %, 2045 schließlich über 95 %.
Die Flotte von leichten und schweren Nutzfahrzeugen wird bis 2045 ebenfalls fast vollständig elektrisch. Da gewerblich genutzte Lkw kürzere Lebensdauern haben als Pkw, liegt der Anteil elektrischer Fahrzeuge in 2030 bereits bei knapp 55 % und in 2040 bei über 95 %. Insgesamt nehmen die gefahrenen Kilometer pro Jahr im Güterverkehr bis 2045 leicht zu.
Strom und grüne Moleküle ersetzen fossile Energieträger in der Industrie
Im Industriesektor entstehen Treibhausgasemissionen vor allem durch energieintensive Produkte und Prozesse in Schlüsselbranchen wie der Stahl-, Zement- und Grundstoffchemie. Für die Erreichung der Klimaziele und der Klimaneutralität ist daher die Umstellung auf klimaneutrale Produktionsverfahren zentral. Diese Transformation erfordert große Mengen erneuerbaren Stroms sowie grünen Wasserstoff und Biomasse als Energieträger und CO₂-neutralen Rohstoff. Ergänzend tragen Effizienzsteigerungen beim Energie- und Materialeinsatz sowie eine stärkere Kreislaufwirtschaft wesentlich zur Emissionsminderung bei.
Ein Beispiel aus dem Ariadne Szenario Technologiemix für die Transformation eines energieintensiven Prozesses der Grundstoffchemie ist die Umstellung der Ethylen-Produktion.
Ethylenproduktion nach fossilen und CO₂-armen Verfahren
in mtaHeute wird Ethylen zumeist aus fossilen Rohstoffen bei hohen Temperaturen im unter Einsatz von Erdgas als Brennstoff gewonnen. Die Umstellung auf , die auf Strom basieren, biogene Rohstoffe einsetzen oder CO₂-Abscheiden, beginnt nach 2035 und ist 2045 abgeschlossen.
Stahlproduktion nach fossilen und CO₂-armen Verfahren
in mtaEin klimaneutrales Verfahren zur Stahlherstellung ist die Direktreduktion von Eisenerz mit grünem Wasserstoff zu Eisenschwamm (DRI), der anschließend im Elektrolichtbogen-Ofen zu Stahl verarbeitet wird. Nach einer Übergangsphase, in der ein Teil der neuen Direktreduktionsanlagen zunächst mit Erdgas betrieben wird (etwa 7 Mt Erdgas-DRI und 6 Mt H2-DRI in 2030), steigt im Ariadne Szenario Technologiemix die auf etwa 30 Mt im Jahr 2045.
Ergänzend wächst der Anteil der Sekundärproduktion von Stahl aus recyceltem Stahlschrott, die deutlich weniger CO₂ verursacht als die konventionelle Stahlherstellung, um rund 10 %-Punkte bis 2045 an. Die heute dominierende Hochofenroute mit Koks als Brennstoff und Reduktionsmittel wird so bis 2045 nach und nach ersetzt und hat schon 2035 nur noch eine untergeordnete Bedeutung.
Erneuerbare Stromerzeugung wird durch Speicher, Flexible Lasten, Backup-Kraftwerke und den Stromhandel ergänzt
Der Blick auf die tägliche Strombilanz des Jahres 2045 im Ariadne-Szenario Technologiemix verdeutlicht das Zusammenspiel von erneuerbarer Erzeugung, Speichern, Backup-Kraftwerken und dem Strombedarf von Industrie, Gebäuden, Verkehr und Umwandlungssektor in einem klimaneutralen Energiesystem.
Auf Grundlage des Wetterjahres 2019 stammen rund 97 % der Nettostromerzeugung aus erneuerbaren Quellen (Wasser-, Wind- und Solarenergie). Besonders in den Sommermonaten deckt die erneuerbare Leistung den Strombedarf vollständig. Dazu trägt der systemdienliche Einsatz von Batteriespeichern bei, die vor allem den Solarstrom in der Tagesmitte speichern und in den Abend- und Nachtstunden zur Verfügung stellen. Auch die Flexibilität der Wasserstoff-Elektrolyse, der Ladung von E-Fahrzeugen und einzelner Industrieprozesse unterstützt den Ausgleich der Strombilanz.
Stromerzeugung und -verbrauch pro Tag bei Klimaneutralität im Jahr 2045
In den Wintermonaten ist die zeitweise Stromproduktion durch Backup-Kraftwerke notwendig (Wasserstoff-befeuert oder Erdgaskraftwerke mit CO₂-Abscheidung), die allerdings insgesamt weniger als 3 % der Nettostromerzeugung des Jahres 2045 ausmacht. Auch die zeitweise Abschaltung flexibler, vermeidbarer Strombedarfe (z.B. Elektrolyse) ist im Winter zu erkennen. Schließlich steigt im Winter der Stromimport an. Insgesamt importiert Deutschland im Jahr 2045 netto etwa 100 TWh Strom, was weniger als 10 % des gesamten Strombedarfs entspricht.
Klimaneutralitätsszenarien: Dieselben Kernelemente der Transformation in unterschiedlicher Ausprägung
Das Kopernikus-Projekt Ariadne analysiert fünf mögliche Transformationspfade zur Klimaneutralität in Deutschland bis zum Jahr 2045:
- Drei Szenarien mit unterschiedlichem Technologiefokus (Fokus Elektrifizierung, Fokus Wasserstoff, Technologiemix), die den Optionenraum der Energiewende im Wettbewerb zwischen direkter Elektrifizierung (direkte Nutzung von Strom) und indirekter Elektrifizierung (Nutzung von elektrolytischem Wasserstoff und Derivaten) untersuchen.
- Zwei Szenarien mit variierender Nachfrage (Niedrige Nachfrage und Hohe Nachfrage), die die Effekte einer beschleunigten bzw. schleppenden Transformation der Sektoren Gebäudewärme, Industrie und Verkehr aufzeigen. Sowohl Annahmen zum Markthochlauf von Klimaschutztechnologien (E-Autos, Wärmepumpen, Produktionsverfahren) als auch Annahmen zur Entwicklung von Lebensstilen werden variiert.
Die Zusammensetzung des Energiebedarfs in Deutschland ähnelt sich trotz unterschiedlicher Schwerpunkte in allen Szenarien deutlich. Kernelemente sind immer der schnelle Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung, der weitgehende Umstieg auf strombasierte und effiziente Anwendungen, sowie der schrittweise Markthochlauf von grünem Wasserstoff und Wasserstoffderivaten für Anwendungen, deren direkte Elektrifizierung nicht möglich oder unwirtschaftlich ist.
Energiebereitstellung (Strom und nicht-elektrische Energie) in Deutschland in den unterschiedlichen Ariadne-Szenarien
in twhaAlle Szenarien zeigen außerdem übereinstimmend, dass die Klimaziele nur durch eine massive und beschleunigte Transformation des Energiesystems erreicht werden können.
Unterschiede beim Grad der Elektrifizierung, der Hochlauf-Geschwindigkeit von E-Fahrzeugen und Wärmepumpen, dem Einsatz grüner Moleküle, und bei der Energieeffizienz erkennt man in der detaillierten Betrachtung:
Technologiemix
Im Szenario Technologiemix werden die Klimaziele 2030 und Klimaneutralität 2045 unter Einsatz eines gemischten Energieträgerportfolios und mit einem Mix aus klimafreundlichen Technologien erreicht. Aufgrund der Effizienz der direkten Elektrifizierung setzen sich E-Autos und Wärmepumpen in Verkehr und zum Heizen durch, so dass im Jahr 2030 etwa 11 Millionen vollelektrische Pkw auf Deutschlands Straßen fahren und etwa 4 Millionen Wärmepumpen installiert sind. Die politischen Ziele werden damit nicht erreicht.
Der steigt bis 2045 auf etwa 830 TWh/a an (2024: 450 TWh/a) und deckt 51 % des Energiebedarfs.
Wasserstoff und E-Fuels als CO₂-freie Alternative für fossile Energie spielen nur dort eine Rolle, wo Elektrifizierung nicht möglich oder mit zu hohen Kosten verbunden ist, z.B. im Flugverkehr, der Hochseeschifffahrt und in der chemischen Industrie.
Fokus Elektrifizierung
Das Szenario Fokus Elektrifizierung priorisiert die direkte Elektrifizierung aller Energieanwendungen noch stärker als das Szenario Technologiemix. Dadurch steigt der Anteil von Strom am Energiebedarf auf 56 % im Jahr 2045, was einem von etwa 910 TWh/a entspricht (2024: 450 TWh/a).
Bis zum Jahr 2030 werden gut 80 % des Stroms erneuerbar erzeugt. Damit sinken die Emissionen des deutschen Strommixes auf 85 gCO₂/kWh (2024: 360 gCO₂/kWh). Die politischen Ziele von 215 GW Solarenergie und 115 GW Windenergie an Land in 2030 werden erreicht. In 2030 fahren gut 11 Millionen E-Pkw auf deutschen Straßen und knapp 5 Millionen Wärmepumpen sind installiert. Damit werden die politischen Ziele von 15 Millionen E-Pkw und 6 Millionen Wärmepumpen in 2030 dennoch verfehlt.
Demgegenüber steht ein Bedarf an grünen Molekülen von nur 280 TWh in 2045 (Technologiemix in 2045: 320 TWh/a, Fokus Wasserstoff: 440 TWh/a).
Fokus Wasserstoff
Im Szenario Fokus Wasserstoff wird der Einsatz von Wasserstoff und synthetischen CO₂-neutralen Kohlenwasserstoffen (E-Fuels) priorisiert. Dadurch steigt der Bedarf an Wasserstoff und E-Fuels bis zum Jahr 2045 auf 440 TWh/a an. Dazu kommen etwa 200 TWh/a biogene Kraftstoffe und Biomasse.
Trotzdem spielt Strom die weitaus größte Rolle im Energiebedarf der Gebäude und des Verkehrssektors. Wasserstoff und E-Fuels haben in diesen beiden Sektoren einen Anteil von 4 % bzw. 25 % in 2045 (Technologiemix: 1 % bzw. 7 %). In der Industrie dagegen werden 60 % des Energiebedarfs mit grünen Molekülen gedeckt (Technologiemix: 42 %).
Etwa die Hälfte des benötigten Wasserstoffs wird in 2045 importiert, die andere Hälfte wird vor allem durch H₂-Elektrolyse aus erneuerbarem Strom gewonnen. Dazu steigt die installierte Leistung von Elektrolyseuren bis 2045 auf 40 GWel an (2024: 0,2 GWel). Da Wasserstoff und E-Fuels lange knapp und teuer bleiben, ist das Szenario Fokus Wasserstoff eines der teuersten Klimazielszenarien.
Hohe Nachfrage
Im Szenario Hohe Nachfrage wird das Ziel der Klimaneutralität 2045 trotz schleppender Transformation in den Einzelsektoren verfolgt.
Wärmepumpen und E-Autos setzen sich langsamer durch, es wird weniger energieeffizient gelebt bzw. in der Industrie mit mehr Energieeinsatz produziert, und in der Konsequenz ist ein höherer Einsatz von Wasserstoff und E-Fuels notwendig.
Der Energiebedarf sinkt bis 2045 dennoch um knapp 30 %, in den anderen Szenarien reduziert er sich um fast 40 % bis 2045 gegenüber 2024.
Der steigt bis 2045 auf etwa 920 TWh/a (2024: 450 TWh/a, Technologiemix: 830 TWh/a in 2045) und der Bedarf an Wasserstoff und E-Fuels erreicht in 2045 470 TWh/a (Technologiemix: 320 TWh/a).
Das Szenario Hohe Nachfrage reduziert zwar den Transformationsdruck für die Energieverbraucher, erfordert aber einen unvermindert schnellen Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung und vergleichsweise große Mengen teuren Wasserstoff und E-Fuels. Insgesamt ist das Szenario das teuerste Szenario zur Erreichung der Klimaziele.
Niedrige Nachfrage
Im Szenario Niedrige Nachfrage gelingt die Transformation der Einzelsektoren besonders zügig, wodurch eine schnellere Durchdringung effizienter strombasierter Anwendung erreicht wird und die Energienachfrage insgesamt geringer ausfällt als in den anderen Klimazielszenarien. Die 2030er Klimaziele werden erreicht, ebenso die Klimaneutralität 2045. Gleichzeitig sinkt der Energiebedarf bis 2045 um über 50 % gegenüber 2015 (knapp 30 - 40 % in den anderen Szenarien).
Wärmepumpen und E-Autos setzen sich schneller durch, es wird energieeffizient gelebt bzw. in der Industrie unter geringerem Energie- und Ressourceneinsatz produziert, und in der Konsequenz ist auch ein geringerer Einsatz von Wasserstoff und E-Fuels notwendig. Der steigt bis 2045 auf etwa 730 TWh/a (2024: 450 TWh/a, Technologiemix: 830 TWh/a in 2045) und der Bedarf an Wasserstoff und E-Fuels erreicht in 2045 lediglich 200 TWh/a (Technologiemix: 320 TWh/a).
Zwar verlangt das Szenario eine höhere Transformationsgeschwindigkeit, insgesamt ist das Szenario Niedrige Nachfrage dadurch aber das günstigste Szenario zur Erreichung der Klimaziele.
- Deutschland hat sich Klimaziele gesetzt: bis 2030 sollen die nationalen Treibhausgasemissionen um 65 % gegenüber 1990 sinken und bis 2045 soll Deutschland klimaneutral sein.
- In den letzten 35 Jahren sind die Emissionen um etwa 50 % zurückgegangen. Das Minderungstempo muss sich annähernd verdoppeln, um in zwei Jahrzehnten Netto-Null Emissionen zu erreichen.
- Das kann gelingen, wenn durch den fortgesetzten Ausbau von Erneuerbaren, vor allem Windenergie und Photovoltaik, die Stromerzeugung in 10 Jahren so gut wie fossilfrei ist und das Heizen, der Verkehr und die Industrieproduktion zügig von fossilen Energieträgern auf Strom umgestellt werden.
- Für nicht-elektrifizierbare Energiebedarfe muss auf CO₂-neutrale Moleküle wie Wasserstoff, biogene Kraftstoffe und E-Fuels umgestellt werden.
- Wie die Transformation im Detail verläuft, wo es Optionen gibt und wo der Weg klar vorgezeichnet ist, zeigen die Szenarien des Kopernikus-Projekts Ariadne.