Warum und wie man Elektrifizierung misst

Wie viel unseres Stroms kommt aus kohlenstoffarmen Energiequellen? Diese Schlüsselfrage ist der Grund, warum diese Website erstellt wurde. Strom ohne fossile Brennstoffe zu erzeugen, ist notwendig, um den Klimawandel zu bekämpfen (und würde auch unsere Luft sauberer machen). Aber während der Fortschritt, gemessen an dieser Metrik, notwendig ist, ist er nicht ausreichend – und sich zu sehr auf die Metrik des sauberen Stroms zu konzentrieren, kann problematisch sein.

Um zu verstehen, warum das so ist, schauen wir uns zwei Länder an, die bereits den Großteil ihres Stroms dekarbonisiert haben: Brasilien (92 %) und Schweden (95 %). Wenn man allein nach der Metrik der kohlenstoffarmen Elektrizität geht, scheinen diese beiden Länder fast fertig zu sein. Sind sie das?

Nein. Obwohl ihr Strom fast frei von fossilen Brennstoffen ist, verbrauchen sie weiterhin Kohle, Öl und Gas außerhalb des Energiesektors. Weltweit werden fast alle Ölprodukte, zwei Drittel des Erdgases und ein Drittel der Kohle für Zwecke verwendet, die nicht die Stromerzeugung umfassen. Mit anderen Worten, selbst bei 100 % kohlenstoffarmer Elektrizität weltweit würde sich der Ölverbrauch kaum ändern, Erdgas würde nur um ein Drittel reduziert, und ein Drittel der Kohle – der schlimmste Emittent von Treibhausgasen unter den fossilen Brennstoffen – bliebe bestehen.

Die gute Nachricht ist, dass viele dieser anderen Energieverwendungen elektrifiziert werden können. Verbrennungsmotorfahrzeuge können durch Elektroautos ersetzt werden, Gasheizungen durch Wärmepumpen, und es werden Anstrengungen unternommen, die Kohle zur Stahl- und Zementproduktion zu ersetzen.

Die kohlenstoffarme Elektrizitätsmetrik erfasst keine Fortschritte in diesen Sektoren. Wir brauchen eine neue Metrik: eine, die misst, wie umfassend der Energienutzungswandel in allen Sektoren hin zur Elektrizität stattgefunden hat. Die kohlenstoffarme Strommetrik misst den Fortschritt im Stromsektor – aber wie bedeutend ist dieser Sektor für die gesamten Emissionen? Wenn ein Land ein sauberes Netz hat, dieses Netz jedoch nur einen kleinen Teil der Wirtschaft versorgt, ist die Wirkung dieser Dekarbonisierung begrenzt. Konkret gesagt, wird der Einfluss auf die Emissionen durch die Metrik bestimmt, um die es in diesem Artikel geht: Elektrifizierung. Hier ist eine Denkweise darüber:

Gesamtdekarbonisierung = Kohlenstoffarme Elektrizität (%) * Elektrifizierung (%).

Diese Formel ist natürlich vereinfacht. Sie berücksichtigt nicht die genauen Emissionsfaktoren jeder Energiequelle und suggeriert, dass nicht-elektrische Energiequellen alle fossil sind (was meist, aber nicht immer wahr ist, wobei Biokraftstoffe und Geothermie in einigen Regionen bedeutende Ausnahmen sind). Aber obwohl sie vereinfacht ist, denke ich, dass diese Formel nützlich ist und eine wesentliche Verbesserung gegenüber der einzelnen kohlenstoffarmen Elektrizitätsmetrik darstellt.

Wie messen wir also die Elektrifizierung? Die intuitive Antwort könnte sein:

Elektrifizierung = Elektrizität / Gesamtenergie

Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass die Berechnung sehr schwierig ist. Elektrizität und "Gesamtenergie" werden auf unterschiedliche Weise gemessen. Elektrizität ist relativ einfach – sie ist die von Kraftwerken erzeugte Energie. Es gibt einige Energieverluste bei der Übertragung, aber diese sind relativ gering. Gesamtenergie ist hingegen viel komplexer. Die gängigste Messgröße ist die sogenannte Primärenergie, die den Energiegehalt in fossilen Brennstoffen misst, bevor sie verbrannt werden. Energieverluste bei der Verbrennung von Kohle, Gas und Öl sind erheblich – in den meisten Fällen geht mehr als die Hälfte dieses Energiegehalts als Wärme verloren. Elektrizität und Primärenergie direkt zu vergleichen, ist irreführend, da es suggeriert, dass eine Einheit Primärenergie durch eine Einheit Elektrizität ersetzt werden muss.

Es gibt einen Lösungsansatz namens Substitutionsmethode, der den Primärenergieäquivalent von Elektrizität anhand von Schätzungen durchschnittlicher Energieverluste ermittelt. Die Anwendung der Substitutionsmethode auf Elektrizität und der Vergleich mit Primärenergie ist eine Möglichkeit, Elektrifizierung zu schätzen. Durchschnittswerte zu verwenden, ist auf globaler Ebene in Ordnung (weltweite Elektrifizierung betrug 2018 39,8 % laut IEA, oder 41,2 % laut EI). Aber durchschnittliche Energieverlustzahlen auf Länderebene anzuwenden, erzeugt viel Lärm. Ein krasses Beispiel: Diese Methode würde behaupten, dass die Elektrifizierung in Norwegen 2018 bei 105 % lag (laut IEA-Zahlen).

Man könnte versuchen, Umwandlungsverluste für jedes Land basierend auf seinen spezifischen Energiemix zu schätzen – Erdgas kann zum Beispiel mit deutlich höherem Wirkungsgrad verbrannt werden als Kohle. Elektrifizierungszahlen, die mit diesem Ansatz erstellt werden, könnten mehr über die Schätzungen und Annahmen der Berechnungsmethode aussagen als über tatsächliche Trends. Hinzu kommt, dass verschiedene Primärenergiedatenquellen manchmal stark abweichende Zahlen melden. Beispielsweise, wenn wir die Zahlen des Energy Institute verwenden, lag die Elektrifizierung in der Schweiz 2019 bei 53 %; wenn wir stattdessen die Zahlen der IEA verwenden, lag sie bei 64 %. Welche ist wahr?

Wir schlagen eine alternative Methode vor. Anstatt Primärenergienummern zu nutzen, verwenden wir Treibhausgasemissionsdaten für den gesamten Energiesektor und vergleichen diese mit den Emissionen aus dem Stromsektor. Diese Methode konzentriert sich auf die tatsächliche Umweltwirkung der Elektrifizierung. Weil die Frage, die wir beantworten möchten, ist, welche Auswirkungen Elektrizität auf die gesamten Emissionen hat, ist es sinnvoll, mit Emissionsdaten zu beginnen.

Emissionen aus der Stromerzeugung hängen von der Energiequelle ab. Mit IPCC-Zahlen, haben Wind und Kernkraft die niedrigsten Emissionen mit etwa 12 gCO2eq/kWh. Im Gegensatz dazu sind die Emissionen aus Kohle fast 70-mal höher. Wenn wir die tatsächlichen Emissionen der Elektrizität mit den Emissionen der Energie direkt vergleichen, wäre das Verhältnis ein Maß sowohl für die Dekarbonisierung der Elektrizität als auch für die Elektrifizierung. Wir wollen die Wirkung der Elektrifizierung isolieren. Dazu müssen wir zunächst den Einfluss der Dekarbonisierung beseitigen.

Wir simulieren ein Szenario, in dem der gesamte Strom durch fossile Brennstoffe erzeugt wird, um die Messung auf verschiedenen Ebenen der Dekarbonisierung zu standardisieren. Dadurch können wir Elektrizität einheitlich messen, unabhängig vom Fortschritt der Dekarbonisierung. Die Grundformel, die wir verwenden, ist:

Elektrifizierung = Fossile Elektrizitäts-Emissionen / (Fossile Elektrizitäts-Emissionen + Nicht-elektrische Energieemissionen)

Ein Weg, über diese Metrik nachzudenken, ist, dass, wenn die Elektrifizierung bei 100 % liegt, 100 % der energiebedingten Emissionen davon abhängen, wie der Strom erzeugt wird. Andererseits, wenn die Elektrifizierung nur 20 % beträgt, kann allein durch die Dekarbonisierung des Netzes nur auf 20 % der gesamten Energieemissionen eingewirkt werden.

Für Daten zu den Emissionen des Energiesektors haben wir die folgenden Quellen verwendet: IEA, ClimateWatch, PIK, UNFCCC und das Energy Institute. In einigen Fällen berichten unterschiedliche Quellen stark voneinander abweichende Zahlen. Wir haben einen Filter angewendet, sodass nur Zahlen berücksichtigt werden, die durch mehrere Quellen bestätigt wurden (mit einem Unterschied von weniger als 3 %).

Hauptergebnisse

Schauen wir uns die beiden vorherigen Beispiele noch einmal an. Unsere Berechnungen geben Brasilien einen Elektrifizierungswert von 52 %. Schweden steht besser da mit 81 %. Beide Länder schneiden besser ab als der globale Durchschnitt (48 %) und beide haben noch Arbeit vor sich. Diese Metrik gibt uns eine Vorstellung davon, wie viel Arbeit noch nötig ist.

Welche Länder haben die höchsten Elektrifizierungsraten? Die Top 10 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 laut unseren Berechnungen das am stärksten elektrifizierte Land der Welt. Es hat auch die mit Abstand höchste Stromerzeugung pro Kopf. Die geringe Bevölkerung Islands, die große Verfügbarkeit von Wasserkraft und seine sehr bedeutende Aluminiumindustrie machen es zu einem Ausreißer.

Es mag überraschen, dass Bhutan an zweiter Stelle steht. Dies liegt zum Teil daran, dass seine Stromerzeugung (alles aus Wasserkraft) größer ist als die Inlandsnachfrage – 2014 (das jüngste Jahr mit konsistenten Emissionsdaten) wurden 70 % des Stroms exportiert. In Bezug auf die Produktion ist der Energiesektor Bhutans zu 90 % elektrifiziert, aber in Bezug auf den Verbrauch (ohne Nettoexporte) wäre die Zahl viel niedriger.

Nach unten auf der Liste stellt sich heraus, dass es ein häufiges Merkmal vieler der höchstrangigen Länder ist, bedeutende Nettoexporteure von Strom zu sein. Paraguay exportiert 60 % seines Stroms, Schweden 15 %, Laos 78 %, Norwegen 8 %, Tadschikistan 8 %, Montenegro 5 % und Sambia 7 %. All diese Länder hätten niedrigere Elektrifizierungswerte, wenn wir die Nettoexporte ausschließen würden. Andererseits scheint es fair, diese Länder hoch zu bewerten – der Grad, in dem ihre Netze dekarbonisiert sind, betrifft nicht nur ihre eigenen Emissionen, sondern auch die Emissionen der Nachbarländer.

Hohe Elektrifizierung, niedrige Dekarbonisierung

Wenn ein Land einen hohen Grad an Elektrifizierung erreicht hat, der größte Teil seines Stroms jedoch noch fossil ist, bedeutet das, dass die Säuberung seines Netzes einen außergewöhnlich großen Einfluss auf die gesamten Emissionen haben wird. Es stellt sich heraus, dass es mehrere Anwärter gibt:

	Elektrifizierung	Kohlenstoffarme Elektrizität
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 Kontext sauberer Energie häufig nicht hervorgehoben, und das zu Recht – aber angesichts ihres hohen Elektrifizierungsgrades haben sie, wenn sie ihre Netze sauber machen, das Potenzial, schnell zu Vorreitern der Dekarbonisierung zu werden.

Niedrige Elektrifizierung, hohe Dekarbonisierung

Am anderen Ende gibt es Länder, die sehr saubere Stromnetze haben, bei denen jedoch der niedrige Elektrifizierungsgrad bedeutet, dass der Einfluss auf die Gesamtemissionen begrenzt ist:

	Elektrifizierung	Kohlenstoffarme Elektrizität
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 %

Diese Länder haben einige der saubersten Stromnetze der Welt, aber Elektrizität stellt einen relativ kleinen Anteil der gesamten Emissionen dar. Die Hauptaufgabe in der Zukunft besteht darin, mehr ihrer Energieverwendung auf Elektrizität umzustellen – und die kohlenstoffarme Stromerzeugung zu erweitern, um dieser zusätzlichen Nachfrage gerecht zu werden.

Wer wird besser?

Vielleicht der interessanteste Aspekt dieser Daten ist herauszufinden, welche Länder sich am meisten verbessern. Wenn wir die Veränderungen zwischen den Jahren 2000 und 2020 betrachten, gab es die bedeutendsten Zuwächse in:

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 hebt sich in dieser Liste aufgrund der Größe ihrer Wirtschaft und ihrer Bedeutung für die gesamten weltweiten Emissionen hervor. Im selben Zeitraum stieg der kohlenstoffarme Anteil der Elektrizität im Land von 17,9 % auf 32,8 %. Obwohl der Fortschritt bemerkenswert ist, ist der Fortschritt in Bezug auf die Elektrifizierung möglicherweise genauso bedeutend. Wir denken, dass Elektrifizierung mehr Aufmerksamkeit erhalten sollte und hoffen, dass die von uns vorgeschlagene Metrik und diese Daten einen hilfreichen Beitrag leisten können.

Links

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Veränderungen der Elektrifizierung

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