SI/502204

Schlussbericht

Die Schweiz hat sich verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen bis 2030 gegenüber dem Stand von 1990 zu halbieren und bis 2050 auf Null zu reduzieren, um die globale Erwärmung auf 1,5°C über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen [7]. Da die Zementindustrie für etwa 5 % der gesamten Schweizer Emissionen und fast 25 % aller Industrieemissionen in der Schweiz verantwortlich ist, besteht ein klarer Konsens über die Notwendigkeit einer Dekarbonisierung des Sektors [1][2]. Das Projekt wurde durch die Notwendigkeit einer umfassenden und detaillierten techno-ökonomischen Analyse aller Technologien für die Dekarbonisierung der Zementindustrie vorangetrieben, die für den schweizerischen Kontext modelliert und angepasst wurden, um eine kohärente Grundlage für verschiedene politische Optionen zu schaffen, die den Übergang zu einer Netto-Null-Produktion von Zement fördern. Diese Studie zielt darauf ab, die technisch-ökonomischen Erkenntnisse der Technologien zusammenzufassen, um einen Überblick über den Entwicklungsstand und die Kosten sowie eine Vergleichbarkeit der Optionen in der Schweiz (auch im Hinblick auf eine mögliche Realisierung negativer Emissionen) zu erhalten. In einem zweiten Schritt werden die technischen, ökonomischen, kommerziellen, organisatorischen und regulatorischen Barrieren untersucht, und es werden zunächst politische Optionen zur möglichen Überwindung dieser Hindernisse erörtert und diskutiert. In Teil I wird nach einer ersten Literaturrecherche und einer vorläufigen Konsolidierung der verfügbaren Dekarbonisierungs-Technologien ein Workshop mit Vertretern der verschiedenen Projektbeteiligten durchgeführt, welcher zu einer Priorisierung der relevanten Technologien für weitere Untersuchungen führt. Es wird eine detaillierte Analyse dieser CO2-Minderungsoptionen durchgeführt, darunter alternative Brennstoffe, Energieeffizienz, Klinkersubstitution, alternative Klinker und Kohlenstoffabscheidung. Bei der Bewertung werden die verschiedenen Technologien anhand mehrerer Kriterien im Schweizer Kontext untersucht, nämlich CO2-Reduktionspotenzial, Kosten, technischer Reifegrad (TRL), usw. Sowohl das CO2-Vermeidungspotenzial als auch die Kosten werden für jede Technologie berechnet, um einen Vergleich der verschiedenen Optionen zu ermöglichen. Das Potenzial für negative Emissionen in der Zementindustrie wird ebenfalls untersucht. Mit diesen Daten entwerfen wir mehrere Dekarbonisierungspfade, indem wir verschiedene Reduzierungsoptionen kombinieren und ihre kumulativen Auswirkungen auf das Erreichen von Netto-Null für die Schweizer Zementindustrie bewerten. Für jeden Weg berechnen wir auch die Kosteneffizienz jedes technologischen Szenarios. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die in Teil l dieser Studie bewerteten Dekarbonisierungs-Technologien und -ansätze in unterschiedlichen Stadien der Kommerzialisierung und Entwicklung befinden. Energieeffizienz, Klinkersubstitution und alternative Brennstoffe sind in der europäischen Zementindustrie bereits gängige Praxis, während alternative Klinker und Kohlenstoffabscheidung neuartige Lösungen sind. Letztere sind daher mit höheren Investitionskosten und Risiken verbunden als die etablierten Dekarbonisierungsmassnahmen; ihre potenziellen Klimaauswirkungen sind jedoch vergleichsweise höher. Insgesamt kommen wir zu dem Schluss, dass Netto-Null-Emissionen für die Schweizer Zementindustrie bis 2050 erreichbar sind, aber vom Einsatz der Kohlenstoffabscheidung abhängen. Je nach CO2-Minderungspfad sind sogar negative Emissionen möglich. Mit Blick auf die absoluten Kosten ist der kostengünstigste Weg zu Netto-Null-Emissionen ein diversifiziertes Lösungsportfolio, d.h. eine Kombination aus Energieeffizienz, Klinkersubstitution, alternativen Brennstoffen und Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS). Basierend auf unseren Annahmen und Analysen führt dieser Weg zu CO2-Vermeidungskosten von insgesamt 113 CHF/TonneCO2, was zu modellierten jährlichen Dekarbonisierungskosten von rund 300 Millionen CHF für die Schweizer Zementindustrie führt. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Vermeidungskosten mit einem geringeren Anteil von Biomasse im Brennstoffmix steigen (aufgrund geringerer Einnahmen aus Gutschriften zur Kohlendioxid-Entfernung [CDR]), während die Kosten mit einem geringeren Klinker-Zement-Verhältnis sinken. Da die Schweizer Zementwerke am Schweizer Emissionshandelssystem (ETS), einem marktbasierten CO2-Preisinstrument, teilnehmen müssen, können die Vermeidungskosten mit dem CO2-Preis im ETS verglichen werden, um die Kosteneffizienz von Dekarbonisierungsmaßnahmen zu bewerten; dieser liegt zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichts bei rund 86 CHF/tCO2. Eine Einzelbetrachtung der Minderungsoptionen zeigt Folgendes: Eine Erhöhung der Klinkersubstitution ist prinzipiell immer möglich und senkt sogar die Gesamtkosten der Dekarbonisierung. Alternative Brennstoffe, insbesondere der Ausbau der Biomasse, können zur Dekarbonisierung des Brennstoffmixes beitragen, der 30 % der Gesamtemissionen ausmacht. Biomasse würde in Kombination mit CCS negative Nettoemissionen ermöglichen und bleibt im Vergleich zum heutigen ETS-Preis kosteneffizient, selbst wenn die Biomassepreise in den nächsten Jahren steigen. Was die negativen Emissionen betrifft, so zeigen unsere Ergebnisse, dass die Schweizer Zementindustrie selbst bei den heute verwendeten Biomassemengen eine beträchtliche Menge an CDR zu einem wettbewerbsfähigen Preis im Vergleich zu anderen dauerhaften CDR-Lösungen erzeugen könnte. Dies könnte zusätzliche Einnahmen durch den Verkauf von CDR-Gutschriften ermöglichen. Für CCS gibt es zahlreiche technologische Optionen, von denen einige kommerziell validiert und am Markt verfügbar sind. CCS verursacht zwar höhere CO2-Vermeidungskosten als andere Minderungsoptionen, hat aber auch ein deutlich höheres Vermeidungspotenzial. Unsere Analyse zeigt, dass das Erreichen einer Netto-Null-Emission in der Schweizer Zementindustrie ohne den Einsatz von CCS nicht machbar ist. Alternative Klinker sind heute teuer und bieten ein vernachlässigbares CO2-Vermeidungspotenzial. Teil II des Berichts befasst sich mit den Hindernissen für die Einführung dieser Dekarbonisierungstechnologien sowie mit einer Reihe von Policy-Optionen, mit denen diese Hindernisse möglicherweise beseitigt werden könnten. In einem ersten Schritt erarbeiten wir durch Literaturrecherche und Befragung von Stakeholdern einen Überblick über die Hindernisse, wobei wir ein breites Spektrum von technischen, wirtschaftlichen, kommerziellen, organisatorischen und regulatorischen Hindernissen abdecken. Anschliessend werden aus der Literatur und aus Interviews mit Experten aus der Wissenschaft, Think Tanks, Nichtregierungsorganisationen, Regulierungsbehörden und politischen Gremien potenzielle Policy-Optionen zusammengetragen, wobei auch Beispiele aus anderen Ländern herangezogen werden. Anschliessend wird ein Stakeholder-Workshop durchgeführt, um die Ergebnisse zu validieren und zusammenzufassen. Die Analyse der Hindernisse zeigt folgende Herausforderungen auf, welche für die einzelnen Technologien unterschiedlich komplex sind: Die Klinkersubstitution, bei der Klinker durch andere Materialien wie z. B. Flugasche ersetzt wird und die im Vergleich zu Lösungen wie CCS relativ niedrige Emissionsminderungskosten aufweist, stösst auf technische Hindernisse und Nachfragebeschränkungen aus dem Markt, da hochgemischte Zemente zu längeren Abbindezeiten und Verzögerungen auf der Baustelle führen, was sich wirtschaftlich auf das Bauprojekt auswirkt. Die lokale und langfristige Verfügbarkeit und der künftige Preis von SCMs (Supplementary Cementitious Materials) sind weitere Hindernisse für die breite Einführung solcher Zemente. Bei alternativen Brennstoffen wie Biomasse und grünem Wasserstoff ist ihre künftige langfristige Verfügbarkeit in ausreichenden Mengen ein wichtiges Anliegen der Zementhersteller und stellt ein Hindernis für wesentliche Änderungen im Brennstoffmix dar. CCS ist eine entscheidende Technologie, um in der Zementindustrie Netto-Null-Emissionen zu erreichen, und ist mit mehreren Einführungshürden verbunden. Je nach gewählter Abscheidetechnologie erhöht CCS den Energiebedarf der Industrie beträchtlich; beispielsweise erhöht die MEA-Technologie zur CO2-Abspaltung den Bedarf an elektrischer und thermischer Energie fast um den Faktor zwei, wenn sie in allen Schweizer Zementwerke installiert wird. Andere, weniger weit entwickelte Abscheidungstechnologien haben andere Energiebedarfsprofile. Ein ausreichendes Angebot an erneuerbarer/CO2-neutraler Energie ist daher ebenso wichtig wie die Verfügbarkeit einer nationalen und internationalen CO2-Transport- und Speicherinfrastruktur. Darüber hinaus stellen die deutlich gestiegenen Kosten für die Klinkerproduktion und die fehlende langfristige Investitionssicherheit eine Herausforderung dar. Alternative Klinker sind heute dreimal so teuer wie herkömmlicher Klinker, es fehlen einschlägige Normen und die meisten befinden sich in einem frühen Entwicklungsstadium, was ihr Minderungspotenzial bis 2050 einschränkt. Insgesamt könnte die Politik der EU und der Schweiz potentiell zur Überwindung dieser Hindernisse beitragen. Zwar gibt es derzeit weltweit nur wenige zementspezifische Politikmassnahmen, doch könnten eine Reihe bestehender und diskutierter Policy-Optionen aus anderen Kontexten und Branchen in Betracht gezogen werden. Einige technologiespezifische Hindernisse scheinen massgeschneiderte regulatorische Lösungen zu erfordern. Hindernisse bei der Substitution von Klinker könnten beispielsweise durch eine Umstellung von der präskriptiven Schweizer Betonverordnung auf einen leistungsorientierten Ansatz angegangen werden, der eine allgemeine Verringerung der Klinker- und Zementproduktion ermöglichen könnte. Bei Technologien, die mit erheblichen Investitionen und hohen CO2-Minderungskosten verbunden sind, wie z.B. CCS, reichen der derzeitige CO2-Preis und die Ungewissheit über die Infrastruktur und die Verfügbarkeit von Brennstoffen und Energie nicht aus, um Investitionsaktivität zu rechtfertigen. Um diese Hürden zu überwinden, bestehen eine Reihe von politischen Instrumenten, die mittelfristig von Subventionen über Anreize bis hin zu Preismechanismen reichen. In der Europäischen Union wurde hier bereits ein Rahmen erarbeitet, in dem potentiell komplementäre Policy-Optionen zusammengefügt wurden: Er beinhaltet Carbon Contracts for Difference (CCfD) zur Deckung der zusätzlichen Kosten der CO2-Vermeidung, die schrittweise Abschaffung kostenloser Zertifikatezuteilungen und den Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) zur Schaffung gleicher Wettbewerbsbedingungen für Importe und zur Vermeidung von Carbon Leakage. Diese Politikmassnahmen könnten unter Umständen durch Mechanismen ergänzt werden, die eine anfängliche Marktnachfrage schaffen, wie z. B. ein kohlenstoffarmes öffentliches Beschaffungswesen. Längerfristig könnte CCS unter der Annahme eines wahrscheinlichen Anstiegs der Kohlenstoffpreise und strengerer internationaler Emissionsziele kommerziell rentabel werden. Zusätzlich ist es denkbar, dass die dem Handel ausgesetzten Sektoren möglicherweise weniger Schutz benötigen könnten. So könnte es eine Option sein, die Kosten und Risiken allmählich auf den privaten Sektor zu übertragen. Darüber hinaus könnten CO2-Normen für lokal hergestellte Produkte und Importe langfristig die Netto-Null-Kompatibilität in allen Sektoren sicherstellen und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Wettbewerbsfähigkeit abmildern. Insgesamt bedarf die Ausgestaltung dieser Optionen und die Koordinierung mit anderen klimapolitischen Massnahmen weiterer Forschung. Parallel zu den laufenden Policy-Prozessen hat die Industrie die Möglichkeit, ihr technisches und kostenbezogenes Wissen zu erweitern und die für eine erfolgreiche Installation von CCS erforderlichen Erfahrungen durch Pilotprojekte zu sammeln, wie dies in ganz Europa und darüber hinaus bereits zu beobachten ist. Diese Pilotprojekte werden häufig von der Industrie geleitet, aber auch durch direkte staatliche Finanzierung in verschiedenen Formen von Public-Private Partnerships unterstützt. Ähnliche Ansätze werden in der Schweiz für die Zementindustrie und andere Schwerindustrien, beispielsweise durch das Pilot- und Demonstrationsprojekt DemoUpCARMA bereits verfolgt. In den Monaten, in denen dieser Bericht verfasst wurde, haben sich die klimapolitischen Strategien und Positionen weltweit und insbesondere in Europa verändert. Wir beobachten zahlreiche Brancheninitiativen und Investitionen in Forschung und Entwicklung für die CO2-Nutzung, die Erprobung und Demonstration von CCS in Zementwerken, grosse CO2-Infrastrukturprojekte etc., die bereits einige der in diesem Bericht hervorgehobenen Hindernisse angehen, insbesondere in Bezug auf technische Risiken und die Verfügbarkeit von Infrastruktur.