Fossile Energieträger mit den höchsten klimaschädlichen Kohlendioxid-Emissionen

Bei der Umwandlung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdgas oder Erdöl in elektrische Energie und Wärmeenergie werden energiebedingte Emissionen freigesetzt. Dabei handelt es sich um Treibhausgase, an denen Kohlendioxid den höchsten Anteil hat. Biomasse zählt nicht zu den fossilen Energieträgern, doch auch sie wird zur Erzeugung von Energie verbrannt. Gemäß internationalen Bilanzierungsvorgaben wird Biomasse als CO2-neutral bewertet. Allerdings werden andere Luftschadstoffe wie Stickoxide bilanziert. Energiebedingte Emissionen entstehen auch im Verkehrsbereich in Form von Abgasen.

Hauptverursacher von energiebedingten Treibhausgasemissionen

Im Jahr 2022 lag der Anteil der energiebedingten Emissionen bei 85 Prozent der deutschen Treibhausgasemissionen. Die Energiewirtschaft war mit 39 Prozent der Hauptverursacher der Treibhausgasemissionen. Seit 1990 ist die Tendenz der von der Energiewirtschaft ausgestoßenen Mengen an Treibhausgasen rückläufig. Weitere Verursacher von Treibhausgasemissionen waren 2021 zu 23,3 Prozent der Verkehr, zu 18 Prozent die Industrie, zu 13 Prozent die privaten Haushalte und zu 4 Prozent der Gewerbe-, Handels- und Dienstleistungssektor.

Kohlendioxid hat mit 98 Prozent den höchsten Anteil an den energiebedingten Treibhausgasemissionen.

Den Rest machen Methan und Lachgas aus, die als CO2-Äquivalente bezeichnet werden. Methan entsteht vor allem als Grubengas bei der Kohleförderung. Lachgas wird durch Verbrennungsprozesse freigesetzt.

Die Energiewirtschaft war mit 39 Prozent der Hauptverursacher der Treibhausgasemissionen | Foto: ©RobertCoy #1075602142 – stock.adobe.com

Kohlendioxid-Emissionen fossiler Brennstoffe

Die energiebedingten Emissionen sind 2023 gegenüber dem Vorjahr um 2 Prozent gestiegen. Die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas verursachte insgesamt einen Ausstoß von mehr als 40 Prozent Kohlendioxid, das den überwiegenden Teil der Erderwärmung bewirkt. Weltweit wurden 2023 so viele Kapazitäten an Wind- und Solaranlagen geschaffen wie niemals zuvor. Das Wachstum der Erneuerbaren Energien reicht jedoch bislang nicht aus, um den wachsenden Energiebedarf der Welt zu decken.

Klimaschädliche Brennstoffe decken noch immer vier Fünftel des weltweiten Energiebedarfs. Die wirtschaftliche Entwicklung in den Volkswirtschaften im Globalen Süden ist der Grund dafür, warum immer noch so viele fossile Brennstoffe für die Energiegewinnung benötigt werden. In China verbrennen die Kraftwerke 56 Prozent der Kohle, die weltweit benötigt wird. Erstmals wurde in Indien so viel Kohle benötigt wie in Europa und Nordamerika zusammen. Der Bedarf an Erdöl und Flüssiggas (LNG) steigt in Asien stark an.

Kohle, Erdöl und Erdgas dominieren seit Jahrzehnten die weltweite Energieerzeugung, doch sie sind die Hauptverursacher von Kohlendioxid-Emissionen. Die Emissionen entstehen nicht nur bei der Verbrennung dieser Brennstoffe, sondern während des gesamten Lebenszyklus.

Der Lebenszyklus der fossilen Brennstoffe beginnt mit der Förderung. Bereits bei der Förderung von Kohle, Erdöl und Erdgas werden große Mengen Kohlendioxid und Methan freigesetzt. Methan hat eine noch stärkere Klimawirkung als Kohlendioxid.

Der Transport der fossilen Brennstoffe über weite Strecken setzt zusätzlich Kohlendioxid frei, beispielsweise mit Schiffen, LKW oder Pipelines.

Bei der Verbrennung der fossilen Brennstoffe zur Stromerzeugung entsteht der größte Teil der Emissionen. Kohle ist der fossile Brennstoff mit den höchsten Kohlendioxid-Emissionen. Pro Kilowattstunde stoßen Kohlekraftwerke ungefähr 820 Gramm Kohlendioxid aus. Bei Erdgas werden pro Kilowattstunde ungefähr 450 Gramm Kohlendioxid emittiert. Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen verursachen pro erzeugter Kilowattstunde zwischen 900 und 1.200 Gramm an CO2-Äquivalenten.

Kohlendioxid-Bilanz von Kohle

Der Hauptbestandteil von Kohle ist das chemische Element Kohlenstoff. Bei der Verbrennung von Kohle entsteht Kohlendioxid in konzentrierter Form. Bei Kohle wird zwischen Steinkohle und Braunkohle unterschieden.

Steinkohle ist die stärker verdichtete, höherwertige Kohle, die neben Kohlenstoff auch Wasser und in geringen Mengen nicht brennbare Stoffe enthält. Braunkohle entstand in erdgeschichtlich jüngerer Zeit und wird in höheren Schichten gefördert. Sie ist weniger stark verdichtet und enthält neben Kohlenstoff größere Mengen an Wasser und Pflanzenresten. Bei der Verbrennung von Braunkohle entsteht daher pro verfeuerter Menge weniger Kohlendioxid als bei Steinkohle. Braunkohle hat jedoch einen geringeren Brennwert, was zu einer schlechteren Kohlendioxid-Bilanz als bei Steinkohle führt.

Die Kohlendioxid-Emission bei der Stromerzeugung liegt bei Braunkohle pro Kilowattstunde Strom bei 980 bis 1.230 Gramm, während sie bei Steinkohle nur bei 790 bis 1.080 Gramm liegt.

Die Kohlendioxid-Bilanz bei der Verbrennung von Braun- und Steinkohle könnte verbessert werden, wenn das bei der Verbrennung freigesetzte Kohlendioxid aufgefangen und in unterirdische Lagerstätten gepumpt wird. Das Entweichen der Treibhausgase in die Atmosphäre könnte damit verhindert werden.

Bei der Verbrennung von Kohle entsteht Kohlendioxid in konzentrierter Form | Foto: ©eightstock #210678500 – stock.adobe.com

Erdgas und seine Kohlendioxid-Bilanz

Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan. Darüber hinaus sind andere Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Ethen, Butan und Propan enthalten. Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht ein Gemisch aus Kohlendioxid und Wasserdampf. Die Konzentration an Kohlendioxid im Abgas ist bei Erdgas geringer als bei Kohle.

Erdgas wird in verschiedenen Kraftwerkstypen zur Erzeugung von Strom verwendet. Gasturbinenkraftwerke arbeiten hauptsächlich mit der mechanischen Energie des Verbrennungsgases über eine Turbine mit einem angeschlossenen Generator. Aufgrund ihrer Schnellstartfähigkeit werden sie zur Abdeckung kurzfristiger Bedarfsspitzen genutzt. Der Wirkungsgrad ist allerdings nur gering.

Einen höheren Wirkungsgrad haben Gas- und Dampfturbinenkraftwerke oder Kombikraftwerke.

Auch sie arbeiten mit einer Turbine, doch die noch vorhandene thermische Energie des Verbrennungsgases hinter der Turbine wird in einem weiteren Dampfkreislauf zur zusätzlichen Erzeugung von Strom verwendet. Der Energiegehalt von Erdgas wird in diesen Kraftwerken deutlich besser ausgenutzt. Daher ist der Kohlendioxid-Ausstoß bei diesen Kraftwerken geringer als bei den Gasturbinen-Kraftwerken. Bei der Angabe der Kohlendioxid-Emissionen von Erdgas ist daher auch wichtig, um welchen Kraftwerkstyp es sich handelt.

Die Kohlendioxid-Emission pro Kilowattstunde Strom von Erdgas liegt in Gasturbinenkraftwerken bei 640 Gramm und bei Gas- und Dampfturbinenkraftwerken bei 410 bis 430 Gramm.

Kohlendioxid-Bilanz von Erdöl

Erdöl wird vorrangig als Kraftstoff im Verkehr und bei der Beheizung von Gebäuden verwendet. Bei der Stromerzeugung spielt es zumindest in Deutschland nur eine untergeordnete Rolle. Die Kohlendioxid-Bilanz pro Kilowattstunde liegt bei Erdöl bei 890 Gramm.

Erdöl wird vorrangig als Kraftstoff im Verkehr und bei der Beheizung von Gebäuden verwendet | Foto: ©anankkml #104129173 – stock.adobe.com

Kohlendioxid-Emissionen von Biogas

Biogas ist kein fossiler Energieträger, sondern es zählt zu den Erneuerbaren Energieträgern. Die Quellen von Biogas wachsen nach und sind immer verfügbar. Biogas wird als CO2-neutral bezeichnet. Biogas kann aus verschiedenen Ausgangssubstraten gewonnen werden, die entscheidend für die Emissionen sind. Beim Anbau von Energiepflanzen zur Gewinnung von Biogas entsteht teilweise Kohlendioxid, doch kann Biogas auch aus anderen Quellen wie Gülle oder Bioabfällen gewonnen werden.

Biogas kann als Deponiegas auf Mülldeponien entstehen, wenn der Müll vergärt und im biochemischen Prozess durch Mikroorganismen zersetzt wird. Dabei entsteht ein wassergesättigtes Gemisch aus Methan, Kohlendioxid, Stickstoff, Wasser, Schwefelwasserstoff und Thiolen. Die Zusammensetzung kann sich abhängig vom Müll und von den Mikroorganismen unterscheiden. Diese Stoffe können unkontrolliert in die Atmosphäre gelangen, wenn das Gas nicht genutzt wird.

Im Blockheizkraftwerk kann das Gas jedoch zur Energiegewinnung verbrannt werden. Dabei entstehen pro Kilowattstunde ungefähr 17 Gramm Kohlendioxid.

Klärgas entsteht bei der Abfallverwertung in Faulbehältern von Kläranlagen und wird daher auch als Faulgas bezeichnet. Auch Klärgas kann in Blockheizkraftwerken zur Energiegewinnung verbrannt werden. Pro Kilowattstunde entstehen ungefähr 22 Gramm Kohlendioxid.

Als Biomasse werden alle organischen Substanzen bezeichnet, die von Menschen, Tieren und Pflanzen anfallen oder erzeugt werden. Dabei handelt es sich beispielsweise um Energiepflanzen, pflanzliche Abfälle, Gülle, Zwischenfrüchte oder tierische Abfälle. Diese Biomasse ist CO2-neutral und hat bei der Energiegewinnung eine Kohlendioxid-Bilanz von 0.

Da sich Biogas unterschiedlich zusammensetzt, wird bei der Verwendung zur Energieerzeugung im Schnitt von 230 Gramm Kohlendioxid pro Kilowattstunde ausgegangen.

Emissionen von Erneuerbaren Energieträgern im Vergleich

Erneuerbare Energieträger, zu denen nicht nur Biogas gehört, sind deutlich umweltfreundlicher als fossile Brennstoffe. Das heißt nicht, dass durch Erneuerbare Energien keine Emissionen verursacht werden. Um zu verdeutlichen, wie klimaschädlich fossile Energieträger sind, ist ein Vergleich mit den Erneuerbaren Energieträgern sinnvoll.

Die Emissionen fallen bei den Erneuerbaren Energieträgern hauptsächlich in der Vorkette an:

• Bei der Herstellung und beim Bau von Wasserkraftwerken, Solarparks oder Windrädern werden Rohstoffe benötigt. Das führt zu Kohlendioxid-Emissionen.
• Beim Transport und bei der Installation werden zusätzliche Emissionen durch Maschinen und Fahrzeuge verursacht.
• Der Betrieb der Kraftwerke ist nahezu emissionsfrei, doch bei der Wartung und beim späteren Rückbau werden geringe Mengen Kohlendioxid freigesetzt.

Die Emissionen von Kohlendioxid sind während des gesamten Lebenszyklus der Kraftwerke und Anlagen nur gering. Sie liegen pro Kilowattstunde bei Windkraft an Land zwischen 12 und 15 Gramm, bei Windkraft auf See zwischen 5 und 12 Gramm, bei Solarenergie zwischen 20 und 50 Gramm und bei Wasserkraft zwischen 1 bis 30 Gramm.