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 Erdgas. 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 1,14 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 Fünftem 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
BrennstoffEmis­sionen in g CO2/kWhPEEmis­sionen in g CO2/MJPE
Holz1)00
Holz2),3)367,6102,1
Braunkohle3)398,7110,8
... Lausitz3)399,6111,0
... Mittel­deutschland3)371,6103,2
... Rheinland3)407,3113,1
Torf3)366,5101,8
Steinkohle3)338,293,9
Benzin3)263,973,3
Heizöl, leicht3)266,574,0
Diesel3)266,574,0
Rohöl3)263,973,3
Kerosin3)263,973,3
Flüssiggas3)238,866,3
Erdgas3)200,855,8

1) bei nachhaltiger Nutzung

2) bei nicht-nachhaltiger Nutzung ohne Wiederaufforstung

3) Quelle: Umweltbundesamt 2022, Kohlendioxid-Emissionsfaktoren für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen

Spezifische Kohlendioxidemissionen verschiedener Brennstoffe
Spezifische Kohlendioxidemissionen verschiedener Brennstoffe

Quellen: Umweltbundesamt und Fachbuch Regenerative Energiesysteme

Spezifische CO2-Emissionen bei der Stromerzeugung
Brenn­stoff und Tech­nikWir­kungs­gradDirekte CO2-­Emis­sionen1)Emis­sionen inkl. Vor­kette2)
%g CO2/kWhelg CO2‑eq/kWhel
Braun­kohle
alt343)11731200
ver­bessert483)831850
Durch­schnitt383)10491073
Stein­kohle
alt363)9391051
ver­bessert513)663742
Durch­schnitt393)867970
Erdgas
Neubau Turbinen-KW39,2512624
Neubau GuD-KW59340415
Durch­schnitt56,14)358436

1) Berechnung aus den primärenergiebezogenen CO2-Emissionsfaktoren (ohne Vorkettenemissionen, exklusive weiterer Treibhausgase) dividiert durch den Kraftwerkswirkungsgrad. Quelle: Umweltbundesamt 2022, Kohlendioxid-Emissionsfaktoren für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen

2) Berechnung aus den primärenergiebezogenen CO2-Emissionsfaktoren (inklusive Vorkettenemissionen und weiterer Treibhausgase als CO2-Äquivalente (CO2‑eq)) dividiert durch den Kraftwerkswirkungsgrad. Quelle: Umweltbundesamt 2022, Kohlendioxid-Emissionsfaktoren für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen

3) Mittlerer elektrischer Netto-Wirkungsgrad. Quelle: UBA 2017, Daten und Fakten zu Braun- und Steinkohlen

4) Mittlerer elektrischer Brutto-Wirkungsgrad. Quelle: UBA 2019, Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger 2018

Gesamt-Treib­haus­wirkung von Erdgas

Die Berechnung berücksichtigt die direkten Emissionen von CO2 und weiteren Treibhausgasen als CO2-Äquivalente („CO2‑eq“) sowie unterschiedliche Leckageverluste.

LeckageverlusteDiffuse Emis­sionen1)Diffuse und direkte Emissionen2)
g CO2‑eq/kWhelg CO2‑eq/kWhel
0%0358
1%108466
2%216574
3%324682
5%540898
10%10811439

1) Für die Erzeugung von einer Kilowattstunde Strom werden bei einem Wirkungsgrad von 56,1 % etwa 129 Gramm Methan benötigten. Jedes Gramm Methan hat eine Klimawirkung (GWP20) von 84 Gramm CO2. Entweicht nun also zusätzlich nur 1 % des Methans, so erhöht sich die Gesamtemission um 0,01∗129∗84=108,4 g CO2‑eq. Die Vorkettenemissionen wurden hierbei unberücksichtigt, da sie bereits Annahmen zu Leckageverlusten beinhalten. Insgesamt werden sie mit 65,8 g CO2‑eq/kWhel angegeben.

2) Zu den diffusen Emissionen werden jeweils die 358 Gramm CO2 hinzugerechnet, die beim Verbrennen von 129 Gramm Methan entstehen.

Quelle: UBA 2022, Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger 2020

Spezifische Emissionen bei der Stromerzeugung unter Berücksichtigung von Leckagen
Spezifische Kohlendioxidemissionen bei der Stromerzeugung

Creative Commons Lizenzvertrag Volker Quaschning und Bernhard Siegel, 11/2022.

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