Verminderungskosten als Instrument zur Ermittlung von wirtschaftlichen CO2-Einsparpotenzialen

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

Motivation

Im wissenschaftlichen Konsens werden die anthropogenen Treibhausgasemissionen als wichtigste Ursache der globalen Erwärmung gesehen. Im Kyoto-Protokoll ist Kohlenstoffdioxid dabei an erster Stelle genannt – alle anderen Stoffe werden auf CO2-Äquivalente zurückgerechnet.

Im Hinblick auf Potenziale zur Reduzierung von CO2-Emissionen ist für die Wirtschaft Kosteneffizienz von größter Bedeutung. Häufig werden dafür CO2-Vermeidungskosten – also die Kosten, die für die Reduzierung einer bestimmten CO2-Menge gegenüber einer Referenztechnologie aufzubringen sind – als Bewertungskriterium gewählt.

Prinzipiell beschreibt ein Potenzial eine noch nicht realisierte Möglichkeit und weist damit die Erreichbarkeit eines Ziels aus. In Abbildung 1 sind unterschiedliche Potenzialstufen dargestellt.

Abbildung 1: Unterschiedliche Potenzialbegriffe

Das theoretische Ausbaupotenzial einer Technik kann praktisch nicht erreicht werden, es bietet lediglich eine Abschätzung für die theoretisch erreichbare Obergrenze der Zielerreichung. Das technische Potenzial ergibt sich aus dem theoretischen Potenzial, das auch tatsächlich nach heutigem Stand der Technik und Restriktionen, zum Beispiel durch Flächenverfügbarkeit o. Ä., umgesetzt werden könnte. Das wirtschaftliche Potenzial beschränkt das technisch Machbare auf die ökonomisch erreichbaren Möglichkeiten. Die Erfahrung zeigt, dass oft nicht alle wirtschaftlichen Möglichkeiten ausgeschöpft werden /GOB 04/. Oft stehen der Realisierung Aspekte wie Komfort, Unwissenheit, Restlaufzeiten oder fehlendes Kapital entgegen, welche beispielsweise den Planungshorizont von Unternehmen überschreiten. Deshalb ergibt sich in der Realität eine Zielerreichung, die dem praktischen Potenzial entspricht. Dieses muss nicht zwingend kleiner sein, als das wirtschaftliche Potenzial, da teilweise – z.B. durch gesetzliche Vorgaben oder aus Idealismus – auch unwirtschaftliche Projekte realisiert werden.

Um die Wirtschaftlichkeit einer Maßnahme bestimmen zu können, ist eine Bewertung gegenüber einem Referenzsystem und häufig gegenüber mehreren Varianten notwendig. Sollen Ausbaupotenziale ermittelt werden, ist das Referenzsystem durch den Bestand vorgegeben. Gegenüber diesem soll eine CO2-Einsparung erreicht werden

Defizite statischer Vermeidungskosten für die Potenzialermittlung

Zur Ermittlung von Potenzialen ist die reine Kenntnis von Vermeidungskosten, etwa die Angabe „die Vermeidungskosten bei Wärmepumpen liegen bei 350 €/t“ aus folgenden Gründen nicht geeignet.

Die angesetzte Referenztechnologie muss angegeben sein.
Ohne Kenntnis der Referenz können die Vermeidungskosten nicht interpretiert werden. Für die Aussagekraft ist es von wesentlicher Bedeutung, ob die Vermeidungskosten der Wärmepumpe gegenüber z. B. einem Ölkessel oder einem Gasbrennwertgerät ermittelt wurden.

Im Bestand befinden sich unterschiedliche Systeme.
Es werden sich verschiedene Vermeidungskosten für eine einzige Maßnahme, etwa dem Ersatz aller Heizungsanlagen durch Gasbrennwertgeräte, einstellen. Ein Vergleich von Maßnahmen auf Basis von errechneten Werten mit üblicherweise fester Referenz, z. B. einem durchschnittlichen Ölkessel im Bestand, führt damit in den meisten realen Fällen zu vollkommen falschen Schlussfolgerungen. Lediglich für die Fälle, bei denen der reale IST-Zustand genau mit der angesetzten Referenz übereinstimmt, sind die Ergebnisse übertragbar.

Die technischen Potenziale sind nicht enthalten.
CO2-Vermeidungskosten stellen lediglich ein Verhältnis von Kosten zu Emissionsminderung dar und liefern keinerlei Informationen zur Höhe der erreichbaren Einsparungen und damit der Größe der CO2-Vermeidungspotenziale. In Einzelfällen kann es technisch unmöglich sein, nur die kostengünstigste Maßnahme durchzuführen und damit eine vorgegebene Menge an CO2 einzusparen.

Vorgezogene Effizienzmaßnahmen können nicht bewertet werden.
Die Vermeidungskosten werden meist auf Basis verschiedener Neubauoptionen errechnet, wenn beispielsweise die Entscheidung zwischen mehreren alternativen Wärmeversorgungsvarianten ansteht. Diese berechneten Werte können daher nicht als Bewertungsgrundlage für vorgezogene Effizienzmaßnahmen verwendet werden.

Unterschiedliche Maßnahmen schließen sich gegenseitig aus (konkurrierende Technologien).
Möglicherweise schließt eine technische Variante eine weitere Maßnahme nicht nur aufgrund wirtschaftlicher Faktoren (Maßnahme wird zu teuer), sondern auch aus technischen Gründen aus. So verbietet sich beispielsweise die Dämmung eines Hauses mit Material 2, wenn bereits mit Material 1 gedämmt wurde, oder der Einbau einer solarthermischen Anlage ist nicht mehr möglich, weil bereits eine PV-Anlage installiert wurde und keine weiteren Dachflächen zur Verfügung stehen. Eine derartige Maßnahme teilt sich daher das CO2-Vermeidungspotenzial mit ihrer konkurrierenden Technologie.

Zur Berechnung von Vermeidungskosten kann nach /MAT 98/ je nach Art der angesetzten Kosten zwischen einem

  • volkswirtschaftlichen Ansatz,
  • gesellschaftlichen Ansatz,
  • einzelwirtschaftlichen (betriebswirtschaftlichen) Ansatz
  • oder einem Budgetansatz

unterschieden werden. Für die Ermittlung eines wirtschaftlichen Potenzials muss eine betriebswirtschaftliche Bewertungsmethode gewählt werden, die Kosten- und Erlösanteile aus Betreibersicht berücksichtigt. Dieses Vorgehen folgt der Überlegung, dass nur diejenigen Maßnahmen umgesetzt werden, die sich für die investierende Person oder das investierende Unternehmen auch ökonomisch rechnen. Die volkswirtschaftliche Betrachtung, welche Kosten der Gemeinschaft entstehen, ist für die Erschließung eines Potenzials nicht ausschlaggebend.

Methodikpaket: Dynamische Verminderungskosten

Ausgehend von den statischen Vermeidungskosten wurde an der Forschungsstelle für Energiewirtschaft im Projekt /CO2 08/ eine Methodik der „dynamischen Verminderungskosten“ abgeleitet. Mit dieser können wirtschaftliche Potenziale verschiedener Technologien berechnet und dargestellt sowie die oben genannten Defizite der statischen Vermeidungskosten weitestgehend ausgeräumt werden.

Die Berechnungen der dynamischen Verminderungskosten beziehen sich auf den IST-Zustand. Daraus ergibt sich insbesondere für die Kostenberechnung ein Betrachtungszeitraum, der durch die Lebensdauer einer CO2-Minderungs-Maßnahme festgelegt ist (vgl. Abbildung 2). Der Beginn der Betrachtung liegt bei t=0 (IST-Zustand) und die Zeitspanne endet bei t=1. Dieser Betrachtungszeitraum kann sich für verschiedene Maßnahmen unterscheiden, da auch die Lebensdauern der verschiedenen Technologien stark differieren können. Ein vorzeitiger Austausch der Referenztechnologie führt dazu, dass die Referenztechnologie bei t=0 noch eine Restlebensdauer hat.

Abbildung 2: Betrachtungszeitraum für die Referenz und die Maßnahme


Im Betrachtungszeitraum anfallende Kosten und ggf. Erlöse müssen sowohl für die Referenz als auch für die Maßnahme berücksichtigt werden. Um betrachtete Maßnahmen vergleichbar zu machen, müssen zukünftige Zahlungen, wie die Investitionen in eine Ersatztechnologie, auf t=0 abgezinst werden (Kapitalwertmethode). Zusätzlich bietet es sich an, annuitätische Kosten über der gesamten Lebensdauer zu betrachten. Dies erlaubt es, nachfolgende Investitionen direkt an die vorangegangenen anzuhängen.

Die Berechnung der Verminderungskosten für das in Abbildung 3 gezeigte Beispiel ist in Formel (1) dargestellt. Die spezifischen Kosten ergeben sich demnach aus der Differenz der Kosten von Maßnahme und Referenz, dividiert durch die Einsparungen. Da die Investitionskosten auch im Referenzfall auf dessen Lebensdauer umgelegt werden, verbleibt bei vorgezogener Maßnahmendurchführung für die Referenz ein Restwert , der noch bis zum Ende der Lebensdauer der Referenz gezahlt werden muss. Dieser Restwert ist sowohl im Kostenblock der Maßnahme als auch bei der Referenz enthalten.

Gleichzeitig müssen im Referenzfall evtl. Ersatzinvestitionen getätigt werden, um die Funktionalität weiter zu gewährleisten. Im Beispiel reicht die Lebensdauer der letzten Ersatztechnologie über den Betrachtungszeitraum hinaus. Der Restwert dieser Technologie muss der Referenz wieder gut geschrieben werden.

kV dynamische Verminderungskosten einer Maßnahme in €/t
REF: kRef annuitätische Kosten der Referenz in €/a
var variable Kosten der Referenz
inv Investitionskosten der Referenz
Ersatz Kosten einer im Betrachtungszeitraum notwendigen Ersatzinvestition
M: kM annuitätische Kosten der Maßnahme in €/a
var variable Kosten der Maßnahme
inv Investitionskosten der Maßnahme
?eM jährliche Verminderung der Emissionen durch die Maßnahme in t/

Man erkennt nun, dass der Restwert einer Anlage im Bestand keinerlei Rolle bei der Berechnung der dynamischen Verminderungskosten kV spielt. Er äußert sich implizit lediglich dadurch, dass eine Ersatzinvestition erst zu einem späteren Zeitpunkt notwendig wird.

Durch die virtuelle Durchführung einer Maßnahme für den gesamten Bestand kann aus den Verminderungskosten ein wirtschaftliches Potenzial abgeleitet werden. Die zusätzlichen Kosten einer weiteren vermiedenen Emissionseinheit, z.B. einer Tonne CO2, werden als Grenzverminderungskosten bezeichnet.

In Tabelle 1 ist das Vorgehen für die Beurteilung von Einzelmaßnahmen exemplarisch dargestellt. Die verschiedenen Referenzsysteme im Bestand, wie z.B. hier die Altanlagen, werden jeweils mit der Maßnahme verglichen.

Tabelle 1: Exemplarische Darstellung der Vorgehensweise

?ey,z Emissionen in t/a
y: Maßnahme
z: jeweilige Referenz
?ky,z Kosten in €/a
y: Maßnahme
z: jeweilige Referenz
kV,y dynamische Verminderungskosten der Maßnahme y

In Abbildung 3 ist idealisiert dargestellt, wie der Verlauf der Verminderungs- und Grenzverminderungskosten aussehen könnte. Die Nutzen- bzw. Grenznutzenfunktion stellt den monetarisierten Nutzen einer Reduzierung der CO2-Emissionen dar. Für Teilnehmer am Zertifikatehandel wird der spezifische CO2-Zertifikatepreis angesetzt, ansonsten ist er Null.

Die dynamischen Verminderungskosten einer Maßnahme werden auf¬steigend sortiert und über der kumulierten Emissionsreduktion aufgetragen.

Abbildung 3: Verminderungskosten und Grenzverminderungskosten


Aus dem linken Bild lassen sich die absolute CO2-Reduzierung und die dafür aufzuwendenden Investitionen ablesen. Beispielsweise sind für die Reduzierung von 15 t CO2 durch die betrachtete Maßnahme gegenüber der Referenz insgesamt 68 €/a aufzuwenden. Im rechten Bild sind hingegen die Grenzverminderungskosten für die Vermeidung der jeweiligen CO2-Einheit dargestellt. So kostet die Reduzierung der 15-ten Tonne 13,5 €.

Mit steigender CO2-Reduktion wird eine weitere Emissionsminderung durch die Maßnahme immer teurer. Allerdings steigt auch der erzielbare Nutzen - die Einnahmen aus dem Zertifikateverkauf - mit weiterer Reduzierung der Emissionen linear an.

Eine CO2-Einsparmaßnahme durchzuführen ist nun solange wirtschaftlich, wie der Zertifikatspreis über den Grenzverminderungskosten der Maßnahme liegt. Erst wenn diese überschritten werden, ist es billiger, Zertifikate zu kaufen und keine CO2-Einsparmaßnahmen mehr durchzuführen (vgl. Abbildung 3 rechts).

Grenzverminderungskosten können in der Realität lediglich für eine endliche Anzahl diskreter Fälle berechnet werden. Die Kurven setzen sich aus Stufen zusammen, die in der Regel nicht bei Null beginnen. So zeigt Abbildung 4 links beispielhaft eine Maßnahme, mit der sich 53 t CO2 im Jahr einsparen ließen. Wirtschaftlich ist diese Maßnahme hingegen nicht, da die Verminderungskosten immer über der Nutzenfunktion liegen. Mit der Maßnahme auf der rechten Seite in Abbildung 3 3 könnten die CO2-Emissionen jährlich um 41 t reduziert werden. In den Fällen mit negativen Kosten ist diese Maßnahme von sich aus wirtschaftlich. Das wirtschaftliche Potenzial liegt demnach bei 10 t/a. Partizipiert die Maßnahme am Zertifikatehandel, ist eine Einsparung von 25 t wirtschaftlich realisierbar.

Abbildung 4: Beispiele für Verminderungskostenkurven

Zusammenfassung und Fazit

Das an der Forschungsstelle für Energiewirtschaft entwickelte Methodikpaket der „dynamischen Verminderungskosten“ /CO2 08/ umfasst neben einer betriebswirtschaftlichen Wirtschaftlichkeitsrechnung eine Projektion der jeweiligen betrachteten Maßnahmen auf das Gesamtenergiesystem. Dadurch

  • ist eine Potenzialbetrachtung implizit enthalten,
  • wird berücksichtigt, dass Maßnahmen je nach Referenz unterschiedlich wirtschaftlich sind,
  • können erstmals auch vorgezogene Effizienzmaßnahmen bewertet werden, und
  • es ist möglich, Maßnahmen zur CO2-Reduzierung in unterschiedlichen Bereichen miteinander zu vergleichen.

Die Anwendung der „dynamischen Verminderungskosten“ ist anfänglich mit einem höheren Aufwand verbunden. Weil der Bestand als dynamische Referenz verwendet wird, sind jedoch differenzierte Aussagen über wirtschaftliche Potenziale möglich.

Im laufenden Projekt /CO2 08/ wurde die Methodik auf unterschiedliche Maßnahmen im Umwandlungssektor sowie den Anwendungssektoren angewendet. Nach Abschluss des Projektes ist eine Veröffentlichung weiterer Ergebnisse geplant.

Literaturverzeichnis

/CO2 08/ Forschungsstelle für Energiewirtschaft: CO2-Vermeidung in Deutschland – Verminderungskosten zur Potenzialermittlung, EnBW, E.ON Energie, RWE Power, Vattenfall Europe, laufendes Projekt, 2008
/GOB 04/ Gobmaier, T.; Köhler, D.; Endres, M.: Erprobung von Contracting in gewerblichen Unternehmen, Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München, 2004
/MAT 98/ Matthes, F.: CO2-Vermeidungskosten – Konzept, Potentiale und Grenzen eines Instruments für politische Entscheidungen, Ökoinstitut, Freiburg, 1998

 

 

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. U. Wagner, Dipl.-Ing. M. Beer, Dipl.-Phys. R. Corradini, Dipl.-Ing. T. Gobmaier

 

 

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