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KlimPro: Entwicklung eines umweltfreundlichen Verfahrens zur Herstellung von Soda, Teilprojekt 2: Verfahrensgrundlagen, Prozessentwicklung und Modellierung

Klimaemissionen sinken 2023 um 10,1 Prozent – größter Rückgang seit 1990

UBA-Projektion: Nationales Klimaziel bis 2030 erreichbar Im Jahr 2023 emittierte Deutschland 10,1 Prozent weniger Treibhausgase (THG) als 2022. Das zeigen neue Zahlen des Umweltbundesamtes (UBA). Gründe sind der gestiegene Anteil erneuerbarer Energien, ein Rückgang der fossilen Energieerzeugung und eine gesunkene Energienachfrage bei Wirtschaft und Verbrauchern. Insgesamt wurden 2023 in Deutschland rund 674 Millionen Tonnen THG freigesetzt – 76 Millionen Tonnen oder 10,1 Prozent weniger als 2022. Dies ist der stärkste Rückgang seit 1990. Insbesondere der Verkehrssektor muss beim Klimaschutz aber nachsteuern. Er verfehlt seine Klimaziele erneut deutlich und liegt 13 Millionen Tonnen über dem zulässigen Sektor-Budget. ⁠ UBA ⁠-Präsident Dirk Messner ordnet die Zahlen so ein: „Mit Ausbruch des Kriegs gegen die Ukraine hatten viele die Sorge, dass wir eine Renaissance der Kohle und anderer fossiler Energieträger sehen werden. Wir wissen heute, dass das nicht passiert ist. Das liegt vor allem am sehr erfolgreichen Ausbau der erneuerbaren Energien. Das ist ein großer Schritt, der uns in den kommenden Jahren beim ⁠ Klimaschutz ⁠ helfen wird. Aber nicht in allen Sektoren stehen wir glänzend da. Vor allem der Verkehrssektor bleibt weiter ein großes Sorgenkind. Hier muss dringend mehr passieren – etwa durch den Ausbau der Elektromobilität und den Abbau des Dienstwagenprivilegs und anderer klimaschädlicher Subventionen. Mit Blick auf das Jahr 2030 bin ich zuversichtlich, dass wir die nationalen Klimaziele einhalten können. Wir sind bereits ein großes Stück beim Klimaschutz vorangekommen. Zu Beginn der Legislaturperiode gingen wir für 2030 noch von 1.100 Millionen Tonnen THG zu viel aus. Jetzt sehen wir in unseren Projektionen für 2030, dass diese Lücke geschlossen werden wird, wenn wir weiter so ambitioniert am Klimaschutz arbeiten.“ Im Sektor Energiewirtschaft sind die THG-Emissionen 2023 gegenüber dem Vorjahr um rund 51,8 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente bzw. 20,1 Prozent gesunken, was auf einen geringeren Einsatz fossiler Brennstoffe zur Erzeugung von Strom und Wärme zurückzuführen ist. Besonders stark war dieser Rückgang beim Einsatz von Braun- und Steinkohle sowie bei Erdgas. Gründe hierfür sind unter anderem die deutlich gesunkene Kohleverstromung, der konsequente Ausbau der erneuerbaren Energien und ein Stromimportüberschuss bei gleichzeitig gesunkener Energienachfrage. Weitere Treiber waren Energieeinsparungen in Folge von höheren Verbraucherpreisen sowie die milden Witterungsverhältnisse in den Wintermonaten. In der Industrie sanken die Emissionen im zweiten Jahr in Folge auf rund 155 Mio. Tonnen CO 2 -Äquivalente im Jahr 2023. Dies entspricht einem Rückgang von fast 13 Mio. Tonnen oder 7,7 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Damit liegt der Industriesektor mit rund 18 Mio. Tonnen ⁠ CO2 ⁠-Äquivalente unter seiner Jahresemissionsmenge für 2023. Auch hier wird der Emissionsrückgang durch den gesunkenen Einsatz fossiler Brennstoffe, insbesondere von Erdgas und Steinkohle, bestimmt. Wichtige Treiber dieses Trends sind die negative konjunkturelle Entwicklung und gestiegene Herstellungskosten, die zu Produktionsrückgängen führten. Auch im Gebäudesektor konnte eine Emissionsminderung von 8,3 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalenten auf rund 102 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente (minus 7,5 Prozent) erreicht werden. Trotz dieser Minderung überschreitet der Gebäudesektor erneut die gemäß BUndes-Klimaschutzgesetz (KSG) erlaubte Jahresemissionsmenge, diesmal um rund 1,2 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente. Wesentliche Treiber für den Rückgang der Emissionen sind wiederum Energieeinsparungen aufgrund der milden Witterungsbedingungen in den Wintermonaten 2023 und höhere Verbraucherpreise. Auch der Zubau an Wärmepumpen wirkte sich positiv auf die Emissionsentwicklung im Gebäudebereich aus, da beispielsweise weniger Erdgas und Heizöl eingesetzt wurden. Im Verkehr wurden 2023 rund 146 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente ausgestoßen. Damit liegen die THG-Emissionen im Verkehrssektor rund 1,8 Mio. Tonnen (1,2 Prozent) unter dem Wert von 2022 und rund 13 Mio. Tonnen über der nach KSG für 2023 zulässigen Jahresemissionsmenge von 133 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente. Im Vorjahr waren die Emissionen noch leicht angestiegen. Angesichts der nur geringen Überschreitung im Gebäudesektor ist der Verkehr damit der einzige Sektor, der sein Ziel deutlich verfehlt und sich weiter vom gesetzlichen Zielpfad entfernt. Haupttreiber des geringen Emissionsrückgangs sind dabei aber nicht etwa effektive Klimaschutzmaßnahmen, sondern die abnehmende ⁠ Fahrleistung ⁠ im Straßengüterverkehr. Verglichen mit 2022 hat der Pkw-Verkehr 2023 dagegen leicht zugenommen. Die im vergangenen Jahr neu zugelassenen Elektrofahrzeuge im Pkw-Bestand wirken hier leicht emissionsmindernd. Projektionsdaten für das Jahr 2030: Aus den heute veröffentlichten aktuellen UBA-Projektionsdaten 2024 wird im Vergleich zum UBA-Projektionsbericht 2023 deutlich, dass die neuen Klimaschutzmaßnahmen auf nationaler und europäischer Ebene ihre Wirkung entfalten können. Mit einem ambitionierten Ausbau der erneuerbaren Energien bleiben die nationalen Klimaziele bis 2030 sektorübergreifend erreichbar. Die sogenannte kumulierte Jahresemissionsgesamtmenge zeigt sektorübergreifend bis 2030 sogar eine Übererfüllung von 47 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalenten. Dem Ziel, im Jahr 2030 die THG-Emissionen um 65 Prozent gegenüber 1990 zu mindern, kommt Deutschland mit den aktuell vorgesehenen Maßnahmen demnach sehr nahe. Wie die Emissionsdaten zeigen auch die aktuellen Projektionsdaten, dass die Klimaschutzanstrengungen in den einzelnen Sektoren unterschiedlich erfolgreich sind. So weist der Verkehrssektor bis 2030 eine kumulierte Minderungslücke von 180 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalenten auf. Im Sektor Gebäude werden bis 2030 wiederum 32 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente mehr emittiert als vorgesehen. Dahingegen übertrifft der Sektor Energiewirtschaft sein Emissionsziel um 175 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente, was maßgeblich auf einen gelungenen Ausbau der erneuerbaren Energien bis 2030 basiert. Auch der Sektor Industrie übertrifft laut Projektionsdaten seine gesetzlichen Vorgaben um 37 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente, dabei geht in den kommenden Jahren die Erholung der Industrie einher mit ihrer Dekarbonisierung. Die Sektoren Landwirtschaft sowie Abfallwirtschaft und Sonstiges übererfüllen ihre Ziele um 29 Mio. Tonnen, bzw. um 17 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente. Weitere Informationen: Die vorliegenden Emissionsdaten für das Jahr 2023 stellen die gegenwärtig bestmögliche Berechnung dar. Sie sind insbesondere aufgrund der zu diesem Zeitpunkt nur begrenzt vorliegenden statistischen Berechnungsgrundlagen mit entsprechenden Unsicherheiten verbunden. Die Berechnungen leiten sich aus einem System von Modellrechnungen und Trendfortschreibungen der im Januar 2024 veröffentlichten detaillierten Inventare der THG-Emissionen des Jahres 2022 ab. Die vollständigen, offiziellen und detaillierten Inventardaten zu den THG-Emissionen in Deutschland für das Jahr 2023 veröffentlicht das UBA im Januar 2025 mit der Übermittlung an die Europäische Kommission. Für die Erstellung der Projektionsdaten und des Projektionsberichts der Bundesregierung beauftragt das UBA regelmäßig ein unabhängiges Forschungskonsortium, das mit einem integrierten Modellierungsansatz abschätzt, wie sich die aktuelle Klimaschutzpolitik auf die klimaschädlichen Treibhausgasemissionen Deutschlands auswirkt. Der Fokus liegt auf den Ergebnissen in den Sektoren bis zum Jahr 2030 und auf dem Jahr 2045. Das UBA koordiniert die Arbeiten in enger Abstimmung mit den zuständigen Ressorts aller Sektoren auf Bundesebene (Energiewirtschaft, Verkehr, Industrie, Gebäude, Abfallwirtschaft, Landwirtschaft sowie ⁠ Landnutzung ⁠, Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft). Diese Projektionen sollten nicht als ⁠ Prognose ⁠ für kommende Jahre missverstanden werden. Für Projektionen werden Modelle eingesetzt, die eine langjährige, plausible Treibhausgasemissionsentwicklung unter den Bedingungen und Annahmen zum Zeitpunkt des Modellierungsstarts projizieren. Auftretenden Sondereffekten und unvorhergesehenen, kurzfristigen Ereignissen, wie z. B. die Energiekrise im vergangenen Jahr, sind methodisch nicht oder nur begrenzt integrierbar. Zusätzlich zu dem heute veröffentlichten Kurzpapier „Treibhausgas-Projektionen 2024 – Ergebnisse kompakt“ zu den Projektionsdaten 2024 hat das UBA bereits Anfang März 2024 die Annahmen für die Berechnung der Treibhausgasprojektionen veröffentlicht: Treibhausgas-Projektionen 2024 für Deutschland - Instrumente Treibhausgas-Projektionen 2024 für Deutschland - Rahmendaten

Entwicklung und Erprobung von funktionalen Komponenten und einer Prozesskette zur klimaneutralen Herstellung von Soda und Natron als Senke für erzeugtes CO2, Teilvorhaben: Entwicklung von Membranprozessen für CO2-Abtrennung/Reinigung zur Herstellung von Soda/Natron

Die Gesamtzielstellung des Projektes besteht darin, entscheidende Prozessschritte für eine alternative auf Membrantrennprozessen basierende Produktionsroute für Soda und Natron zu entwickeln und zu erproben. Zentral sind dabei die Abtrennung und Reinigung von CO2 aus Biogas bzw. aus (biogenen) Verbrennungsgasen, die Entwicklung von elektrochemischen Membranverfahren und von Adsorptionseinheiten für die Überführung von Salzsole (NaCl) in Soda-/Natronlösung mittels Salzspaltung/Metathese und die Untersuchung des Einsatzes geothermischer Energie für die weiterhin notwendigen thermische Prozessschritte zur perspektivischen Substitution von Erdgas im Zuge der Produktreinigung und -konfektionierung, siehe Verfahrensfließbild. Prozesse zur Herstellung von Basischemikalien in der chemischen Industrie zählen zu den Großemittenten von CO2. Da diese Produkte in einer Vielzahl von Produktionsketten eingesetzten werden, ist ein Verzicht oder eine Substitution nach derzeitigem Kenntnisstand nicht möglich. Daraus leitet sich die Fragestellung ab, inwieweit es technisch und wirtschaftlich möglich ist, diese Prozesse künftig so zu gestalten, dass die Emission von Treibhausgasen minimiert wird und CO2 ggf. noch stärker als bisher an Stelle fossiler Kohlenstoffträger als Rohstoff dienen kann. Ein großtechnischer Prozess, bei dem dies prinzipiell relativ leicht möglich wäre, ist die Herstellung von Soda und Natron nach dem Solvayverfahren. Im Prozess werden Kochsalz, Kohle, Kalkstein und Ammoniak eingesetzt. Es entstehen sehr große Mengen hochsaliner Abwässer als Abprodukt. Eine Verwertung der FuE-Ergebnisse auf industrieller Anwendungsebene steht daher in Aussicht. Nächster Schritt wäre die Umsetzung im Pilotmaßstab. Das CO2-Vermeidungspotential beläuft sich allein in Deutschland auf ca. 1,8 Mio. t CO2. Hinzukommt die Vermeidung des Anfalls von ca. 12,5 Mio. m3/a hochsaliner Abwässer.

Seismische Stationen in Niedersachsen

Seismische Stationen in Niedersachsen Seismische Stationen in Niedersachsen werden von verschiedenen Institutionen und zu unterschiedlichen Zwecken betrieben. Dazu gehören Stationen zur dauerhaften und unabhängigen Überwachung durch staatliche Erdbebendienste und Forschungsinstitutionen, Stationen zur Überwachung von Bergbauaktivitäten durch Industrieunternehmen und zeitweilig installierte Stationen zum Beispiel im Rahmen von Forschungsprojekten. Der Niedersächsische Erdbebendienst (NED) im LBEG betreibt seismische Stationen im Rahmen der folgenden Messnetze und Aufgaben. Stationen dieser Messnetze werden auf dem Kartenserver dargestellt: 1) Landesmessnetz Niedersachsen (LBEG): Unabhängige Erdbebenüberwachung in Niedersachsen Das Landesmessnetz Niedersachsen dient der systematischen Registrierung von natürlichen und anthropogen verursachten, induzierten Erdbeben in Niedersachsen. Es befindet sich zurzeit im Aufbau. Vorbereitet sind sechs Stationen, die vor allem in Gebieten Niedersachsens installiert werden, in denen bislang noch keine seismischen Stationen betrieben worden sind. Hochempfindliche Seismometer und Standorte an seismisch ruhigen Standorten sollen die flächendeckende Registrierung von Erdbeben auch deutlich unterhalb der Spürbarkeit des Menschen ermöglichen. 2) Kooperationsnetz Niedersachsen (LBEG, BGR): Unabhängige Erdbebenüberwachung im Gebiet der Erdgasförderregionen In den Erdgasförderregionen im zentralen Niedersachsen betreibt das LBEG ein Messnetz aus hochempfindlichen Seismometern in Kooperation mit der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR). Es befindet sich zurzeit in der technischen Überarbeitung und Erweiterung. Vorbereitet werden sechs Stationen für das Gebiet zwischen Cloppenburg und Munster bzw. Nienburg (Weser) und Rotenburg (Wümme). Induzierte Erdbeben im Zusammenhang mit Erdgasförderung können durch dieses Messnetz noch besser bewertet werden. Zum Beispiel werden Lokalisierungen mit geringen Unsicherheiten von +/-2 km angestrebt, so dass schwache Erdbeben besser ausgewertet werden können. Weitere seismische Messnetze in Niedersachsen ohne Beteiligung des LBEG werden im Folgenden kurz beschrieben. Für detaillierte Informationen verweisen wir auf die Internetseiten der jeweiligen Betreiber. Stationen dieser Messnetze werden auf dem Kartenserver nicht dargestellt: 3) German Regional Seismic Network (GRSN) (Kooperation seismologischer Institute): Erdbebenüberwachung und Forschungsaufgaben Das Deutsche Seismologische Regionalnetz (German Regional Seismic Network, GRSN) wurde in den Neunzigerjahren aufgebaut mit dem Ziel, deutschlandweit hochwertige und einheitliche seismologische Daten zu erheben. Es wird durch die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) koordiniert und in Zusammenarbeit mit deutschen Hochschul- und Forschungseinrichtungen sowie Landeserdbebendiensten betrieben. Seit seiner Errichtung wird es kontinuierlich ausgebaut. Neben den Stationsnetzen der Landeserdbebendienste liefert es einen wichtigen Beitrag zur Erdbebenüberwachung in Deutschland, in Europa und weltweit. Darüber hinaus liefert es wichtige Daten für Forschungsprojekte. Einige Stationen des GRSN befinden sich in Niedersachsen. Die Standorte der Messstationen sind zum Beispiel einsehbar unter https://www.bgr.bund.de. Eine Liste der wichtigsten Metadaten finden Sie in Textform unter https://eida.bgr.de/fdsnws/station/1/query?format=text&level=station&network=GR. Für weitere Informationen steht Ihnen die BGR als zentrale Ansprechpartnerin zur Verfügung. 4) Stationen der BGR für spezifische Beratungsaufgaben Im Rahmen ihrer spezifischen Beratungs- und Forschungsaufgaben betreibt die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) seismische Stationen, von denen einige in Niedersachsen installiert sind. Die Standorte der Messstationen der BGR sind einsehbar unter https://www.bgr.bund.de. Eine Liste der wichtigsten Metadaten finden Sie in Textform unter https://eida.bgr.de/fdsnws/station/1/query?format=text&level=station&network=GR. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte die BGR. 5) Messnetze SON und DEN des Bergschadenskundlichen Beweissicherungssystems (BBS), (BVEG) Zur Überwachung seismischer Ereignisse im Umfeld der Erdgasfördergebiete wird durch den Bundesverband Erdgas, Erdöl und Geoenergie e. V. (BVEG) ein seismisches Messnetz, das Bergschadenskundliche Beweissicherungssystem (BBS), betrieben. Die Überwachung dient zum einen der Bewertung der Auswirkungen von Erschütterungen auf Gebäude. Hierzu werden Erschütterungsmessstationen zur Bewertung entsprechend DIN 4150 betrieben (Messnetz DEN). Diese Stationen sind zumeist in öffentlichen Gebäuden in Ortszentren installiert. Zum anderen wird die Überwachung für weitergehende seismologische Auswertungen genutzt. Hierzu werden Bohrloch- und Oberflächenstationen an seismisch ruhigen Orten betrieben (Messnetz SON). Die Daten des BVEG werden dem NED für die Erdbebenüberwachung im Gebiet der Erdgasförderregionen zur Verfügung gestellt. Die Standorte der Messstationen des Bundesverbandes Erdöl, Erdgas und Geoenergie e.V. (BVEG). sind einsehbar unter http://www.bveg-maps.de/. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte den BVEG. 6) Temporäre Forschungsprojekte (verschiedene Betreiber) In Forschungsprojekten werden seismologische Detailfragen untersucht. Projekte werden von Universitäten und anderen Forschungsinstituten durchgeführt, öffentlich gefördert, in Zusammenarbeit mit oder im Auftrag von Bergbauunternehmen. Stationen im Rahmen von Forschungsprojekten werden für eine begrenzte Zeit betrieben, je nach Fragestellung typischerweise für einige Wochen bis drei Jahre. Eine Übersicht über Forschungsprojekte seit 2013, in deren Rahmen seismische Stationen betrieben wurden, stellt der NED auf Anfrage zur Verfügung. Für Informationen des Beeinflussungsbereichs von Windenergieanlagen auf seismische Stationen verweisen wir auf die Erläuterungen in den Metadaten des Themas „Seismische Stationen – Beeinflussungsbereich Windenergieanlagen“.

Errichtung einer Anlage zur Beheizung der Gewächshäuser einer Gärtnerei mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen, die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme nutzbar machen

Bei dem Pilotvorhaben der OCER Energie GmbH im niedersächsischen Zetel (Kreis Friesland/Niedersachsen), wird die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme genutzt, um Gewächshäuser einer Gärtnerei ganzjährig, kontinuierlich mit Wärme zu versorgen. Damit kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Erdgasheizung rund die Hälfte des Brennstoffs eingespart werden. Der Ausstoß an klimaschädlichem Kohlendioxid wird um rund 368 Tonnen pro Jahr verringert. Die im Rahmen des Vorhabens benötigte Wärmeenergie soll mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen Brunnenwasser aus rund 30 Meter Tiefe, das ganzjährig ca. 10 Grad Celsius warm ist, gewonnen werden. Zusätzlich soll auch die Abwärme der Gasmotoren genutzt werden. Da an sonnenscheinreichen Tagen eine Beheizung der Gewächshäuser nicht nötig ist, wird die Wärme in dieser Zeit in Wassertanks gespeichert und je nach Bedarf zugeführt. Das Vorhaben kann ein Modell für eine Vielzahl von anderen Gärtnereien und Einrichtungen sein, bei denen die benötigte Energie oft die größten Kosten verursacht und Grundwasser in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Entwicklung und Erprobung von funktionalen Komponenten und einer Prozesskette zur klimaneutralen Herstellung von Soda und Natron als Senke für erzeugtes CO2, Teilvorhaben: Grundlagenermittlung, Mitentwicklung und Bewertung des Green Soda Prozesses

In dem geplanten Vorhaben soll eine neue Produktionsroute für Natron (Natriumhydrogencarbonat) und Soda (Natriumcarbonat) bis zum Technikumsmaßstab entwickelt und optimiert werden. Durch die Verwendung von regenerativen Strom biogenem Kohlendioxid aus Biogasanlagen und salzhaltigen Abwässern soll ein nachhaltigerer Prozess als das konventionellen Ammoniak-Soda Verfahren entwickelt werden. Dafür sollen modernste Membrantechnologie und bipolare Elektrodialyse eingesetzt werden, um den Energiebedarf zu minimieren. Das neue Verfahren soll eine nachhaltige Alternative bzw. Ergänzung zum konventionellen Verfahren darstellen und dazu beitragen die Abfallströme der Sodaindustrie (Entsalzung von Abwasser) zu reduzieren, fossile Rohstoffe (Kalkstein, Erdgas, Koks bzw. Anthrazit) zu vermeiden und gleichzeitig als CO2-Senke (Carbon Capture & Utilization) zu wirken. Als zusätzliches Produkt wird bei dem Verfahren Salzsäure produziert. Des Weiteren wird geprüft, inwieweit Calciumchlorid aus den entstandenen Abfallströmen abgeschieden und vermarktet werden kann. Das Projekt wird gemeinsam durch die Partner des Fraunhofer-IKTS, der CIECH Soda Deutschland, dem E.S.C.H. Engineering Service Center und Handel GmbH, dem DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und der Wemag Projektentwicklung GmbH bearbeitet.

Wirtschaftliche Vorteile der EU Ecodesign-Richtlinie

Die EU Ecodesign-Richtlinie hat das Ziel, die Umweltauswirkungen mit dem Schwerpunkt Energieverbrauch von in der EU verkauften Produkten zu reduzieren. Für die niederländische Umweltorganisation Natuur en Milieu hat Ecofys das mit der Richtlinie verbundene Umweltschutz- und Wirtschaftspotenzial ermittelt. Die Umsetzung der EU Ecodesign-Richtlinie würde jährliche Einsparungen von bis zu 600 TWh Strom und 600 TWh Wärme im Jahr 2020 einbringen. Zusätzlich zu dem Nutzen für die Umwelt zeigt die Studie wichtige wirtschaftliche Vorteile auf wie: - Nettoeinsparungen für europäische Verbraucher und Unternehmen von 90 Mrd. Euro pro Jahr (1 Prozent des europäischen BIP) im Jahr 2020 - Durch Reinvestition dieser Einsparungen in andere Wirtschaftssektoren könnten eine Million Arbeitsplätze geschaffen werden - Die Abhängigkeit von Energieimporten könnte für Erdgas um 23 Prozent bzw. für Kohle um 37 Prozent verringert werden. Dieses hätte zur Folge, dass die EU Erdgasimporte aus Russland um die Hälfte kürzen und auf die Einfuhr von Kohle aus Russland ganz verzichtet werden könnte.

Nachhaltiges Brenngas für Industrieprozesse

In der Industrie werden Hochtemperaturprozesse (800 - 2000°C) zur Produktion von Zementklinker, Kalk oder anderen Produkten eingesetzt. In diesen Prozessen wird meist Erdgas oder Kohle für die Erzeugung von Hochtemperaturprozesswärme eingesetzt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines einsatzfähigen Systems für die Konversion von Klärschlamm und anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen in ein Brenngas zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen in Hochtemperaturindustrieprozessen. Im Rahmen von NaBI werden folgende Innovationen erforscht und erprobt, um die spezifischen Anforderungen der Hochtemperaturindustrieprozesse zu erfüllen: (1) Flexibilisierung des Gasifizierungsverfahrens bezüglich der Brennstoffqualität durch Optimierung der Wirbelschichtfluidisierung und damit Ermöglichung der Gasifizierung von Klärschlamm wechselnder Qualität sowie von weiteren Rest- und Abfallstoffen für einen breiten Einsatz des NaBI-Ansatzes. (2) Steigerung des Heizwerts des Brenngases durch Einsatz von Sauerstoff: Dadurch wird in gängigen Hochtemperaturprozessen eine weitaus höhere Substitutionsrate von Primärenergie ermöglicht. (3) Optimierung der Qualität der Klärschlammasche als Rohstoff für die Phosphorrückgewinnung durch Einsatz von Additiven. Damit wird die Attraktivität der Asche für Phosphorrückgewinnung erhöht. (4) Untersuchung und Nachweis des Einsatzes von Infrarot-Kamerasystemen für die Prozessüberwachung und -regelung. Bis 2026 wird die Marktreife für die optimierte Brenngasbereitstellung für Industrieprozesse durch Klärschlammgasifizierung erreicht, sodass die erste kommerzielle Anlage bis 2027 realisiert werden kann.

P2V: Power2ValueChemicals - Demonstration einer Wertschöpfungskette zur klimaverträglichen Produktion von Value Chemicals aus regenerativen CO2-Quellen und erneuerbar produziertem Strom, Design und Betrieb einer Miniplant für das Derisking im Scaleup

Emissionen von Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen

<p>Emissionen von Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen</p><p>Deutschland verpflichtete sich 2003 mit der Zeichnung des PRTR-Protokolls dazu, ein Register über Schadstofffreisetzungen und -transporte aufzubauen. Hierzu berichten viele Industriebetriebe jährlich dem UBA über Schadstoffemissionen und die Verbringung von Abwässern und Abfällen. Das UBA bereitet diese Daten in einer Datenbank für Bürgerinnen und Bürger auf.</p><p>Umweltbelastende Emissionen aus Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen</p><p>Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen, die mit fossilen Brennstoffen (insbesondere Steinkohle, Braunkohle, Erdgas) oder biogenen Brennstoffen betrieben werden, sind bedeutende Verursacher von umweltbelastenden Emissionen. Sie sind verantwortlich für einen erheblichen Teil des Ausstoßes an Kohlendioxid (CO₂), Stickstoffoxiden (NOx) und Schwefeloxiden (SOx). Die Kohleverbrennung ist zudem die wichtigste Emissionsquelle für das Schwermetall Quecksilber (Hg).</p><p>Das Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister (PRTR) in Deutschland</p><p>Industriebetriebe müssen jährlich dem Umweltbundesamt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠) sowohl über ihre Emissionen in Luft, Wasser und Boden berichten, als auch darüber, wie viele Schadstoffe sie in externe Abwasserbehandlungsanlagen weiterleiten und wie viele gefährliche Abfälle sie entsorgen. Die Betriebe müssen nicht über jeden Ausstoß und jede Entsorgung berichten, sondern nur dann, wenn der Schadstoffausstoß einen bestimmten Schwellenwert oder der Abfall eine gewisse Mengenschwelle überschreitet. In diesem Artikel werden Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von über 50 Megawatt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/m?tag=MW#alphabar">MW</a>⁠), die von Anhang I, Nummer 1.c) der Europäischen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PRTR#alphabar">PRTR</a>⁠-Verordnung erfasst werden, betrachtet.</p><p>Das Umweltbundesamt (UBA) sammelt die von Industriebetrieben gemeldeten Daten in einer Datenbank: dem Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister PRTR (<strong>P</strong>ollutant<strong>R</strong>elease and<strong>T</strong>ransfer<strong>R</strong>egister). Das UBA leitet die Daten dann an die Europäische Kommission weiter und macht sie im Internet unter der Adresse<a href="https://thru.de/">https://thru.de</a>der Öffentlichkeit frei zugänglich.</p><p>Es gibt drei Rechtsgrundlagen für die PRTR-Berichterstattung:</p><p>Erfasst werden im PRTR industrielle Tätigkeiten in insgesamt neun Sektoren. Einer davon ist der Energiesektor, zu dem die hier dargestellten Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen gehören. Für das aktuelle Berichtsjahr 2023 waren in Deutschland insgesamt 130 Betriebe mit einer Feuerungswärmeleistung von mehr als 50 Megawatt (MW) und mit Luftemissionen nach PRTR berichtspflichtig (siehe Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Luftemissionen im Jahr 2023“).</p><p>Die Aussagekraft des PRTR ist jedoch begrenzt. Drei Beispiele:</p><p>Kohlendioxid-Emissionen in die Luft</p><p>Kohlendioxid (CO₂)-Emissionen entstehen vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Somit gehören Wärmekraftwerke und andere stationäre Verbrennungsanlagen zu den bedeutenden Quellen dieses Treibhausgases. Dies ist auch im ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PRTR#alphabar">PRTR</a>⁠ erkennbar.<br>Nicht jeder Betreiber muss CO₂-Emissionen melden. Für die Freisetzung von CO₂ in die Luft gilt im PRTR ein Schwellenwert von 100.000 Tonnen pro Jahr (t/Jahr). Erst wenn ein Betrieb diesen Wert überschreitet, muss er dem Umweltbundesamt die CO₂-Emissionsfracht melden.In den Jahren 2007 bis 2023 meldeten jeweils zwischen 117 und 156 Betreiber von Wärmekraftwerken und andere Verbrennungsanlagen CO₂-Emissionen an das PRTR. Das Jahr 2009 fiel in der Zeitreihe hinsichtlich der freigesetzten Mengen heraus, da in diesem Jahr aufgrund der Wirtschaftskrise und der daraus folgenden geringeren Nachfrage nach Strom und Wärme weniger Brennstoffe in den Anlagen eingesetzt wurden. Der zeitweilige Anstieg der Emissionsfrachten nach 2009 ist der wirtschaftlichen Erholung geschuldet. Im Berichtszeitraum war die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderer Verbrennungsanlagen im Jahr 2023 mit 117 Betrieben als auch die berichtete Gesamtemissionsfracht mit 162 Kilotonnen am niedrigsten. Von 2016 bis 2020 ging die Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderer Verbrennungsanlagen sowie der Anteil der berichteten Gesamtemissionsfracht stetig zurück (siehe Abb. „Kohlendioxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). In den Jahren 2021 und 2022 stiegen die Einsätze von Stein- und Braunkohlen in Großfeuerungsanlagen und damit auch die CO2Emissionen wieder an. Einige Kohlekraftwerke wurden aus der Netzreserve/ Sicherheitsbereitschaft wieder in den regulären Betrieb überführt. Mit dem erhöhten Kohleeinsatz wurde während der Gaskrise teures Erdgas eingespart. Infolgedessen liefen die Erdgaskraftwerke weniger. Im Jahr 2023 ging der Kohleeinsatz in Kraftwerken wieder deutlich zurück. Hauptgründe dafür sind der verringerte Stromverbrauch, die Zunahme der Stromimporte und die erhöhte Einspeisung von erneuerbarem Strom. Das führte in der Summe zu einer merklichen Senkung der CO₂ Emissionen. Auch die Anzahl der CO₂-meldenden Kraftwerke war 2023 im Vergleich zum Vorjahr rückläufig, weil aufgrund von Stilllegungen aber vor allem wegen verringerter Volllaststunden Anlagen unter den Schwellenwert fielen.Die Frachtangaben zu CO₂ im PRTR basieren größtenteils auf Berechnungen der Betreiber. Als Grundlage dienen Brennstoffanalysen zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes. CO₂ Messungen im Abgas werden nur selten vorgenommen.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Kohlendioxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 117 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 100.000 Tonnen CO₂ in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die Größenordnung der jeweils vom Betrieb freigesetzten CO₂-Menge:Stickstoffoxid-Emissionen in die LuftStickstoffoxide (Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, gerechnet als Stickstoffdioxid und abgekürzt mit NOx, schädigen die Gesundheit von Mensch, Tier und Vegetation in vielfacher Weise. Im Vordergrund steht die stark oxidierende Wirkung von Stickstoffdioxid (NO2). Außerdem tragen einige Stickstoffoxide als Vorläuferstoffe zur Bildung von bodennahem Ozon und sekundärem Feinstaub bei, wirken überdüngend und versauernd und schädigen dadurch auch mittelbar die Vegetation und den Boden. Berichtspflichtig im ⁠PRTR⁠ sind NOx-Emissionen in die Luft ab einem Schwellenwert von größer 100.000 Kilogramm pro Jahr (kg/Jahr).In den Jahren von 2007 bis 2023 ging die Anzahl Stickstoffoxid-Emissionen meldender Betriebe von 157 auf 89 Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen zurück. Seit 2013 ist ein Rückgang der berichteten NOx-Gesamtemissionen im PRTR von 209 Kilotonnen (kt) auf 86 Kilotonnen (kt) in 2023 zu beobachten. Der auffallende niedrige Wert berichteter NOx-Gesamtemissionen iHv. 101 Kilotonnen (kt) im Jahr 2020 ist der besonderen Situation dieses Jahres geschuldet. Einerseits nahm der Stromverbrauch aufgrund der Corona-Pandemie ab und der Stromexport verringerte sich. Andererseits legte die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern zu. Das führte in der Summe zu einem erheblichen Rückgang des Kohleeinsatzes. Im Jahr 2021 führte die wirtschaftliche Erholung und die geringe Stromerzeugung aus Windenergie zu einer Erhöhung der Brennstoffeinsätze und entsprechend zu einer Emissionssteigerung. Aufgrund der Gaskrise und der damit verbundenen Brennstoffwechsel von Gas zu Kohle und Ölprodukten kam es im Jahr 2022 nochmals zu einer Erhöhung der berichteten Gesamtemissionsfracht. Die zeitgleich erfolgte Verschärfung der NOX-Grenzwerte im Zuge der Novelle der 13. ⁠BImSchV⁠ dämpfte den Emissionsanstieg. Im Jahr 2023 sanken die NOX-Emissionen im Vergleich zum Vorjahr wieder um rund 29 %. (siehe Abb. „Stickstoffoxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Der deutliche Rückgang im Jahr 2023 lässt sich im Wesentlichen durch den verringerten Einsatz von Kohlen, Erdgas und Ölprodukten zur Stromerzeugung erklären. Die Gründe dafür sind die erhöhte Einspeisung von erneuerbarem Strom, die Erhöhung von Stromimporten und die verringerte Stromnachfrage.Die Frachtangaben zu NOxim PRTR basieren größtenteils auf kontinuierlichen Messungen der Betreiber.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Stickstoffoxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 89 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 100 t Stickstoffoxid (t NOx) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Stickstoffoxid-Mengen:Schwefeloxid-Emissionen in die LuftSchwefeloxide (wie zum Beispiel SO2, im Folgenden nur SOxgenannt) entstehen überwiegend bei Verbrennungsvorgängen fossiler Energieträger wie zum Beispiel Kohle. Schwefeloxide können Schleimhäute und Augen reizen und Atemwegsprobleme verursachen. Sie können zudem aufgrund von Ablagerung in Ökosystemen eine ⁠Versauerung⁠ von Böden und Gewässern bewirken. Der Schwellenwert für im ⁠PRTR⁠ berichtspflichtige SOx-Emissionen in die Luft beträgt größer 150.000 Kilogramm pro Jahr (kg/Jahr).In den Jahren von 2007 bis 2023 meldeten jeweils zwischen 42 und 80 Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen Schwefeloxidemissionsfrachten. In den Jahren 2007 und 2013 war der höchste Stand der Gesamtfrachten mit jeweils 157 Kilotonnen (kt) zu verzeichnen. Die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen ist seit 2013 kontinuierlich rückläufig und erreichte 2020 mit 42 meldenden Betrieben den niedrigsten Stand. Das Jahr 2023 stellt mit berichteten 47 Kilotonnen (kt) das Jahr mit der niedrigsten Gesamtemissionsfracht in der Zeitreihe dar und liegt damit sogar noch unter dem Wert der Corona-Krise im Jahr 2020. &nbsp;2023 nahm im Vergleich zum vorangegangenen Jahr, 2022, die Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen um rund 15 % zu, der Anteil der berichteten Gesamtemissionsfracht hingegen um rund 18 % ab (siehe Abb. “Schwefeloxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Der Hauptgrund für den Emissionsrückgang im Jahr 2023 der deutlich verringerte Kohleeinsatz zur Stromerzeugung. Bemerkenswert ist, dass die Umsetzung der strengeren Grenzwerte und der höheren Schwefelabscheidegrade in der novellierten Fassung der 13. ⁠BImSchV⁠ im Jahr 2022 dazu führte, dass das Emissionsniveau trotz gestiegener Kohleeinsätze gleichblieb. Bei Betrachtung der gesamten Zeitreihe von 2007 bis 2023 ist ein Rückgang berichteter Gesamtemissionsfrachten von rund 70 % zu verzeichnen. Der Emissionsrückgang im Zeitraum 2007 bis 2023 ist, ähnlich wie bei Stickstoffoxiden, im Wesentlichen auf den sinkenden Kohleeinsatz in Wärmekraftwerken zurückzuführen. Besonders stark ging der Steinkohleeinsatz zurück, aber auch der Braunkohleeinsatz verringerte sich signifikant. Dabei verlief die Entwicklung in den einzelnen Braunkohlerevieren uneinheitlich. Aufgrund der unterschiedlichen Schwefelgehalte in den verschiedenen Revieren (rheinische Braunkohle niedriger Schwefelgehalt, mitteldeutsche Braunkohle hoher Schwefelgehalt) korreliert die Emissionsminderung nicht direkt mit der Entwicklung der Brennstoffeinsätze. Nachdem in den Jahren 2021 und 2022 aufgrund des Kernkraftausstieges und der Gaskrise wieder mehr Stein- und Braunkohle eingesetzt wurde, drehte sich diese Entwicklung im Jahr 2023 wieder um und entsprechend führte der reduzierte Kohleeinsatz zu einer deutlichen Senkung der Emissionen.Die Frachtangaben zu SOxim PRTR basieren größtenteils auf kontinuierlichen Messungen der Betreiber.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Schwefeloxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 43 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 150 Tonnen Schwefeloxid (t SOx) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Schwefeloxid-Mengen:Quecksilber-Emissionen in die LuftDas zur Gruppe der Schwermetalle gehörende Quecksilber (Hg) wird hauptsächlich frei, wenn Energieerzeuger fossile Brennstoffe wie Kohle für die Energieerzeugung verbrennen. Quecksilber und seine Verbindungen sind für Lebewesen teilweise sehr giftig. Die stärkste Giftwirkung geht von Methylquecksilber aus. Diese Verbindung reichert sich besonders in Fischen und Schalentieren an und gelangt so auch in unsere Nahrungskette.Die Zahl der Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen, die Hg-Emissionen in die Luft an das ⁠PRTR⁠ meldeten, pendelte in den Jahren 2007 bis 2023 zwischen 19 und 56. Ein Betreiber muss nur dann berichten, wenn er mehr als 10 Kilogramm Quecksilber pro Jahr (kg/Jahr) in die Luft emittiert. Im Jahr 2009 gingen die Emissionen aufgrund der gesunkenen Nachfrage nach Strom und Wärme zurück. Der Anstieg der Emissionsfrachten von 2009 auf 2010 ist der wirtschaftlichen Erholung geschuldet. Die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen und die berichtete Gesamtemissionsfracht erreichte im Jahr 2020 mit 19 Betrieben den niedrigsten Stand innerhalb der Zeitreihe 2007 bis 2023, was den oben genannten Besonderheiten des Jahres 2020 geschuldet ist. &nbsp;Das Jahr 2023 stellt mit berichteten 2,17 Kilotonnen (kt) das Jahr mit der niedrigsten Gesamtemissionsfracht in der Zeitreihe dar. Bei Betrachtung der gesamten Zeitreihe von 2007 bis 2023 ist von 2016 bis 2023 ein deutlicher Rückgang der berichteten Gesamtemissionsfrachten um rund 50 % zu verzeichnen (siehe Abb. „Quecksilber-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Für den Rückgang der gemeldeten Gesamtemissionsfracht bis 2023 gibt es hauptsächlich zwei Gründe: Den wesentlichen Anteil hat der deutliche Rückgang der Kohleverstromung. Weiterhin trägt die Einführung eines auf das Jahr bezogenen Quecksilbergrenzwertes dazu bei, der erstmals für das Jahr 2019 anzuwenden war, und der deutlich strenger ist als der bisherige und weiterhin parallel geltende auf den einzelnen Tag bezogene Grenzwert. Diese neue Anforderung bewirkt, dass vor allem die Kraftwerke im mitteldeutschen Braunkohlerevier – hier liegen deutlich höhere Gehalte an Quecksilber in der Rohbraunkohle vor als im rheinischen Revier – erhebliche Anstrengungen für eine weitergehende Quecksilberemissionsminderung unternehmen mussten. Infolgedessen kommt es im mitteldeutschen Revier zu einer deutlichen Minderung der spezifischen Quecksilberemissionen. Aber auch im Lausitzer Revier gingen in den Jahren 2019 und 2020 die spezifischen Quecksilberemissionen zurück. Die Gründe für den Rückgang der Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen sind zum einen Anlagenstilllegungen, aber auch der verringerte Steinkohleeinsatz in den verbliebenen Anlagen, der dazu führt, dass einige Anlagen unter die Abschneidegrenze fallen. Der Emissionsanstieg den Jahren 2021 und 2022 ist im Wesentlichen auf den, angesichts der Gaskrise, erhöhten Braun- und Steinkohleeinsatz zurückzuführen. Daraus ergibt sich auch eine höhere Anzahl der meldenden Steinkohlenkraftwerke, die den Schwellenwert überschreiten. Im Jahr 2022 wurden im Zuge der Umsetzung der BVT-Schlussfolgerungen die gesetzlichen Anforderungen nochmals deutlich verschärft. Von daher kommt es trotz einer Erhöhung des Kohleeinsatzes in Großfeuerungsanlagen von über 8 % nur zu einer leichten Zunahme der Quecksilberemissionen von 0,3 %. Im Jahr 2023 sinken die Quecksilberemissionen im Vergleich zum Vorjahr um rund 25 %. Der Hauptgrund für diese Entwicklung ist der deutlich verringerte Einsatz von Stein- und Braunkohlen zur Stromerzeugung.Der größte Teil der Betreiber ermittelt die Hg-Luftemissionen über Messungen, die meisten davon kontinuierlich. Ein Teil der Quecksilberemissionen wird aber auch über Berechnungen ermittelt, die meist auf den vorgeschriebenen Brennstoffanalysen basieren.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Quecksilber-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst die 23 Betriebe, die nach eigenen Angaben im Jahr 2023 mehr als 10 Kilogramm Quecksilber (kg Hg) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Menge an Quecksilber:

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