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Hochaufgelöste Satellitenbilder von XCO2 und XCH4, Teilprojekt 2: Simulationen

Hochaufgelöste Satellitenbilder von XCO2 und XCH4, Teilprojekt 1: Observationen

Energiebedingte Emissionen von Klimagasen und Luftschadstoffen

<p>Als energiebedingte Emissionen bezeichnet man die Freisetzung von Treibhausgasen und Luftschadstoffen, die bei der Umwandlung von Energieträgern etwa in Strom und Wärme entstehen. Sie machten im Jahr 2023 83,5 % der deutschen Treibhausgas-Emissionen aus. Die Emissionen sind seit 1990 rückläufig. Hauptverursacher der energiebedingten Treibhausgas-Emissionen ist die Energiewirtschaft.</p><p>"Energiebedingte Emissionen"</p><p>Überall, wo fossile Energieträger wie Kohle, Erdgas oder Mineralöl in elektrische oder thermische Energie (Strom- und Wärmeproduktion) umgewandelt werden, werden sogenannte „energiebedingte Emissionen“ freigesetzt. Bei diesen handelt es sich sowohl um Treibhausgase – hauptsächlich Kohlendioxid (CO2) – als auch um sogenannte klassische Luftschadstoffe. Das Verbrennen von fester, flüssiger oder gasförmiger ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠ wird gemäß internationalen Bilanzierungsvorgaben als CO2-neutral bewertet. Andere dabei freigesetzte klassische Luftschadstoffe, wie zum Beispiel Stickoxide, werden jedoch bilanziert. Im Verkehrsbereich entstehen energiebedingte Emissionen durch Abgase aus Verbrennungsmotoren. Darüber hinaus entstehen energiebedingt auch sogenannte diffuse Emissionen, zum Beispiel durch die Freisetzung von Grubengas aus stillgelegten Bergwerken.</p><p>Entwicklung der energiebedingten Treibhausgas-Emissionen</p><p>Die energiebedingten Emissionen machten im Jahr 2023 83,5 % der deutschen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Treibhausgas#alphabar">Treibhausgas</a>⁠-Emissionen aus. Hauptverursacher war mit 29,5 % der energiebedingten Treibhausgas-Emissionen die Energiewirtschaft, also vor allem die öffentliche Strom- und Wärmeerzeugung in Kraftwerken sowie Raffinerien (siehe Abb. „Energiebedingte Treibhausgas-Emissionen“). Die von der Energiewirtschaft ausgestoßene Menge an Treibhausgasen ist seit 1990 in der Tendenz rückläufig. Teilweise gibt es vorübergehend besonders starke Einbrüche, wie etwa im Jahr der Wirtschaftskrise 2009 oder im von der Corona-Pandemie geprägten Jahr 2020.</p><p>Der Anteil des Sektors Verkehr lag 2023 bei 21,7 % (darunter allein der Straßenverkehr 21,1%), Industrie bei 15,7 %, private Haushalte bei 11,8 % und der Gewerbe-, Handels- und Dienstleistungssektor bei 3,4 %.</p><p>Die energiebedingten Treibhausgas-Emissionen bestehen zu 98 % aus Kohlendioxid (CO2). Methan (CH4) und Lachgas (N2O) machen den Rest aus (CO2-Äquivalente). Methan wird zum Großteil aus sogenannten diffusen Quellen freigesetzt, vor allem bei der Kohleförderung als Grubengas. Energiebedingte Lachgas-Emissionen entstehen durch Verbrennungsprozesse. Die diffusen Emissionen sanken seit 1990. Hauptquelle der diffusen Emissionen war der Ausstoß von Methan aus Kohlegruben. Die Förderung von Kohle ging seit 1990 deutlich zurück, Grubengas wurde verstärkt aufgefangen und energetisch genutzt.</p><p>&nbsp;</p><p>Energiebedingte Kohlendioxid-Emissionen durch Stromerzeugung</p><p>Die Emissionen von Kohlendioxid (CO2) aus der deutschen Stromerzeugung gingen seit dem Jahr 1990 im langjährigen Trend zurück (siehe Abb. „Kohlendioxid-Emissionen der fossilen Stromerzeugung"). Die Gründe hierfür liegen vor allem in der Stilllegung emissionsintensiver Braunkohlenkraftwerke in den 1990er Jahren und dem Rückgang der Stromerzeugung aus Braun- und Steinkohle in den vergangenen Jahren. Der Anteil des erzeugten Stroms aus emissionsärmeren Kraftwerken etwa auf Basis erneuerbarer Energieträger oder Erdgas ist in den letzten Jahrzehnten deutlich gestiegen. Auch der Austausch der Kraftwerkstechnik in alten, weniger effizienten Kohlekraftwerken durch effizientere Technik mit einem höheren Wirkungsgrad trug zum Rückgang der CO2-Emissionen bei.</p><p>Der starke Ausbau der erneuerbaren Energien schlug sich zunächst nur eingeschränkt im Trend der CO2-Emissionen nieder, da die Erzeugung von Strom aus fossilen Energiequellen nicht im gleichen Maße zurückging, wie der Ausbau der erneuerbaren Energien erfolgte. Dies ist in erster Linie auf den Rückgang der Kernenergie im Rahmen des Atomausstiegs, aber etwa auch auf die damals gestiegenen Nettostromexporte zurückzuführen (siehe <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/treibhausgas-emissionen/komponentenzerlegung-treiber-energiebedingter-thg#Stromerzeugung">Komponentenzerlegung</a>). Steinkohle-Kraftwerke verzeichneten im weiteren Verlauf als Mittellast-Kraftwerke und aufgrund relativ hoher Brennstoffkosten einen sinkenden Marktanteil. Gleichzeitig stieg die Stromerzeugung aus Erdgas deutlich an. Solange die CO2-Preise niedrig waren, konnten Braunkohle-Kraftwerke verhältnismäßig preiswert Strom produzieren. Gleichzeitig wurde immer mehr erneuerbarer Strom erzeugt und der Nettostromexport ging ab 2018 zurück (siehe <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/erneuerbare-konventionelle-stromerzeugung#bruttostromerzeugung-aus-nicht-erneuerbaren-energietragern-">Entwicklung des Stromhandelssaldos</a>). Durch den deutlichen Rückgang der Kohleverstromung im Jahr 2019 unter gleichzeitigem Ausbleiben nennenswerter emissionserhöhender Treiber sanken die Kohlendioxid-Emissionen der Stromerzeugung in diesem Jahr erheblich (ausführlicher zur Struktur der Stromerzeugung siehe Artikel „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/erneuerbare-konventionelle-stromerzeugung">Erneuerbare und konventionelle Stromerzeugung</a>“). Im Jahr 2020 gingen die CO2-Emissionen der Stromerzeugung durch die Auswirkungen der Corona-Pandemie besonders stark zurück. In den Jahren 2021 und 2022 stiegen die Emissionen wieder an. Im Jahr 2024 lagen sie auf dem niedrigsten Wert seit 1990.</p><p>Treibhausgas-Emissionen des deutschen Strommixes</p><p>Die spezifischen Emissionen (Emissionsfaktoren) des Strommixes geben an, wie viel Treibhausgase und insbesondere CO2 insgesamt pro Kilowattstunde Strom, die in Deutschland verbraucht wird, ausgestoßen werden (siehe Abb. „Treibhausgas-Emissionen des deutschen Strommixes“). Der Emissionsfaktor für die Summe der Treibhausgasemissionen wird mit Vorketten ausgewiesen, der für CO2-Emissionen ohne. Das Umweltbundesamt veröffentlicht die entsprechenden Daten und die Methodik der Berechnung in der jährlich aktualisierten Publikation „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/entwicklung-der-spezifischen-treibhausgas-11">Entwicklung der spezifischen Treibhausgas-Emissionen des deutschen Strommix in den Jahren 1990 - 2024</a>“.</p><p>Starker Rückgang weiterer „klassischer“ energiebedingter Luftschadstoffe</p><p>Neben Treibhausgasen werden energiebedingt auch weitere Luftschadstoffe emittiert. Zu ihnen gehören Stickoxide (NOx), Schwefeldioxid (SO2), Flüchtige Organische Verbindungen (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>⁠), Ammoniak (NH3) und Staub bzw. Feinstaub (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PM10#alphabar">PM10</a>⁠).</p><p>Während die energiebedingten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Treibhausgas#alphabar">Treibhausgas</a>⁠-Emissionen seit 1990 nur leicht zurückgingen, wurden die „klassischen“ Luftschadstoffe – bis auf Ammoniak (NH3) – stark vermindert (siehe Tab. „Energiebedingte Luftschadstoff-Emissionen“). Den größten Rückgang verzeichnet Schwefeldioxid (etwa 95 %).</p><p>In der jüngsten Entwicklung hat sich der abnehmende Trend bei Luftschadstoffen deutlich abgeschwächt.</p><p>Auswirkungen energiebedingter Emissionen</p><p>Energiebedingte Emissionen beeinträchtigen die Umwelt in vielfältiger Weise. An erster Stelle ist die globale Erwärmung zu nennen. Werden fossile Brennstoffe gewonnen und verbrannt, so führt dies zu einer starken Freisetzung der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4), die wiederum hauptverantwortlich für den ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Treibhauseffekt#alphabar">Treibhauseffekt</a>⁠ sind. Weitere erhebliche Umweltbelastungen werden durch die „klassischen Luftschadstoffe“ verursacht. Die Folgen sind Luftverschmutzung durch Feinstaub (PM10, PM2,5), Staub und Kohlenmonoxid (CO), ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=Versauerung#alphabar">Versauerung</a>⁠, unter anderem durch Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxide (NOx) und Ammoniak (NH3). Außerdem entsteht durch Vorläufersubstanzen wie flüchtige organische Verbindungen (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=VOC#alphabar">VOC</a>⁠) und Stickstoffoxide gesundheitsschädliches bodennahes Ozon (O3).</p>

Beurteilung und kritische Wuerdigung der 'Untersuchung der Ersatz- und Standortmoeglichkeiten einer thermischen Abfallnutzung fuer das Gebiet der Stadt Moenchengladbach und des Kreises Viersen' des Bueros Dr. Born-Dr. Ermel GmbH

Das Oeko-Institut ueberpruefte im Auftrag der Kreistagsfraktion der GRUENEN in Viersen ein Gutachten ueber die 'Einsatz- und Standortmoeglichkeiten einer Muellverbrennungsanlage fuer das Gebiet der Stadt Moenchengladbach und des Kreises Viersen'. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Ueberpruefung waren: Der Anteil an Hausmuell, der einer endgueltigen Beteiligung zugefuehrt werden muss, ist wesentlich geringer, als in dem Gutachten angenommen wird. Die konventionelle Rostfeuerung wurde durch methodisch fehlerhafte Wertung zu vorteilhaft dargestellt. Die Emissionen der vorgeschlagenen Anlage wurden aufgrund nicht korrekten Vergleichs mit Kohlekraftwerken bagatellisiert. Es wird vorgeschlagen, ein neues mengen- und schadstoffbezogenes Gutachten zu verlangen

(Öko) Logisch Fördern - Ein Zukunftspaket für Umwelt und eine Kurzstudie von Ecofys im Auftrag von Greenpeace

Mit der gezielten Förderung von Klimaschutzmaßnahmen könnte die Bundesregierung ab 2011 rund 115.000 zusätzliche Arbeitsplätze schaffen und jährlich die CO2-Emissionen von sechs Kohlekraftwerken einsparen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie von 'Ecofys' im Auftrag von Greenpeace.

Optimierung von Waermetauschersystemen fuer Abgasreinigungsanlagen

Der Waermeuebergang und Druckverlust in Regeneratoren werden experimentell und theoretisch untersucht. Hierbei sind profilierte Bleche (glatt und emailliert) als Speichermaterial eingesetzt. Insbesondere wird der Einfluss von Verschmutzung und von Erosion auf den Waermeuebergang und Druckverlust untersucht. Hierzu werden u.a. Versuche in einem Grosskraftwerk in Suedafrika durchgefuehrt, da dort durch die stark aschehaltige Kohle besonders grosse Erosion auftritt. Diese Werte werden mit Ergebnissen verglichen, die bei Windkanalversuchen ermittelt wurden. Ziel der Untersuchungen ist die Bereitstellung von Berechnungsunterlagen fuer eine Optimierung derartiger Anlage hinsichtlich einer vorzugebenden Zielgroesse.

Regionaler zellularer Verbund von Versorgungseinheiten mit Netzregelaufgaben

Für einen stabilen Netzbetrieb muss das Angebot an elektrischer Leistung stets dem Verbrauch entsprechen. Dazu halten die Übertragungsnetzbetreiber Regelleistung zur Primär- und Sekundärregelung sowie Minutenreserve vor. Mit der Zunahme der Leistungseinheiten mit volatiler Netzeinspeisung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraft und Photovoltaik, erhöht sich permanent der Bedarf an Regelleistung. Gleichzeitig wird die eingespeiste Leistung aus konventionellen Großkraftwerken und damit die zur Verfügung stehende Regelleistung abnehmen. Aktuelle Studien zeigen zudem, dass in der Primärregelung künftig signifikant kürzere Reaktionszeiten und höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten erforderlich sind. Die so entstehende Bedarfslücke kann künftig durch regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten abgedeckt werden. Sie sind gekennzeichnet durch eigene dezentrale Versorger-, Verbraucher- und Speicherkapazitäten , insbesondere Industriebetriebe mit eigenen Heizkraftwerken auf Basis von Gas, Biomasse oder Kohle mit Priorität der Wärmeversorgung, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen sowie elektrische Batteriesysteme und thermische Speicher. Sie stellen nach außen einen Verbund mit positiver und negativer Regelreserve dar. Der Netzbetreiber kann die einzelnen Verbünde gestuft einsetzen und abrufen. Hierdurch entstehen zusätzliche Redundanzen, welche die Gesamtsystemstabilität erhöhen. Ziel des Vorhabens ist es zunächst, Lösungsansätze zu entwickeln, so dass regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten auch hochdynamische Netzregelaufgaben erfüllen können. Das komplexe Zusammenwirken von Energiebereitstellungs-, Nutzungs- und Speichereinheiten unterschiedlicher Energieformen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Die Übernahme von Netzregelaufgaben muss ohne Abstriche bei Prozess- und Versorgungsstabilität, Betriebszuverlässigkeit und Anlagenlebensdauer erfolgen. Nur durch die Integration geeigneter Speicher, einer intelligenten Nutzung systeminhärenter Speicherkapazitäten sowie einer übergeordneten Steuerung und Überwachung des komplexen dezentralen Systems können die Anforderungen erfüllt werden. Als Entwicklungsplattform und Demonstrator soll das Technikum des Zentrum für Energietechnik (ZET) der TUD dienen. Es repräsentiert einen derartigen Verbund dezentraler Erzeuger- und Verbrauchereinheiten von Elektroenergie und Wärme mit Kopplung zum Strom- und Wärmenetz des lokalen Energieversorgers im Universitätscampus.

Untersuchungen zur Verwendung von Abfaellen aus Entschwefelungsanlagen von Steinkohlekraftwerken auf dem Bindemittel- und Baustoffsektor

Zielsetzung: Verwertung der anfallenden Abfallprodukte a) als Zusatz- oder Zuschlagmittel fuer Baustoffe, b) zur gefahrlosen Lagerung auf Deponien. Vorgehensweise: a) Charakterisierung der Abfaelle (chemisch, physikalisch, Mineralanalyse, thermisches Verhalten), b) Herstellung unterschiedlicher Mischungen und Verwendung von Zementen (Variation der Parameter wie W/Z-Wert, Kornaufbau usw.), c) Untersuchungsmethoden: in Anlehnung an bestehende entsprechende DIN-Normen, noetigenfalls Entwicklung neuer Pruefmethoden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), MAMAP - CoMet Projektantrag zum Beitrag der Universität Bremen zur HALO Mission CoMet im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms Atmosphären- und Erdsystemforschung mit dem Forschungsflugzeug HALO (SPP 1294)

Hauptziel des Vorhabens der Universität Bremen ist es, im Rahmen der HALO COMET Mission Antworten auf die Frage zu geben, inwieweit sich starke lokale Quellen der Treibhausgase CO2 und CH4 bzgl. ihrer Emissionen mit Hilfe von Flugzeug-gestützten Fernerkundungsmethoden (aktiv und passive) quantifizieren lassen. Um dies zu erreichen, werden aktive (Lidar) und passive (Spektrometer) Fernerkundungsmethoden mit einander kombiniert. Dabei wird mit dem Sensor MAMAP die Region um die Quelle kleinskalig erfasst, während HALO-COMET den großräumigeren Kontext der atmosphärischen CO2 bzw. CH4 Verteilung in der Atmosphäre erfasst. Der Fokus des Beitrages der Universität Bremen liegt dabei in der kleinskaligen Befliegung der Quellregionen. Aussichtsreiche Quellregionen sind für CO2 die Stadt Berlin und den naheliegenden Kohlkraftwerken im Südosten. Für CH4 eignet sich die Region Oberschlesien in Polen mit ihren aktiven Kohlerevieren und den damit verbundenen starken Methanemissionen besonders. Die Daten der Messkampagne im Frühjahr 2017 werden ausgewertet und analysiert, um daraus mit unterschiedlichen Methoden die CO2-bzw. CH4 Emissionen in der Quellregion zu bestimmen. Dabei werden die Daten von MAMAP und HALO COMET auch synergistisch verwendet, wobei insbesondere den in-situ Messungen zur Verifizierung der Fernerkundungsdaten eine wichtige Rolle zukommt (vgl. auch HALO COMET White Paper). Unterstützt wird die Dateninterpretation zudem durch hochaufgelöste Modellierung in Zusammenarbeit mit dem MPI in Jena.Im Rahmen des Vorhabens wird zudem untersucht, inwieweit die im Rahmen von COMET eingesetzten Fernerkundungssensoren (MAMAP, CHARM-F) zur Validation von Satellitensensoren eignen. Dies erfolgt durch die koordinierte Planung der Messkampagne bzgl. der Satellitenüberflüge von OCO-2 (CO2) und Sentienl-5P (CH4).

STARK Vorhaben 'Fraunhofer-Institut für Energieinfrastruktur und Geothermie IEG' Phase 2 Sofortprogramm PLUS Teil B Fraunhofer Reallabor Tiefengeothermie Rheinland Projektteil: Personalkosten zum Reallabor TG Rheinland

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