Warum und wie wir Elektrifizierung messen sollten

23. September 2024

9 Min. Lesezeit

Wie viel unseres Stroms stammt aus CO₂-armen Energiequellen? Diese zentrale Frage war der Anlass, diese Website ins Leben zu rufen. Strom ohne fossile Brennstoffe zu erzeugen, ist notwendig, um den Klimawandel zu bekämpfen (und würde auch unsere Luft sauberer machen). Doch Fortschritte bei dieser Kennzahl sind zwar notwendig, reichen allein aber nicht aus – und eine zu starke Konzentration auf den Anteil sauberen Stroms kann problematisch sein.

Um zu verstehen, warum das so ist, betrachten wir zwei Länder, deren Stromerzeugung bereits weitgehend dekarbonisiert ist: Brasilien (92%) und Schweden (95%). Gemessen am Anteil CO₂-armen Stroms scheinen diese beiden Länder schon fast am Ziel zu sein. Sind sie das wirklich?

Nein. Ihr Strom ist zwar nahezu frei von fossilen Brennstoffen, doch außerhalb des Stromsektors verbrauchen sie weiterhin Kohle, Öl und Gas. Weltweit werden fast das gesamte Öl, zwei Drittel des Erdgases und ein Drittel der Kohle für andere Zwecke als die Stromerzeugung eingesetzt. Anders gesagt: Selbst wenn weltweit 100% des Stroms CO₂-arm erzeugt würden, würde sich der Ölverbrauch kaum verändern, der Erdgasverbrauch nur um ein Drittel sinken und ein Drittel des Kohleverbrauchs bestehen bleiben – obwohl Kohle unter allen fossilen Brennstoffen die höchsten Treibhausgasemissionen verursacht.

Die gute Nachricht ist, dass sich ein großer Teil dieses übrigen Energieverbrauchs elektrifizieren lässt. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor können durch Elektroautos ersetzt werden, Gasheizungen durch Wärmepumpen. Auch daran, die bei der Stahl- und Zementherstellung eingesetzte Kohle zu ersetzen, wird bereits gearbeitet.

Die Kennzahl für CO₂-armen Strom erfasst Fortschritte in diesen Bereichen nicht. Wir brauchen eine neue Kennzahl: eine, die misst, in welchem Umfang die Energienutzung über alle Sektoren hinweg auf Strom umgestellt wurde. Der Anteil CO₂-armen Stroms misst Fortschritte innerhalb des Stromsektors – doch wie groß ist dessen Bedeutung für die Gesamtemissionen? Wenn ein Land eine saubere Stromversorgung hat, diese aber nur einen kleinen Teil der Wirtschaft versorgt, bleibt die Wirkung dieser Dekarbonisierung begrenzt. Genauer gesagt wird die Wirkung auf die Emissionen von der Kennzahl bestimmt, um die es in diesem Artikel geht: der Elektrifizierung. Man kann sich den Zusammenhang so vorstellen:

Gesamte Dekarbonisierung = Anteil CO₂-armen Stroms (%) × Elektrifizierung (%).

Diese Formel ist natürlich stark vereinfacht. Sie berücksichtigt nicht die genauen Emissionsfaktoren der einzelnen Energiequellen und unterstellt, dass alle nicht elektrischen Energiequellen fossil sind. Das trifft überwiegend, aber nicht immer zu: Biobrennstoffe und Geothermie sind in manchen Regionen wichtige Ausnahmen. Trotz dieser Vereinfachung halte ich die Formel für nützlich und für einen großen Fortschritt gegenüber der alleinigen Betrachtung des Anteils CO₂-armen Stroms.

Wie messen wir also Elektrifizierung? Die naheliegende Antwort könnte lauten:

Elektrifizierung = Strom / Gesamtenergie

Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass er sich nur sehr schwer berechnen lässt. Denn Strom und „Gesamtenergie“ werden auf unterschiedliche Weise gemessen. Bei Strom ist es recht einfach: Gemessen wird die von Kraftwerken erzeugte elektrische Energie. Bei der Stromübertragung entstehen zwar Verluste, diese sind jedoch vergleichsweise gering. Bei der Gesamtenergie ist die Sache deutlich komplizierter. Die gebräuchlichste Messgröße ist die sogenannte Primärenergie. Sie erfasst den Energiegehalt fossiler Brennstoffe vor ihrer Verbrennung. Die bei der Verbrennung von Kohle, Gas und Öl entstehenden Energieverluste sind erheblich – in den meisten Fällen geht mehr als die Hälfte dieses Energiegehalts als Wärme verloren. Ein direkter Vergleich von Strom und Primärenergie ist irreführend, weil er nahelegt, dass eine Einheit Primärenergie durch eine Einheit Strom ersetzt werden muss.

Eine mögliche Lösung ist die sogenannte Substitutionsmethode. Sie schätzt das Primärenergieäquivalent von Strom anhand angenommener durchschnittlicher Energieverluste. Diese Methode auf Strom anzuwenden und das Ergebnis anschließend mit der Primärenergie zu vergleichen, ist eine Möglichkeit, den Elektrifizierungsgrad abzuschätzen. Auf globaler Ebene sind Durchschnittswerte durchaus geeignet: Die weltweite Elektrifizierung lag 2018 anhand der IEA-Zahlen bei 39,8% beziehungsweise laut EI bei 41,2%. Werden durchschnittliche Energieverluste jedoch auf einzelne Länder angewendet, entstehen erhebliche Verzerrungen. Ein extremes Beispiel: Nach dieser Methode hätte die Elektrifizierung Norwegens 2018 bei 105% gelegen, wenn man die IEA-Zahlen zugrunde legt.

Wir könnten versuchen, die Verluste bei der Umwandlung von Primärenergie für jedes Land gesondert zu schätzen, etwa anhand seines jeweiligen Energiemixes. Erdgas lässt sich beispielsweise mit einem deutlich höheren Wirkungsgrad verbrennen als Kohle. Die so ermittelten Elektrifizierungswerte könnten allerdings mehr über die Schätzungen und Annahmen der Berechnungsmethode aussagen als über die tatsächlichen Entwicklungen. Hinzu kommt, dass verschiedene Quellen für Primärenergiedaten teilweise stark voneinander abweichende Zahlen melden. Verwenden wir beispielsweise die Zahlen des Energy Institute, lag die Elektrifizierung der Schweiz 2019 bei 53%; mit den IEA-Zahlen waren es dagegen 64%. Welche Zahl stimmt?

Wir schlagen eine alternative Methode vor. Statt Primärenergiewerte zu verwenden, betrachten wir die Treibhausgasemissionen des gesamten Energiesektors und vergleichen sie mit den Emissionen des Stromsektors. Diese Methode konzentriert sich auf die tatsächlichen Umweltauswirkungen der Elektrifizierung. Da wir herausfinden möchten, welchen Einfluss Strom auf die Gesamtemissionen hat, ist es sinnvoll, bei den Emissionszahlen anzusetzen.

Die Emissionen der Stromerzeugung hängen von der Energiequelle ab. Laut IPCC-Zahlen haben Wind- und Kernenergie mit rund 12 g CO2eq/kWh die niedrigsten Emissionen. Die Emissionen von Kohle sind dagegen fast 70-mal so hoch. Würden wir die tatsächlichen Emissionen der Stromerzeugung direkt mit den Emissionen des Energiesektors vergleichen, würde das Verhältnis sowohl die Dekarbonisierung der Stromerzeugung als auch die Elektrifizierung abbilden. Wir möchten jedoch den Einfluss der Elektrifizierung gesondert betrachten. Dafür müssen wir zunächst den Einfluss der Dekarbonisierung herausrechnen.

Wir simulieren ein Szenario, in dem der gesamte Strom aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird. So können wir die Messung unabhängig vom jeweiligen Dekarbonisierungsgrad vereinheitlichen. Dadurch wird Strom unabhängig von den Fortschritten bei der Dekarbonisierung auf einer einheitlichen Grundlage bewertet. Unsere grundlegende Formel lautet:

Elektrifizierung = Emissionen bei vollständig fossiler Stromerzeugung / (Emissionen bei vollständig fossiler Stromerzeugung + Emissionen der Energienutzung außerhalb des Stromsektors)

Diese Kennzahl lässt sich so verstehen: Bei einer Elektrifizierung von 100% hängen sämtliche energiebedingten Emissionen davon ab, wie Strom erzeugt wird. Liegt die Elektrifizierung dagegen nur bei 20%, kann die Dekarbonisierung der Stromversorgung allein lediglich 20% der gesamten energiebedingten Emissionen beeinflussen.

Für die Daten zu den Emissionen des Energiesektors haben wir folgende Quellen verwendet: IEA, ClimateWatch, PIK, UNFCCC und das Energy Institute. In manchen Fällen melden verschiedene Quellen stark voneinander abweichende Zahlen. Wir haben deshalb einen Filter angewendet: Berücksichtigt werden nur Werte, die von mehreren Quellen mit einer Abweichung von weniger als 3% bestätigt werden.

Wichtigste Ergebnisse

Kehren wir zu den beiden Beispielen vom Anfang zurück. Unsere Berechnungen ergeben für Brasilien einen Elektrifizierungsgrad von 52%. Schweden schneidet mit 81% besser ab. Beide Länder liegen über dem weltweiten Durchschnitt von 48%, und beide haben noch Arbeit vor sich. Diese Kennzahl vermittelt uns eine Vorstellung davon, wie viel noch zu tun ist.

Welche Länder haben die höchsten Elektrifizierungsgrade? Die ersten zehn sind:

Island	91,3%
Bhutan	90,0%
Paraguay	81,7%
Schweden	81,2%
Laos	79,4%
Norwegen	75,9%
Tadschikistan	69,8%
Montenegro	68,7%
Malta	66,5%
Sambia	65,9%

Island ist unseren Berechnungen zufolge das am stärksten elektrifizierte Land der Welt. Es hat außerdem mit großem Abstand die höchste Stromerzeugung pro Kopf. Die geringe Bevölkerungszahl, das große Wasserkraftangebot und die sehr bedeutende Aluminiumindustrie machen Island zu einem Sonderfall.

Überraschender ist vielleicht, dass Bhutan den zweiten Platz belegt. Das liegt zum Teil daran, dass seine Stromerzeugung – vollständig aus Wasserkraft – den inländischen Bedarf übersteigt. Im Jahr 2014, dem jüngsten Jahr mit konsistenten Emissionsdaten, wurden 70% des Stroms exportiert. Produktionsbezogen erreicht Bhutans Energiesektor einen Elektrifizierungsgrad von 90%; verbrauchsbezogen, also ohne Nettoexporte, wäre der Wert jedoch deutlich niedriger.

Bei den weiteren Ländern auf der Liste zeigt sich, dass viele der Spitzenreiter bedeutende Nettoexporteure von Strom sind. Paraguay exportiert 60% seines Stroms, Schweden 15%, Laos 78%, Norwegen 8%, Tadschikistan 8%, Montenegro 5% und Sambia 7%. Bei all diesen Ländern wäre der Elektrifizierungsgrad niedriger, wenn wir Nettoexporte ausschließen würden. Andererseits erscheint ihre hohe Platzierung durchaus gerechtfertigt: Wie weit ihre Stromversorgung dekarbonisiert ist, beeinflusst nicht nur die eigenen Emissionen, sondern auch die der Nachbarländer.

Hohe Elektrifizierung, geringe Dekarbonisierung

Hat ein Land einen hohen Elektrifizierungsgrad erreicht, erzeugt seinen Strom aber noch überwiegend aus fossilen Brennstoffen, hat die Umstellung auf eine saubere Stromversorgung eine besonders große Wirkung auf die Gesamtemissionen. Dafür kommen mehrere Länder und Regionen infrage:

	Elektrifizierung	CO₂-armer Strom
Malta	66,50%	11,50%
Israel	64,40%	6,80%
Republik China (Taiwan)	65,00%	16,90%
Hongkong	66,00%	0
Nordmazedonien	59,50%	18,00%
Singapur	57,30%	1,60%

Diese Regionen werden im Zusammenhang mit sauberer Energie selten hervorgehoben, und das zu Recht. Aufgrund ihres hohen Elektrifizierungsgrads haben sie jedoch das Potenzial, mit einer sauberen Stromversorgung rasch zu Vorreitern der Dekarbonisierung zu werden.

Geringe Elektrifizierung, hohe Dekarbonisierung

Am anderen Ende des Spektrums stehen Länder mit einer sehr sauberen Stromversorgung, deren geringer Elektrifizierungsgrad die Wirkung auf die Gesamtemissionen jedoch begrenzt:

	Elektrifizierung	CO₂-armer Strom
Äthiopien	25,40%	99,90%
Kongo – Kinshasa	29,00%	98,00%
Slowakei	40,10%	85,20%
Kenia	27,70%	85,10%
Nordkorea	29,40%	83,20%
Venezuela	32,70%	80,90%

All diese Länder verfügen über einige der saubersten Stromversorgungssysteme der Welt, doch Strom steht nur für einen relativ kleinen Teil der Gesamtemissionen. Die wichtigste Aufgabe besteht künftig darin, einen größeren Teil ihrer Energienutzung auf Strom umzustellen – und die CO₂-arme Stromerzeugung auszubauen, um diesen zusätzlichen Bedarf zu decken.

Wer macht Fortschritte?

Die vielleicht interessanteste Anwendung dieser Daten besteht darin, festzustellen, welche Länder die größten Fortschritte machen. Betrachtet man die Veränderungen zwischen 2000 und 2020, gab es die stärksten Zuwächse in folgenden Ländern:

Kambodscha	11,3	⮕	40,3 %
Honduras	37,5	⮕	61 %
Island	71,6	⮕	93 %
Volksrepublik China	30,4	⮕	51,3 %
Ruanda	5,7	⮕	23,7 %
Eritrea	17,9	⮕	35,4 %
Zypern	34,4	⮕	50,2 %
Schweiz	43,5	⮕	59,2 %
Malaysia	27,5	⮕	43,2 %
Ecuador	26,5	⮕	41,9 %

Die Volksrepublik China sticht in dieser Liste aufgrund der Größe ihrer Wirtschaft und ihrer Bedeutung für die weltweiten Gesamtemissionen hervor. Im selben Zeitraum stieg der Anteil CO₂-armen Stroms im Land von 17,9% auf 32,8%. Das ist ein sehr bedeutender Fortschritt, doch die Fortschritte bei der Elektrifizierung waren wohl ebenso wichtig. Wir sind der Ansicht, dass Elektrifizierung mehr Aufmerksamkeit erhalten sollte, und hoffen, dass die von uns vorgeschlagene Kennzahl und diese Daten einen hilfreichen Beitrag dazu leisten können.