23. September 2024

Warum und wie man Elektrifizierung misst

Wie viel unseres Stroms stammt aus kohlenstoffarmen Energiequellen? Diese entscheidende Frage ist der Grund, warum diese Website erstellt wurde. Stromerzeugung ohne fossile Brennstoffe ist notwendig, um den Klimawandel zu bekämpfen und unsere Luft zu reinigen. Doch obwohl Fortschritte, die an dieser Metrik gemessen werden, notwendig sind, reichen sie allein nicht aus – und ein übermäßiger Fokus auf die saubere Strommetrik kann problematisch sein.

Um zu verstehen, warum, schauen wir uns zwei Länder an, die bereits den größten Teil ihres Stroms dekarbonisiert haben: Brasilien (92 %) und Schweden (95 %). Anhand der kohlenstoffarmen Strommetrik scheinen diese beiden Länder fast am Ziel zu sein. Sind sie es wirklich?

Nein. Während ihr Strom fast frei von fossilen Brennstoffen ist, verbrauchen sie weiterhin Kohle, Öl und Gas außerhalb des Stromsektors. Weltweit wird fast das gesamte Öl, zwei Drittel des Erdgases und ein Drittel der Kohle für andere Zwecke als die Stromerzeugung verwendet. Mit anderen Worten: Selbst bei weltweit 100 % kohlenstoffarmem Strom würde sich der Ölverbrauch kaum ändern, Erdgas würde nur um ein Drittel sinken und ein Drittel der Kohle – der schlimmste Emittent von Treibhausgasen unter den fossilen Brennstoffen – würde verbleiben.

Die gute Nachricht ist, dass ein Großteil dieser anderen Energienutzung elektrifiziert werden kann. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (ICE) können durch Elektroautos ersetzt werden, Gasboiler durch Wärmepumpen, und es wird daran gearbeitet, Kohle, die zur Stahl- und Zementproduktion verwendet wird, zu ersetzen.

Die kohlenstoffarme Strommetrik erfasst den Fortschritt in diesen Sektoren nicht. Wir benötigen eine neue Metrik: eine, die misst, in welchem Umfang die Energienutzung in allen Sektoren auf Strom umgestellt wurde. Die kohlenstoffarme Strommetrik misst den Fortschritt im Stromsektor – aber wie bedeutend ist der Stromsektor für die gesamten Emissionen? Wenn ein Land ein sauberes Stromnetz hat, dieses Netz jedoch nur einen kleinen Teil der Wirtschaft speist, ist der Einfluss dieser Dekarbonisierung begrenzt. Genauer gesagt wird der Einfluss auf die Emissionen durch die Metrik bestimmt, um die es in diesem Artikel geht: Elektrifizierung. Folgende Ansicht dazu:

Totale Dekarbonisierung = Kohlenstoffarmer Strom (%) * Elektrifizierung (%).

Diese Formel ist natürlich vereinfachend. Sie berücksichtigt nicht die genauen Emissionsfaktoren jeder Energiequelle und suggeriert, dass nicht-elektrische Energiequellen alle fossil sind (was meist, aber nicht immer zutrifft, Biokraftstoffe und geothermische Energie sind in einigen Regionen bedeutende Ausnahmen). Aber obwohl vereinfacht, denke ich, dass diese Formel nützlich ist und eine erhebliche Verbesserung gegenüber der einzelnen kohlenstoffarmen Strommetrik ist.

Also, wie messen wir Elektrifizierung? Die intuitive Antwort könnte sein:

Elektrifizierung = Strom / Gesamte Energie

Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass er extrem schwer zu berechnen ist. Das liegt daran, dass Strom und „Gesamtenergie“ auf unterschiedliche Weisen gemessen werden. Strom ist relativ einfach – es ist der Energieoutput, der von Kraftwerken erzeugt wird. Es gibt einige Energieverluste während des Stromtransports, aber diese sind relativ gering. Gesamtenergie hingegen ist viel komplexer. Die gängigste Messgröße wird als Primärenergie bezeichnet, die den Energiegehalt in fossilen Brennstoffen misst, bevor sie verbrannt werden. Die Energieverluste, die bei der Verbrennung von Kohle, Gas und Öl anfallen, sind erheblich – in den meisten Fällen gehen mehr als die Hälfte dieses Energiegehalts in Form von Wärme verloren. Ein direkter Vergleich von Strom und Primärenergie ist irreführend, da er nahelegt, dass 1 Einheit Primärenergie durch 1 Einheit Strom ersetzt werden muss.

Es gibt einen Umgehungsweg, genannt die Substitutionsmethode, die den primären Energieäquivalent von Strom basierend auf Schätzungen der durchschnittlichen Energieverluste kalkuliert. Die Substitutionsmethode auf Strom anzuwenden und ihn dann mit Primärenergie zu vergleichen, ist eine Möglichkeit, Elektrifizierung zu schätzen. Die Verwendung von Durchschnittswerten ist im globalen Maßstab in Ordnung (die weltweite Elektrifizierung lag 2018 bei 39,8 % laut IEA-Zahlen oder 41,2 % laut EI). Doch die Anwendung durchschnittlicher Energieverlustzahlen auf Länderebene führt zu Lärmproblemen. Ein extremes Beispiel: Diese Methode würde behaupten, dass die Elektrifizierung in Norwegen im Jahr 2018 bei 105 % lag (laut IEA-Zahlen).

Wir könnten versuchen, die Primärenergieumwandlungsverluste für jedes Land abzuschätzen, vielleicht basierend auf dessen spezifischem Energiemix – Erdgas kann zum Beispiel mit deutlich höherer Effizienz verbrannt werden als Kohle. Elektrifizierungszahlen, die mit diesem Ansatz erstellt werden, können mehr über die Schätzungen und Annahmen der Berechnungsmethode aussagen als über tatsächliche Trends. Hinzu kommt, dass verschiedene Primärenergiedatenquellen manchmal stark unterschiedliche Zahlen berichten. Wenn wir zum Beispiel Energieinstitutszahlen verwenden, lag die Elektrifizierung in der Schweiz 2019 bei 53 %; verwenden wir dagegen IEA-Zahlen, war es 64 %. Welche ist nun wahr?

Wir schlagen eine alternative Methode vor. Anstatt Primärenergiezahlen zu verwenden, nutzen wir die Zahlen der Treibhausgasemissionen für den Energiesektor insgesamt und vergleichen diese mit den Emissionen aus dem Stromsektor. Diese Methode konzentriert sich auf die tatsächlichen Umweltwirkungen der Elektrifizierung. Da die Frage, die wir beantworten wollen, der Einfluss von Strom auf die Gesamtemissionen ist, macht es Sinn, mit Emissionszahlen zu beginnen.

Die Emissionen aus der Stromerzeugung hängen von der Energiequelle ab. Laut IPCC-Zahlen haben Wind und Kernkraft die geringsten Emissionen mit etwa 12 gCO2eq/kWh. Im Gegensatz dazu sind die Emissionen aus Kohle fast 70-mal höher. Wenn wir die tatsächlichen Stromemissionen direkt mit Energieemissionen vergleichen, wäre das Verhältnis ein Maß sowohl für die Stromdekarbonisierung als auch für die Elektrifizierung. Wir möchten die Auswirkungen der Elektrifizierung isolieren. Dazu müssen wir zuerst die Auswirkungen der Dekarbonisierung entfernen.

Wir simulieren ein Szenario, in dem der gesamte Strom aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird, um die Messung auf unterschiedlichen Dekarbonisierungsniveaus zu standardisieren. Dadurch können wir Strom in einheitlicher Weise messen, unabhängig vom Fortschritt bei der Dekarbonisierung. Die grundlegende Formel, die wir verwenden, lautet:

Elektrifizierung = Fossile Stromemissionen / (Fossile Stromemissionen + Nicht-Strom-Emissionen)

Eine Möglichkeit, über diese Metrik nachzudenken, ist, dass, wenn die Elektrifizierung bei 100 % liegt, 100 % der energiebezogenen Emissionen davon abhängen, wie Strom erzeugt wird. Andererseits, wenn die Elektrifizierung nur bei 20 % liegt, kann das Entkohlen des Netzes allein nur 20 % der gesamten Energieemissionen beeinflussen.

Für Daten zu Emissionen im Energiesektor haben wir folgende Quellen genutzt: IEA, ClimateWatch, PIK, UNFCCC und das Energieinstitut. In einigen Fällen melden unterschiedliche Quellen stark unterschiedliche Zahlen. Wir haben einen Filter angewendet, sodass nur Zahlen eingeschlossen werden, die durch mehrere Quellen mit einem Unterschied von weniger als 3 % bestätigt werden.

Hauptergebnisse

Kehren wir zu den beiden früheren Beispielen zurück. Unsere Berechnungen ergeben für Brasilien eine Elektrifizierungsrate von 52 %. Schweden erzielt bessere Ergebnisse mit 81 %. Beide Länder schneiden besser als der globale Durchschnitt (48 %) ab und beide haben noch Arbeit vor sich. Diese Metrik gibt uns eine Vorstellung davon, wie viel Arbeit noch zu leisten 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 das Land mit der weltweit höchsten Elektrifizierung laut unseren Berechnungen. Es hat auch die höchste Stromerzeugung pro Kopf mit großem Abstand. Islands kleine Bevölkerung, die große Verfügbarkeit von Wasserkraft und die sehr bedeutende Aluminiumindustrie machen es zu einem Ausreißer.

Es mag überraschend sein, dass Bhutan auf dem zweiten Platz liegt. Dies liegt zum Teil daran, dass seine Stromerzeugung (alles aus Wasserkraft) größer ist als sein Inlandsbedarf – im Jahr 2014 (das jüngste Jahr mit konsistenten Emissionsdaten) wurden 70% des Stroms exportiert. In Bezug auf die Produktion ist 90% des Energiesektors in Bhutan elektrifiziert, aber in Bezug auf den Verbrauch (ausgenommen der Nettoexporte) wäre die Zahl viel niedriger.

Ein Blick auf die Liste zeigt, dass viele der Länder mit den höchsten Rängen bedeutende Nettoexporteure von Strom sind. Paraguay exportiert 60 % seines Stroms, Schweden 15 %, Laos 78 %, Norwegen 8 %, Tadschikistan 8 %, Montenegro 5 % und Sambia 7 %. Alle diese Länder würden niedrigere Elektrifizierungszahlen aufweisen, wenn wir die Nettoexporte ausschließen würden. Andererseits scheint es gerechtfertigt, diese Länder hoch zu bewerten – denn das Ausmaß, in dem ihre Netze dekarbonisiert sind, hat Auswirkungen nicht nur auf ihre eigenen Emissionen, sondern auch auf die Emissionen der Nachbarländer.

Hohe Elektrifizierung, niedrige Dekarbonisierung

Wenn ein Land einen hohen Grad an Elektrifizierung erreicht hat, aber der Großteil seines Stroms noch fossil ist, bedeutet das, dass die Reinigung des Netzes einen außergewöhnlich großen Einfluss auf die gesamten Emissionen haben wird. Es gibt mehrere Anwärter:

	Elektrifizierung	Emissionsarmer 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 Kontext von sauberer Energie nicht oft hervorgehoben, und das zu Recht – aber angesichts ihrer hohen Elektrifizierungsgrade haben sie das Potenzial, schnell zu Führern der Dekarbonisierung zu werden, wenn sie ihre Netze bereinigen.

Niedrige Elektrifizierung, hohe Dekarbonisierung

Am anderen Extrem gibt es Länder, die sehr saubere Stromnetze haben, aber bei denen niedrige Elektrifizierungsgrade den Einfluss auf die Gesamtemissionen begrenzen:

	Elektrifizierung	Emissionsarmer 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 %

Diese Länder verfügen über einige der saubersten Stromnetze der Welt, aber der Strom macht einen relativ kleinen Anteil der Gesamtemissionen aus. Die größte Herausforderung besteht darin, mehr ihrer Energienutzung auf Strom umzustellen und die Kohlenstoffarme Stromerzeugung zu erweitern, um diese zusätzliche Nachfrage zu decken.

Wer verbessert sich?

Vielleicht der interessanteste Nutzen dieser Daten ist es herauszufinden, welche Länder sich am meisten verbessern. Wenn wir die Veränderungen zwischen den Jahren 2000 und 2020 betrachten, gab es die bedeutendsten Anstiege 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 sticht in dieser Liste aufgrund der Größe ihrer Wirtschaft und ihrer Bedeutung für die weltweiten Gesamtemissionen hervor. Im selben Zeitraum stieg der Anteil kohlenstoffarmer Stromerzeugung im Land von 17,9 % auf 32,8 %. Obwohl sehr bedeutend, war die Fortschritte in Bezug auf Elektrifizierung ebenso bemerkenswert. Wir denken, Elektrifizierung sollte mehr Aufmerksamkeit erhalten und hoffen, dass die von uns vorgeschlagene Metrik und diese Daten einen hilfreichen Beitrag leisten können.