Anfang 2025 werden gleich drei wichtige Gesetzesänderungen für die Unternehmen in Kraft treten.
Die erste Änderung betrifft das Klima- und Innovationsgesetz, das im Juni 2023 an der Urne angenommen wurde. Diese Vorlage hat das Ziel netto null im Visier, auch für die Industrie, und sieht während sechs Jahren eine Investitionsförderung von 200 Millionen pro Jahr für innovative Projekte vor.
Zudem wurde das CO2-Gesetz revidiert. Neu können auch Kleinunternehmen die Rückerstattung der CO2-Abgabe beantragen, wenn sie eine Verminderungsverpflichtung eingehen. Diese Vorlage sieht auch eine Förderung der Erzeugung von erneuerbarem Gas aus Stromüberschüssen vor.
Beim dritten Gesetz handelt es sich schliesslich um das am 9. Juni 2024 vom Stimmvolk angenommene Bundesgesetz über eine sichere Stromversorgung mit erneuerbaren Energien, dessen Ziel der massive Ausbau der Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen und eine bessere Speicherung ist.
Dieser neue Rechtsrahmen ist zwar anspruchsvoll, bietet aber unglaubliche Innovationsmöglichkeiten für Unternehmen. Es gilt insbesondere, die möglichen Synergien zwischen der Dekarbonisierung der Industrie und der Winterstromversorgung zu nutzen.
Für die Industrie gestaltet sich die Dekarbonisierung im Hochtemperaturbereich am schwierigsten. Denn bis 100 Grad oder demnächst sogar bis 150 Grad lässt sich mit sparsamen Wärmepumpen oder mit Wärmerückgewinnung durchaus Wärme erzeugen. Bei Temperaturen über 150 Grad, also in einem Segment, auf das etwa 70 Prozent des Wärmeverbrauchs der Industrie entfallen, wird hingegen in der Regel entweder Brennstoff oder direkt in Wärme umgewandelter Strom benötigt. Dies impliziert zumindest teilweise, klimaneutrales Gas einsetzen zu können. Biogas wird jedoch im grossen Massstab nicht ausreichen. Daher sollte auf Synthesegase gesetzt werden, die mithilfe von Strom erzeugt werden.
Technisch gesehen ist es möglich, im Sommer überschüssigen Strom aus Solar- und Wasserkraft zur Erzeugung von klimaneutralem Wasserstoff oder Methan zu nutzen und diese Gase dann zu speichern, um im Winter Strom zu erzeugen. Diese Strategie weist jedoch eine entscheidende Schwachstelle auf: Die Umwandlung von Strom in Synthesegase führt zu erheblichen Verlusten von 30 bis 50 Prozent. Anschliessend generiert die Rückverstromung dieses Gases weitere Verluste. Diese Technologien benötigen zur Erzeugung einer Kilowattstunde im Winter etwa drei Kilowattstunden aus der Sommerproduktion. Die doppelte Umwandlung resultiert also in erheblichen Verlusten.
In Teil VI meines Buches (siehe Kurzbiografie unten) schlage ich eine andere Strategie vor: Die Produktion aus Solar-, Wind- und Wasserkraft soll ausgebaut werden, damit im Winter genügend Strom zur Verfügung steht. Die Überschüsse im Sommer sollen zudem genutzt werden, um Synthesegase zu erzeugen, die in erster Linie für die Industrie bestimmt sind. So werden Verluste vermieden, die bei der Rückverwandlung von erneuerbarem Gas in Strom entstehen. Wenn wir beide Probleme gemeinsam in Angriff nehmen, erreichen wir eine höhere Gesamteffizienz.
Dank des neuen Rechtsrahmens kann dieses Szenario nun greifbare Realität werden. Die Realisierungsphase beginnt – möge der Beste gewinnen!
Über den Autor
Roger Nordmann ist Nationalrat und Mitglied der UREK-N sowie Mitglied des Verwaltungsrats der Groupe e AG und Präsident des Verwaltungsrats der Planair AG.
Er ist als unabhängiger Berater tätig und hat zuletzt «Klimaschutz und Energiesicherheit. Wie die Schweiz eine rasche und gerechte Wende schafft» publiziert (Zytglogge, 2023). Leserinnen und Leser des Magazin Fokus der EnAW profitieren von einem Spezialrabatt unter: https://rogernordmann.ch/livre-avec-rabais/
07.11.2024
Die Verwendung von inländisch produziertem Wasserstoff als Brennstoff für industrielle Prozesswärme ist in den am Energy Science Center der ETH Zürich entwickelten techno-ökonomischen Modellen nicht vorgesehen. Stattdessen wird die industrielle Wärme, insbesondere bei hohen Temperaturen, hauptsächlich durch feste Brennstoffe und Elektrizität bereitgestellt.
Im Jahr 2017 hat sich die Schweiz verpflichtet, bis 2050 ihre Treibhausgasemissionen auf Netto-Null zu reduzieren. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen auch Lösungen für Sektoren gefunden werden, die nur schwer auf chemische Energieträger verzichten können. Neben dem Flugverkehr gilt dies vor allem für die Industrie, insbesondere bei der Erzeugung von Hochtemperatur-Prozesswärme.
Gegenwärtig werden etwa 32 Prozent (ca. 12 Terawattstunden pro Jahr) des Energiebedarfs der Schweizer Industrie durch fossile Brennstoffe gedeckt (BFE, 2023; Tabelle 4). Dieser Sektor trägt 23 Prozent der gesamten Schweizer CO2-Emissionen bei (BAFU, 2022). Ein Team am Energy Science Center der ETH Zürich erforscht in Partnerschaft mit anderen Schweizer Institutionen im Rahmen des SWEET-DeCarbCH Projekts, wie diese Emissionen reduziert werden können. Ein wichtiges Element ist dabei die Modellierung des gesamten Schweizer Energiesystems. So kann bestimmt werden, mittels welcher Brennstoffe und Technologien die Industrie auch in Zukunft Prozesswärme erzeugen kann.
Unsere aktuellen Modelle gehen davon aus, dass der Endverbrauch an industrieller Prozesswärme im Jahr 2050 in etwa auf dem heutigen Wert von 20 Terawattstunden pro Jahr bleiben wird. Welche Technologien zur Bereitstellung dieser Wärme eingesetzt werden, hängt von der benötigten Prozesstemperatur und natürlich von der wirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit der Technologie ab. Industrielle Prozesse haben eine grosse Bandbreite an Temperaturanforderungen, von 80 bis weit über 1000 Grad Celsius für die Zementherstellung. Es hat sich als schwierig erwiesen, die tatsächliche Temperatur, bei der der Prozesswärmebedarf auftritt, genau zu bestimmen. Daher gehen wir für die aktuelle Modellierung vereinfachend davon aus, dass 25 Prozent, 25 Prozent und 50 Prozent des Endverbrauchs (ohne Zementherstellung) in den drei Temperaturbereichen unter 100 Grad Celsius, zwischen 100 und 200 Grad Celsius bzw. über 200 Grad Celsius anfallen.
Bei unter 100 Grad Celsius sind Technologien wie die Solarthermie und die Tiefengeothermie technisch geeignet. Für Temperaturen im mittleren Bereich, 100 bis 200 Grad Celsius, können die oben genannten Quellen durch eine industrielle Wärmepumpe ergänzt werden, um die angestrebten Temperaturen zu erreichen. Alternativ können Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) Prozessdampf erzeugen.
Hochtemperaturprozesse (weniger 200 Grad Celsius) erfordern Verbrennungsprozesse oder aber Widerstands-Heizungen, die Strom direkt in Wärme umwandeln. Für die Zementherstellung kommen nur Verbrennungsprozesse in Frage. Als Brennstoffe stehen prinzipiell Gase (Methan, Wasserstoff), Flüssigkeiten (Heizöl) und Feststoffe (Kehricht, Holz, Klärschlamm, Kohle) zur Verfügung.
Das ETH Zurich Team hat eine grosse Zahl von Szenarien berechnet, um den Lösungsraum für die Bereitstellung von Prozesswärme in Netto-Null-Szenarien zu untersuchen. Wir definieren die Szenarien auf der Grundlage von drei Randbedingungen: dem Zielwert der zulässigen CO2-Emissionen (x-Achse: +24 MtCO2/a bis 0 MtCO2/a), der Frage, wie gut die Schweiz mit Europa vernetzt ist (Together vs. Alone), und dem Ausmass, in dem technologische Innovationen – wie z.B. die Geothermie – aufgegriffen werden (Conservative vs. Innovative).
In der obigen Abbildung ist die im Jahr 2050 erzeugte industriellen Prozesswärme dargestellt. Diese ist über die drei o.g. Temperaturbereiche summiert und gemäss den verschiedenen Wärmequellen aufgeteilt. Die erste Beobachtung ist, dass der Anteil der verschiedenen Quellen in etwa gleich hoch ist, d. h. es gibt keine einzelne, die eindeutig dominiert. Bei hohen CO2-Zielen – wo fossile CO2-Emissionen noch erlaubt sind – gibt es einen grossen Anteil an gasförmigen Brennstoffen, wobei es sich meist um fossiles Methan handelt. In Richtung Netto-Null-Emissionen findet eine Verlagerung hin zu festen Brennstoffen (d. h. Abfall und Holz) und zu Strom statt. Wenn Geothermie in den innovativen Szenarien verfügbar ist, liefert sie eine beträchtliche Wärmemenge im niedrigen Temperaturbereich von weniger als 100 Grad Celsius. In den konservativen Szenarien, in denen Geothermie als Technologieoption nicht vorkommt, wird diese Rolle von der Solarthermie übernommen.
Die Kategorie der gasförmigen Brennstoffe liefert auch in einem Netto-Null-Szenario noch etwa fünf Terrawattstunden pro Jahr; der Anteil von Wasserstoff ist jedoch verschwindend gering, die wichtigste Quelle ist Methan, sowohl als importiertes fossiles Erdgas als auch als Biomethan. Die Verfügbarkeit von Biomethan hängt allerdings von einer starken Zunahme der Nutzung von Gülle für die Biogaserzeugung ab. Eine Erklärung für den geringen Anteil von Wasserstoff ist dabei, dass der Pfad über die Elektrolyse und eine anschliessende Verbrennung deutlich mehr Strom erfordert, als wenn dieser direkt in einer Widerstandheizung genutzt wird.
Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass heimischer Wasserstoff in künftigen industriellen Hochtemperaturanwendungen eine geringe Rolle spielen wird. Dieses Ergebnis hängt vor allem mit der Verfügbarkeit alternativer Optionen zusammen. Dafür ist es aber auch nötig, dass solche inländischen chemischen Energieträger wie Bio-Methan, Holz oder Kehricht primär für Hochtemperatur-Anwendungen verwendet werden – und nicht für die Erzeugung von Raumwärme und Brauchwasser. Importierter Wasserstoff könnte jedoch in Zukunft eine wirtschaftlich wettbewerbsfähige Option sein; es bleibt jedoch abzuwarten, wie Europa seine Wasserstoffinfrastruktur entwickelt und inwieweit die Schweiz sich diesem Netz anschliessen kann.
Referenzen
Über die Autoren
Dr. Rebecca Lordan-Perret ist Scientific Outreach Manager am Energy Science Center (ESC) an der an der ETH Zürich.
Dr. Gianfranco Guidati ist Stv. Direktor des Energy Science Center (ESC) an der an der ETH Zürich.
07.11.2024
François Maréchal, EPFL-Professor in Sitten, hat eine starke globale Vision von einer Energiezukunft, in der wir die kohlenstoffhaltigen Moleküle in andere als die bisher bevorzugten Bahnen gezwungen haben werden. Mit Prinzipien, die der Natur nachempfunden sind – und damit bewährt sind.
Im Zentrum des Inventarschemas zur Defossilisierung der Industrie (unten) stehen Stoffe, die mithilfe von Energie in «Produkte» umgewandelt werden, und Abfälle, die zu Rohstoffen und Energie recycelt werden: «Das ist die Kreislaufwirtschaft, die gepriesen wird, um unsere CO2-Exzesse zu neutralisieren», kommentiert François Maréchal. «Ein vergleichbarer Kreislauf sichert den Fortbestand der natürlichen Ökosysteme. Man kann von industrieller Ökologie sprechen, wenn Unternehmen Materialien und Wärme austauschen, wenn die Abfälle eines Unternehmens als Ressource für ein anderes dienen, wenn das industrielle Gefüge mit den grossen Energienetzen und den Städten interagiert…»
Das sinnvolle Schliessen von Kreisläufen wird der wichtigste Schlüssel zur CO2-Neutralität unserer Gesellschaften sein. «Die Natur hat CO2 seit jeher am besten genutzt und seine Konzentration in der Luft durch die Photosynthese kontrolliert, eine bakterielle Erfindung: Sonnenenergie, CO2 und Wasser werden zu Glukose – dem Grundbaustein der Biomasse und Energiereserve – kombiniert, wobei Sauerstoff (O2) freigesetzt wird.» Die Atmung der Organismen schliesst den Kreislauf, indem sie in den Zellen mithilfe von O2 die Energie aus der Glukose extrahiert und dabei Wasser und CO2 zurückgibt.
Die Biosphäre hat den CO2-Gehalt der Luft, abgesehen von Katastrophen, stabil gehalten. Doch die Kapazitäten der biologischen CO2-Bindung wurden durch das Wachstum unserer Gesellschaften mithilfe fossiler Biomasse – Kohle, Öl, Gas – überfordert, wodurch das eingeschlossene CO2 in hohem Tempo freigesetzt wurde, während gleichzeitig die natürlichen Lebensräume geschädigt wurden. Es wird nicht ausreichen, neue Vegetation anzupflanzen, sondern wir müssen neue Zyklen erfinden, die speziell auf unsere Aktivitäten als Spezies zugeschnitten sind.
«So verursacht der Wärmebedarf 70% der CO2-Emissionen der Industrie», betont François Maréchal – siehe den oberen Teil seines Schemas. Naheliegende Massnahmen zur Verringerung dieser Emissionen: Heizen nach Bedarf, Nutzung der Abwärme mithilfe von Pumpen und Weiterverteilung: Nach 25 Jahren CO2 und Energiegesetzen und der jüngsten Inflation der Energiekosten ist das nichts Besonderes mehr. Und darüber hinaus? «Man muss die überschüssige Wärme in Elektrizität umwandeln, die wiederum Lösungen zur Energiespeicherung in chemischer Form antreiben kann. Diese Lösungen ermöglichen auch die Speicherung von Sommerüberschüssen aus der Stromerzeugung, natürlich aus erneuerbaren Energiequellen.» Es entsteht ein Kreislauf, der Wärme und Strom über verschiedene Gase miteinander verbindet, so wie CO2 und O2 bei der Photosynthese und Atmung.
«Durch Elektrolyse kann man CO2 und Wasser unter Freisetzung von O2 in Kraftstoff (Methan, Methanol, Kerosin) umwandeln. Durch den umgekehrten Prozess, die Brennstoffzelle, kann dieser Treibstoff unter Verwendung von O2 Strom machen, wobei CO2 und Wasser freigesetzt werden. Wenn das CO2 aufgefangen, gespeichert und wiederverwendet wird, wird der Kreislauf der Natur industriell nachgebildet. Man kann natürlich auch industrielle und natürliche Kreisläufe integrieren.»
François Maréchal fährt fort: «Wenn man ein wenig Strom und Wärme investiert, um Biomasse oder Abfälle bei hohen Temperaturen zu vergasen, erhält man ein synthetisches Gas (Syngas), eine Energiereserve in Form von einfachen Brennstoffen: Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO), plus ein wenig Methan (CH4). Bei Zufuhr von CO2 und Strom kann H2 mehr CH4 erzeugen, das lokal genutzt oder über die Netze verteilt werden kann. CO kann ebenfalls in CH4 oder flüssige Brennstoffe umgewandelt oder verbrannt werden, um Wärme oder Strom zu liefern. Da die ursprüngliche Quelle erneuerbar ist, ist die Verbrennung kohlenstoffneutral.» Und weiter: «Wenn die Schweiz alle ihre Biomasseabfälle auf diese Weise nutzen würde, würde sie die gleiche Menge an fossilem Gas produzieren, die sie heute importiert, und sie könnte überschüssige Sonnenenergie mit einem Wirkungsgrad von 95 % speichern!» Die Vergasung wie auch die Pyrolyse verwandeln die Biomasse also in einen homogenen Kraftstoff, der sich leicht verteilen und lagern lässt. «Und durch Elektrolyse kann zusätzliche erneuerbare Energie für schwierige Anwendungen wie den Luftverkehr hinzugefügt werden, wo das Gewicht der Tanks ein kritischer Faktor ist.»
Die Idee einer «natürlichen Fatalität», dass wir Industrie, Verkehr, Wohnen, Konsum nach den Prinzipien ausrichten müssen, die das Leben auf der Erde am Leben erhalten haben, ist ein wenig gezwungen. Aber sind wir nicht bereits einem ähnlichen «Schicksal» gefolgt, indem wir unsere Gesellschaften mit einem «Nervensystem» ausgestattet haben, wie es die Evolution mit den tierischen Organismen getan hat: immer komplexere digitale Netzwerke, die unendlich viele Informationen sammeln, verarbeiten und nutzen, um zu wachen, zu kontrollieren, zu handeln … – auch im Energiebereich, siehe den unteren Teil der Abbildung.
Und unterhalb der «grossen Prinzipien» der gesunde Menschenverstand? François Maréchal abschliessend: «Warum zögern, sich von weit entfernten fossilen Energien zu befreien, die den geopolitischen Launen unterliegen und die Zukunft klimatisch und finanziell verschlechtern, wenn lokale kohlenstofffreie Lösungen nur darauf warten, dass sie uns zur zweiten Natur werden?»
07.11.2024
Chemieingenieur, Doktor der Universität Lüttich, trat François Maréchal in die im Jahr 2001 an die EPFL. Professor an der EPFL Wallis seit 2013, leitet er dort die Forschung über die Dekarbonisierung durch Energieträger erneuerbare Energien, Kreislaufwirtschaft oder digitale Unterstützung. Er ist einer der Herausgeber von «Frontiers in Energy Research».
Im März hat das Parlament das revidierte CO2-Gesetz für die Zeit nach 2025 beschlossen, das seit Juli gültig ist. Dieses sieht vor, dass sich künftig alle Unternehmen die CO2-Abgabe rückerstatten lassen können, sofern sie sich verpflichten, ihre CO2-Emissionen zu vermindern. Dazu müssen die Firmen spätestens drei Jahre nach Beginn der Verpflichtung einen Dekarbonisierungsplan vorlegen, wie ihn die EnAW als Roadmap zur Dekarbonisierung anbietet. Die CO2-Abgabe bleibt bei 120 Franken pro Tonne CO2. Die Zielvereinbarung mit dem Bund ist eine weitere Voraussetzung für den Abschluss einer Verminderungsverpflichtung.
Die Ausweitung der Möglichkeit, sich von der CO2-Abgabe befreien zu können, dürfte viele Unternehmen motivieren, in Dekarbonisierungsmassnahmen zu investieren. Und wie Beispiele in diesem Magazin und auch ein spannender Beitrag zum Tandem zwischen Roadmap zur Dekarbonisierung und Zielvereinbarung zeigen: Weniger CO2 zu emittieren, hilft nicht nur, den eignen Energieverbrauch zu reduzieren und damit die Kosten zu senken, sondern auch der Umwelt. Dekarbonisierung ist die Chance. Machen Sie also mit und lassen Sie sich von den Unternehmen inspirieren, die diesen Weg bereits eingeschlagen haben.
Prof. Dr. Rudolf Minsch
Präsident
Frank R. Ruepp
Geschäftsführer
07.11.2024
Der erfahrene Chemieingenieur kennt die Tessiner Industrie und weiss, wie die Wirtschaft die Low- und High-Hanging Fruit für eine bessere Energie- und Ressourcenbilanz erntet. Lorenzo Medici vertritt die EnAW im Tessin.
Ob im Obstgarten oder bei seiner Zusammenarbeit mit den Unternehmen im Tessin, für Lorenzo Medici ist es das Grösste, wenn seine Arbeit Früchte trägt. «Ein super Resultat bei der Verarbeitung von Erdbeeren, Brombeeren oder Trauben aus meinem Garten zu erzielen, ist allerdings meistens leichter, als ein Unternehmen auf den besten CO2-Reduktionspfad zu bringen», sagt der promovierte ETH-Chemieingenieur und schmunzelt. Er weiss genau, wovon er spricht. Drei Jahrzehnte Praxis in der Tessiner Industrie haben ihn längstens
gelehrt, dass die «Low Hanging Fruit», wenn es um Energieeffizienz und CO2-Reduktion geht, grösstenteils abgeerntet sind. Das spornt an!
Seit 2022 stellt Medici seine Expertise den Unternehmen im Tessin als Berater der Energie-Agentur der Wirtschaft zur Verfügung. «Das reizt mich, weil ich mich in unterschiedlichsten Betrieben, die ihre je eigenen Kontexte und Anforderungen haben, einbringen und für sie Wirkung erzeugen kann.» Medici faszinieren die Energieflüsse in der Wirtschaft und die Aufgabe, sie, ökonomisch und ökologisch motiviert, so effizient wie möglich zu gestalten.
Dafür ist die Kenntnis der Datenlage grundlegend. «Ohne Daten kannst du nichts machen», so Medici. Sie sind die Basis jeder soliden Analyse und Empfehlung. Wenn es jetzt darum geht, die Unternehmen Richtung Netto-Null zu dekarbonisieren oder die Ressourceneffizienz in Richtung Kreislaufwirtschaft zu treiben, geht es um noch mehr Daten. Aber nicht nur. Hier ist vor allem auch Know-how über die industriellen Produktionsprozesse gefragt. «Denn», so Medici, «um da wirklich vorwärtszukommen, müssen wir mit den Firmen tiefer graben und in die Produktionsprozesse eingreifen.» Um bei «High Hanging Fruit» das Optimum für die Unternehmen herauszuholen, greift er auf sein profundes Wissen aus seinen Jahren in der Chemie-, Pharma und Metallverarbeitenden Industrie zurück. Häufig geht es dabei um Vorschläge, wie die Nachhaltigkeitsstrategie und die Umweltziele aus den in- und ausländischen Mutterhäusern der Unternehmen am Produktionsstandort Tessin umgesetzt werden können.
Auf die nächste Zielvereinbarungsperiode ab 2025 freut sich Medici besonders. Nicht nur, weil er dann wieder mehr «im Feld» bei den Unternehmen vor Ort unterwegs ist. Vielmehr rechnet er damit, dass sich mehr Unternehmen dazu entscheiden, einen Zielpfad für die CO2-Reduktion und Energieeffizienz festzulegen. Denn anders als bisher können sich ab 2025 nicht nur bestimmte Unternehmen für den Abschluss einer Zielvereinbarung entscheiden, sondern alle, die konkrete Umweltmassnahmen umsetzen, um die bezahlte CO2-Abgabe rückerstattet zu bekommen.
07.11.2024
Lorenzo Medici
Beruf:
promovierter Chemieingenieur ETH
EnAW-Berater:
seit 2022
Betreute Zielvereinbarungen
30
MWh Energie gespart:
63 658
MWh Strom gespart:
30 340
Tonnen CO2 reduziert:
7381
Für den Green Business Award 2025 suchen wir unter unseren Kunden innovative Unternehmen und Projekte. Die EnAW ist neu Nominierungspartnerin und kann bis Ende November 2024 Nominierungen einreichen.
Wir suchen Produkte, Technologien und Geschäftsmodelle, die ökonomischen Erfolg mit ökologischem Impact verbinden. Die Lösungen müssen nicht von Startups stammen, sondern auch (Traditions-)Unternehmen oder etablierte Firmen – ob KMU oder Grossunternehmen – die als Pioniere gelten, können innovative Lösungen entwickelt und auf den Markt gebracht haben.
Der Green Business Award ist der wichtigste Nachhaltigkeitspreis der Schweiz. Er bietet seinen Finalisten entsprechend eine hohe kommunikative Reichweite und bei Bedarf auch exklusiven Zugang zu Wachstumsfinanzierungen.
07.11.2024