EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH
Erreichung der Klimaneutralität im Gebäudesektor – aber wie?
- Maßnahmen und Handlungsempfehlungen für die Praxis -
Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch SIZ energieplus und EGSplan, Stuttgart
Klausurtagung Kreisbaugesellschaft Waiblingen mbH, 24.09.2021, Esslingen
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seit 1993 Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude- und Solartechnik Forschungs- und Demonstrationsprojekte
seit 2001 EGS-plan Ingenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH Planungsprojekte
seit 2010 EGSplan International – Bangkok + Shanghai seit 2020 SIZ energieplus, Braunschweig / Stuttgart
> 140 Mitarbeiter
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Wo kommen wir her?
Prof. Dr. Manfred Norbert Fisch MNF Maschinenbau-Ingenieur - Energietechnik
bis 1996 Univ. Stuttgart – Techn. Nutzung Solartechnik, 1996 – 2019 TU Braunschweig Fak. Architektur
Energieeffiziente -Klimaneutrale Gebäude, Quartiere, Grüner Wasserstoff
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Was macht EGS-plan? … vom Konzept bis zur Optimierung
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Inhalt
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I. Politische Ziele - Klimaschutzgesetz (KSG) – Green Deal II. Definition Klimaneutralität
III. Umsetzungs-Empfehlungen für Gebäude
IV. Klimaneutrales Quartier – Neue Weststadt Esslingen V. Ausblick – Klimaquartier Hangweide - Kernen
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Politische Ziele
Klimaschutzgesetz (KSG)
Green Deal
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Klimaschutzprogramm bis zum Green Deal
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2016 Klimaschutzprogramm Bundesregierung
80 % (bis 95%!) „Nahezu Klimaneutral“
Reduzierung CO 2 - Emissionen bis 2050 ( Bezug 1990)
2020 Klimaschutzgesetz (KSG)
CO 2 - Emissionen je Sektor bis 2030 festgelegt (keine Werte ab 2031!)
2021 Green Deal der EU – alle 27 Mitgliedsstaaten
55 % THG- Reduzierung bis 2030 (Bezug 1990)
100 % klimaneutral bis 2050 – 100% Erneuerbare Energien
Technisch & wirtschaftlich riesengroßer Unterschied!
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Urteil BGH 24.3.2021 > Ziele unzureichend – was ist nach 2030?
Mai 2021 Update KSG
65 % THG- Reduzierung bis 2030 (Bezug 1990)
88 % bis 2040
100 % klimaneutral bis 2045 – 100% Erneuerbare Energien
August 2021 Sofortprogramm für neue Bundesbauten
Verschärfung der Neubau-Standard EH 55 ab 2023
EH 40 ab 2025
sinnvoll? – Technologieoffenheit / relatives Wirtschaftlichkeitsgebot
Berlin ist im „Grünen Rausch“!
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Klimaschutzgesetz und Green Deal
Klimaschutzgesetz (KSG) und
Green Deal schaffen Planungssicherheit für die Wirtschaft!
CO 2 Emissionen >> Key Performance Index (KPI) der Zukunft!
„Klimaneutralität lässt sich nicht Herbeireden, sondern nur Umsetzen“
M.N.F, SIZ energieplus
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CO 2 - Emissionen des Gebäudesektors
Verursacher-
und Quellprinzip?
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Import
(Strom, FW)
Vorort (Gas,..) Herstellung, Bau
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CO 2 -Emissionen im Gebäudesektor
Klimaschutzgesetz 2020 > Quellprinzip
Gas 220 g / kWh CO 2 -Steuer (25 €/t) Ca. 5,5 ct / m3 Strom 450 g / kWh
CO 2 -ETS Handel
nach Quellprinzip
„Klimaneutral“
nach Quellprinzip
Wärme- pumpe
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Entwicklungsziel der CO 2 Emissionen | 2020 – 2030 Klimaschutzgesetz (KSG) 2020
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Wir brauchen sehr viel Grünen Strom!
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Klimaneutralität aber wie?
Vervielfachung der Stromerzeugung aus EE erforderlich
2020
Wind PV Wasser
Atom Kohle Gas
Kraftwerksleistung EE 100 GWel
80 - 90 GWel
2050
x 5
Wind PV Wasser Gebäude
Gas BHKW
> 400 GW
el50 - 60 GWel
+ H
2+ CH
460 %
40 %
20 %
80 %
Strom Produktion
Grüner Wasserstoff ist Schlüsselelement der Energiewende
• Speicherung von erneuerbarem Strom (Langzeitspeicherung → Gasnetz, Tanks)
• Sektorenkopplung (Strom → H
2→ Wärme, Mobilität, Industrie)
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300 GW p = ca. 25.000 km²
7 % Landwirtschaftsfläche (50% offshore) Zubaurate 10 GW p /a, davon 50% onshore 2018: 2,5 GW P /a, 2019: ca. 1 GW P /a
250 GW p = ca. 3.750 km²
1- 2 % Landwirtscháftsfläche (50 % Dachflächen*) Zubaurate 8 GW p /a bis 2050
2018: 3 GW p /a, 2019: ca. 1,5 GW p /a 80 bis 85 % des Stroms aus EE
Zubau 450 bis 550 GW (Wind + PV) – bis 10 % der Landfläche erforderlich!
357.409 km²
51 % Landwirtschaft 32 % Wald
14 % Siedlung (9)
+Verkehr (5)
*) PV- Potenzial Dachflächen ca. 150 bis 180 GWp
Decarbonisierung Stromversorgung bis 2050
Flächen- und Investitionsbedarf
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Wir brauchen sehr viel Grünen PV- Strom!
2020 2045
55 GW 250 GW
+ 8 GW / a
Neubau ca. 55 Mio. m 2 /a Bestand-Gebäude 5,2 Mrd. m 2 Freiflächen
1,5 - 2 GW /a
50 – 70% Solarisierung
ca. 20 % 1 – 1,5 GW /a
ca. 50 - 70% Solarisierung
ca. 15%
erforderlich 4,5 – 5,5 GW /a
ca. 0,04 % der Landwirtschaftsfläche
ca. 65%
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Sektor Gebäude – Zielsetzung nach KSG bis 2030 CO 2 - Emissionen Quell-Prinzip
118
53
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0
2014 2030
CO
2-Em iss ionen [M io t/a]
2014 2030
Betrieb 67
Quellprinzip
Bestand Bes tand v on 2019
Zuwachs bis 2030
NWG WG
(70%)
Quell- Prinzip Bestand 2019:
rd. 23 kg / (m 2 a) Ziel 2030:
rd. 12 kg / (m 2 a)
Halbierung!!!!!
2020
63
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Sektor Gebäude
CO 2 - Emissionen – Verursacher-Prinzip
118
60 0,0
130
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0
2014 2030
CO
2-Em iss ionen [M io t/a]
Bestand 2020 Bestandzuwachs (2020-2030) Sanierung (2020,2030) Neubau (2020, 2030)
172
67 110
"Material weiter dekarbonisiert"
Betrieb Quellprinzip Graue
CO
2-Emissionen
Bestand Neubau
Sanierung
Bes tand
Zuwachs Sanierung
Neubau
NWG WG
(70%)
NWGWG (55%) WG (85 %)2020
Verursacherprinzip (Herstellung und Betrieb)
Bes tand v on 2019
Verursacher-Prinzip (ohne Nutzerstrom) Bestand 2019:
rd. 33 kg / (m 2 a)
Zu den 118 Mio. t /a direkte kommen 50 bis 60 Mio. t CO2 / a durch
Bau / Herstellung der Gebäude dazu!
Neubau trägt absolut nicht zur CO 2 - Reduzierung bei!
> egal welcher Energie-Standard!
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Effizienzhaus (EH) Standard – Neubau Wohngebäude?
EH 55 oder EH 40 oder Passivhaus? >> CO 2 - Reduzierung Gebäudesektor?
Mehrfamilienhaus - Wärmepumpe
Zubau Wohnfläche ca. 27 Mio. m 2 /a Gesamte CO 2 - Einsparung
< 0,08 Mio. t / a
< 0,06 % (120 Mio. t/a)
- 2,5 kg CO 2 /(m 2 NRF a)
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Empfehlungen Neubau - Wohngebäude?
Neubau spart kein CO 2 (Verursacherprinzip!)
Empfehlung EH 55 (Wärmepumpe oder grüne Fernwärme)
Effizienzhaus 40 im Neubau >> sehr geringer Beitrag zum Klimaschutzziel!
BEG- Förderung Neubau EH 40 – Überdenken!
Solarisierung der Dachflächen – schnell wirkend und effizient!
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Das GEG (Neubau) spielt bei der Zielerreichung
„Klimaneutral“ keine bedeutende Rolle – auch jegliche Verschärfung beim Neubau ist von geringer Wirkung!
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Klimaneutral – Definition
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Klimaneutrale | Gebäude – Quartier
CO 2 – Jahresbilanz in der Betriebsphase – CO 2 (B)
Energie-Import fossil, erneuerbar
CO 2 - Gutschrift
StromMix
CO
2- Bezug CO
2- Gutschrift
Energie-Export
CO 2 – Last
Bilanzrahmen nach GEG + ZIA
Konditionierung Wärme, Kälte, Strom
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CO 2 - Bilanz im Lebenszyklus
Herstellung, Konditionierung, Nutzer
Bau Nutzung
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Zielsetzung – Eigener Vorschlag 2016
Definition „Nahezu“ Klimaneutrales Quartier
Quartier < 1 t CO 2 / EW / a
(inkl. Mobilität)
Gebäude < 10 kg CO 2 / (m 2 a)
(inkl. Nutzer)
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Klimaneutrale Gebäude
Umsetzungs-Empfehlungen
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Ausgangssituation
489 g CO
2/kWh
(2018)
60 kg/(m
2a)
CO2-Emissionen [kg/(m²a)]
2030
Sanierung Mehrfamilienhaus
Maßnahmen zur CO 2 - Reduzierung bis 2030!
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10
CO2-Emissionen [kg/(m²a)]
250 g CO
2/kWh
(2030)
plus Dekarbonisierung Stromnetz
Kohle!!, Erdgas, EE PV
2030
Erdgas
Sanierung Mehrfamilienhaus
Maßnahmen zur CO 2 - Reduzierung bis 2030!
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Empfehlungen Bestand
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Gebäudehülle KfW 70 (55) (Wohngebäude)
Max. PV- Solarisierung der Dachfläche
Elektrische Wärmepumpe > opt. Wärmequelle oder „Grüne“ Fernwärme (Biomasse!)
Heizflächen - Flächenheizsystem nicht zwingend notwendig
Stromspeicher 1 kWh / kWp
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Die neuen Förderung-Programme des Bundes
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BEG - Bundesförderung Effiziente Gebäude
BEW - Bundesförderung Effiziente Wärmenetze
EEW – Bundesförderung für Energie- und Ressourcen-Effizienz in der Wirtschaft
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Die Struktur des BEG
Laufzeit 2021 - 2030 2021: 6,5 Mrd. Euro im Haushalt eingestellt!
Bei 250 €/m² durch-
schnittlichem Zuschuss könnten 26 Mio m²
Gebäude gefördert werden!
Aktuelle Sanierungsrate ca. 50 Mio m²/a
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Maximal förderfähige Investitions-Kosten
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Max. Förderfähig EE-Paket* NH-Paket*
Wohngebäude 120.000 €/WE + 30.000 €/WE + 30.000 €/WE
Nichtwohngebäude 2.000 €/m² NGF
Max. 30 Mio €
* EE und NH nicht kumulierbar!
Sanierung:
f. energetische Maßnahmen
Neubau:
alle Kosten für KG 300+400
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Fördersätze für Effizienzhaus
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Zuschuss/
Tilgungszuschuss Denkmal 100 85 70 55 40 40+
Neubau Wohngebäude - - - - 15% 20% 25%
Nichtwohngebäude - - - - 15% 20% -
Sanierung Wohngebäude 25% 27,5% 30% 35% 40% 45% -
Nichtwohngebäude 25% 27,5% - 35% 40% 45% -
Zusätzlicher Zuschuss Neubau Sanierung
EE-Paket* Mind. 55% Erneuerbare Energien am
Wärme-/Kältebedarf +2,5% +5%
NH-Paket* Zertifiziertes nachhaltiges Gebäude +2,5% +5%
iSFP-Bonus (Wohngebäude) Erstellung und Umsetzung
Sanierungsfahrplan innerhalb 15a +5%
Wärmenetz / Gebäudenetz Förderung entsprechend des erreichten
Fördersatzes ja ja
Beispiel Sanierung Wohngebäude EH 70-EE mit iSFP erhält 45% Zuschuss (bisher KfW 70: 35%)
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Maximal förderfähige Investitions-Kosten
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Beispiel Mehrfamilienhaus 20 WE, je 80 m 2 / WE Sanierung zum EH 70-EE
Max. förderfähige Kosten 150.000 €/WE
Förderquote 40 %
Max. Fördersumme 60.000 €/WE 610 €/m 2 NGF
Mehrkosten nach Studien EGS-plan und SIZ:
Sanierung zu EH 70-EE ca. 350 – 450 €/m 2 NGF
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Projektbeispiel
Klimaquartier „Neue Weststadt Esslingen“
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Klimaschutz First
Neue Weststadt Esslingen am Neckar . ein Beitrag zum Green Deal
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AREAL
©LEHENdrei
RVI:
ca. 25.112 m² Grundstück 5 Bauabschnitte
478 Wohnungen 411 TG-Stellplätze
ca. 30.500 m² Wohnfläche
ca. 11.500 m² Gewerbefläche
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„Quarree 100“ in Heide
Vermeidung der Abregelung EE, lokale Nutzung 20 Partner
„Stadtquartier 2050 – Herausforderungen gemeinsam lösen“ in Stuttgart (Bürgerhospital) und Überlingen
Innovative Gebäudelösungen verknüpft mit Sozialverträglichkeit durch Quartiersapp
„Pfaff“ ehemaliges Werksgelände in Kaiserslautern
Energiewende im Quartier, Nutzung lokaler EE, denkmalgeschützten und neuen Gebäuden 9 Partner
„ES-West-P2G2P“ in Esslingen am Neckar
Klimaneutrales und energiewendedienliches Stadtquartier durch sektorübergreifendes SmartGrid - 12 Partner
„ZED“ Null-Emissions-Quartier in Zwickau
Zukunftssicheres und bezahlbares elektrisch-thermisches Verbundsystem für Wohnungen 13 Partner
„ENaQ - Energetisches Nachbarschaftsquartier“ in Oldenburg
Sektorkopplung Strom, Wärme und Elektromobilität
Förderinitiative „Energieeffiziente Stadt“ (2017 –2022) die sechs Leuchtturmprojekte
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• Gebäudehülle EH 55
• Maximale Solarisierung
• Mieterstrom &
E-Mobilität
• Produktion Grüner H
2Sektorenkopplung
• Abwärmenutzung Effizienzsteigerung
< 1 t CO 2
pro EW / Jahr Gebäude + Mobilität
A
B
C
D
E
HOCHSCHULE ENERGIE
ZENTRAL E
Energiekonzept
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Block B Block C
Block D
EZ
PV- Anlagen rd. 1.300 kW p – ca. 0,18 m 2 PV / m 2 NRF
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„Grüner Wasserstoff“ mit Abwärmenutzung im Quartier
Vermarktung
Überschuss
Lokaler PV Strom EE aus Stromnetz
H
2200 – 400 kg/d
η ca. 80 - 85 % Abwärmenutzung
250 kW
Temp. ~ 55 – 60°C Wärmebedarf zu
50 % aus Elektrolyse gedeckt
Quartier
Elektrolyse 1 MW
elMobilität Gasnetz Industrie
η ca. 55 - 60 %
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„ Grüner Wasserstoff“
Grüner H 2 nicht zur Gebäudeheizung!
Abwärmenutzung aus der H 2 - Produktion!
Potenzial: bis 2030 ca. dem heutigen Energieertrag der Solarthermie bis 2045 > dem heutigen Fernwärmeaufkommen
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H 2 -Verwertung
Verwertungspfade
heute: Gasnetzeinspeisung
Perspektive: Industrie + Mobilität Wasserstoff-Leitung ca. 1 km zu
Cellcentric (Daimler Truck)
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Stadt- & Lokal-Politik müssen brennen!
Klimaschutz-Fahrpläne für Stadtquartiere entwickeln
Hindernisse aus dem Weg räumen!
Mut zur Transformation – Think Big!
Akzeptanz in der Gesellschaft erreichen!
Es wird viel Geld kosten – die Folgeschäden sind noch teurer!
Klimaneutrale Quartiere – Mission zur Umsetzung
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Folgeprojekte
Klimaquartier „Hangweide“ Kernen im Remstal
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Dezember 2020 Projektskizze eingereicht April 2020 Aufforderung zur Antragstellung Juni 2012 Antrag eingereicht
Oktober 2021 Projektstart
Fördervolumen ca. 3 Mio. Euro Laufzeit Okt. 2021 – Sept. 2024
Leiter: Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch
Dezentrale H 2 -Produktion – Nutzung Abwärme im Quartiere
„P2G&H in Quartiers-Clustern“
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Hangweide
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Folgeprojekte - Ausblick
Vernetzung zum
H
2-Gesamtsystem in der Region
u.a. Kernen Hangweide
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Stadtquartier Hangweide / Kernen im Remstal
Projektziel:
Klimaneutralität / Zielbild IBA‘27
Städtischer Kontext:
Suburban
Gebiet und Bebauung:
8 ha, > 70.000 m²
BGF, 650 WE Bauweise und Nutzungsformen:
Geschosswohnungsbau mit bis zu 7 Vollgeschossen,
vorwiegend Wohnbebauung sowie Kita, Nahversorgung und Dienstleistungsangebote
Lokal verfügbares Potential EE:
Gebäudedach + PV, Freiflächen PV - AgroPV H
2Verwertung:
t.b.d.
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Ab November 2021 entwickelt – im Kontext Förderung durch BMWi- Projekt
Hangweide – Nukleus für Wasserstoff-Region Rems-Murr Kreis – Vernetzung zur H2- Mobilität
Städtebau und Architektur in Harmonie mit der Zielsetzung – Klimaneutral!
Minimierung der „Grauen- CO 2 -Emissionen“
Nachhaltigkeits- und Energiekonzept?
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Gebäude-Energie-Standard: Effizienzhaus 55 (kein EH 40-Standard, kein Passivhaus)
Energieversorgung?
Max. Solarisierung Dachflächen – Freiflächen – umliegende Landflächen Dezentral – Semi-Zentral – Zentral?
Keine Verbrennung von Fossilen Energieträgern – auch nicht Holz!
„Grüne“ Nahwärme (Abwärme aus H2-Produktion), Wärmepumpen
Hangweide – Reallabor der Energiewende - Beitrag zum KSG
Energiekonzept?
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NAHRUNG + ENERGIE: ZUSAMMEN AUF EINEM FELD
Koexistenz von Landwirtschaft und
Energiewirtschaft auf der selben Fläche.
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Machen statt reden!
Let the fossil fuel rest in peace!
…..vielen Dank
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Life Cycle Assessment Auswertung
Produktionsketten bis 2050 im Überblick
Misch-
Buchenwald
Mais
Photovoltaik
Anbau,
Betriebsmittel, etc.:
93 t
CO2/ ha
Produktion PV und Unterkonstruktion:
2.273 t
CO2/ ha Produktion/ Pflege
1ha
Bei 1.000 kWh/kWp
693 MWh/ha
1ha Fläche Strom / ha
ca. 693 kWp/ha
51 MWh/a Biogas Biogasanlage, BHKW, LKW:
98 t
CO2/ ha
Pflanzungen,
Bestandspflege, etc.:
0,1 t
CO2/ ha /a
1ha1ha 1ha
CO
2– Bilanz / ha 2020 - 2050
DEU Strommix Moderat
Änderungen niedrig
2020: 400 t CO2/MWh
2050: 0,08 t CO2/ MWh
(reduzieren auf 20%)