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Erreichung der Klimaneutralität im Gebäudesektor aber wie? - Maßnahmen und Handlungsempfehlungen für die Praxis -

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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

(2)

EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

2

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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EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

Was macht EGS-plan? … vom Konzept bis zur Optimierung

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EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

Inhalt

4

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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(5)

Politische Ziele

Klimaschutzgesetz (KSG)

Green Deal

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Klimaschutzprogramm bis zum Green Deal

6

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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7

 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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9

CO 2 - Emissionen des Gebäudesektors

Verursacher-

und Quellprinzip?

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10

Import

(Strom, FW)

Vorort (Gas,..) Herstellung, Bau

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11

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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(12)

EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

12

Entwicklungsziel der CO 2 Emissionen | 2020 – 2030 Klimaschutzgesetz (KSG) 2020

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(13)

EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

13

Wir brauchen sehr viel Grünen Strom!

(14)

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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

el

50 - 60 GWel

+ H

2

+ CH

4

60 %

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)

(15)

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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

(16)

EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

16

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%

(17)

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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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21

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

(27)

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Ausgangssituation

489 g CO

2

/kWh

(2018)

60 kg/(m

2

a)

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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32

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

(39)

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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

2

Sektorenkopplung

• 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

2

200 – 400 kg/d

η ca. 80 - 85 % Abwärmenutzung

250 kW

Temp. ~ 55 – 60°C Wärmebedarf zu

50 % aus Elektrolyse gedeckt

Quartier

Elektrolyse 1 MW

el

Mobilität 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

(48)

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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

2

Verwertung:

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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(51)

EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

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?

© EGS . www.egs-plan.de . Klausurtagung Kreisbaugesellschaft Waiblingen mbH, 24.9.2021,Esslingen

(52)

EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

52

NAHRUNG + ENERGIE: ZUSAMMEN AUF EINEM FELD

Koexistenz von Landwirtschaft und

Energiewirtschaft auf der selben Fläche.

© EGS . www.egs-plan.de . Klausurtagung Kreisbaugesellschaft Waiblingen mbH, 24.9.2021,Esslingen

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EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

Machen statt reden!

Let the fossil fuel rest in peace!

…..vielen Dank

(54)

EGS-planIngenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik mbH

54

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%)

Brutto-Gutschrift 190 t

CO2

/ ha Emissionen 98 t

CO2

/ ha Netto- Bilanz  92 t

CO2

/ ha

Gebunden 450 t

CO2

/ ha Emissionen 3 t

CO2

/ ha Netto- Bilanz

447 t

CO2

/ ha

Brutto-Gutschrift 4.871 t

CO2

/ha Emissionen 2.273 t

CO2

/ha Netto- Bilanz  2.598 t

CO2

/ha bindet:

6 -12 t

CO2

/ ha /a

Die AGRI-PV substituiert

um etwa Faktor 28

mehr CO

2

- Emissionen

als das (Mais-)Biogas-

BHKW

Referenzen

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