GreenMe: Treibhausneutralität 2050

Das GreenMe Szenario strebt bis 2050 ein ressourceneffizientes und treibhausgasneutrales Deutschland an. Es zeichnet sich durch einen sehr ambitionierten Ansatz zur Erschließung von Ressourceneffizienzpotenzialen aus, der einen hohen technologischen Wandel in Deutschland und international voraussetzt. Konkret sollen Materialeffizienz, Recycling und Materialsubstitution in allen Wirtschaftssektoren umgesetzt werden. Der Endenergiebedarf soll von 2500 TWh (2015) auf 1200 TWh (2050) sinken, begleitet von einem Anstieg des Anteils erneuerbarer Energien auf 74% im Jahr 2030 und 100% im Jahr 2050. Der Fokus liegt auf der Reduktion des Primärrohstoffbedarfs und der Entwicklung globaler Märkte für erneuerbare Energieträger, um Carbon Leakage zu minimieren. Deutschland bleibt international vernetzt, jedoch mit einer ausgeglicheneren Handelsbilanz im Vergleich zu Szenarien wie GreenEe1 und GreenLate, was zu reduzierten nationalen Produktionsmengen, aber erhöhten Innovationsanstrengungen und einem Ausbau des Dienstleistungssektors führt. Die Energieversorgung soll vollständig auf erneuerbaren Energien basieren, inklusive Importen, wobei effiziente Sektorkopplungstechniken eine zentrale Rolle spielen. Beispiele für technologiegetriebene Effizienzsteigerungen sind der Ausbau der Photovoltaik mit Dünnschichtzellen und die Konstruktion langlebiger Windkraftanlagen.

Im Vergleich zum GreenEe2-Szenario unterstreicht GreenMe den positiven Einfluss der Materialeffizienz bei gleicher Handelsbilanz. Es zeigt sich, dass aufgrund der geringeren nationalen Stromnachfrage weniger Photovoltaik-Anlagen (25 GW weniger als in GreenEe2) benötigt werden, während die installierte Windleistung im gleichen Bereich bleibt. Gas spielt als Brückentechnologie im Jahr 2030 eine größere Rolle (+23 TWh), während der Kohleanteil sinkt (-20 TWh). Diese Maßnahmen sparen fossile Rohstoffe. Die Transformation der Energieversorgung basiert im Jahr 2050 vollständig auf erneuerbaren Energien, inklusive Importen. Im GreenMe-Szenario werden Techniken mit geringem Primärrohstoffbedarf bevorzugt, z.B. der verstärkte Ausbau von Dachflächen-Photovoltaik mit Dünnschichtzellen und langlebige Komponenten bei Windkraftanlagen. Der Vergleich mit GreenEe2 verdeutlicht den Einfluss der Materialeffizienz auf den PV-Ausbau: Weniger PV-Anlagen (-25 GW) sind aufgrund der geringeren Stromnachfrage ausreichend. Die Windenergieleistung bleibt vergleichbar. Die Rolle von Gas als Brückentechnologie steigt im Jahr 2030 an (+23 TWh), während der Kohleanteil sinkt (-20 TWh), was zu einer Reduktion des Bedarfs an fossilen Rohstoffen führt.

Der Bericht analysiert verschiedene Sektoren. In der Stahlindustrie wird ein vollständiger Umstieg auf die Elektrostahlroute und wasserstoffbasierte Direktreduktion angenommen, wobei neben Schrott auch direkt reduziertes Eisen (DRI) eingesetzt wird. Die chemische Industrie verzeichnet ein höheres Wachstum (2,2% pro Jahr), was konservativ in die Gesamtenergiebilanz einfließt. In der Zementindustrie werden neuartige Bindemittel mit deutlich geringeren CO2-Emissionen und geringerem Energiebedarf eingesetzt. Zusätzlich werden Faserbetone (Glasfaser und Carbonfaser) im GreenMe-Szenario berücksichtigt, um den Zementbedarf weiter zu senken. Im Bauwesen wird der Anteil von Leichtbauweisen erhöht, um den Rohstoffbedarf und den Bedarf an zusätzlicher Dämmung zu reduzieren, wobei Holz als Substitut für abiotische Rohstoffe im Wohnungsbau eine wichtige Rolle spielt. Der Verkehrssektor zeigt im GreenMe-Szenario eine verbesserte Energieeffizienz im Schiffsverkehr (60% Verbesserung bis 2050) und eine verstärkte Elektrifizierung im Güterverkehr, insbesondere durch Oberleitungs-Lkw. Im PKW-Bereich wird von geringeren Reichweiten ausgegangen, da ein ausreichender Ausbau der Schnellladeinfrastruktur angenommen wird.

Das GreenMe Szenario projiziert eine signifikante Reduktion des Rohstoffverbrauchs (RMC) um 68% im Vergleich zu 2010, erreicht durch Materialeffizienzmaßnahmen. Der Gesamtverbrauch sinkt auf 439,5 Millionen Tonnen Rohstoffmengenäquivalente (RME). Der Umstieg auf erneuerbare Energien und verbesserte Recyclingtechnologien in der Metallindustrie tragen wesentlich zu dieser Reduktion bei. Bis 2050 soll der Verbrauch fossiler Rohstoffe vollständig eingestellt werden. Der Rückgang des RMC für mineralische Rohstoffe beträgt 60%, verursacht durch eine sinkende Nachfrage im Bauwesen und den Einsatz von Leichtbaumaterialien. Die Reduktion des Biomasse-Verbrauchs liegt bei 40,1%, was auf eine veränderte Ernährungsweise, den Verzicht auf energetische Nutzung von Primärbiomasse ab 2030 und steigende Materialeffizienz zurückzuführen ist. Im Vergleich zu anderen Green-Szenarien ist dieser Rückgang im Biomasse-Bereich geringer. Der Pro-Kopf-Konsum primärer Biomasse sinkt von 3,2 auf 2,2 Tonnen bis 2050, eine Größenordnung vergleichbar mit Ländern, die einen geringen Anteil tierischer Produkte in ihrer Ernährung haben. Der Metallverbrauch liegt bei 0,7 Tonnen pro Kopf, unter anderem durch Recyclinganstrengungen bei Massenmetallen.

Die Analyse des Metallverbrauchs zeigt einen kontinuierlichen Rückgang des RMC für Metallerze. Allerdings verdeckt dieser Rückgang deutliche Verschiebungen innerhalb der Metallgruppen. Basismetalle wie Eisen, Kupfer und Aluminium machen 2010 75,6% des RMC aus, sinken aber bis 2050 auf 54,8%. Die Nachfrage nach diesen Basismetallen sinkt aufgrund der beschriebenen Effizienzsteigerungen und Materialsubstitution. Aluminium nimmt als Substitut für Eisen und Kupfer eine Sonderstellung ein, wobei die Nachfrage insbesondere im Jahr 2030 stark ansteigt. Für Technologiemetalle wie Silizium und Silber ist die Nachfrage deutlich geringer als in anderen Szenarien aufgrund materialsparender und langlebiger Technologien. Die Nachfrage nach Metallen wie Lithium für Schlüsseltechnologien bleibt jedoch hoch. GreenMe demonstriert, dass ressourcenschonende Technologien einen wesentlichen Beitrag zur Senkung der Rohstoffnachfrage leisten können. Der Rückgang des RMC für Metallerze verdeckt Verschiebungen innerhalb der Metallgruppen. Basismetalle (Eisen, Kupfer, Aluminium) machen 2010 75,6% aus, 2050 nur noch 54,8%. Die Nachfrage sinkt aufgrund der oben genannten Faktoren. Aluminium ist eine Ausnahme und wird als Substitut für Eisen und Kupfer verstärkt nachgefragt. Der Verbrauch von Sekundäraluminium sinkt nur leicht, der von Primäraluminium hingegen stark. Der Rückgang zwischen 2010 und 2030 resultiert aus sinkender Nachfrage und veränderten Produktionsweisen in Europa.

Der Rohstoffbedarf sinkt in den Bereichen Mobilität, Wohnen und Freizeit signifikant. Trotz der Reduktion absoluter Rohstoffmengen bleiben die Aufwendungen für die Instandhaltung bestehender Gebäude und Infrastrukturen relativ hoch. Die Nachfrage nach Rohstoffen ist in GreenMe für fast alle untersuchten Metalle niedriger als in den GreenEe-Szenarien; Aluminium bildet eine Ausnahme aufgrund seiner Rolle als Substitut. Ein wichtiger Aspekt ist der Einfluss des internationalen Handels. Da Deutschland stark international vernetzt ist, beeinflussen technologische Änderungen im Rest der Welt den deutschen Rohstoffkonsum. Im GreenMe-Szenario wird eine ausgeglichenere Handelsbilanz im Vergleich zu GreenEe1 und GreenLate angenommen. Dies führt zu reduzierten nationalen Produktionsmengen, beeinflusst aber auch die Rohstoffnachfrage. Der Vergleich mit GreenEe2 zeigt, dass der Rohstoffverbrauch in GreenMe (2050) um 16,4% niedriger liegt, besonders bei fossilen Rohstoffen und Metallerzen. Die Annahme einer optimistischen globalen Transformation beeinflusst die Pro-Kopf-Nachfrage und ermöglicht den Vergleich mit Ressourcenverfügbarkeit, um zukünftige Knappheit zu analysieren.

Das GreenMe-Szenario sieht in der Stahlindustrie einen umfassenden Technologieumbau vor. Die kokskohlebasierte Oxygenstahlroute wird durch die Elektrostahlroute und eine wasserstoffbasierte Direktreduktion ersetzt. Um den Stahlbedarf zu decken, wird neben Schrott auch direkt reduziertes Eisen (DRI) verwendet, was die Herstellung in Deutschland erfordert und Wasserstoff als Energieträger nutzt. Dieser technologische Wandel trägt zur Ressourceneffizienz und zur Reduktion der Treibhausgasemissionen bei. Die vollständige Abkehr von der kokskohlebasierten Stahlproduktion ist ein entscheidender Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Stahlindustrie und verringert den Primärrohstoffbedarf. Die Nutzung von Wasserstoff für die DRI-Herstellung unterstreicht den Einsatz erneuerbarer Energien und die ambitionierten Ziele des GreenMe-Szenarios in Bezug auf Klimaneutralität und Ressourcenschonung. Die Integration von Recycling-Stahl in die Produktion spielt ebenfalls eine wichtige Rolle zur Reduktion des Primärrohstoffbedarfs.

Im Bereich der Zementindustrie wird im GreenMe-Szenario die Einführung neuartiger zementähnlicher Bindemittel angenommen, die die prozessbedingten CO2-Emissionen um zwei Drittel reduzieren. Diese Bindemittel benötigen weniger Kalkstein in der Herstellung und weisen einen niedrigeren spezifischen Energiebedarf auf als herkömmliche Bindemittel. Der thermische Energiebedarf für ihre Herstellung wird zu 50% durch Strom (statt Gas) gedeckt. Zusätzlich wird ein Technologieumbau bei der Herstellung konventioneller Bindemittel durch die Umstellung von Kohle- auf Gasfeuerung in Drehrohröfen angenommen. Ein höherer Klinkerfaktor (0,9) kompensiert teilweise Fehlmengen an Hüttensand aus der Stahlindustrie. Für das GreenMe-Szenario werden zusätzlich alternative Betone mit Faserbewehrungen (Glasfaser und Carbonfaser) berücksichtigt, die deutlich weniger Zement benötigen. Die Verwendung von Faserbeton ermöglicht dünnere Wände und reduziert den Materialbedarf. Obwohl Carbonfaserbeton vielversprechend ist, sind derzeit noch Zulassungen für alkaliresistente Glasfasern (AR-Glas) üblicher, die jedoch langfristig an Stabilität verlieren können.

Das GreenMe-Szenario setzt auf eine verstärkte Verwendung von Leichtbauweisen im Bauwesen, die sowohl den Rohstoffbedarf reduzieren als auch die Dämmwirkung verbessern und somit den Bedarf an zusätzlicher Dämmung verringern. Materialien wie Kalksandstein, Ziegel und Porenbeton werden in Leichtbauvarianten eingesetzt. Die gesteigerte Verwendung von Holz als Substitut für abiotische Rohstoffe, insbesondere im Wohnungsbau, ist ein wichtiges Element. Die energetische Nutzung von Primärholz wird ab 2030 eingestellt, was die Nachfrage nach Primärholz reduziert. Gleichzeitig steigt die Nachfrage im Bausektor deutlich an. Die Recyclingquoten im Tiefbau werden erhöht (75% in 2030, 80% in 2040 und 90% in 2050). Leichtbausteine, besonders Porenbeton, stellen höhere Anforderungen an das Recycling, gleichzeitig sind statische Anforderungen zu berücksichtigen. Die Anwendung von Holz als Dämmstoff, insbesondere von Laubholz minderer Qualität, wird als Möglichkeit zur Ressourceneffizienz hervorgehoben. Die Kombination von Leichtbauweisen und holzbasierten Dämmstoffen trägt zur Reduktion des Rohstoffverbrauchs und der Umweltbelastung bei.

Im Verkehrssektor sieht GreenMe eine signifikante Steigerung der Energieeffizienz, insbesondere im Schiffsverkehr (60% Verbesserung zwischen 2010 und 2050). Diese Annahme basiert auf technischen Potenzialen und schließt Maßnahmen wie Slow-Steaming oder LNG aus. Im Güterverkehr wird eine langfristige Vollelektrifizierung von LKWs, unter anderem durch Oberleitungs-LKWs, angenommen. Die Gewichtsersparnis durch Leichtbau bei LKWs (6% bei Solo-LKWs und 10% bei Last- und Sattelzügen ab 2030) trägt zur Effizienzsteigerung bei. Im PKW-Bereich geht GreenMe von geringeren Reichweiten aus, da ein ausreichender Ausbau der Schnellladeinfrastruktur angenommen wird. Dies ermöglicht die Verwendung von Fahrzeugen mit kleineren Batterien und reduziert den Rohstoffbedarf für die Batterieherstellung. Die Annahmen zum Straßenbau und zu anderen Verkehrsinfrastrukturen entsprechen weitgehend den Annahmen in den GreenEe1 und GreenEe2-Szenarien, mit der Ausnahme von Verbesserungen bei Recyclingtechnologien im Tiefbau.

Das GreenMe-Szenario analysiert die zukünftige Ressourcenverfügbarkeit und das Risiko von Knappheiten. Der Vergleich der kumulierten Rohstoffnachfrage mit den Reserven zeigt, dass für einige Rohstoffe, wie Siliziummetalle und Magnesium, bei Ausweitung der Produktionskapazitäten keine Versorgungsengpässe zu erwarten sind. Die kumulierte Nachfrage aller analysierten Rohstoffe liegt unter 1% der bekannten Ressourcen. Für andere Rohstoffe, insbesondere Metalle, wird die Bedeutung von Recycling und der Ausbau der Sammel- und Aufbereitungstechnologien hervorgehoben. Eine signifikante Steigerung der Recyclingquoten ist notwendig, um mögliche Engpässe bei Metallen wie Kupfer und Aluminium zu vermeiden. Der Bericht erwähnt die verfügbaren Mengen an Eisenschrott (1,3 Mrd. Tonnen bis 2050), Kupferschrott (ca. 4 Mio. Tonnen in 2017) und Aluminiumsrott (26 Mio. Tonnen in 2014). Die berechneten zukünftigen Schrottmengen im GreenMe-Szenario deuten auf potenzielle Versorgungsengpässe hin, falls die Sammelmengen und Aufbereitungskapazitäten nicht deutlich erhöht werden. Die Studie systematisiert 50 abiotische Rohstoffe und stellt fest, dass deren Abbau mit hohen Umweltgefährdungspotenzialen verbunden ist, die je nach Lagerstätte und Abbaumethoden variieren. Eine verstärkte Erschließung weiterer Ressourcen würde zu erheblichen Umweltbelastungen führen.

Die Analyse des Holzverbrauchs zeigt einen sinkenden inländischen Bedarf an Primärholz zwischen 2010 und 2050, bedingt durch den Verzicht auf die energetische Nutzung ab 2030 und eine steigende Ressourceneffizienz in verschiedenen Sektoren (Papier-, Verpackungsindustrie). Der Rückgang beträgt bis 2050 -49,6% (-25,6% in 2030, -38,3% in 2040). Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Holz im Bausektor (Hoch- und Tiefbau) stark an, da Holz abiotische Rohstoffe substituiert. Dieser Effekt bindet CO2 in der Technosphäre über Jahrzehnte. Die Verschiebung der Holznachfrage zeigt eine Reduktion im Energie- und verarbeitenden Sektor, während der Bausektor die Nachfrage steigert. Dieser Wandel in der Holznachfrage muss durch entsprechende Anpassungen in der Forstwirtschaft und Holzverarbeitung berücksichtigt werden, um eine nachhaltige und ressourceneffiziente Nutzung von Holz sicherzustellen. Der sinkende inländische Bedarf an Primärholz resultiert aus dem Verzicht auf energetische Nutzung ab 2030 und steigender Ressourceneffizienz. Trotz erhöhter Nachfrage im Bauwesen, sinkt der Bedarf bis 2050 um -49,6% auf ca. 16,6 Mio. Tonnen RME.

Die Studie betont, dass es sich um Szenarien handelt, keine Prognosen. Alle RESCUE-Szenarien gehen von einer optimistischen globalen Transformation aus, d.h., es wird angenommen, dass weltweit ähnliche Technologien und eine vergleichbare Pro-Kopf-Nachfrage wie in Deutschland bestehen. Dieser Ansatz erlaubt den Vergleich der Pro-Kopf-Nachfrage mit den Produktionsmengen und Ressourcen, um potenzielle Knappheiten zu identifizieren. Eine umfassende Prognose würde weitere Faktoren wie Technologieänderungen und Marktreaktionen berücksichtigen. Der Vergleich der kumulierten Nachfrage mit den Reserven und Ressourcen zeigt, dass die kumulierte Nachfrage der analysierten Rohstoffe in Deutschland unter 1% der bekannten Ressourcen liegt. Potenzielle Versorgungsengpässe können durch Senkung der Nachfrage (z.B. durch Technologiewechsel oder Substitution) oder Erhöhung des Angebots (z.B. durch Technologiefortschritte) gemindert werden. Die Studie betont jedoch die erheblichen Umweltrisiken beim Abbau von Rohstoffen, die je nach Lagerstätte, geologischer Beschaffenheit und geographischer Lage variieren. Eine starke Ausweitung des Rohstoffabbaus würde zu erheblichen Umweltbelastungen führen.