PSI-Studie zur Dekarbonisierung: Mögliche Wege zum Netto-Null-Ziel

Im Bereich der Energieversorgung ist die Schweiz ein Teil Europas. Die Vernetzung zeigt sich bei Stromleitungen oder bei Gaspipelines. Sie manifestiert sich auch beim internationalen Handel mit Emissionsrechten oder bei gesetzlichen Regelungen, bei denen sich die Schweiz heute schon an die Bestimmungen der Europäischen Union anlehnt. Vor diesem Hintergrund erscheint es sinnvoll, die Energie- und Klimastrategien der EU-Staaten mit einzubeziehen, wenn sich die Schweiz die Frage stellt, mit welchen politischen Entscheidungen und welchen Technologien die Treibhausgasemissionen bis im Jahr 2050 auf «netto null» gesenkt werden können. «Netto null» bedeutet: Es sollen nur noch so viele Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen, wie durch natürliche oder technische Speicher wieder entfernt werden.

Europa mitdenken – das ist auch der Ansatz einer Studie mit dem Namen PoliZero, die Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI (Villingen/AG) und der griechischen Universität Piräus vor Kurzem nach fünfjähriger Arbeit abgeschlossen haben. «Wir wollen den Politikern mit unserer Studie nicht sagen, was sie zu tun haben, sondern wir wollen darstellen, welche politischen Instrumente und Massnahmen zur Umsetzung des Netto-Null-Ziels eingesetzt werden können und was mit ihnen erreicht werden kann», sagt Evangelos Panos, Energieökonom am PSI, der das PoliZero-Projekt geleitet hat. Das Forschungsvorhaben wurde aus dem Forschungsprogramm «Energie-Wirtschaft-Gesellschaft» des Bundesamtes für Energie (BFE) finanziert.

Wechselwirkung mit europäischen Nachbarn

Die Zukunft vorauszusagen ist bekanntlich schwer. Das gilt auch für die Frage, auf welchem Weg man «netto null» erreichen kann – und das bei möglichst tiefen Kosten. Um diese Frage zu beantworten, hat das PSI ein Energiesystem-Modell (siehe Box) entwickelt, mit dem sich verschiedene Szenarien für die künftige Entwicklung von Energiebedarf und Energieversorgung modellieren lassen. Berücksichtigt wurden unter anderem Technologiekosten, Energiepreise, wirtschaftliche und demografische Entwicklung und die Verfügbarkeit von Ressourcen. Das Modell ist so ausgestaltet, dass es die Dekarbonisierungsbemühungen der europäischen Staaten mitberücksichtigt. Forschende der Universität Piräus ergänzten das Modell mit einer «dynamischen adaptiven Politikpfadanalyse». Hinter dieser sperrigen Bezeichnung steckt ein Software-Werkzeug des maschinellen Lernens, mit dem man verschiedene Entwicklungspfade vergleichen und dabei Unsicherheiten über künftige Entwicklungen einbeziehen kann.

Ziel des PoliZero-Studienteams war, die Zukunftsentwürfe aus der akademischen Welt möglichst gut in der energiepolitischen Realität der Schweiz zu verankern. Dafür wurde ein Workshop mit 21 Interessensvertretern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik veranstaltet, in dem sie ihre energiepolitischen Anliegen zum Ausdruck brachten. Eingeladen waren Energieunternehmen, Verwaltung und diverse Verbände (Zementindustrie, Umwelt- und Energie, Bauern, Gasindustrie, Autohandel). Um die Stakeholder-Analyse zu vertiefen, eruierten die Forschenden ergänzend die energiepolitischen Positionen von 250 Verbänden, indem sie ihre Vernehmlassungsantworten zu energiepolitischen Vorlagen mit Natural Language Processing inhaltlich auswerteten.

Energiesystem beherzt umbauen

Ein – nicht ganz überraschendes – Ergebnis der Studie: Wenn man bis 2050 das Netto-Null-Ziel erreichen will, muss man im anstehenden Jahrzehnt bis 2035 die Weichen stellen für eine fossilfreie Energieversorgung von Gebäuden, Verkehr und Industrie. Die Modellierungen des PoliZero-Teams führen konkret vor Augen, was in den nächsten zehn Jahren passieren muss, damit die Schweiz eine realistische Chance hat, 2050 am Ziel zu sein: Die installierte Fotovoltaik-Leistung muss verdreifacht und der Energieverbrauch um 15 Prozent gesenkt werden. Die Fernwärme muss so ausgebaut werden, dass sie im Jahr 2035 10 Prozent des Wärmebedarfs der Gebäude deckt (heute sind es 7 Prozent). Verbrennerfahrzeuge müssen konsequent durch Elektrofahrzeuge und fossile Heizungen durch Wärmepumpen ersetzt werden.

Und was muss danach, also im Zeitraum von 2035 bis 2050, geschehen? Dann wird es laut PoliZero Massnahmen brauchen, die zum Teil mit technischen oder finanziellen Herausforderungen verbunden sind, oder heute noch keine breite Akzeptanz in der Bevölkerung geniessen: In dem Zeitraum sollen 12 TWh Wind- und Bioenergie zugebaut werden (2024: 3,4 TWh). Die Hälfte davon soll im Winter zur Verfügung stehen, damit die Schweiz in der Zeit nicht von Energieimporten abhängig wird. Um die Fernwärme zumindest teilweise zu dekarbonisieren, soll ein Drittel davon aus grossen Wärmepumpen stammen, die zum Beispiel Seewasser als Wärmequelle nutzen. Um den CO2-Ausstoss von Kehrrichtverwertungsanlagen oder der Zementindustrie auszugleichen, braucht es CO2-Abscheidung im Umfang von 6 bis 10 Millionen Tonnen pro Jahr. Für die Luftfahrt werden bis 2050 etwa 25 TWh synthetische Kraftstoffe benötigt, erzeugt entweder aus Biomasse oder mittels erneuerbarem Strom (E-Kraftstoffe). Für industrielle Prozesse werden rund 6 TWh Wasserstoff benötigt. 

Ohne Atom- und alpinen Solarstrom

Bei diesem Ausblick in die Schweizer Energiezukunft gehen die Wissenschaftler von PoliZero von mehreren Annahmen aus, die politisch umstritten sind. Sie setzen zum Beispiel voraus, dass die Nutzung der Kernenergie im Jahr 2044 mit dem Abschalten des AKW Leibstadt nach 60 Betriebsjahren ausläuft. Die Forschenden stützen sich hierbei auf die aktuelle Rechtslage, die den Bau neuer AKW verbietet. Eine andere Annahme betrifft die alpinen Solaranlagen. Sie wurden in die Studie, deren Grundannahmen aus dem Jahr 2020 stammen, nicht einbezogen. Dazu sagt Studienleiter Panos: «Wir schätzen, dass unter den derzeitigen Umwelt- und Planungsauflagen realistisch gesehen etwa 2 TWh pro Jahr nutzbar sind. Das technische Potenzial kann jedoch je nach Standortwahl, öffentlicher Akzeptanz und geltenden Umweltauflagen über 10 TWh liegen. Unter den heutigen Bedingungen leistet die alpine Solarenergie daher einen wertvollen Beitrag, ist jedoch kein entscheidender Faktor für die Schliessung der Stromlücke im Winter.»

Die Autoren der PoliZero-Studie geben auch Ratschläge, welche Instrumente von der Politik für die Umsetzung von Dekarbonisierungs-Massnahmen eingesetzt werden sollten. Dazu sagt Meixi Zhang, Wissenschaftlerin in der Gruppe Energieökonomie am PSI, die die Studie im Rahmen ihrer Doktorarbeit massgeblich mitformuliert hat: «In frühen Phasen der Umsetzung leisten Fördermassnahmen wichtige Impulse. Die Modelle legen jedoch nahe, dass nach 2035 zusätzliche Instrumente erforderlich wären, um langfristige Marktsignale zu senden.» Dazu zählen laut Untersuchung ein stärkerer Emissionshandel mit breiterer Abdeckung der Sektoren, gesetzliche Vorgaben wie der verpflichtende Austausch fossiler Heizsysteme sowie gezielte Regeln für CO2-Export und -Nutzung. 

Orientierung am Green Deal

Die Forschenden raten dazu, die Netto-Null-Politik der Schweiz am Green Deal der EU – dem EU-Massnahmenpaket zur Erreichung der Klimaneutralität bis 2050 – zu orientieren. Nach ihrer Einschätzung bietet eine Angleichung an die EU-Politik mehr Sicherheit bei der Emissionsreduzierung, insbesondere nach dem Jahr 2035. Sie plädieren für eine enge Einbindung der Schweiz in den europäischen Emissionshandel, denn dieses System garantiere dank der fixen Obergrenze für den Treibhausgasausstoss Emissionsreduktionen unabhängig von Preisänderungen. Die Angleichung an die EU bringe zudem zusätzliche Vorteile durch die grenzüberschreitende Marktintegration und eine koordinierte Infrastruktur. Um wirksame Emissionsminderungen zu erzielen, fordert das PoliZero-Studienteam zudem glaubwürdige Massnahmen im Inland bzw. ein klug kombiniertes Bündel aus unterschiedlichen politischen Instrumenten.

«Diese Studie wird sich nicht eins-zu-eins umsetzen lassen, aber sie gibt einen Eindruck, wie gross die Aufgabe ist, die sich mit dem Netto-Null-Ziel stellt. Sie zeigt zudem, dass dieses Ziel mit einer schnellen und konsequenten Herangehensweise grundsätzlich erreichbar wäre», sagt Anne-Kathrin Faust, die das BFE-Programm «Energie – Wirtschaft – Gesellschaft» leitet. Von grossem Interesse dürfte die Studie für die Energieforschungs-Community in der Schweiz sein. Denn für PoliZero wurde ein Softwarewerkzeug für die Modellierung der Energiezukunft entwickelt, das neben der Schweiz auch die EU-Staaten mit einschliesst. Das ist ein Ansatz, den es in dieser Art bisher nicht gab. 

Der Schlussbericht zum Projekt «Swiss Policy towards Zero CO2 Emissions compatible with European Decarbonisation Pathways» (PoliZero) ist abrufbar unter aramis.admin.ch.