Spezifische Kohlen­dioxid­emissionen verschiedener Brennstoffe

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 GWP100 (global warming potential, über 100 Jahre nach Freisetzung) zwischen 25 und 28. Ein Kilogramm Methan schädigt das Klima also wie 25 bis 28 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
BrennstoffEmis­sionen in Gramm CO2/kWhPEEmis­sionen in Gramm CO2/MJPE
Holz 1)00
Holz 2)395109,6
Torf382106,0
Braunkohle364101,2
... Lausitz407113,0
... Mittel­deutschland374104,0
... Rheinland410114,0
Steinkohle35498,3
Heizöl27977,4
Diesel26774,1
Rohöl26473,3
Kerosin25771,5
Benzin25069,1
Flüssiggas22763,1
Erdgas20156,1

1) bei nachhaltiger Nutzung

2) bei nicht-nachhaltiger Nutzung ohne Wiederaufforstung

Quellen: Fachbuch Regenerative Energiesysteme und UBA

Spezifische Kohlendioxidemissionen verschiedener Brennstoffe
Spezifische Kohlendioxidemissionen verschiedener Brennstoffe
Spezifische CO2-Emissionen bei der Stromerzeugung
BrennstoffKraft­werks­wirkungsgrad in %CO2-Emissionen1)
in Gramm CO2/kWhel
Braunkohle38*1093
- alt341221
- modern43966
- verbessert51814
Steinkohle39*1001
- alt361084
- modern46849
- verbessert48765
Erdgas56,1**433
- Neubau Turbinen-KW39,2619
- Neubau GuD-KW59411
Erdgas Gesamt-Treib­haus­wirkungRechnung: Direkte2) + Diffuse Emis­sionen3) in Gramm CO2-eq/kWhelCO2-Emissionen in Gramm CO2-eq/kWhel
- 1 % Methan­leckage402 + 36 =438
- 2 % Methan­leckage402 + 72 =474
- 3 % Methan­leckage402 + 107 =509

* 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 GWP = 25 dem CO2-eq von 36 Gramm.

Quellen:

© 05/2021 by Volker Quaschning

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