Technisches Resümee: Studie zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen bei der Kühlung in Haushalten (Hainan, China)

1. Problemstellung

Mit der rasanten wirtschaftlichen Entwicklung steigt der Energieverbrauch für Kühlung in China exponentiell an und macht über 15 % des gesamten sozialen Stromverbrauchs sowie etwa 60 % der Sommer-Spitzenlasten aus. Dieser Anstieg treibt signifikante Kohlenstoffemissionen voran und trägt zur globalen Erwärmung bei. Die Provinz Hainan, die in der tropischen Monsonzone Chinas mit langen Sommern und hohem Kühlbedarf liegt, steht unter dringendem Druck, diese Emissionen zu kontrollieren, um die nationalen „Double Carbon“-Ziele (Kohlenstoffgipfel und Kohlenstoffneutralität) zu erreichen. Die Studie zielt darauf ab, effektive Wege zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen speziell aus dem häuslichen Kühlenergieverbrauch in dieser Region zu identifizieren.

2. Methodik

Die Forschung verwendet das LEAP-Modell (Long-range Energy Alternatives Planning) in Kombination mit einer Szenarien-Simulationsanalyse, um den Energieverbrauch und die Kohlenstoffemissionen von 2021 bis 2035 zu projizieren. Die Studie konzentriert sich auf die Provinz Hainan und nutzt die folgenden Datenquellen und Parameter:

• Probenahmelage: Provinz Hainan, charakterisiert durch ein heißes Sommer- und warmes Winterklima, mit einer durchschnittlichen Kühlsaison von etwa 140 Tagen und hoher täglicher Kühlintensität.
• Bevölkerungsprognosen: Basierend auf dem Hainan Province Population Development Plan (2030) und dem 14. Fünfjahresplan nimmt das Modell eine ständige Bevölkerung von 13,03 Millionen und eine Urbanisierungsrate von 65 % bis 2035 an.
• Szenarien-Einstellungen: Drei primäre Dimensionen wurden simuliert:
  1. Energie-Sauberkeit: Projektionen der Kohlenstoffintensität des Stromnetzes, unter der Annahme einer Reduzierung von 381 g/kWh (2021) auf 270 g/kWh (2035) durch die Erhöhung nicht-fossiler Energien (Solar, Wind, Kernkraft).
  2. Geräte-Penetration: Prognosen für den Besitz von Klimaanlagen und Kühlschränken pro 100 Haushalte, wobei der Besitz von Klimaanlagen von 170,1 (2021) auf 356,1 (2035) ansteigen soll.
  3. Energieeffizienz: Zwei unterschiedliche Szenarien wurden modelliert:
     • Benchmark-Szenario: Entspricht den Zielen des nationalen „Green and Efficient Refrigeration Action Plan“.
     • Ascension-Szenario (Förderszenario): Basierend auf Hainans spezifischen Anforderungen an eine kohlenstoffarme Entwicklung, unter der Annahme eines aggressiveren Marktwandels hin zu Produkten mit höherer Energieeffizienz (z. B. Erhöhung des Anteils von Produkten der Effizienzklasse 1).
• Berechnungsrahmen: Die Kohlenstoffemissionen ($C$) wurden mit der Formel $C = Q \times EF$ berechnet, wobei $Q$ der Stromverbrauch und $EF$ der Kohlenstoffemissionsfaktor pro Einheit Strom ist.

3. Wichtigste Beiträge und Ergebnisse

3.1 Einfluss der Energie-Sauberkeit

Simulationen zeigen, dass die Entkopplung des Energieverbrauchs von den Kohlenstoffemissionen durch ein saubereres Stromnetz hocheffektiv ist.

• Bis 2035 werden unter dem Szenario der Energie-Sauberkeit die gesamten häuslichen Kohlenstoffemissionen in Hainan voraussichtlich auf 4,38 Millionen Tonnen sinken (von 6,10 Millionen Tonnen im Jahr 2021).
• Speziell für die Kühlung werden die Emissionen bis 2035 voraussichtlich auf 2,19 Millionen Tonnen fallen, was eine Gesamtreduzierung von 6,95 Millionen Tonnen gegenüber dem Niveau von 2021 darstellt, unter der Annahme, dass das Verbrauchsvolumen konstant bleibt.

3.2 Einfluss von Energieeffizienz und Kältemittelkontrolle

Die Verbesserung der Effizienz von Kühlgeräten und die Kontrolle der Kältemitteltypen bieten signifikantes Reduzierungspotenzial.

• Effizienzgewinne: Unter dem „Ascension-Szenario“ werden die häuslichen Kühlkohlenstoffemissionen im Jahr 203ert 2035 schätzungsweise um 1,05 Millionen Tonnen niedriger sein als im Baseline-Szenario. Über den 15-jährigen Zeitraum (2021–2035) könnte dieser Pfad die kumulativen Emissionen um 12,44 Millionen Tonnen reduzieren.
• Kältemittelkontrolle: Die Beschränkung von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial (GWP > 150) wird als kritische Maßnahme identifiziert. Die Kontrolle der Kältemitteltypen soll die Emissionen über 15 Jahre um 16 Millionen Tonnen senken.
• Kombinierter Effekt: Die Kombination aus Verbesserungen der Energieeffizienz und der Kältemittelkontrolle wird geschätzt, die CO2-Emissionen in den nächsten 15 Jahren um insgesamt 22,3 Millionen Tonnen zu reduzieren.

3.3 Stadt-Land-Disparitäten

Die Studie hebt unterschiedliche Konsummuster hervor:

• Städtische Haushalte: Charakterisiert durch einen hohen Besitz von energieintensiven Geräten (Klimaanlagen und Kühlschränke), hohen Energieverbrauch und hohe Kohlenstoffemissionen.
• Ländliche Haushalte: Weisen niedrigere Besitzraten und einen insgesamt geringeren Verbrauch auf. Aufgrund der begrenzten Kaufkraft und der geringeren Akzeptanz teurerer energieeffizienter Produkte ist das Potenzial für Reduzierungen durch Effizienzsteigerungen im Vergleich zu städtischen Gebieten jedoch begrenzt.

4. Vorgeschlagene kohlenstoffarme Pfade

Basierend auf den Simulationsergebnissen schlägt die Arbeit zwei primäre kohlenstoffarme Pfade vor, die auf verschiedene Haustypen zugeschnitten sind:

Für städtische Haushalte

1. Einführung sauberer Energien: Förderung der Nutzung sauberer Energie aus dem Stromnetz und Ermutigung zur Installation von Photovoltaik-Anlagen (PV) in Haushalten, um die Kühlnachfrage von der fossilbasierten Erzeugung zu entkoppeln.
2. Effizienzsteigerungen: Anreize für den Kauf und die Nutzung von hocheffizienten Klimaanlagen und Kühlschränken, um den Gesamtenergieverbrauch zu senken.

Für ländliche Haushalte

1. Netz-Sauberkeit: Primäre Abhängigkeit von der Dekarbonisierung des Stromnetzes und Förderung von Dach-PV-Anlagen, um den Kühlbedarf mit kohlenstoffarmem Strom zu decken.
2. Gezielte Effizienz: Während Effizienzsteigerungen angemerkt werden, deutet die Arbeit darauf an, dass diese aufgrund wirtschaftlicher Einschränkungen weniger praktikabel als primärer Treiber sind; daher liegt der Fokus weiterhin auf der Dekarbonisierung der Angebotsseite (sauberes Netz/PV).

5. Bedeutung der Studie

Die Arbeit stellt fest, dass die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen aus der häuslichen Kühlung entscheidend für das Erreichen der chinesischen Kohlenstoffneutralitätsziele ist. Die Studie zeigt auf, dass:

• Dualer Strategieansatz: Ein erfolgreicher Übergang zu kohlenstoffarmen Strukturen erfordert einen dualen Ansatz: Dekarbonisierung der Angebotsseite (Reinigung der Energieversorgung) und Nachfrageseitenmanagement (Verbesserung der Geräteeffizienz und Kältemittelkontrolle).
• Kontextspezifität: Strategien müssen zwischen städtischen und ländlichen Bevölkerungsgruppen differenziert werden, aufgrund von Disparitäten im Gerätebesitz, der Konsumintensität und der wirtschaftlichen Kapazität.
• Politische Relevanz: Die Ergebnisse unterstützen die Umsetzung des „Green and Efficient Refrigeration Action Plan“ und bieten eine quantitative Basis für die spezifische kohlenstoffarme Entwicklungsplanung von Hainan, indem sie zeigen, dass signifikante Emissionsreduzierungen durch die kombinierte Anwendung von Übergängen zu sauberer Energie und Effizienzstandards erreichbar sind.