Forscher der EPFL haben den CO2-Fussabdruck der schweizerischen Stromproduktion erstmals mit stündlicher Auflösung berechnet statt im Jahresdurchschnitt. So kommt etwas Licht in einen äusserst undurchsichtigen Wirtschaftszweig.

Wie viel CO2 verursacht eine Kilowattstunde Strom in der Schweiz? Diese Frage lässt sich bis heute kaum beantworten, denn zahlreiche Variablen wirken sich auf die Berechnung aus. Heute wird der CO2-Ausstoss des Stromangebots in der Schweiz in jährlichen Durchschnittswerten ausgewiesen. Dabei ist der Energiemix im Tagesverlauf grossen Schwankungen ausgesetzt. 

Nun ist es den Forschern der EPFL erstmals gelungen, diese Berechnung zu verfeinern. Dabei stützten sie sich auf eine gesamteuropäische Datenbank mit den stündlichen Stromproduktionszahlen der einzelnen Länder aus dem Jahr 2015/2016. Dies stellt einen Durchbruch dar, der den Schweizer Stromanbietern und konsumenten eine verfeinerte Analyse ermöglicht. 

Die Arbeiten der Forscher haben nämlich ergeben, dass der CO2-Fussabdruck zu gewissen Tageszeiten bis um das Fünffache unterschätzt wird. Und damit nicht genug: «Dank dieser Daten weiss ich beispielsweise, dass die Chance am Nachmittag grösser ist, dass mein Handy mit erneuerbarer Energie geladen wird, als am Abend», erklärt Didier Vuarnoz, Mitautor der Studie. Zusammen mit Thomas Jusselme ist er Mitglied der Forschungsgruppe Building 2050, die im smart living lab in Freiburg tätig ist. Die beiden Forscher haben ihre Daten erst kürzlich unter Open-Access-Bedingungen auf der Plattform Data in Brief veröffentlicht und bieten so der Wirtschaft und der Fachwelt die Möglichkeit, diese uneingeschränkt zu nutzen. Erstmals wurde ihre Forschungsarbeit am 24. Juli 2018 in der Zeitschrift Energy vorgestellt.

Eine neue europäische Datenbank 

Die Schweiz produziert einen Teil ihrer Energie selbst, tauscht diese aber in Form von Importen und Exporten mit Frankreich, Deutschland, Österreich und Italien aus. Deshalb lässt sich kaum feststellen, aus welcher Quelle der Strom stammt, der zu einem bestimmten Zeitpunkt verbraucht wird. Um diesen Austausch besser zu verstehen, zogen die zwei Forscher eine neue europäische Datenbank heran. Die ENTSO-E Transparency Platform ist seit 2015 online und registriert insbesondere die stündlichen Energieströme zwischen den europäischen Ländern. 

Die Forscher konvertierten die Kilowattstunden in CO2-Emissionswerte und berücksichtigten dabei den gesamten Lebenszyklus des jeweiligen Energieträgers (Kernkraft, Kohle, Wasser usw.). So wurde jeder Kilowattstunde aufgrund ihrer Quelle (fossil oder erneuerbar) ein bestimmter CO2-Wert zugeordnet. 
Auf dieser Grundlage entwickelten die Forscher Visualisierungstools, mit denen auf einen Blick eingesehen werden kann, welcher Energiemix im Schweizer Netz zu welcher Stunde im Laufe eines Jahres vorliegt.

Eine neue Analysemethode

Didier Vuarnoz gibt zu bedenken, dass die Konsumenten mit dieser Forschungsarbeit nicht animiert werden sollen, nur in den Stunden mit dem höchsten Anteil an erneuerbaren Energien Strom zu verbrauchen. Dies würde das Problem lediglich verschieben. Die Idee sei, neue Strategien zu entwickeln, um den Verbrauch zu optimieren. Die zwei Forscher und ihre Kollegen vom smart living lab konnten dank dieser Daten letzten August eine weitere Arbeit im Journal Sustainable Cities and Society publizieren: eine Fallstudie über ein Gebäude, das die benötigte Energie teilweise selber produziert. Damit konnten sie die Zweckmässigkeit einer stündlichen Analyse des Stromverbrauchs nachweisen. 

«Ich kann meine Waschmaschine beispielsweise auf den Nachmittag programmieren, wenn ich weiss, dass der in meinem Gebäude produzierte Strom zu diesem Zeitpunkt von der Sonne stammt», so Thomas Jusselme. «Dank der stündlichen Datenlage wollen wir auch herausfinden, wann die im Gebäude gespeicherte Energie genutzt werden soll, damit der CO2-Fussabdruck der Batterie kompensiert werden kann. Wenn ich abends etwa nicht den Strom aus den deutschen Kohlekraftwerken sondern denjenigen aus meiner eigenen Batterie verbrauche, reduziere ich meinen CO2-Ausstoss», ergänzt Didier Vuarnoz.

Die zwei Forscher sind überzeugt, dass die stündliche Datenlage Private und Wirtschaft in Zukunft zu einem bewussteren Entscheid animieren wird, wann sie Strom konsumieren. Doch seien weitere Transparenzanstrengungen von Seiten der Netzanbieter erforderlich, um die Berechnung weiter zu verfeinern.

Ein Instrument für die Schweiz

In Frankreich, Belgien, Schweden und Finnland wurden zwischen 2013 und 2015 ähnliche Studien vorgenommen, allerdings auf der Grundlage anderer Datenbanken. Für die Schweiz haben die Forscher der Gruppe Building 2050 eine neue Berechnungsmethode entwickelt, die der engmaschigen Vernetzung der hiesigen Stromflüsse gerecht wird. Sie soll den Download der Produktions- und Verbrauchsdaten in Echtzeit ermöglichen, damit Ingenieure jährliche Trends identifizieren und, wie Meteorologen, zuverlässige CO2-Prognosen abgeben können. 

Die Herausforderung ist enorm: Will die Schweiz ihrer Verpflichtung zur 2000-Watt-Gesellschaft nachkommen und die Energiewende schaffen, muss sie sich präzise und zuverlässige Instrumente geben, um die eigene Umweltbelastung besser beurteilen und Alternativen zu den fossilen Energieträgern finden zu können. «Diese neue Methode birgt ein riesiges Potenzial, um die Schweiz bei der Erreichung der Energieziele 2050 zu unterstützen. Zugleich zeigen ihre Grenzen, dass noch grosse Anstrengungen nötig sind, um unser Wissen um den CO2-Fussabdruck der schweizerischen Stromwirtschaft zu verbessern», bilanziert Thomas Jusselme.

Literatur

Vuarnoz, D. Jusselme, T. “Dataset concerning the hourly conversion factors for the cumulative energy demand and its non-renewable part, and hourly GHG emission factors of the Swiss mix during a one year period (2015–2016)”, Data in Brief, 26 October 2018.

Vuarnoz, D. and Jusselme, T. “Temporal variations in the primary energy use and greenhouse gas emissions of electricity provided by the Swiss grid,” Energy, 24 July 2018.

Vuarnoz, D., Cozza, S., Jusselme, T., Magnin, G., Schafer, T., Couty, P. and Niederhauser, E.-L., “Integrating hourly life-cycle energy and carbon emissions of energy supply in buildings,” Sustainable Cities and Society, 29 August 2018.

Kontakt

Didier Vuarnoz

Building2050 Group
Scientist- EPFL
-low carbon
-modelling, simulations and algorithms
-performance indicators

Thomas Jusselme

Building2050 Group
Project Manager- EPFL
-design and construction processes
-efficient energy strategies and regulation
-low carbon

Medienkontakt

Sandrine Perroud | EPFL Press Service
T: +41 21 693 31 89 | secretary: +41 21 693 22 22

Information

Building2050 Group
ENTSO-E transparency platform