Nachhaltige Produktion und Nutzung von Flüssiggas im südlichen Afrika - Systemanalyse

Abstract

Dieser Bericht präsentiert die Ergebnisse der techno-ökonomischen Systemanalyse, die vom Forschungszentrum Jülich GmbH (FZJ), Institut für Klima- und Energiesysteme – Jülich Systems Analysis (ICE-2), im Rahmen des Verbundprojekts GreenQUEST (Teilprojekt-Fördernummer 03SF0688B) durchgeführt wurde. Das Teilprojekt war für die Leitung der techno-ökonomischen Systemanalyse verantwortlich und trug zur Umweltbewertung des gLFG-Produktionsprozesses bei, mit dem Ziel, eine umfassende, räumlich aufgelöste quantitative Bewertung von grünem Flüssiggas (gLFG) als potenziellem Energieträger in Südafrika zu liefern. Die Arbeiten wurden unter Verwendung des Open-Source-Optimierungsframeworks für Energiesysteme ETHOS.FINE des FZJ in enger Zusammenarbeit mit der Energy Systems Research Group (UCT/ESRG) an der Universität Kapstadt durchgeführt, die durch das südafrikanische TIMES-Modell (SATIM-GE) zur Modellierung des Energiesystems auf nationaler Ebene beitrug. Es wurde eine neuartige Methodik zur Kopplung dieser beiden komplementären Modellierungsplattformen entwickelt und implementiert, die zusammen mit den räumlich aufgelösten Bewertungen des gLFG-Produktionspotenzials, der damit verbundenen Kosten und der Infrastrukturanalyse den wissenschaftlichen Kernbeitrag des Teilprojekts bildet. Die Analyse befasste sich mit vier Kernpunkten: dem räumlich aufgelösten Produktionspotenzial und den Kosten von gLFG in Südafrika; der Rolle von gLFG in zukünftigen südafrikanischen Energiesystem-Szenarien; der techno-ökonomischen Wettbewerbsfähigkeit von gLFG im Vergleich zu alternativen Energieträgern; den Infrastrukturanforderungen für die gLFG-Produktion und -Verteilung. Die wichtigsten Ergebnisse lauten wie folgt: Südafrika verfügt über ein beträchtliches gLFG-Produktionspotenzial von mindestens 4,2 Mt/a bis 2030, das unter einem Szenario der „grünen Reindustrialisierung“ bis 2050 auf etwa 4,7 Mt/a ansteigt. Die nivellierten Kosten für gLFG werden voraussichtlich von über 4,0 EUR/kg im Jahr 2020 auf unter 2,5 EUR/kg bis 2050 sinken, was vor allem auf sinkende Kosten für Solar-PV, Windkraftanlagen und PEM-Elektrolyseure zurückzuführen ist. Die Produktionskosten variieren erheblich zwischen den Provinzen in Südafrika, wobei die nordwestlichen und südwestlichen Provinzen aufgrund niedrigerer Kosten für erneuerbaren Strom die günstigsten Bedingungen bieten. Die von der UCT/ESRG durchgeführte Modellierung des nationalen Energiesystems, bei der das FZJ räumlich aufgelöste Ergebnisse zum Produktionspotenzial sowie techno-ökonomische Parameter als Eingabedaten bereitstellte, zeigt durchweg, dass gLFG in keinem der vier modellierten Szenarien als kostengünstigste Lösung für den heimischen Energiebedarf hervorgeht, selbst unter strengen CO₂-Auflagen. Eine gLFG-Produktion tritt nur dann auf, wenn die Exportnachfrage exogen vorgegeben wird. Allerdings besteht in schwer zu elektrifizierenden Anwendungsbereichen weiterhin eine Restnachfrage nach LPG-ähnlichen Brennstoffen von etwa 6 PJ pro Jahr, wo gLFG als saubere Drop-in-Alternative zu fossilem LPG dienen könnte. Bio-LPG aus gebrauchtem Speiseöl stellt die kostengünstigste kurzfristige kohlenstoffarme Alternative dar, während sich die Wettbewerbsposition von gLFG in Szenarien mit sinkenden Kosten für grünen Wasserstoff und einer unterstützenden CO₂-Bepreisungspolitik deutlich verbessert. Die räumlich aufgelöste Infrastrukturanalyse zeigt, dass die Stromübertragung das kosteneffiziente Rückgrat eines erneuerbaren südafrikanischen Energiesystems bildet, mit jährlichen Gesamtsystemkosten von etwa 35 Millionen Euro im Referenzfall. Die Kostenunterschiede zwischen alternativen Konfigurationen – einschließlich Kombinationen aus Strom, Wasserstoffpipelines, CO₂-Pipelines und gLFG-Lkw-Transport – liegen unter 0,1 % der Gesamtsystemkosten, was darauf hindeutet, dass mehrere Infrastrukturportfolios nahezu gleichwertige Ergebnisse bei minimalen Kosten erzielen können. Die Ergebnisse sind für politische Entscheidungsträger, Investoren und Akteure der Industrie in Südafrika und der SADC-Region von unmittelbarer Relevanz und bieten einen übertragbaren methodischen Rahmen, der auf andere PtX-Brennstoffsysteme und andere Regionen des Globalen Südens anwendbar ist.