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Wege zur Erreichung eines klimaneutralen Gebäudebestandes 2050

Projektbeschreibung

Projektbeteiligte

Eckdaten

Wege zur Erreichung eines klimaneutralen Gebäudebestandes 2050


Projektnummer
Projektbeginn
10.2020
Projektende
07.2021
Projektstatus
abgeschlossen ohne Bericht

Die Vision einer klimaneutralen Zukunft bis 2050 umfasst nahezu alle Wirtschaftssektoren - allen voran die Sektoren Gebäude, Industrie, Verkehr sowie Energie- und Landwirtschaft - und steht mit den Zielen des Übereinkommens von Paris im Einklang. Die Klimaneutralität ist dabei mit einem Rückgang der Treibhausgasemissionen (kurz: THG-Emissionen) von 95 % gegenüber 1990 über alle Sektoren verbunden. In diesem Projekt wurde untersucht, wie eine Klimaneutralität des Gebäudebereichs bis 2050 erfüllt werden kann.

Ausgangslage

Für den Gebäudebereich existiert bisher keine offizielle Definition für Klimaneutralität. Die bisherige Zieldefinition eines "nahezu klimaneutralen Gebäudebestandes" ist durch die Energieeffizienzstrategie Gebäude (ESG) im Jahr 2015 mit der Zielsetzung einer 80 %-Reduktion des nicht-erneuerbaren Primärenergiebedarfs für den Zeitraum 2008 bis 2050 definiert und in Szenarien untersucht worden.

Gemäß dem Sektorziel des Klimaschutzplans 2050 für das Jahr 2030, welches aus der Zieldefinition der ESG abgeleitet ist, sollen die Treibhausgasemissionen bis 2030 (gegenüber 1990) um rund 67 % auf 70 bis 72 Mio. Tonnen CO2e (CO2-Äquivalente) reduziert werden. Aufgrund der EU-Zielsetzung hinsichtlich der Klimaneutralität ist nun eine neue Zieldefinition für den klimaneutralen Gebäudebestand erforderlich, der mit dem Rückgang von 95 % der gesamten Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 kompatibel ist.

Für Deutschland wurden mit dem Klimaschutzgesetz im Jahr 2019 (KSG 2019) verbindliche Sektorziele zur Emissionsminderung bis zum Jahr 2030 vorgeschrieben, so auch für den Gebäudesektor. Darüber hinaus wird darin als sektorübergreifendes Ziel die Treibhausgas-Neutralität (kurz: THG-Neutralität) bis zum Jahr 2050 angestrebt.

Gemäß der diesjährigen Novellierung des KSG (KSG 2021) soll die THG-Neutralität bereits im Jahr 2045 erreicht werden. Die zulässige Jahresemissionsmenge für den Gebäudesektor im Jahr 2030 wurde um 3 Mio. Tonnen CO2e auf 67 Mio. Tonnen CO2e abgesenkt. Diese Zielanpassung war zum Zeitpunkt der Szenarien-Erstellung noch nicht erfolgt und wurde deshalb in der Untersuchung nicht berücksichtigt.

Ziel

Vor diesem Hintergrund hat das Forschungsvorhaben untersucht, welche Ziellücke bis zum Jahr 2050 mit Bezug auf die Klimaneutralität besteht und welchem kostenoptimalen Zielpfad aus Gesamtsystemsicht eine vollständige Reduktion der THG-Emissionen im Gebäudebereich erreicht werden kann.

Auftragnehmer des Forschungsprojekts war IREES GmbH – Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien, Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE.

Konzept

Im Rahmen der Untersuchung wurden ein Trend- und ein Zielszenario mit spezifischen Energiesystemmodellen modelliert. Die eingesetzten Energiesystemmodelle bilden nicht nur den Gebäudebereich und die damit verbundenen Investitionsentscheidungsprozesse detailliert ab, sondern untersuchen auch die erforderlichen Entwicklungen in den anderen Energieverbrauchs- und Energieangebotssektoren zur Erreichung einer vollständigen Dekarbonisierung.

Das Trendszenario bildet die explorative Entwicklung des Gebäudebestandes auf Basis der gegebenen politischen Rahmenbedingungen und der dadurch beeinflussten Investitionsentscheidungen ab. Hierfür wurde das hoch aufgelöste Gebäude- und Investitionsentscheidungsmodell Invert/ee-Lab verwendet. Das Zielszenario wurde mit dem Energiesystemmodell REMod bestimmt, welches das gesamte Energiesystem abbildet. Das Modell ermittelt unter Vorgabe von jahresscharfen CO2-Minderungszielen eine kostenoptimale Systemzusammenstellung unter Betrachtung der Sektoren Gebäude, Industrie, Verkehr sowie Energiewirtschaft und bestimmt dadurch ein Zielsystem unter der Einhaltung der stündlichen Versorgungssicherheit.

Der Modellverbund hatte zwei unterschiedliche Ziele: Der Ansatz ermöglichte einen Vergleich zwischen der explorativen Simulation von Akteursentscheidungen (Mikro-Perspektive) der Gebäudeeigentümerinnen/Gebäudeeigentümer und der daraus resultierenden Technologiediffusion von Wärmeversorgungssystemen und Gebäudesanierung mit dem kostenoptimalen Zielsystem aus Makro-Perspektive. Durch diese Herangehensweise konnten mögliche Handlungslücken zur Erreichung der CO2-Minderungsziele unter gesetztem politischem Rahmen identifiziert und analysiert werden.

Ergebnisse

Die Ergebnisse des Trendszenarios zeigen, dass für die Erreichung des Sektorziels gemäß KSG 2019 im Jahr 2030 eine Ziellücke von rund 18 Mio. Tonnen CO2e besteht. Die THG-Emissionen des Gebäudesektors betragen im Jahr 2030 rund 88 Mio. Tonnen CO2e. Die derzeitigen Maßnahmen reichen demnach bei Weitem nicht aus, um die Ziele 2030 (70 Mio. Tonnen CO2e gemäß KSG 2019 bzw. 67 Mio. Tonnen CO2e gemäß KSG 2021) zu erreichen.

Bis 2030 ist im Trendszenario weiterhin die fossile Wärmeversorgung die zentrale Technologie. Bis zum Jahr 2050 können jedoch mit den bestehenden Maßnahmen sehr hohe Einsparungen realisiert werden. Im Szenario betragen die THG-Emissionen im Jahr 2050 nur noch 19 Mio. Tonnen CO2e, was einem Rückgang von rund 91 % gegenüber 1990 entspricht. Ursache für diese zunehmende Dynamik ist insbesondere die Erhöhung der Energiepreise aufgrund der steigenden CO2-Preise.

Hinsichtlich der Nutzung erneuerbarer Energien spielt die Installation von Wärmepumpen eine entscheidende Rolle. Während der Heizungsmarkt heute von mit Gas und Heizöl betriebenen Wärmeversorgungssystemen dominiert wird (über 90 % Marktanteil), sinkt der Marktanteil dieser Technologien im Trendszenario bis 2050 auf 14 %. Im Gegenzug werden bis 2050 insgesamt rund 7 Mio. zusätzliche Wärmepumpen installiert und 6 Mio. Anschlüsse an Wärmenetze vorgenommen.

Die Sanierungsaktivität wird im Trendszenario durch die natürlichen Austausch- und Instandsetzungszyklen, die bestehenden Förderinstrumente sowie die Energie- und CO2-Preisentwicklung bestimmt. Bis 2030 steigt die Sanierungsrate auf 1,5 %, auch nach 2030 nimmt die Sanierungsaktivität weiter zu und es wird eine Sanierungsrate von 2,5 % erreicht. Zum größten Teil werden Standardsanierungen entsprechend den Anforderungen des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) durchgeführt. Der Anteil der KfW55-Sanierungen steigt nach 2030 aufgrund der höheren Energie- und CO2-Preise deutlich an.

Das Zielszenario zeichnet einen kostenoptimalen Pfad, um eine vollständige Dekarbonisierung des Gebäudebestandes bis 2050 zu erreichen. Im Jahr 2030 betragen die THG-Emissionen nur noch 52 Mio. Tonnen CO2e, womit das Sektorziel laut KSG 2019 um 18 Mio. Tonnen CO2e übererfüllt wird. Aufgrund der gesamtsystemischen Betrachtung wird ein nahezu klimaneutraler Gebäudestand im Zielszenario bereits im Jahr 2045 erreicht.

Die Zielerreichung wird insbesondere durch eine konsequente Umstellung auf erneuerbare Wärmeversorgung und Wärmenetze beim Heizungstausch bewerkstelligt. Bis zum Jahr 2050 steigt die Zahl der installierten Wärmepumpen auf 19 Millionen. Die Wärmebereitstellung erfolgt nur zu geringen Anteilen über synthetische Gase oder Biogas, da diese Energieträger vorrangig in anderen Sektoren verwendet werden und vor dem Hintergrund einer kostenoptimalen Optimierung für den Gebäudebereich nicht relevant sind.

Hinsichtlich der Sanierungsmaßnahmen sind am Anfang höhere Sanierungsraten erforderlich, um das Sektorziel zu erreichen - bis 2030 steigt die Sanierungsrate auf durchschnittlich 1,6 %. Aufgrund der erzielten Fortschritte bei der Dekarbonisierung der Wärmeversorgung ist allerdings eine weitere Steigerung der Sanierungsaktivität nach 2030 nicht mehr notwendig. Eine ambitionierte Sanierungstiefe wird auch im Zielszenario nicht erreicht, da ambitionierte Sanierungsmaßnahmen ohne Förderung und ohne Steuern und Abgaben auf die Energiepreise dabei im Vergleich zu alternativen Maßnahmen „teurer“ sind. Die notwendige THG-Einsparung ist bei der ohnehin erforderlichen Umstellung der Wärmeversorgung günstiger.

Technologien zu Nutzung erneuerbare Energien sind das Rückgrat zur Erreichung eines klimaneutralen Energiesystems. Durch die zunehmende Sektorenkopplung ist eine isolierte Betrachtung einzelner Sektoren daher nur bedingt sinnvoll und der frühe Ausbau dieser Technologien essenziell.

Projektbeteiligte
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