Szenarien der Entwicklung des Klimawandels und der Energieversorgung

Szenarien der Entwicklung des Klimawandels und der Energieversorgung Jens Clausen Luki Schmitz I IMPRESSUM KURZTITEL Szenarien der Entwicklung des Klimawandels und der Energieversorgung AUTOREN Jens Clausen (Borderstep Institut) Luki Schmitz (Goethe Universität Frankfurt) VERLAG © Borderstep Institut Februar 2024 KONSORTIALFÜHRUNG Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit gemeinnützige GmbH PROJEKTPARTNER Johann Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt am Main Unetiq GmbH Vereinigung Deutscher Wissenschaftler e.V. ZITIERVORSCHLAG Clausen, J. & Schmitz, L. (2024). Szenarien der Entwicklung des Klimawandels und der Energieversorgung. Berlin: Borderstep Institut. TITELBILD © Foto von Hadija auf Unsplash FÖRDERMITTELGEBER Das Projekt „EnerVi“ wird gefördert im Rahmen des Förderaufrufs „Energiewende und Gesellschaft“ innerhalb des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG II INHALTSVERZEICHNIS Impressum............................................................................................................... I Inhaltsverzeichnis .................................................................................................. II Abbildungsverzeichnis ......................................................................................... IV 1 Einführung ......................................................................................................... 1 2 Szenarien der zukünftigen Entwicklung der Energieversorgung .................... 3 2.1 Die Big 5 Klimaneutralitätsszenarien .............................................................. 4 2.2 Energieverbrauch der privaten und gewerblichen Gebäude............................ 5 2.3 Energieverbrauch für die private Mobilität ...................................................... 7 2.4 Stromerzeugung ............................................................................................ 9 3 Szenarien der zukünftigen Entwicklung in den Märkten bestimmter energierelevanter Produkte ................................................................................. 11 3.1 Wärmeerzeuger und Fernwärmequellen ...................................................... 11 3.2 PKW-Antriebe .............................................................................................. 14 3.3 Photovoltaikanlagen .................................................................................... 16 4 Szenarien der Entwicklung des Ausstoßes von Treibhausgasen und des Klimawandels ....................................................................................................... 20 4.1 Die Ursachen des Klimawandels .................................................................. 20 4.2 Der Klimawandel.......................................................................................... 21 4.3 Die zu erwartenden Auswirkungen des Klimawandels auf die Natur ............. 22 4.4 Die zu erwartenden sichtbaren Auswirkungen des Klimawandels auf Landwirtschaft, Gärten und Parks ................................................................ 24 4.5 Die zu erwartenden Auswirkungen des Klimawandels auf die Gesellschaft und die Wirtschaft ............................................................................................... 27 4.6 Szenarien der weiteren Entwicklung des Klimawandels................................ 28 5 Szenarien der zu erwartenden Folgen des Klimawandels ............................. 31 6 Sozioökonomische Szenarien ......................................................................... 35 6.1 Megatrends als Grundlage für Szenarien ..................................................... 35 6.2 Szenarien .................................................................................................... 37 6.2.1 Trendszenario ......................................................................................................... 37 6.2.2 Stabilitätsszenario/Nachhaltigkeitsszenario ......................................................... 37 6.2.3 Dynamikszenario..................................................................................................... 37 6.3 Bewertung der Szenarien............................................................................. 37 7 Szenarien zur Entwicklung der Migration ....................................................... 39 SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG III 8 Szenarien für die Modellregionen ................................................................... 41 8.1 Der Klimawandel in Berlin ............................................................................ 41 8.2 Der Klimawandel im Hunsrück ..................................................................... 44 8.3 Bevölkerungsentwicklung............................................................................. 46 8.3.1 Bevölkerungsentwicklung in Berlin ........................................................................ 46 8.3.2 Bevölkerungsentwicklung Rhein-Hunrück-Kreis .................................................. 47 9 Konsequenzen für EnerVi................................................................................ 49 Quellen ................................................................................................................. 50 SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG IV ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1: Von privaten Haushalten verursachter Energieverbrauch in TWh ....................... 3 Abbildung 2: Entwicklung des Erdgasverbrauchs der Haushalte und GHD in Deutschland bis 2045.................................................................................................................................................. 5 Abbildung 3: Entwicklung des Heizölverbrauchs der Haushalte und GHD in Deutschland bis 2045.................................................................................................................................................. 6 Abbildung 4: Entwicklung des Energieträgerverbrauchs im Verkehr in Deutschland bis 2045 8 Abbildung 5: Energiequellen der Stromerzeugung in Deutschland bis 2045 ............................ 9 Abbildung 6: Ausbau Wind und Photovoltaik in Deutschland bis 2030 .................................... 10 Abbildung 7: Entwicklung des Bestandes an Wärmeerzeugern in Deutschland bis 2045 ..... 11 Abbildung 8: Anteil des dänischen Wärmebedarfs, der 2020 durch verschiedene Energieträger gedeckt wurde ....................................................................................................... 12 Abbildung 9: Absatzzahlen für Wärmeerzeuger und davon Wärmepumpen bis 2045 ........... 13 Abbildung 10: Entwicklung der Nutzung von Energieträgern für die Fernwärme in Deutschland bis 2045 ................................................................................................................... 14 Abbildung 11: Entwicklung des Fahrzeugbestandes nach Antriebsarten in Deutschland bis 2045................................................................................................................................................ 15 Abbildung 12: Schätzung der technischen Potenziale verschiedener Technologien der Integrierten PV in Deutschland .................................................................................................... 17 Abbildung 13: Schätzung der Stromgestehungskosten (LCOE) verschiedener PVTechnologien; rot: Bereich der Einspeisevergütung für kleine PV-Systeme bei Inbetriebnahme ab 1. Juli 2021.................................................................................................... 19 Abbildung 14: Die Treibhausgasemissionen der menschlichen Aktivitäten steigen ............... 20 Abbildung 15: Die Konzentration von Treibhausgasemissionen in der Atmosphäre steigt .... 21 Abbildung 16: Die Oberflächentemperaturen der Erde steigen ................................................ 21 Abbildung 17: Agroforst mit Olivenbäumen ................................................................................ 25 Abbildung 18: Berliner Kiezgärten ............................................................................................... 26 Abbildung 19: Die zukünftigen Treibhausgasemissionen im Kontext der Klimaziele.............. 29 Abbildung 20: Die zukünftigen Treibhausgasemissionen mit den folgenden Temperaturanstiegen und Risiken............................................................................................... 30 Abbildung 21: Projizierte Änderungen der jährlichen Tageshöchsttemperatur, der jährlichen mittleren Bodenfeuchtigkeit und des jährlichen Tageshöchstniederschlags bei einer globalen Erwärmung von 1,5°C, 2°C, 3°C und 4°C im Vergleich zu 1850-1900. ................................... 32 SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG V Abbildung 22: Prognostizierte Risiken und Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche und menschliche Systeme bei verschiedenen globalen Erwärmungsgraden (GWL) im Vergleich zu den Werten von 1850-1900.................................................................................... 33 Abbildung 23: Überschneidungen zwischen der zukünftigen Bevölkerungsverteilung und extremer Hitze ............................................................................................................................... 39 Abbildung 24: Bandbreite der jährlichen Änderungen der Durchschnittstemperatur in Berlin42 Abbildung 25: Bandbreite der jährlichen Änderungen des Niederschlags in Berlin ................ 43 Abbildung 26: Gemeinde Neuerkirch .......................................................................................... 45 Abbildung 27: Projektionen der Entwicklung der mittleren Temperatur im Kalenderjahr im Hunsrück ........................................................................................................................................ 45 Abbildung 28: Projektionen der Entwicklung der mittleren Niederschläge im Kalenderjahr im Hunsrück ........................................................................................................................................ 46 Abbildung 29: Prognostizierte Entwicklung der Einwohnerzahl Berlins ................................... 47 Abbildung 30: Prognostizierte Einwohnerzahl im Rhein Hunsrück Kreis in 2040 ................... 48 SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 1 1 Einführung Ziel des Vorhabens „Individualisierte Visualisierung von Energiewendemaßnahmen“ (EnerVi) ist es, im Rahmen von partizipativen gesellschaftlichen Prozessen exemplarisch für zwei ausgewählte Modellregionen (Stadt Berlin und die Ortsgemeinden Neuerkirch und Külz im Hunsrück) den dort lebenden VerbraucherInnen die individuellen Folgen der Energiewende transparent zu machen und damit nachhaltiges Verhalten zu aktivieren und zu festigen. Die Modellregionen unterscheiden sich sehr deutlich in den soziokulturellen Lebensbedingungen und den energiewirtschaftlichen Voraussetzungen. Damit bilden sie eine große Spannweite der in Deutschland vorhandenen gesellschaftlichen und energetischen Milieus ab. Ein zentrales Element des Vorhabens ist die Entwicklung eines Webtools (im Folgenden Visualisierungstool genannt), das mit Hilfe künstlicher Intelligenz (KI) individualisiert auf die konkrete Person die Folgen der Energiewende in den Modellregionen visualisiert. Es werden die Folgen der Energiewende und mögliche Klimaveränderungen im regionalen Umfeld anhand von mit KI „gemorphten“ Bildern mittels unterschiedlicher Zukunftsszenarien transparent gemacht. Dabei werden auch die Auswirkungen eigener persönlicher und kollektiver Entscheidungen (z.B. eigene/kommunale Energieversorgung, eigene/kommunale Energienutzung, Konsumverhalten, etc.) berücksichtigt und die Auswirkungen etwa auf die persönlichen Energiekosten, den Energieverbrauch1 oder auch die künftigen Konsummöglichkeiten dargestellt. Auf Basis globaler, nationaler und kommunaler Entwicklungsszenarien und der verfügbaren energiewissenschaftlichen Daten sowie den Ergebnissen projektbezogener sozialwissenschaftlicher Untersuchungen werden Algorithmen entwickelt, die die Folgen von Energiewendemaßnahmen visualisieren. Die Verwendung des Tools soll anregen, das eigene Handeln kritisch zu hinterfragen und eine Hilfestellung für Verhaltensänderungen bieten. Es soll darüber hinaus Handlungsmöglichkeiten für Privatpersonen sowie Kommunen aufzeigen. Grundlage der Entwicklung ist dabei ein guter Überblick über die vorliegenden Szenarien der zukünftigen Entwicklung der Energiewende und ihrer Folgen. Dabei sind verschiedene Gegenstände der Szenarien zu unterscheiden: Szenarien zur zukünftigen Entwicklung der Energieversorgung, Szenarien der zukünftigen Entwicklung in den Märkten bestimmter energieverbrauchender Produkte wie z.B. Heizungen und PKW-Antriebe. Szenarien der Entwicklung des Ausstoßes von Treibhausgasen und des Klimawandels, Szenarien der zu erwartenden ökologischen und klimatischen Folgen des Klimawandels, Szenarien zur Entwicklung der Migration. Es werden daher globale, nationale und lokale Szenarien der Energiewende recherchiert und analysiert. Hierbei werden insbesondere auch die vorhandenen Planungen und Konzepte der 1 Nach der physikalischen Definition kann Energie nicht verbraucht, sondern lediglich in eine andere Energieform umgewandelt werden, z.B. Strom in Wärme oder Wärme hoher Temperatur in Wärme niedrigerer Temperatur. Im allgemeinen Sprachgebrauch wie auch im Energierecht wird diese Umwandlung von nutzbarer in nicht nutzbare Energie aber als Verbrauch bezeichnet, z.B. in der RICHTLINIE 2010/31/EU DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 2 Modellregionen berücksichtigt. Die Szenarien werden mit dem Ziel aufbereitet, die Auswirkungen auf den ökologisch-geografischen Nahraum der Modellregionen sichtbar zu erfassen und die Daten im Rahmen des Visualisierungstools nutzbar zu machen. Auch soll mit der Analyse der Szenarien herausgearbeitet werden, welche individuellen Handlungen bzw. auch NichtHandlungen im Rahmen der Energiewende zu welchen sichtbaren Folgen in den Modellregionen führen. Dafür werden die relevanten Input-Parameter für das Visualisierungstool im Rahmen der Partizipationsprozesse in den anderen Arbeitspaketen diskutiert und entwickelt. Im Zentrum der Analyse der Szenarien stehen die privaten Haushalte und ihr jeweiliges regionales Umfeld. Die vorliegende Studie stellt dar: In Kapitel 2 Szenarien zur zukünftigen Entwicklung der Energieversorgung insgesamt auf nationaler Ebene, in Kapitel 3 Szenarien der zukünftigen Entwicklung in den Märkten bestimmter energieverbrauchender Produkte wie z.B. Heizungen, in Kapitel 4 Szenarien der Entwicklung des Ausstoßes von Treibhausgasen und des Klimawandels, in Kapitel 5 Szenarien der zu erwartenden ökologischen und klimatischen Folgen des Klimawandels und in Kapitel 6 Szenarien zur Entwicklung sozialer Folgen des Klimawandels, z.B. der Migration. Kapitel 7 und 8 stellt die wenigen Informationen zusammen die bisher für die Projektregionen Berlin und Hunsrück gefunden wurden, Kapitel 9 versucht übergreifende Schlüsse und Konsequenzen für die Entwicklung des Visualisierungstools und den weiteren Projektablauf zu entwickeln. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 3 2 Szenarien der zukünftigen Entwicklung der Energieversorgung Die privaten Haushalte haben im Jahr 2021 eine Menge von 281 TWh Gase, primär Erdgas, 127 TWh Strom, 107 TWh erneuerbare Energien2, 92 TWh Mineralöle, primär Heizöl, sowie 58 TWh Fernwärme eingesetzt (AG Energiebilanzen, 2021). Auch 4 TWh Kohle für die letzten Öfen wurden benötigt. 68 % dieser Energie wurden zur Erzeugung von Raumwärme eingesetzt, weitere 16 % für Warmwasser. Nochmals 6 % dienen der Erzeugung von Prozesswärme mit elektrischem Strom für das Kochen und 4 % der Erzeugung von Kälte in Kühlund Gefrierschränken (AG Energiebilanzen, 2021). Weitere 747 TWh an Energie wurden durch den Verkehr verbraucht, davon 429 TWh durch PKW (Statistisches Bundesamt, 2018). Ein großer Anteil des PKW-Verkehrs wird durch private Haushalte verursacht, denn Dienstreisen machen nur knapp 20 % der PKW-Fahrten aus (INFAS, 2018). Berücksichtigt man die überdurchschnittliche Länge der dienstlichen Fahrten, lassen sich etwa drei Viertel des Energieverbrauchs des PKW-Verkehrs den privaten Haushalten zuschlagen. Dabei werden nicht nur privaten Einkäufe, Erledigungen etc. den privat verursachten Fahrten zugeschlagen, sondern auch Fahrten zu Arbeit und Ausbildung, die sich letztlich aus der privat entschiedenen Wahl des Wohnortes und des Verkehrsmittels ergeben. 322 TWh Energieverbrauch für die PKW-Nutzung werden daher hier als von privaten Haushalten verursachter Energieverbrauch bewertet. Abbildung 1: Von privaten Haushalten verursachter Energieverbrauch in TWh Quelle: Borderstep unter Verwendung von Daten der AG Energiebilanzen (2021) 2 Den größten Anteil stellt hier die Biomasse mit ca. 80 TWh/a ergänzt durch kleine Menge solarthermischer Wärme und über Wärmepumpen gewonnener Umweltwärme. PKWTreibstoffe; 322 Erdgas; 281 Strom; 127 Erneuerbare Energien; 107 Heizöl; 92 Fernwärme; 58 Kohle; 4 SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 10 schen 3 bis 6 herausläuft, Offshore-Windstrom in einer Menge von 25 TWh und einer erforderlichen Steigerungsrate zwischen 5 bis 14 und Solarstrom in einer Menge von 53 TWh und einer erforderlichen Steigerungsrate zwischen 3 bis 9. In der Eröffnungsbilanz des BMWK der neuen Bundesregierung von Januar 2022 (BMWK, 2022) geht das BMWK von einem Anstieg des Strombedarfs für die Sektorkopplung von etwa 560 TWh im Jahr 2021 auf 680 bis 750 TWh schon im Jahr 2030 aus. „Im Ergebnis gilt es, die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien von aktuell knapp 240 TWh auf 544 bis 600 TWh im Jahr 2030, also um 120 bis 150 Prozent, zu erhöhen“ (BMWK, 2022). Das BMWK plant zur Erhöhung der Produktion von Windund Solarstrom erhebliche Ausbauraten. Abbildung 6: Ausbau Wind und Photovoltaik in Deutschland bis 2030 Quelle: BMWK (2022) Für die Planung der Darstellung der nötigen Anlagen versucht Kapitel 3 eine Abschätzung der bis 2045 zu erwartenden Anlagenzahl. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 11 3 Szenarien der zukünftigen Entwicklung in den Märkten bestimmter energierelevanter Produkte Mit Blick auf Energieverbrauch und Energieerzeugung durch private Haushalte sind drei Schlüsseltechnologien von Bedeutung: Dies ist zum ersten der Wärmeerzeuger, der gegenwärtig für mehr als die Hälfte der genutzten Energieträger die bestimmende Technologie ist und in Zukunft nicht nur den Verbrauch von Energieträgern bestimmt, sondern gleichzeitig Teil der Gewinnung erneuerbarer Energien im bzw. am Gebäude sein wird. Zum zweiten ist es die Antriebsart des PKW, der heute für etwa ein Drittel der genutzten Energieträger die bestimmende Technologie ist. Und es ist zum Dritten die Photovoltaikanlage, deren Verbreitung auf oder an Gebäuden zusammen mit dem Stromspeicher dafür bestimmend ist, ein wie großer Anteil der benötigten Energie am Gebäude selbst gewonnen werden kann. 3.1 Wärmeerzeuger und Fernwärmequellen Gegenwärtig sind die Gasund Ölheizung sowie der Fernwärmeanschluss die bestimmenden Wärmetechnologien. Die Studie „Klimaneutrales Deutschland 2045“ der Stiftung Klimaneutralität, Agora Energiewende und Agora Verkehrswende (Dambeck et al., 2021) legt eine kontinuierlich sinkende Zahl von Ölund Gasheizungen zu Grunde und ersetzt diese durch eine steigende Zahl von Wärmepumpen und Fernwärmeanschlüssen. Abbildung 7: Entwicklung des Bestandes an Wärmeerzeugern in Deutschland bis 2045 Quelle: Ariadne-Projekt (2022) SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 12 In nur 22 Jahren soll der Bestand an Ölund Gasheizungen von über 70 % auf nur noch knapp 10 % gesenkt werden. Ein Blick auf die letzten 60 Jahre der Wärmewende in Dänemark zeigt, dass dort für ein Absinken des Bestandes an Ölund Gasheizungen von 70 % auf 20 % ca. 45 Jahre benötigt wurden. Der deutsche Plan, dies in etwas mehr als 20 Jahren zu schaffen, kann insoweit als anspruchsvoll bezeichnet werden. Abbildung 8: Anteil des dänischen Wärmebedarfs, der 2020 durch verschiedene Energieträger gedeckt wurde Quelle: Scientists for Future (2022) Um den Prozess rasch in Gang zu setzen, begann die Bundesregierung im Sommer 2022 zusammen mit der Heizungsbranche einen Konsultationsprozess in der Form von zwei virtuellen Wärmepumpen-Gipfeln. Es wurde das Ziel vereinbart, den Marktanteil von Wärmepumpen von 16 % in 2021 auf 66 % in 2027 zu steigern und dabei in 2025 das erste Mal mehr als 500.000 Wärmepumpen zu installieren (Wärmepumpen-Gipfel, 2022). Der Bundesverband Wärmepumpe sieht als Folge der Beschlüsse des Wärmepumpengipfels (Wärmepumpen-Gipfel, 2022) folgende Entwicklung kommen: SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 13 Abbildung 9: Absatzzahlen für Wärmeerzeuger und davon Wärmepumpen bis 2045 Quelle: BWP (2022) Hilfreich für diesen Plan ist, dass die Zahl der installierten Wärmepumpen seit einigen Jahren deutlich steigt und besonders durch die seit dem Jahr 2019 verbesserten Förderbedingungen im Jahr 2022 erstmals knapp 280.000 Stück, davon 236.000 Heizungswärmepumpen, erreichte. Jeder vierte installierte Wärmeerzeuger war 2022 eine Wärmepumpe. In 2023 stieg die Zahl der von den Herstellern an die Installationsbetriebe ausgelieferten Heizungswärmepumpen auf über 350.000 (TGA-Fachplaner, 2024). Das Ziel, in 2024 mindestens 500.000 Wärmepumpen auszuliefern, ist aber angesichts der stockenden Umsetzung des neuen GEG aufgrund des Abwartens auf die kommunale Wärmeplanung dennoch in weite Ferne gerückt. In Ergänzung der Wärmeerzeuger in den Einzelgebäuden ist es erforderlich, neue und regenerative Quellen für die Fernwärmeversorgung zu erschließen. Gegenwärtig wird auch das Gros der Fernwärme fossil unter Nutzung von (Stein-)Kohle, Braunkohle und Erdgas erzeugt. Weiter werden Biomasse, Biogas sowie biogener und fossiler Abfall in Verbrennungsanlagen eingesetzt, um Fernwärme zu erzeugen. Die Studie „Klimaneutrales Deutschland 2045“ (Dambeck et al., 2021) zeichnet das Bild eines sich langsam von den Fossilen weg entwickelnden, recht differenzierten Wärmemixes. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 14 Abbildung 10: Entwicklung der Nutzung von Energieträgern für die Fernwärme in Deutschland bis 2045 Quelle: Ariadne-Projekt (2022) Der Anteil fossiler Energieträger liegt heute noch bei 81 % und soll bis 2045 bis auf einen kleinen Anteil „Abfall-fossil“ komplett durch einen breiten Mix erneuerbarer Energien ersetzt werden. Im Vergleich mit den anderen drei Szenarien, die die Fernwärmegewinnung im Detail ausarbeiten, enthält das 2045-Mix der Studie „Klimaneutrales Deutschland 2045“ eher viel Wasserstoff, und im Vergleich zur BDI Studie Klimapfade 2.0 weniger Biomasse. In Bezug auf die anderen Energiequellen bestehen zwar Unterschiede, gemeinsam ist allen Studien aber eine breite Mischung unterschiedlicher Wärmequellen. Lokal wird dieses Mix dann im Regelfall fokussierter, weil es sich an den lokalen Gegebenheiten orientieren muss. So können z.B. industrielle Abwärme oder Flusswärmepumpen nur dort genutzt werden, wo entsprechende Ressourcen verfügbar sind. Anknüpfungspunkte zu sozioökonomischen Perspektiven Eine sozioökonomische Herausforderung ist das Eigentum an und die Kontrolle über Fernwärmenetze. Netze in kommunalem Eigentum oder im gemeinnützigen Eigentum der Nutzenden liefern für die Kunden signifikant preisgünstigere Wärme als Netze von privaten Unternehmen mit Gewinninteresse (Clausen, Benne & Hinterholzer, 2021). 3.2 PKW-Antriebe Die Studie „Klimaneutrales Deutschland 2045“ der Stiftung Klimaneutralität, Agora Energiewende und Agora Verkehrswende (Dambeck et al., 2021) legt beispielhaft einen schnell wachsenden Bestand an batterieelektrischen Fahrzeugen zu Grunde. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 15 Abbildung 11: Entwicklung des Fahrzeugbestandes nach Antriebsarten in Deutschland bis 2045 Quelle: Ariadne-Projekt (2022) Im Gegensatz zur Verbreitung der batterieelektrischen Fahrzeuge erleben die Plug-In Hybride nur einen kurzen Aufschwung und verharren bei einer maximalen Verbreitung von 5 Mio. Fahrzeugen, was angesichts eines Marktanteils von nur noch 5 % Anfang 2023 schon kaum noch realistisch erscheint. Weitgehend marginal bleiben die Antriebe mit Erdgas und Wasserstoff. Insgesamt geht die Studie von einem leicht sinkenden Fahrzeugbestand aus, der 2045 etwa 10 Mio. Fahrzeuge weniger als aktuell umfasst. Von den anderen in der Vergleichsstudie erfassten Studien lassen zwei den Fahrzeugbestand bis 2045 auf 37 bzw. 39 Mio. Fahrzeuge etwas schrumpfen, zwei lassen ihn mit 45 bzw. 46 fast konstant bleiben und zwei lassen ihn auf 51 Mio. Fahrzeuge leicht steigen. Keines der Szenarien weist im Jahr 2045 in der auf ganze Millionen gerundeten Tabelle Fahrzeuge mit Erdgasantrieb aus. Die Zahl der Brennstoffzellenfahrzeuge wird dreimal auf unter 50.000, zweimal auf ca. 100.000 und einmal auf ca. 2 Mio. Stück geschätzt. Die Zahl der PlugIn Hybride wird von zwei Studien auf null, von je einer auf eine bzw. zwei Millionen und von zwei Studien auf 4 Millionen veranschlagt. Der Anteil batterieelektrischer Fahrzeuge am Fahrzeugbestand ergibt sich daher in den Studien mit Anteilen zwischen 75 % und 99 % als absolut dominierend. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 16 Anknüpfungspunkte zu sozioökonomischen Perspektiven Während sich die Antriebswende vom Verbrennungsmotor zum Elektromotor durchaus unter Beibehaltung des gegenwärtig dominierenden Systems intensivster Nutzung des motorisierten Individualverkehrs organisieren lässt und insoweit Verhaltensänderungen fast vermeiden kann, ist eine Verkehrswende mit deutlichen Änderungen des Modal-Split ohne erhebliche Verhaltensänderungen nicht durchsetzbar. Zudem ergeben sich auch ökonomische Nachteile für die bisher dominierenden wirtschaftlichen Akteure des Verkehrssystems, wie z.B. Hersteller, Werkstätten, fossile Energiekonzerne der Treibstoffversorgung sowie Tiefbau. Diese teilweise schon durch die Antriebswende „geschädigten“ Akteure leisten vielfältigen Widerstand gegen weitere Systemänderungen durch neue Nutzungsformen oder gar Verkehrsvermeidung. Besonders Suffizienzansätze (arbeitsplatznahes Wohnen, regionale Wirtschaftskreisläufe) gefährden das verkehrsintensive Modell des dominanten Regimes. 3.3 Photovoltaikanlagen In den zu Grunde gelegten Szenarien der „Big 5 Studien“ wird angenommen, dass Deutschland zum Erreichen einer klimaneutralen Stromversorgung in 2045 ca. 151 bis 473 TWh/a Solarstrom erzeugen muss (Ariadne Projekt, 2022). Aber wie viele PV-Anlagen welcher Größe müssen dafür errichtet werden? Fraunhofer ISE errechnet dazu die Notwendigkeit einer mittleren jährlichen Netto-Zubaurate von mindestens 12 bis 20 GW bis zum Zieljahr 2040 (Wirth, Kost & Kramer, 2021). Dabei kommen als Flächen für die Installation keineswegs nur Dächer und Freiflächen in Frage, aber: „Nur ein Teil des technischen Potenzials lässt sich wirtschaftlich-praktisch erschließen, abhängig vom Erfolg der jeweiligen Produktentwicklungen bezüglich Stromertrag, Kosten, Erscheinungsbild und Synergieeffekten sowie von verschiedenen Rahmenbedingungen. Der Potenzialabschätzung liegt eine Modulwirkungsgrad von 20 % zugrunde“ (Wirth et al., 2021). Die errechneten Potenziale sind in Abbildung 12 dargestellt: SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 17 Abbildung 12: Schätzung der technischen Potenziale verschiedener Technologien der Integrierten PV in Deutschland Quelle: Wirth, Kost, & Kramer (2021) Hinter diesen Zahlen verbergen sich nicht unwesentliche Anlagenzahlen bzw. Flächen. So errechnet die Dena-Leistudie, dass bis 2045 für 180 GWpeak Anlagen auf Gebäuden nicht weniger als 66 % aller Dächer mit PV-Anlagen ausgestattet werden müssten (Dena, 2021). Bis 2030 wäre die Ausstattung von ca. 20 bis 25 % der Dächer notwendig. Die in der Studie „Klimaneutrales Deutschland“ (Dambeck et al., 2021) sowie im Ariadne-Report „Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045“ (Ariadne Projekt, 2021) genannten Zahlen lassen auf ähnliche Anteile von Photovoltaikanlagen auf Dächern schließen. Nur in der BDI-Studie „Klimapfade 2.0“ sind die veranschlagten Werte etwas niedriger BCG, 2021). Der Ariadne-Report „Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045“ ist das einzige Szenario, welches klare Aussagen zum Flächenbedarf von Freiflächen Photovoltaik macht. Der Bericht veranschlagt einen Flächenbedarf von ca. 0,25 % der Landesfläche bis 2030 und ca. 0,4 % der Landesfläche bis 2040 (Ariadne Projekt, 2021). Da Freiflächen-Photovoltaik nicht in Siedlungen und nicht in Wäldern realisiert werden dürfte, wird sich der Bedarf auf die Agrarfläche konzentrieren, die ihrerseits etwa 50 % der Landesfläche ausmacht. z SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 18 Verbreitung der Photovoltaik bis 2030 / 2045 Aufdachanlagen: Bis 2030 ist eine Ausstattung von 20 bis 30 % der Dächer mit Photovoltaikanlagen zu erwarten. Bis 2045 wird dieser Prozentsatz auf 50 bis 70 % ansteigen. Freiflächenanlagen: Bis 2030 werden ca. 0,4 % der Agrarfläche für Freiflächenanlagen benötigt. Bis 2045 werden ca. 0,8 % der Agrarfläche für Freiflächenanlagen benötigt. Durch die Überdachung von Parkplätzen, landwirtschaftlichen Nutzflächen, Seen u.a.m. kann dabei zwar die Menge der Freiflächenanlagen ohne Mehrfachnutzung der Fläche reduziert werden, aber dadurch würde der Strom nicht unwesentlich teurer: SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 19 Abbildung 13: Schätzung der Stromgestehungskosten (LCOE) verschiedener PV-Technologien; rot: Bereich der Einspeisevergütung für kleine PV-Systeme bei Inbetriebnahme ab 1. Juli 2021 Quelle: Wirth, Kost, & Kramer (2021) Anknüpfungspunkte zu sozioökonomischen Perspektiven Für die sozioökonomische Umsetzung des Ausbaus der Erneuerbaren sind verschiedene ökonomische Modelle wichtig. So kann z.B. mit Photovoltaikanlage, Stromspeicher und Wärmepumpe in einem energieeffizienten Haus annähernd energetische Autarkie erreicht werden, wobei ein Stromüberschuss im Sommer vom Netz gegen einen Bedarf an externem Strom im Winter ausgeglichen werden muss. Selbst die durchschnittliche Fahrstrecke eines privaten elektrischen PKW kann vom Haus so mitversorgt werden (Scheffler, 2022). Gemeinschaftliches Handeln ermöglicht die Gründung von Energiegenossenschaften oder - gesellschaften und so einerseits gemeinsame Investments in größere Energieanlagen (z.B. Windkraft) oder in die anteilige Selbstversorgung von Mehrfamilienhäusern. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 26 Die seit einigen Jahren sichtbare Bewegung des Urban Gardening wäre hier anschlussfähig. In ihrem Rahmen werden sowohl private Flächen von Ziergärten zu Nutzgärten umgestaltet, aber auch Teile öffentlicher Grünflächen und versiegelte Flächen, z.B. Parkplätze, könnten in Gemeinschaftsgärten umgewandelt werden. In Handarbeit werden hier Gemüse und Nahrungsmittel für Menschen angebaut. So könnten auch Hochbeete und Gemüsebeete Rasen ersetzen, sowohl in Hausgärten als auch in Parks, passend zur bereits stattfindenden Renaissance der Schrebergärten Abbildung 18: Berliner Kiezgärten Fotos: Clausen Ähnlich werden sich auch Parkanlagen verändern. Auch hier werden Schattenbäume vermehrt durch das Publikum nachgefragt werden und statt der freien Liegewiese könnte der Aufenthalt im Schatten attraktiver werden (Hofmann, 2023). Ebenso wie in den Gärten werden Rasenflächen öfter braun oder gelb sein oder wie werden zu Blühweisen, Staudenbeeten oder Kräuterbeeten umgemodelt. Wo vorhanden, können sich auch Wasserflächen ändern. Vom gartenarchitektonisch gestalteten, exakt begrenzten Teich könnte die Entwicklung zu eher naturnahen Gewässern mit Schilfgürtel gehen (Hofmann, 2023). Parks könnten sich zukünftig so in Zukunft weg entwickeln vom exakt geplanten und optisch gestalteter Gartenkultur hin zu sich eigendynamisch verändernder und dadurch auch resilienterer Wildheit. Aber auch die Gebäude und Stadtstraßen könnten und werden sich wandeln. Durch die Notwendigkeit, die Städte an den Klimawandel anzupassen, werden zunehmend Dächer begrünt werden, Gründächer werden auch in Kombination mit Photovoltaik gebaut werden und es wird mehr Fassadenbegrünung geben. Dem Ideal der Schwammstadt folgend, wird es mehr Regenwasserrückhaltung und Versickerung geben, ggf. auch kleine Rückhaltebecken, und die zunehmende Intensität und Zeitdauer der Sonnenstunden wird den Bedarf an Straßenbäumen vergrößern. Zukünftig muss dabei jeder neu gepflanzte Baum sorgfältig gepflegt werden, so dass er in den ersten Jahren, in denen seine Wurzeln noch nicht tief reichen, nicht vertrocknet. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 27 Und um auch die vielen älteren Bäume mit Wasser zu versorgen, wird die Regenwasserversickerung zum zentralen des Konzepts einer grüneren und baumbestandenen Stadt (Hofmann, 2023). 4.5 Die zu erwartenden Auswirkungen des Klimawandels auf die Gesellschaft und die Wirtschaft Die EU-Kommission sieht folgende bedeutende Folgen des Klimawandels auf die europäische Gesellschaft (EU Kommission, 2023): Gesundheit: Die wichtigsten Auswirkungen zukünftiger klimatischer Veränderungen auf die Gesundheit sind (EU Kommission, 2023): Zunahme der hitzebedingten Todesfälle und Erkrankungen, Abnahme der kältebedingten Todesfälle und Erkrankungen, zunehmende Unfallgefahr und Auswirkungen auf das allgemeine Wohlergehen durch Extremwetterereignisse (Überschwemmungen, Brände und Unwetter), veränderte Auswirkungen von Krankheiten, die z. B. durch Vektoren, Nager, Wasser oder Nahrungsmittel übertragen werden, Veränderungen in der saisonalen Verbreitung bestimmter allergener Pollen sowie der Verbreitung von Viren, Schädlingen und Krankheiten, aufkommende oder wiederauftretende Tierseuchen, die die Gesundheit von Tieren und Menschen in Europa durch Virus-Zoonosen und vektorübertragene Krankheiten gefährden, aufkommende oder wiederauftretende Pflanzenschädlinge (Insekten, Krankheitserreger und andere Schädlinge) sowie Krankheiten, die Wälder und Anbauflächen befallen, Risiken im Zusammenhang mit Änderungen der Luftqualität und der Ozonschicht. Gefährdete Bevölkerungsgruppen: Menschen mit niedrigem Einkommen, Arbeitslose und gesellschaftliche Randgruppen sind von den Auswirkungen des Klimawandels stärker betroffen und können gleichzeitig weniger tun, um sich vor diesen Auswirkungen zu schützen. In besonderem Maße trifft dies auf Frauen zu, die damit besonders im Nachteil sind, wenn Anpassungsmaßnahmen hohe finanzielle Mittel erfordern. Auch die ältere Bevölkerung, die ohnehin besonders stark von Gesundheitsbeschwerden betroffen ist, wird in hohem Maße unter den Folgen der Klimakrise leiden. Beschäftigung: Durch einen insgesamt zu erwartenden schlechteren Gesundheitszustand der Bevölkerung sowie ggf. auch zusätzliche Arbeitsschutzmaßnahmen (Hitze am Arbeitsplatz, häufigere und intensivere naturbedingte Gefährdungen, die Menschen daran hindern, zur Arbeit zu kommen) könnte die Verfügbarkeit von Arbeitskräften sich negativ entwickeln. Einige Wirtschaftssektoren sind zudem von stabilen klimatischen Bedingungen abhängig. Hierzu gehören neben der Landund Forstwirtschaft und dem Tourismus z.B. auch die Energieerzeugung. Neben Risiken bietet sowohl die Transformation zur klimaneutralen Wirtschaft wie auch Großinvestitionen in Anpassungsmaßnahmen erhebliche wirtschaftliche Chancen. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 28 Infrastrukturen und Gebäude: Gebäude und Infrastrukturen können aufgrund ihres Standorts z. B. in überschwemmungs-, erdrutsch-, waldbrand-, sturmoder lawinengefährdeten Gebieten, aber auch einer nicht hinreichend sturmfesten Konstruktion durch den Klimawandel gefährdet sein. Besondere Gefahren bringen Extremwetterereignisse mit sich. Energie: Durch den Klimawandel wird der Bedarf an Heizenergie tendenziell sinken, der Energiebedarf für die Kühlung im Sommer dagegen stark zunehmen. Ein starker sommerlicher Anstieg des Spitzenstromverbrauchs durch Kühlgeräte und im Kühlmodus laufende Wärmepumpen könnte durch einen deutlichen Ausbau der Photovoltaik an Gebäuden teilweise abgefedert werden. Der Temperaturanstieg und Dürren könnten die Verfügbarkeit von Kühlwasser für Heizkraftwerke im Sommer einschränken, was aber mit einer deutlichen Abnahme der Bedeutung dieser Kraftwerkstypen einhergehen dürfte. Extremwetterereignisse bedrohen Teile der Energieinfrastruktur, wie z.B. oberirdische Leitungen, Umspannwerke und Trafostationen, aber auch Windkraftwerke und Photovoltaikanlagen. Veränderte Witterungsmuster werden sich direkt auf die Möglichkeiten zur Gewinnung von erneuerbarer Energie auswirken. Durch veränderte Großwetterlagen könnte der Wind in Gebieten abnehmen, in denen er früher als zuverlässig galt. Trockenheit könnte den Anbau von Pflanzen für die Energieerzeugung aus Biomasse erschweren. Landund Forstwirtschaft: Hitze und Trockenheit dürften sich stark negativ auf die landwirtschaftliche Produktion auswirken. Die Möglichkeit zum Ausgleich der Wirkung von Trockenheit durch Bewässerung wird durch die zunehmend mangelnde Verfügbarkeit von Wasser begrenzt werden. In den Wäldern nehmen Risiken durch Dürre, Brände und Stürme (abiotische Auswirkungen) sowie durch Schädlinge und Krankheiten (biotische Auswirkungen) zu. Tourismus: Für touristische Regionen sind erhebliche wirtschaftlichen Folgen des Klimawandels zu erwarten. Touristenströme könnten sich im Sommer eher auf Mittelund Nordeuropa orientieren, in den anderen Jahreszeiten könnte Südeuropa attraktiv bleiben. Die steigende Durchschnittstemperatur auch in den Gebirgen lassen die Gletscher schmelzen und die Schneedecken zurückgehen und werden dadurch in vielen Regionen die Wintersportindustrie treffen. 4.6 Szenarien der weiteren Entwicklung des Klimawandels Für die weitere Entwicklung des Klimawandels werden die zukünftigen Emissionen von Treibhausgasen bestimmend sein. Das in Paris vereinbarte Ziel ist "wesentlich unter 2 °C". Angestrebt werden sollen 1,5 °C. Aus dem in Paris vereinbaren Ziel folgt ein bestimmter, für die Erreichung des Ziels notwendiger Verlauf, der Emissionen. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 29 Abbildung 19: Die zukünftigen Treibhausgasemissionen im Kontext der Klimaziele Quelle: IPCC (2023) Um den politischen Kontext darzustellen, ist in der Grafik auch der Trend der Emissionen eingezeichnet, der sich durch die gegenwärtig implementierten Klimapolitiken ergeben würde. Übersetzt in verschiedene Szenarien ergeben sich Temperaturanstiege bis zu 7 °C bis 2100. Dabei ordnet das IPCC allen Temperaturanstiegen oberhalb von 2 °C extreme Risiken zu. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 30 Abbildung 20: Die zukünftigen Treibhausgasemissionen mit den folgenden Temperaturanstiegen und Risiken. Quelle: IPCC (2023) Je weniger ambitioniert der ⁠Klimaschutz⁠ betrieben wird, umso stärker werden diese Klimaveränderungen eintreten. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 31 5 Szenarien der zu erwartenden Folgen des Klimawandels Der IPCC beschreibt in seinem sechsten Bericht die Grundzüge der weltweiten Veränderungen durch den Klimawandel wie folgt (IPCC, 2023): „Bei einer weiteren globalen Erwärmung wird jede Region der Welt zunehmend gleichzeitige und mehrfache Veränderungen der klimatischen Einflussfaktoren erfahren. In allen Regionen wird mit einer Zunahme heißer und einer Abnahme kalter klimatischer Einflussfaktoren, wie z. B. Temperaturextremen, gerechnet. Bei einer globalen Erwärmung von 1,5°C werden Starkniederschläge und Überschwemmungen in den meisten Regionen Afrikas, Asiens, Nordamerikas und Europas voraussichtlich zunehmen und häufiger werden. Bei einem Temperaturanstieg von 2°C oder mehr dehnen sich diese Veränderungen auf mehr Regionen aus und/oder werden bedeutender, und in Europa, Afrika, Australasien sowie Nord-, Mittelund Südamerika werden häufigere und/oder schwerere landwirtschaftliche und ökologische Dürren prognostiziert. Zu den weiteren projizierten regionalen Veränderungen gehören die Intensivierung tropischer Wirbelstürme und/oder außertropischer Stürme sowie eine Zunahme der Trockenheit und der Brandgefahr. Zusammengesetzte Hitzewellen und Dürren werden wahrscheinlich häufiger auftreten, auch gleichzeitig an mehreren Orten.“ Abbildung 22 gibt zunächst einen Überblick über drei Indikatoren, die sich in Abhängigkeit von der Steigerung der Durchschnittstemperatur in unterschiedlichen Regionen der Welt in unterschiedlichem Ausmaß ändern werden: Die Veränderung der Temperatur am heißesten Tag im Jahr in °C, die Standardabweichung6 des Jahresmittelwert der gesamten Bodenfeuchte, die jährliche maximale Tagesniederschlagsänderung in %. Es wird deutlich, dass sich mit zunehmender Durchschnittstemperatur alle drei Indikatoren deutlich verändern. Sowohl die heißesten Tage werden immer heißer, die Tage mit dem höchsten Niederschlag bringen immer mehr Regen und in Europa steigt die Gefahr von Dürren deutlich. Alle diese Effekte erleben wir bereits, sie würden aber mit jedem weiteren Ansteigen der Temperaturen extremer werden. 6 Die Standardabweichung ist eine weit verbreitete Messgröße zur Beschreibung der Schwere von Dürren. Ein projizierter Rückgang der mittleren Bodenfeuchte um eine Standardabweichung entspricht Bodenfeuchtebedingungen, die für Dürren typisch sind, die im Zeitraum 1850-1900 etwa alle sechs Jahre auftraten. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 32 Abbildung 21: Projizierte Änderungen der jährlichen Tageshöchsttemperatur, der jährlichen mittleren Bodenfeuchtigkeit und des jährlichen Tageshöchstniederschlags bei einer globalen Erwärmung von 1,5°C, 2°C, 3°C und 4°C im Vergleich zu 1850-1900. Quelle: IPCC (2023) Während diese Indikatoren zunächst noch abstrakt sind, zeigt Abbildung 22 Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche und menschliche Systeme und fokussiert dabei den Verlust an Biodiversität, die direkt auf den Klimawandel zurückzuführenden Risiken für die menschliche Gesundheit und die Auswirkung des Klimawandels auf die Produktion von Nahrungsmitteln. Die Indikatoren sind (IPCC, 2023): Das Risiko von Artenverlusten, angegeben durch den Prozentsatz der bewerteten Arten, die potenziell gefährlichen Temperaturbedingungen ausgesetzt sind, das Risiko für die menschliche Gesundheit, angegeben durch die Tage pro Jahr, an denen die Bevölkerung Kombinationen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit ausgesetzt ist, die ein Sterberisiko darstellen sowie Auswirkungen auf die Nahrungsmittelproduktion anhand von Änderungen des Maisertrags und des Fischfangs. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 33 Abbildung 22: Prognostizierte Risiken und Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche und menschliche Systeme bei verschiedenen globalen Erwärmungsgraden (GWL) im Vergleich zu den Werten von 1850-1900. Quelle: IPCC (2023) Während der Einfluss einer Temperatursteigerung um 2 °C auf die Biodiversität noch einigermaßen begrenzt wäre, würden bei einem Anstieg der Durchschnittstemperaturen um 3 °C oder gar 4 °C große Weltregionen für bestimmte Tiere und Pflanzen, und damit auch Menschen, nicht mehr bewohnbar sein. Große Teile von Südund Mittelamerika, Afrika und Südostasien würden als Lebensraum für Tiere, Pflanzen und Menschen verlorengehen. Schon bei einer Temperaturänderung um 1,7 °C bis 2,3 °C würden Teile von Südamerika, Afrika, Indien auch SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 34 für Menschen unbewohnbar, da sie an über 100 Tagen im Jahr potenziell tödlichen Klimabedingungen ausgesetzt wären. Die Auswirkungen auf den Maisertrag zeigen im 1,6 °C bis 2,4 °C Szenario noch Regionen mit leicht höheren und leicht niedrigeren Erträgen. Beginnend mit einem Temperaturanstieg um 3 °C weisen die Grafiken aber auf extreme Versorgungsengpässe hin und zumindest in den Tropen würde weltweit auch der Fischfang zusammenbrechen. Abbildung 20 weist darauf hin, dass wir ohne Erfolg im Klimaschutz einen Temperaturanstieg um 2 °C bereits 2040 und um 3 °C bereits 2070 erreichen können. Dies tritt ein, wenn die gegenwärtig weltweit zu wirkungslose Klimapolitik nicht noch vor 2030 drastisch verschärft wird. Anknüpfungspunkte zu sozioökonomischen Perspektiven Die sich durch die Unbewohnbarkeit weiter Teile der Tropen und drastische Reduktionen der Verfügbarkeit von Lebensmitteln schon bis 2050 ergebenden sozialen Folgen sind kaum vorstellbar. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 35 6 Sozioökonomische Szenarien7 Das Umweltbundesamt hat unter dem Titel „Sozioökonomische Szenarien als Grundlage der Vulnerabilitätsanalysen für Deutschland“ im Jahr 20198 eine umfassende Studie veröffentlicht, in der drei Szenarien für den Fortlauf der gesellschaftlichen Entwicklung bis ins Jahr 2050 entwickelt werden (UBA, 2019). Ziel der Studie ist das Aufzeigen von notwendigen politischen, verwaltungsbezogenen, ökonomischen und sozialen Maßnahmen und möglichen Stellschrauben, um die Vereinbarungen des Pariser Klimaabkommens einzuhalten. In diesem wurde 2015 vereinbart, dass von Regierungen und Institutionen technische, politische und zivilgesellschaftliche Maßnahmen ergriffen werden, um die globale Erderwärmung langfristig auf 1,5 Grad zu beschränken (UBA 2019: 101). Auf Basis von Modellierungen mittels PANTA RHEI und PANTA RHEI Regio unterscheiden die Studienautorinnen und -autoren in ein Trendszenario, ein Nachhaltigkeitsszenario und ein dynamisches Szenario. Hierbei wurden sowohl die Szenarien für ganz Deutschland entwickelt wie auch in einigen Parametern mittels PANTA RHEI Regio für Städte und Landkreise modelliert. Dazu wurden die drei Szenarien mit lokalen Daten verrechnet (UBA 2019: 111). Dadurch werden Unterschiede in den jeweiligen regionalen Ausprägungen, beispielsweise Bevölkerungszahlen, sichtbar. Damit bietet die Studie einen Mehrwert gegenüber anderen Szenarienstudien, die häufig Aussagen auf nationaler oder kontinentaler Ebene machen. Bei den drei Szenarien handelt es sich nicht um Prognosen, also kurzfristige Voraussagen über ein real zu erwartendes Ereignis. Vielmehr sind es drei in sich konsistente Projektionen, die mögliche Zukünfte darstellen9. „Bei längerfristigen Szenarien und darauf aufbauenden Projektionen geht es häufig um die wahrscheinliche Entwicklung von Plangrößen in einem konsistenten Modellrahmen und entsprechende langfristige Investitionsentscheidungen“ (UBA 2019: 79f.). Dazu wurden drei Szenarien als konsistente Projektionen entwickelt, die mit den fünf sozioökonomischen Entwicklungspfaden (SPPs) des IPCC-Klimarates kompatibel sind10. Die Szenarien nehmen einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten in den Blick und projizieren drei mögliche Zukünfte auf Basis bestehender sozioökonomischer, politischer, demografischer Parameter. Dabei geht es weniger um den tatsächlicher Vorhersagewert, als vielmehr um die Identifikation und Signifikanz von Steuerungsparameter. 6.1 Megatrends als Grundlage für Szenarien Die Steuerungsparameter stehen in Beziehung zu globalen Megatrends, wie dem Klimawandel, aber auch Migrationsströmen, Wirtschaftsentwicklungen oder demographischen Verschiebungen. Megatrends werden von der OECD (2016) definiert als „weitreichende Veränderungen in Gesellschaft, Wirtschaft, Politik, Umwelt und Technologie, die sich zwar langsam bilden, jedoch 7 Dies Kapitel wurde von Luki Schmitz, Goethe Universität Frankfurt, erstellt. 8 Zu berücksichtigen ist, dass die Folgen des (erneuten, denn bereits 2014 auf die Krim) Angriffskriegs Russlands auf die Ukraine seit Februar 2022 und die damit einhergehende rasche Änderung der Energiepolitik hier nicht berücksichtigt wurde. Die Klimaund Energiepolitik der aktuellen Bundesregierung deckt sich jedoch am ehesten mit dem Nachhaltigkeitsszenario. 9 Anders als Prognosen, die Aussagen über zukünftige reale Ereignisse treffen, beispielsweise den Wetterbericht für morgen oder die Wahlergebnisse, geht es bei Projektionen darum die Bandbreite der möglichen Zukünfte abzubilden (UBA 2019: 40). 10 Wobei die Kompatibilität zwischen SSPs und dem dynamischen Szenario teilweise ambivalent ist. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 42 sondern quasi ab sofort erfordert und für das Klimaschutz-Szenario negative Emissionen nicht ab Ende, sondern schon ab Mitte des Jahrhunderts erforderlich sind. Abbildung 24: Bandbreite der jährlichen Änderungen der Durchschnittstemperatur in Berlin Quelle GERICS (2021), im Vergleich zur Referenzperiode 1971 - 2000 Im Umweltatlas Berlin (Berlin, 2013) liegen historische Zeitreihen der Durchschnittstemperaturen vor. So hat sich in Potsdam die Durchschnittstemperatur von etwas über 8 °C im Jahr 1893 auf ca. 9,5 °C im Jahr 2013 erhöht. Erst gemessen daran wird deutlich, wie enorm die in Szenario RCP8.5 errechnete Temperaturerhöhung um weitere 5,5 °C ist. Als weitere Kennwerte mit Temperaturbezug dokumentiert der Bericht eine kontinuierliche Zunahme der Sommertage, der heißen Tage, der tropischen Nächte und der maximalen Dauer von Hitzeperioden16, wobei die Effekte in den Szenarien RCP4.5 und RCP8.5 jeweils deutlich stärker sind als im Szenario RCP2.6. Analog geht die Anzahl der Frosttage und Eistage17 kontinuierlich zurück und ist wiederum klar erkennbar vom jeweiligen Szenario abhängig. Die Anzahl und Intensität von Hitzewellen werden voraussichtlich zunehmen. Das kann zu gesundheitlichen Risiken führen, insbesondere für ältere Menschen und Personen mit Vorerkrankungen (IPCC, 2023). 16 Sommertage: Anzahl an Tagen pro Jahr mit einer Tagesmaximumtemperatur von mehr als 25 °C. Heiße Tage: Anzahl an Tagen pro Jahr mit einer Tagesmaximumtemperatur von mehr als 30 °C. Tropische Nächte: Anzahl an Tagen pro Jahr mit einer Minimumtemperatur von mehr als 20 °C. Maximale Dauer von Hitzeperioden: Maximale Andauer [in Tagen] von Perioden aufeinanderfolgender Tage mit einer Tagesmaximumtemperatur über 30 °C. 17 Frosttage: Anzahl der Tage pro Jahr mit einer Tagesminimumtemperatur geringer als 0 °C. Eistage: Anzahl der Tage pro Jahr mit einer Tagesmaximumtemperatur geringer als 0 °C. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 43 Beispiel HItzewelle Im Juli ist es über zwei Wochen lang über 35 °C heiß. Der Unterschied zwischen der per Klimaanlage gekühlten Luft innerhalb von Gebäuden und dem schwülen und heißen Wetter draußen führt zu Kreislaufschwierigkeiten und Folgeerkrankungen bei älteren Menschen. Viele müssen im Krankenhaus versorgt werden, wodurch das Gesundheitssystem strapaziert wird. Denn hier gibt es zu wenig medizinisches Personal, das sich um die rasant steigende Patientenanzahl kümmern könnte. Die Hitze lässt schon 2030 die Mortalitätsrate bei älteren Menschen steigen, da sich ihr Körper den extremen Temperaturen nicht anpassen kann. Mit Blick auf die Kennwerte zum Niederschlag18 ist nur im Klimaschutz-Szenario keine eindeutige Tendenz in eine Richtung erkennbar. In den beiden anderen Szenarien nimmt die Niederschlagsmenge insgesamt zu. Abbildung 25: Bandbreite der jährlichen Änderungen des Niederschlags in Berlin Quelle GERICS (2021), im Vergleich zur Referenzperiode 1971 - 2000 Die anderen Kennwerte des Niederschlags entwickeln sich unterschiedlich. Die Anzahl der zukünftigen Trockentage19 in 2050 kann höher oder niedriger ausfallen als bisher, die Zahl der Tage mit einem Niederschlag über 20 mm/Tag20 wird um einige Tage im Jahr steigen und die 18 Niederschlag. Die Niederschlagswerte werden auf Basis von täglichen Niederschlagsmengen berechnet und als durchschnittliche monatliche Niederschlagssummen bezogen aufs Jahr und die Jahreszeiten in mm pro Monat angegeben. Sie beinhalten sowohl flüssigen als auch festen Niederschlag, also Regen und Schnee. Die jahreszeitlichen Niederschlagsmengen werden für das meteorologische Jahr berechnet (siehe Erläuterungen zur Temperatur). 19 Trockentage: Anzahl der Tage pro Jahr, an denen die Niederschlagsmenge (Regen und Schnee) weniger als 1 mm beträgt. 20 Niederschlag > 20 mm/Tag: Anzahl der Tage pro Jahr, an denen die Niederschlagsmenge (Regen und Schnee) von 20 mm erreicht oder überschritten wird SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 44 Änderung der klimatischen Wasserbilanz21 ist im Klimaschutz-Szenario und im mittleren Szenario unklar, nur im Szenario RCP8.5 könnte der zusätzliche Niederschlag die zusätzliche Verdunstung deutlich überwiegen. Für die Zahl der schwülen Tage sagen alle Szenarien eine Steigerung voraus und für die durchschnittliche Windgeschwindigkeit sagt GERICS (2021) eine Verringerung voraus. Ein richtiges Bild der Wirkungen des Klimawandels in Berlin entsteht so nicht. Außer dass es wärmer und wohl auch schwüler wird und sich der Wind abschwächt, scheint nichts wirklich sicher erwartet zu werden. Zudem basieren die von GERICS (2021) vorgelegten Szenarien für das Land Berlin auf Szenarien des IPCC, die dieser offenbar bereits deutlich anders definiert. Anknüpfungspunkte zu EnerVi Außer einer Erhöhung der Temperatur und zusätzlicher schwüler Tage mit ihren Auswirkungen auf die Gesundheit scheinen keine Wirkungen des Klimawandels in Berlin sicher erwartet zu werden. Der Stadtentwicklungsplan Klima 2.0 der Stadt Berlin erwartet verstärkte Trockenheit und bisweilen Wassermangel, ohne dass dies jedoch eindeutig in den Szenarien von GERICS bestätigt würde. 8.2 Der Klimawandel im Hunsrück Im Projekt EnerVi stehen neben der Bundeshauptstadt Berlin auch die Ortsgemeinden Neuerkirch und Külz im Hunsrück in Rheinland-Pfalz im Fokus. Neuerkirch hatte im Jahr 2021 etwa 300 Einwohnende, in Külz lebten zu dieser Zeit etwa 480 Menschen (Statistisches Landesamt 2023: 44). Die beiden Orte liegen in einer Höhe von 359 Metern etwa 30 km westlich von Bingen. Neuerkirch und Külz gehören zur Verbandsgemeinde Simmern-Rheinböllen. 21 Klimatische Wasserbilanz: Jahresmittel der täglichen Differenz von Niederschlag und Verdunstung [mm/Tag]. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 45 Abbildung 26: Gemeinde Neuerkirch Quelle: Gemeinde Neuerkirch, www.neuerkirch.de Auch die für den Hunsrück errechneten Szenarien für die zukünftige Entwicklung der mittleren Temperatur im Kalenderjahr basieren auf dem fünften IPCC-Bericht. Abbildung 27 stellt die angejahrten Daten den realen Entwicklungen bis 2022 gegenüber und zeigt, dass auch das „pessimistische“ Szenario RCP8.5 von der realen Entwicklung deutlich übertroffen wird. Abbildung 27: Projektionen der Entwicklung der mittleren Temperatur im Kalenderjahr im Hunsrück Quelle: Rheinland-Pfalz Kompetenzzentrum für Klimawandelfolgen (2023) SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 46 Im Hunsrück ist bereits in 2022 ein Anstieg der mittleren Temperatur im Kalenderjahr von 1,7 °C seit 1910 zu konstatieren. Extrapoliert man die Entwicklung bis 2050 wäre in den nächsten 27 Jahren ein weiterer Anstieg um 0,8 bis 1,3 °C zu erwarten, so dass dann insgesamt 2,5 bis 3,0 °C erhöhte Temperaturen herrschen würden. Die Zahl der Sommertage (über 25 °C) hat sich seit dem Jahr 1980 von 20 auf 35 schon fast verdoppelt, auch die Zahl der heißen Tage steigt an, die der Frosttage und Eistage fiel im Rahmen der Projektionen ab. Bei den Projektionen zu den mittleren Niederschlägen findet sich eine ähnliche Situation wie in Berlin. Sie zeigen einen im Laufe der Zeit größer werdenden Unsicherheitsbereich. Die reale Entwicklung befindet sich innerhalb der angejahrten Projektionen, verläuft aber seit ungefähr 15 Jahren kontinuierlich in Richtung verminderter Niederschläge. Abbildung 28: Projektionen der Entwicklung der mittleren Niederschläge im Kalenderjahr im Hunsrück Quelle: Rheinland-Pfalz Kompetenzzentrum für Klimawandelfolgen (2023) 8.3 Bevölkerungsentwicklung 8.3.1 Bevölkerungsentwicklung in Berlin Die Studie „Bevölkerungsprognose für Berlin und die Bezirke 2021 - 2040“22 der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Bauen und Wohnen zeigt drei Projektionen für die zukünftige Bevölkerungsentwicklung in Berlin auf: Mittlere Variante: Es wird von einer Bevölkerungszunahme von 5 % im Jahr 2040 gegenüber 2021 ausgegangen, was 187.000 Personen entspricht. Demnach leben 2040 ca. 22 Berechnungsgrundlage bieten Daten aus dem Jahr 2018, wurden jedoch im Zuge der Pandemie und des Kriegs Russlands gegen die Ukraine angepasst. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 47 3,9 Mio. Personen in Berlin, wobei davon ausgegangen wird, dass der Zuwachs am stärksten bis 2025 stattfindet (50 %) und bereits im Jahr 2030 dann 70 % des Zuwachses erfolgt sind. Hier lässt sich somit langfristig ein abnehmender Trend erkennen. Obere Variante: Es wird von einem deutlich stärkeren Bevölkerungswachstum in Berlin bis 2040 ausgegangen. Demnach wächst die Bevölkerung um 352.000 Personen (9,3 %) an und erreicht im Jahr 2040 ca. 4,1 Mio Personen. Untere Variante: Es wird davon ausgegangen, dass der Zuzug der Kriegsgeflohenen aus der Ukraine der letzte Bevölkerungsanstieg ist (auf 3,841 Mio Menschen in 2022). Anschließend wird ein Rückgang der Bevölkerungszahl bis 2027 prognostiziert. Für den restlichen Zeitraum bis 2040 hingegen steigt die Bevölkerung wieder leicht an um 10.000 Personen. Erklären lässt sich diese Variante mit dem verstärkten Wegzug aus Berlin, der im Rahmen der Coronapandemie zu beobachten war. Abbildung 29: Prognostizierte Entwicklung der Einwohnerzahl Berlins Mittlere Variante Obere Variante Untere Variante 31.12. Einwohner in 1000 Veränderung zum vorherigen Stichjahr Einwohner in 1000 Veränderung zum vorherigen Stichjahr Einwohner in 1000 Veränderung zum vorherigen Stichjahr 2000 3.331 3.331 3.331 2005 3.339 8 3.339 8 3.339 8 2010 3.388 48 3.388 48 3.388 48 2015 3.610 223 3.610 223 3.610 223 2020 3.770 160 3.770 160 3.770 160 2021 3.775 5 3.775 5 3.775 5 2025* 3.871 96 3.907 132 3.756 -19 2030* 3.909 38 4.016 109 3.752 -4 2040* 3.963 54 4.128 112 3.786 34 Quelle: Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Bauen und Wohnen Berlin (2022) 8.3.2 Bevölkerungsentwicklung Rhein-Hunrück-Kreis Das Statistische Landesamt von Rheinland-Pfalz hat auf der Basis von Daten aus dem Jahr 2020 (vor der Pandemie und dem Angriffskrieg auf die Ukraine) Bevölkerungsprojektionen für das Jahr 2040 erstellt. Anders als in Berlin wird dabei jedoch nicht zwischen unterschiedlichen Varianten differenziert. Demnach nimmt der Anteil der Bevölkerung bis 2040 um 0,8 % gegenüber 2020 ab, was einer Bevölkerung von 102.580 im Jahr 2040 entspricht. Nach Altersgruppen differenziert, wird davon ausgegangen, dass der Anteil der Personen über 65 Jahren steigt. Dies erschließt sich aus dem allgemeinen demografischen Wandel. Auch der Anteil der Kinder wird als leicht steigend bis 2040 angegeben. Dies deutet auf Annahmen zum Attraktivitätsgewinn des ländlichen Raums in den kommenden Jahren hin und deckt sich mit den Bewegungen im Zuge der Coronapandemie. Jedoch sinkt der Anteil der jungen Erwachsenen sowie der Personen ab 50 Jahren stark. Dies lässt sich mit einem anhaltenden Trend des Wegzugs insbesondere kinderloser junger Menschen vom Land erklären. Interessant ist, dass SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 48 scheinbar auch deren Eltern den ländlichen Raum verlassen. (Statistisches Landesamt Rheinland-Pfalz 2024) Abbildung 30: Prognostizierte Einwohnerzahl im Rhein Hunsrück Kreis in 2040 Quelle: Statistisches Landesamt Rheinland-Pfalz (2024) SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 49 9 Konsequenzen für EnerVi Ziel von EnerVi ist die optische Darstellung von Veränderungen durch den Klimawandel. Dabei ist es eine erhebliche Herausforderung, die in der Zukunft besonders wichtigen Veränderungen in das Zentrum der Kommunikation zu stellen, ohne sich auf das deutlich Sichtbare zu beschränken. Die primären Wirkungen des Klimawandels in Deutschland sind Veränderungen der Durchschnittstemperatur sowie Verschiebungen von Frosttagen und Eistagen hin zu Sommertagen und heißen Tagen. Parallel dazu verändern sich die Niederschläge mit einer Tendenz zu mehr Niederschlägen im Winter, Dürreperioden im Sommer und fallweisen Starkregenereignissen. Optisch dargestellt werden könnten diese Effekte durch verdorrte Natur und ggf. durch Flimmern über Straßen und Gebäuden, welches Hitzeassoziationen auslösen könnte. Auch die mit dem Klimawandel einhergehenden Änderungen der Artefakte der Zivilisation lassen sich teilweise optisch wahrnehmen. Hierzu gehören Photovoltaikanlagen und Windkraftwerke sowie Stromleitungen und Biogasanlagen. Mit Ausnahme von Photovoltaikanlagen befinden sich diese Anlagen fast ausschließlich in ländlichen Regionen. Aber auch Landwirtschaft, Parks und Gärten werden sich sichtbar verändern, was ebenfalls darstellbar ist. Andere technische Anlagen des Klimaschutzes sind dagegen eher unsichtbar. Hierzu gehören unterirdisch verlegte Wärmenetze und Erdwärmepumpen wie auch der Ausbau des Stromnetzes. Luftwärmepumpen und Ladestationen für Elektroautos sind zumindest nicht sehr auffällig. Die bis Mitte des Jahrhunderts vermutlich wichtigsten Folgen des Klimawandels erfordern für die optische Darstellung dagegen in erheblichem Ausmaß Fantasie. Die Ausführungen in den Kapiteln 5 und 7 lassen erwarten, dass durch Lebensmittelknappheit schon zur Mitte des Jahrhunderts Milliarden von Menschen ohne ausreichende Ernährung sein könnten, was zu Kriegen und Migration in bisher unvorstellbarem Ausmaß führen könnte. Diese auf anderen Kontinenten früher als in Europa beginnenden Effekte wirken sich schon heute in kleinem Umfang auf Europa aus. Wenn aber die Zahl der Migranten nicht mehr in Hundertausenden, sondern in zig Millionen gemessen wird, wird sich das Leben in Europa gravierend verändern. Zur Sichtbarmachung können auch die Wetterextreme herangezogen werden, für die z.B. der Deutsche Wetterdienst eine Verstärkung durch den erhöhten Treibhauseffekt nachgewiesen hat (Unwetter im Ahrtal, Hitzewellen der vergangenen Jahre). Für Berlin sollte u.a. die Bedrohung der Wasserführung in der Spree durch das Ende der Braunkohleverstromung berücksichtigt werden. SZENARIEN DER ENTWICKLUNG DES KLIMAWANDELS UND DER ENERGIEVERSORGUNG 50 QUELLEN AG Energiebilanzen. (2021). Anwendungsbilanzen zur Energiebilanz Deutschland. Endenergieverbrauch nach Energieträgern und Anwendungszwecken. Berlin. Zugriff am 5.9.2022. Verfügbar unter: https://ag-energiebilanzen.de/wp-content/uploads/2020/10/ageb_20v_v1.pdf Ariadne Projekt. (2021). Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Szenarien und Pfade im Modellvergleich. Potsdam. Zugriff am 24.7.2022. Verfügbar unter: https://ariadneprojekt.de/publikation/deutschland-auf-dem-weg-zur-klimaneutralitat-2045-szenarienreport/#weiterfuehrende-kapitel-110-appendix-modellbeschreibungen-glossar Ariadne Projekt. (2022). Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Szenarien und Pfade im Modellvergleich. Datentabelle XLSX. Potsdam. Zugriff am 6.5.2023. 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