Materialbilanzen und Auswirkungen von Materialverfügbarkeit auf europäische Energieszenarien unter Berücksichtigung von Importen regelbaren Solarstroms

Abstract

Um das 1,5 bis 2 °C Ziel für die maximal zulässige Erwärmung der globalen Oberflächentemperatur zu erreichen müssen global CO2 Emissionen im Stromsektor bis zum Jahr 2050 vollständig vermieden werden (Rogelj et al. 2015). Neben dem politischen und gesellschaftlichen Willen erfordert diese Umstellung auf ein von erneuerbaren Energien geprägtem System in technischer Hinsicht auch den Einsatz größerer Bestandsmengen an Technologiematerialien, wie Kupfer, Aluminium, Silber und Platin. Dies kann auf globaler Ebene durch den Ausbau erneuerbarer Energien und Rohstoffkonflikte mit anderen Sektoren zu Engpässen hinsichtlich der verfügbaren Materialbestände führen. Daher muss eine Bilanzierung dieser nicht-energetisch genutzten Rohstoffe bereits bei der Modellierung von Energiesystemen berücksichtigt werden. Anhand des Energiesystemoptimierungsmodells REMix des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt erfolgen die Implementierung der Materialbilanzierung und die Anwendung des Modells auf europäische Energieszenarien. Über eine Vielzahl an Szenarien hinsichtlich der verwendeten Stromnetzstrukturen, der Berücksichtigung von Importen von Strom aus solarthermischen Kraftwerken in Nordafrika sowie der verfügbaren Materialbestände werden die Auswirkungen von Material-limitierungen aufgezeigt. Dabei zeigt sich bei steigenden Restriktionen eine Verringerung der Diversität an Technologien durch starke Verschiebungen von Photovoltaik zu Offshore Windenergie und Biomasse. Ebenfalls kommt es zu einem deutlich geringeren Ausbau der Übertragungskapazitäten zwischen den Ländern des Betrachtungsgebiets. Während die CSP Importe, neben regionaler CSP, vor allem bei Freileitungen einen Beitrag zur kostengünstig Stromerzeugung leisten, werden die installieren Leistungen bei hohen Restriktionen durch regionale CSP ersetzt. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen darüber hinaus, dass deutliche Reduktionen der Materialbestände möglich sind. Betrachtungen der Materialbestände werden zukünftig neben weiteren Aspekten, wie Flächenverbrauch und gesellschaftlicher Akzeptanz, einen wichtigen Bestandteil der Energiesystemmodellierung darstellen.