Dekarbonisierung der Industrie – Treiber, Hemmnisse und Handlungsoptionen

In der einschlägigen Literatur werden zahlreiche Hemmnisse und Treiber dafür genannt, die im Folgenden aufgezeigt werden. Diese Einflussfaktoren stimmen jedoch nur in Teilen mit denen überein, die von Unternehmen selbst genannt werden. Daraus abgeleitet ergeben sich verschiedene Handlungsmöglichkeiten und -empfehlungen für Politik und Wirtschaft.

Relevanz der Industrie für die Energiewende

Der deutsche Industriesektor war 2021 mit 181 Mio t CO₂eq für etwa 23,8 % der gesamten Treibhausgasemissionen Deutschlands verantwortlich [1]. Gleichzeitig entfielen auf die Industrie 2020 mit 657 TWh etwa 28,4 % des deutschen Endenergieverbrauchs, wovon wiederum etwa 2/3 für Prozesswärme aufgewendet wurden [2, 3]. Mit der Novelle des Klimaschutzgesetzes (KSG) hat die deutsche Bundesregierung 2021 erstmals verpflichtende Treibhausgasminderungsziele für die verschiedenen Sektoren vorgelegt [4]. Demnach darf der Industriesektor 2030 nur noch 118 Mio. t CO₂eq ausstoßen – das sind 63 Mio. t CO₂eq bzw. 34,8 % weniger als 2021.

Der Industriesektor ist aufgrund seines hohen Energieverbrauchs und seiner Emissionsintensität zentraler Schauplatz für die Energiewende; jedoch steht er auch vor besonderen Herausforderungen, die mit einer Dekarbonisierung einhergehen. Zum einen gibt es „die Industrie“ nicht – in zahlreichen Industriezweigen existieren vielseitige hochkomplexe Produktionsprozesse. Dementsprechend vielfältig sind auch die Möglichkeiten zur Dekarbonisierung in den verschiedenen Industriesektoren. Als herausfordernd gestaltet sich dabei insbesondere die Dekarbonisierung von Hochtemperaturprozesswärme. Die Optionen reichen von der Umstellung auf das Wasserstoff-basierte Direktreduktionsverfahren in der Stahlproduktion über CO₂-Abscheidung in der Zementproduktion bis hin zu einem Ersatz stofflich genutzter fossiler Grundstoffe in der Grundstoffchemie [5].

Zum anderen ist der Energiebedarf besonders in den energieintensiven Industriesektoren sehr hoch, weshalb eine Elektrifizierung fossiler Produktionswege und Prozesse mit einem bedeutsamen Anstieg des Strombedarfs verbunden ist. Dies impliziert eine hohe Bedeutung der Verfügbarkeit erneuerbarer Energien sowie der zugehörigen Infrastruktur für das Gelingen der Dekarbonisierung. Befürchtungen über einen bevorstehenden Gasmangel und Unklarheiten bezüglich der zeitlichen Verfügbarkeit und der Menge von (grünem) Wasserstoff tragen zu zögerlichem Handeln und Unsicherheiten in der Industrie bei. Daher ist eine eingängige Auseinandersetzung mit Treibern und Hemmnissen der industriellen Dekarbonisierung sowie daraus resultierenden Handlungsempfehlungen nötig.

Dekarbonisierung – welche Möglichkeiten gibt es?

Dekarbonisierung bezieht sich auf die Reduktion und schließlich Vermeidung von CO₂ in verschiedenen Sektoren, darunter die Industrie [6]. Unter den verschiedenen Möglichkeiten der Dekarbonisierung ist die Elektrifizierung die prominenteste: dabei wird die Energie für Prozesse nicht mehr durch fossile Energieträger, sondern durch Strom aus erneuerbaren Energieträgern bereitgestellt. Das wohl bekannteste und am weitesten verbreitete Beispiel hierfür ist die elektrische Wärmeerzeugung oder power-to-heat [5]. Man unterscheidet zwischen direkter (Nutzung erneuerbaren Stroms für Prozesse) und indirekter (Nutzung synthetischer Energieträger oder Wasserstoff) Elektrifizierung. Ein weiterer zentraler Baustein der Dekarbonisierung ist die Flexibilisierung – also die flexible Nutzung fluktuierender erneuerbarer Energien. Mit steigender Elektrifizierung kommt der Flexibilisierung eine wachsende Bedeutung zu, da sie hilft, peaks in der Stromnachfrage abzuflachen. Im Rahmen des Lastenmanagements sind des Weiteren Speichertechnologien, wie Batterien, relevant.

Herausforderungen und Hemmnisse bei der Dekarbonisierung

Literatur

Einflussfaktoren für die Dekarbonisierung sind vielfältig und komplex. Sie wirken auf verschiedenen Ebenen. Auf politischer Ebene sind für die deutsche Industrie vor allem EU-weite und deutsche Politiken relevant. Auf EU-Ebene gehört dazu der EU-Emissionshandel (EU-ETS), der seit 2005 besteht. Er stand jedoch in der Vergangenheit aufgrund zu niedriger und ineffektiver Preise sowie aktuell fluktuierender Preise und dadurch fehlende Planungssicherheit in der Kritik [7]. Hier setzt der 2019 vorgestellte EU Green Deal an: Er schlägt einen Instrumentenmix aus verstärktem Emissionshandelssystem, Grenzausgleichsmechanismus und Förderung CO₂-armer Technologien vor. Diese Instrumente sollen eine wettbewerbsfähige Dekarbonisierung und letztendlich einen treibhausgasneutralen europäischen Kontinent voranbringen [8]. Der Green Deal befindet sich in einem dynamischen Gestaltungsprozess; viele Details zur konkreten Ausgestaltung der Instrumente, wie etwa dem Grenzausgleichsmechanismus oder der Reform des EU-ETS sind noch offen. Potenziell könnte ein hoher CO₂-Preis zusammen mit einem ungenügenden Grenzausgleichsregime die Dekarbonisierung behindern und zu Industrieabwanderung führen (Carbon-Leakage-Risiko der Industrie [9]). Funktionierende finanzielle Anreize für CO₂-arme Technologien, die diese auf EU-Ebene wettbewerbsfähig machen, können die Dekarbonisierung hingegen fördern.

Um einen technischen Wandel für Unternehmen zu ermöglichen, müssen geeignete Rahmenbedingungen für den Einsatz strombasierter Prozesse geschaffen werden. Sehr relevant sind dabei die Kosten der Investitionen und der Nutzung. Heute weisen strombasierte Technologien oft noch höhere Kosten auf als ihre fossilen Alternativen [10]. Auch erschwert die freie Zuteilung von Emissionszertifikaten an Unternehmen eine Elektrifizierung. Es werden also nicht die vollen Kosten fossiler Prozesse an sie weitergereicht. Diese Subvention bedarf einer Überarbeitung, die bereits durch die Reformen des European Green Deal angestoßen wurde.

Auch die heutige Form der Netzentgelte erschwert eine Elektrifizierung. Das betrifft insbesondere den Leistungspreis. Dieser fällt hoch aus, wenn eine hohe Leistung aus dem Netz bezogen wird. Der Umstieg von fossilen zu strombasierten Prozessen kann so durch eine erhöhte Spitzenleistung zu höheren Kosten führen. Investitionen in eine strombasierte Technologie würden dadurch erschwert [11]. Durch die Ausnahmeregelung des §19 (2) Stromnetzentgeltverordnung ergibt sich der Anreiz, Strom möglichst gleichmäßig zu verbrauchen. Dadurch wird ein Großteil der Netzentgelte erlassen. Eine Veränderung dieses Strombezugs kann dazu führen, dass diese Tatbestände nicht eingehalten werden können. Der Umstieg von fossilen zu strombasierten Prozessen führt dann zu hohen zusätzlichen Kosten. Auch verhindert diese Regelung lastseitige Flexibilität. In Zukunft ist daher eine Netzentgeltreform notwendig, die strombasierten Technologien Rechnung trägt. Diese sollte nicht nur die Netzbelastung des Verbrauchs, sondern auch erneuerbare Erzeugung bei der Kostenermittlung berücksichtigen. Flexible Verbraucher könnten sich dann an diesen Faktoren orientieren, um von niedrigen Netzentgelten zu profitieren. Für eine Bereitstellung von Flexibilität bedarf es jedoch auch weiterer Anpassungen innerhalb von Unternehmen, insbesondere aus organisatorischer Perspektive.

Neben der Flexibilisierung bestehen auch bei der Dekarbonisierung Barrieren auf Unternehmensebene (siehe bspw. [12, 13]). Große Unternehmen klagen häufig über die fehlende Wettbewerbsfähigkeit CO₂-armer Technologien und Prozesse und wünschen sich ein Level Playing Field im Sinne von einheitlichen Wettbewerbsbedingungen – etwa durch einheitliche, vorhersehbare CO₂-Preise. Eine weitere Herausforderung betrifft die in energieintensiven Industrien angewandten Technologien: Anlagen wie etwa Steamcracker in der Chemie haben Lebenszeiten von ca. 50 Jahren. Das bedeutet, dass es nur selten Zeitfenster für Investitionen gibt und diese gezielt abgepasst werden müssen. Des Weiteren haben Unternehmen und ihre Produkte bzw. deren Umwelt- und Klimafreundlichkeit eine unterschiedlich hohe Sichtbarkeit bei Endkunden und anderen Stakeholdern. Bei Vor- und Zwischenprodukten, wie denen der energieintensiven Industrien, besteht oftmals kein externer Druck, diese zu dekarbonisieren. Zudem werden in der Literatur das Vorhandensein innovationshemmender Organisationsstrukturen sowie eine fehlende Priorisierung von Dekarbonisierung moniert. Zuletzt stehen viele KMU vor der Herausforderung fehlender personeller, finanzieller und organisationaler Ressourcen, um ihre Emissionshotspots zu identifizieren und durch geeignete Alternativen zu ersetzen.

Abweichende Meinungen aus der Industrie?

Die Literatur ist sich einig: höhere CO₂-Preise verbunden mit einem funktionierenden Grenzausgleich und einer Reform der Netzentgelte sind der Schlüssel zur Dekarbonisierung. Im Rahmen eines projektbezogenen Workshops mit Industrievertretern wurde deutlich, dass Unternehmen diese Ansicht jedoch nur bedingt teilen. Besonders kritisch sehen einige Industrievertreter den Grenzausgleich, da er international handelnden Unternehmen potenziell schaden könne. Da der Mechanismus bislang nur importseitig angelegt ist, befürchten sie fehlende Wettbewerbsfähigkeit exportierter Waren auf außereuropäischen Märkten. Eine weitere zentrale Herausforderung wird in der Grundlastsicherung der energieintensiven Industrien gesehen. Das Problem fluktuierender erneuerbarer Energien sei durch Lösungen wie Speichertechnologien und, wo möglich, einer hohen Flexibilisierung zu lösen; auch ein intensivierter Netzausbau oder Kraftwerke zur Erzeugung von Regelenergie seien denkbare Lösungen.

Eine der größten Herausforderungen sehen Unternehmen in der Verfügbarkeit und den Kosten erneuerbarer Energien. Der (Grün-)Strompreis sei zu hoch, um im Inland auf Dauer wettbewerbsfähig zu produzieren. Zudem werde die Eigenerzeugung von Strom durch langwierige und komplizierte Genehmigungsverfahren erschwert. Darüber hinaus hinke der Netzausbau der Installation der Erzeugungskapazitäten hinterher. Der Fachkräftemangel verschärfe die bestehenden Probleme, da er etwa dazu führe, dass geplante Eigenerzeugungskapazitäten nicht realisiert werden können. Hoffnung setzen Unternehmen vor allem in die Entschlackung der Genehmigungsverfahren, beispielsweise die Eigenerzeugung von Grünstrom betreffend, und in zielgerichtete und funktionierende Finanzierungsmaßnahmen. CO₂-Differenzverträge werden als besonders vielversprechend angesehen. Darüber hinaus wird ein zügiger Ausbau erneuerbarer Energien und eine langfristige Senkung des Strompreises gefordert. Ein interner Treiber der Dekarbonisierung wird zuletzt in der Sensibilisierung von Mitarbeitern gesehen.

Wie kann eine Transformation zu einer klimaneutralen Industrie gelingen?

Während zwischen Wissenschaft und Wirtschaft über einzelne politische Instrumente Uneinigkeit besteht, herrscht Konsens über die stärksten Hemmnisse einer raschen und tiefgreifenden Dekarbonisierung. Der zu langsame Ausbau erneuerbarer Energien sowie deren derzeit noch hoher Preis sind ein bedeutendes Hindernis, ebenso wie die aktuell fehlende Wettbewerbsfähigkeit klimafreundlicher Technologien. Weitere Faktoren, die adressiert werden müssen, sind mangelnde langfristige Planungssicherheit für Unternehmen und fehlende Rahmenbedingungen oder Mindestanforderungen an die THG-Reduktion für einzelne Unternehmen.

Auf EU-Ebene bleibt vor allem die Ausgestaltung des Green Deals zu beobachten. Eine stringente Umsetzung seiner Maßnahmen könnte langfristige Weichen für die Dekarbonisierung stellen. Dazu gehört vor allem eine Reform des EU-Emissionshandelssystems mit einer Anhebung des CO₂-Preises, einer Reduktion der maximal auszustoßenden Emissionen bzw. der maximal verfügbaren Zertifikate, und einer Orientierung der Vergabe von Freizertifikaten an Merkmalen wie CO₂-Intensität der Anlagen. Des Weiteren sollte ein EU-Grenzausgleichsmechanismus mit finanziellen Anreizen zur CO₂-armen Produktion im Inland gekoppelt sein, um eine Abwanderung energieintensiver Industrien zu verhindern. Ein Vorschlag hierzu sind sog. CO₂-Differenzverträge, die für einen definierten Zeitraum Investitionen in CO₂-arme Technologien fördern, indem sie die Differenz zu fossilen Technologien zahlen. Diese Verträge sollten auf nationaler Ebene vergeben werden, sich aber an EU-weit definierte Kriterien halten.

Auf nationaler Ebene muss vor allem der Ausbau der erneuerbaren Energien vorangetrieben werden. Dabei kann Unternehmen eine zentrale Rolle zukommen: Im Rahmen von sog. Power Purchase Agreements investieren Unternehmen in erneuerbare Erzeugungskapazitäten und sichern sich gleichzeitig für mehrere Jahre einen festen Strombezugspreis aus diesen. So kann die Investitionskraft von Unternehmen genutzt werden, um ihren hohen Strombedarf CO₂-neutral zu decken. Trotzdem sollte die Sicherung der industriellen Grundlast nicht vernachlässigt werden – ausreichende Speichertechnologien und eine Reform der Netzentgelte, um eine Flexibilisierung der Stromnutzung zu fördern, sind hierfür unabdingbar.

Um unternehmensspezifische Barrieren der Dekarbonisierung abzubauen, ist der politische Rahmen besonders wichtig. Neben der Schaffung einheitlicher Rahmenbedingungen können finanzielle Anreize und Förderungen für die Investitionen in CO₂-arme Technologien deren Verbreitung fördern. Um Greenwashing zu verhindern, sollten einheitliche Bewertungskriterien für Klimaziele wie Klima- oder Treibhausgasneutralität entwickelt und angewendet werden. Ein übergeordnetes Ziel sollte abschließend der stete Austausch diverser Stakeholder aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft sein, um Maßnahmen zu entwickeln, die eine hohe Akzeptanz haben und praktisch umsetzbar sind.

Literatur

[1] Umweltbundesamt (2022): Treibhausgas-Emissionen in Deutschland. Verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/. Wert für 2021 geschätzt.

[2] Umweltbundesamt (2021): Energieverbrauch nach Energieträgern und Sektoren. Verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/

[3] AG Energiebilanzen e.V. (2021): Anwendungsbilanzen zur Energiebilanz Deutschland: Endenergieverbrauch nach Energieträgern und Anwendungszwecken.

[4] Umweltbundesamt (2022): Treibhausgasminderungsziele Deutschlands. Verfügbar unter: www.umweltbundesamt.de/daten/klima/treibhausgasminderungsziele-deutschlands.

[5] Agora Energiewende und Wuppertal Institut (2019): Klimaneutrale Industrie: Schlüsseltechnologien und Politikoptionen für Stahl, Chemie und Zement. Berlin, November 2019.

[6] IPCC (2018): Annex I: Glossary. In: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA. 541-562.

[7] Lilliestam, J., Patt, A., & Bersalli, G. (2021): The effect of carbon pricing on technological change for full energy decarbonization: A review of empirical ex‐post evidence. WIREs Climate Change, 12(1).

[8] European Commission (2019): Communication from the Commission on the European Green Deal: COM(2019) 640 final.

[9] Knodt, M., Müller, R., Ringel, M. & Schlacke, S. (2021): (Un)Fit for 55? Lehren aus der Implementation der Governance-Verordnung. Kopernikus-Projekt Ariadne, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Juni 2021. Carbon Leakage bedeutet, dass CO₂-intensive Industrien bei zu hohen CO₂-Preisen in Länder oder Regionen mit niedrigeren CO₂-Preisen abwandern. Dies hat für die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft sowie für das Ziel der globalen Dekarbonisierung negative Auswirkungen.

[10] Chiappinelli, O., Gerres, T., Neuhoff, K., Lettow, F., de Coninck, H., Felsmann, B., Joltreau, E., Khandekar, G., Linares, P., Richstein, J., Sniegocki, A., Stede, J., Wyns, T., Zandt, C. & Zetterberg, L. (2021): A green COVID-19 recovery of the EU basic materials sector: identifying potentials, barriers and policy solutions, Climate Policy, 21 (10), 1328-1346.

[11] Consentec & Fraunhofer ISI (2018): Optionen zur Weiterentwicklung der Netzentgeltsystematik für eine sichere, umweltgerechte und kosteneffiziente Energiewende.

[12] Oberthur, S., Khandekar, G., & Wyns, T. (2021). Global Governance for the Decarbonization of Energy-Intensive Industries: Great Potential Underexploited. Earth System Governance, 8, 100072.

[13] Wesseling, J.H., Lechtenbohmer, S., Ahman, M., Nilsson, L.J., Worrell, E., Coenen, L. (2017): The Transition of Energy Intensive Processing Industries Towards Deep Decarbonization: Characteristics and Implications for Future Research. Renewable and Sustainable Energy Review 79, 1303-1313.

F. Riedel, J. Berneiser, J. Kucknat, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg; M. Vogel, Öko-Institut e.V., Freiburg
Ansprechpartnerin: franziska.sophie.riedel@ise.fraunhofer.de