image: Tom Kober at the research area of PSI. view more
Credit: Paul Scherrer Institute/Markus Fischer
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben gemeinsam mit britischen Ökonomen untersucht, wie sich der Energieverbrauch der Schweizer Industrie in Abhängigkeit von den Energiepreisen entwickelt. Dazu betrachteten sie insbesondere die Preise und den Verbrauch sowohl von Elektrizität als auch von Erdgas der vergangenen Dekaden. Ein Resultat: Preissteigerungen bei der Energie wirken sich meist nur langfristig auf den Energieverbrauch aus. Weiterhin erarbeiteten die Forschenden mögliche Szenarien für die künftige Entwicklung bis ins Jahr 2050, in denen sie unter anderem Aspekte des Klimaschutzes thematisieren. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forschenden heute in dem Bericht «Swiss Industry: Price Elasticities and Demand Developments for Electricity and Gas».
Erhöhen sich die Preise für Energie, kann das unter anderem zwei Effekte in der Industrie auslösen. Einerseits sollte der Energiebedarf sinken, da Unternehmen versuchen, höhere Preise durch Energieeinsparungen auszugleichen, beispielsweise durch den Einsatz effektiverer Technologien oder Produktionsverfahren. Andererseits können höhere Preise für Energie die globale Konkurrenzfähigkeit von Unternehmen beeinträchtigen, sodass in der Folge weniger produziert wird und deshalb weniger Energie verbraucht wird. Dieser Zusammenhang zwischen Preisänderungen und Veränderungen bei der Nachfrage wird auch als Preiselastizität bezeichnet.
In der vorliegenden Studie haben Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in einem vom Schweizer Bundesamt für Energie (BFE) geförderten Forschungsprojekt gemeinsam mit Ökonomen des britischen Beratungsunternehmens Cambridge Econometrics eine Methode entwickelt, mit der diese Preiselastizität sowohl rückblickend nachvollzogen als auch in Szenarien für die Zukunft modelliert werden kann. «Als Datengrundlage für bisherige Entwicklungen haben wir sowohl vorhandene wissenschaftliche Literatur als auch Daten des BFE und der Internationalen Energieagentur IEA genutzt», erklärt Tom Kober, Leiter der PSI-Forschungsgruppe Energiewirtschaft und einer der Hauptautoren der Studie. Die Daten stammen aus einem Zeitraum, der sich von 1970 bis 2016 erstreckt. Dabei wurden Preise und Verbrauch von Erdgas und Elektrizität untersucht.
Die Reaktion erfolgt nach etwa fünf Jahren
Zwei Drittel des Energieverbrauchs der Schweizer Industrie entfallen derzeit auf Erdgas und Elektrizität, ein Drittel auf andere Energieträger und Abfälle. Die chemische Industrie, die Nahrungsmittelindustrie, der Maschinenbau, der Industriezweig der nichtmetallischen Minerale, zu dem unter anderem die Zementindustrie gehört, und die Papier- und Zellstoffindustrie stellen die verbrauchsstärksten Branchen dar. Ein Ergebnis der rückblickenden Analyse ergab, dass sich Preissteigerungen kaum kurzfristig auf den Verbrauch von Gas und Elektrizität auswirken. Erst längerfristig, nach etwa fünf Jahren, konnten die Forschenden eine Reduktion des Energiebedarfs feststellen. Das lässt sich, laut der Studie, unter anderem darauf zurückführen, dass es nach einem Preissignal in den meisten Fällen Zeit braucht, um Produktionsabläufe und Verfahren anzupassen oder in energieeffizientere Ausstattung zu investieren.
Dabei unterscheiden sich einzelne Branchen deutlich voneinander. So reagiert die Eisen- und Stahlindustrie, von der immerhin 6 Prozent des Energieverbrauchs der Schweizer Industrie ausgeht, am wenigsten auf Teuerungen. Bei einem Preisanstieg von 1 Prozent verringerte sich dort der Energieverbrauch lediglich um 0,14 Prozent. Im Gegensatz dazu senkten Branchen wie die Nichtmetallischen Mineralien sowie die Papier- und Zellstoffindustrie ihren Energieverbrauch deutlicher infolge von Preissteigerungen. 1 Prozent höhere Preise zogen hier einen um 0,7 Prozent niedrigeren Energieverbrauch nach sich.
Um langfristige Entwicklungen des Energieverbrauchs der Industrie in Zukunft untersuchen zu können, entwarfen die Forschenden Szenarien, die sie mit Computermodellen berechneten. Das Szenario mit der Bezeichnung E-POL orientiert sich vor allem an der Energiestrategie 2050 der Schweiz. Diese sieht selbst keine konkreten Werte für die Reduktion beim Ausstoss sogenannter Treibhausgase vor und setzt vor allem auf den Einsatz energieeffizienter Technologien und den Ausbau erneuerbarer Energien. So soll beispielsweise der Endenergieverbrauch pro Kopf in der Schweiz bis 2035 auf 57 Prozent des Niveaus aus dem Jahr 2000 sinken und weiterhin bis 2050 auf 46 Prozent. Das sogenannte CLI-Szenario basiert dagegen wesentlich auf der Klimastrategie der Schweiz, mit dem Netto-Null-Ziel für Treibhausgasemissionen zur Mitte dieses Jahrhunderts.
Stromanwendungen als Schlüssel zur Treibhausgasminderung
Sowohl im E-POL- als auch im CLI-Szenario gehen die CO2-Emissionen bis 2050 kontinuierlich zurück, wobei alle Industriebranchen zur Emissionsminderung durch vermehrte Stromanwendungen und den Ersatz beziehungsweise Einsparungen von Erdgas, Mineralölen und Kohle (die derzeit vor allem in der Schweizer Zementindustrie verbrannt wird) beitragen.
In den Sektoren Lebensmittel und Papier könnte sich der Anteil elektrischer Energie durch den Einsatz entsprechender Technologien erhöhen. Beispielsweise unterstützen die im EPOL-Szenario auferlegten Energieeffizienzziele den Einsatz von Wärmepumpen in Kombination mit Wärmerückgewinnung. Dies könnte die Energieeffizienz in diesem Bereich um bis zu 40 Prozent steigern. Etwas geringer sind die Energieeinsparungen im Industriesektor für nichtmetallische Mineralien, wie beispielsweise Steine, Tonerde und Steinalze einzuschätzen. Zur Erhöhung der Energieeffizienz sowie zu Emissionsminderungen trägt in diesem Sektor auch langfristig die Umstellung von Kohle auf Erdgas bei. Inwieweit die Abtrennung von CO2 bei der Herstellung von Zement angewendet werden kann, bleibt abzuklären.
Trotz der Anstrengungen zur CO2-Minderung wird sich der Anteil des Industriesektors an den Gesamtemissionen der Schweiz erhöhen, da die Reduktion in anderen Sektoren aufgrund von verstärkten Klimaschutzanstrengungen noch grösser ausfällt. Insgesamt gehen die Forschenden von einer langfristigen Zunahme der Kosten für die Energienutzung aus und damit von einem Anstieg der Preise für ausgewählte Energieträger. Dies hat Auswirkungen auf die Wirtschaft und die Gesamtmenge an nachgefragter Energie sowie die Zusammensetzung der Energieträger und -technologien.
So stellten die Forschenden unter anderem einen besonderen Effekt bei der Entwicklung des Endenergieverbrauchs fest. Der Bedarf an Strom bleibt weitestgehend stabil oder wächst sogar. Dadurch steigt der Anteil der Elektrizität am gesamten Endverbrauch in allen drei Szenarien von etwa 24 Prozent im Jahr 2015 auf 28 bis 35 Prozent im Jahr 2030 und 32 bis 62 Prozent im Jahr 2050. In absoluten Zahlen bleibt die Stromnachfrage in E-POL ungefähr auf dem Niveau von 2015, während sie im CLI-Szenario bis 2050 um fast 40 Prozent steigt.
«In diesem Zusammenhang ist es enorm wichtig, wie der Strom produziert wird», betont Kober. «Für eine wirksame Reduktion der Treibhausgasemissionen ist deshalb der rechtzeitige Ausbau erneuerbarer Energie notwendig.» Auch der Import von Strom aus dem Ausland müsse genutzt werden, wobei auch dort erneuerbare Energien an Bedeutung gewinnen. Insgesamt ergibt sich daraus die Empfehlung, eine effiziente Stromnutzung in der Industrie zu fördern und gleichzeitig Anreize für den Ersatz fossiler Brennstoffe durch strombasierte Technologien beizubehalten. Auch Gase bleiben ein wichtiger Bestandteil des Energiemixes für industrielle Wärmeanwendungen, wobei synthetische und biogene Gase eine immer grössere Rolle spielen, wenn Treibhausgase vermindert werde sollen.
Kurzfristige Auswirkungen von Covid-19
In die Studie flossen kurzfristige Auswirkungen der derzeitigen Covid-19-Pandemie nicht mit ein. So hatte es infolge des Schliessens weiter Teile der Industrie weltweit einen massiven Preisverfall an den Energiemärkten gegeben. «Unsere Szenarien für die Zukunft orientieren sich an einer viel längerfristigen Perspektive, da sie ja die Entwicklung bis ins Jahr 2050 modellieren», sagt Kober. Zwar sei nicht ausgeschlossen, dass die Folgen der Pandemie auch einen längerfristigen Einfluss entfalten könnten. «Wie genau der ausfallen könnte, ist ungewiss. Ich gehe allerdings davon aus, dass die langfristigen Dynamiken im Energiesystem, die unsere Szenarien beschreiben, grundsätzlich erhalten bleiben.»
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Text: Paul Scherrer Institut/Sebastian Jutzi
Über das PSI
Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Materie und Material, Energie und Umwelt sowie Mensch und Gesundheit. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt beschäftigt das PSI 2100 Mitarbeitende, das damit das grösste Forschungsinstitut der Schweiz ist. Das Jahresbudget beträgt rund CHF 407 Mio. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Zürich und die ETH Lausanne angehören sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL. Einblick in die spannende Forschung des PSI mit wechselnden Schwerpunkten erhalten Sie 3-mal jährlich in der Publikation 5232 Das Magazin des Paul Scherrer Instituts.
Kontakt/Ansprechpartner
Dr. Tom Kober
Leiter der Gruppe Energiewirtschaft
Labor für Energiesystemanalysen
Paul Scherrer Institut, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Schweiz
Telefon: +41 56 310 26 31, E-Mail: tom.kober@psi.ch [Deutsch, Englisch]
Weiterführende Information
Swiss Industry: Price Elasticities and Demand Developments for Electricity and Gas https://www.aramis.admin.ch/Dokument.aspx?DocumentID=65688