Energieforschung in Asien by Bundesverband der Deutschen Industrie e.V.

Energieforschung in Asien Aktuelle Entwicklungen und Empfehlungen für die deutsche Energieforschungspolitik

acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V. BDI – Bundesverband der Deutschen Industrie e.V.

Inhaltsverzeichnis Über das Projekt ............................................................................................................................... 2 Executive Summary ......................................................................................................................... 3 I

Status Quo: Energiepolitik in Ostasien ............................................................................. 5

China ........................................................................................................................................................ 5 Japan...................................................................................................................................................... 12 Südkorea ................................................................................................................................................ 20

Forschungsfelder und Förderstrukturen ..................................................................... 27

China ...................................................................................................................................................... 27 Japan...................................................................................................................................................... 36 Südkorea ................................................................................................................................................ 48

III Ländervergleich ..................................................................................................................... 57 Synthese der Trends und Kooperationsfelder ...................................................................................... 57 Ergebnisse einer Teilnehmerbefragung ................................................................................................ 60

IV Implikationen für Deutschland ........................................................................................ 62 Strukturelle und strategische Empfehlungen ........................................................................................ 62 Empfehlungen zu ausgewählten Technologiefeldern ........................................................................... 65

Anhang............................................................................................................................................... 68 Literaturliste ................................................................................................................................... 71

Über das Projekt Das Kooperationsprojekt „Wege in die Energiezukunft. Transformationspfade der Energiesysteme in internationaler Perspektive“ zwischen der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech) und dem Bundesverband der Deutschen Industrie (BDI) untersucht energiepolitische Entwicklungen mit Schwerpunkt auf Energieforschung in ausgewählten G20-Ländern. Die Gegenüberstellung von beobachteten Forschungsansätzen mit Best-Practice-Beispielen der Technologieentwicklung diente als Grundlage für das Aufzeigen von Chancen und Handlungsoptionen für Deutschland im internationalen Kontext. Die Leitung des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts übernahmen Holger Lösch (BDI) und Professor Robert Schlögl (Max-Planck-Gesellschaft). Kern des Projekts bildeten zwei Fact Finding Missions: Delegationsreisen von hochrangigen Vertreterinnen und Vertretern aus Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Medien. Die erste Fact Finding Mission in die USA stand im April 2017 unter dem Eindruck des Umbruchs durch die neu gewählte Trump-Regierung. Die Ergebnisse wurden in einem Impulspapier zusammengefasst. Die zweite Reise führte im März 2018 nach China, Südkorea und Japan. In jedem der drei Länder fanden Treffen mit Regierungsstellen, Unternehmen, wissenschaftlichen Institutionen sowie mit den deutschen Botschaften

statt.

Das

Programm

umfasste

ferner

Besichtigungen

von

Forschungs-

und

Industrieeinrichtungen. Dieses Papier befasst sich mit den Erkenntnissen der zweiten Delegationsreise in den asiatischen Raum. Neben den Länderprofilen der Energiepolitik Chinas, Japans und Südkoreas sowie dem Aufzeigen von prioritären Forschungsfeldern und relevanten Forschungsprojekten beinhaltet das Papier einen Ländervergleich und formuliert Empfehlungen für die deutsche Energieforschungspolitik.

Projektleitung:

Prof. Dr. Robert Schlögl

Holger Lösch

Ansprechpartner:

Dr. Ulrich Glotzbach

Dr. Carsten Rolle

glotzbach@acatech.de

C.Rolle@bdi.eu

Dr. Dirk Vetter

Jekaterina Grigorjeva

vetter@acatech.de

J.Grigorjeva@bdi.eu

Executive Summary China, Japan und Südkorea machen knapp 30 Prozent des globalen Primärenergieverbrauchs aus – mehr als doppelt so viel wie Europa. Allein 23 Prozent fallen dabei auf China. Die drei Länder können aber auch zahlreiche Energieinnovationen, die das globale Energiesystem von morgen prägen werden, für sich verbuchen: Die schiere Größe des chinesischen Markts ist ein wichtiges Sprungbrett für die Marktskalierung

vieler

neuer

Technologien.

Das

fundamentale

Bestreben

Japans

nach

Energieunabhängigkeit geht mit der Entwicklung länderübergreifender Energiekonzepte einher. Schließlich

liefert

die

Fokussierung

der

südkoreanischen

Technologiekonzerne

auf

ihre

Kernkompetenzen innovative Technologien, die die etablierten Märkte weltweit erschüttern. Dabei verlaufen die Transformationspfade Japans, Chinas und Südkoreas durchaus unterschiedlich. Während Japan auf Wasserstoff als zukünftigen Energieträger setzt, sieht China die Lösung für seinen wachsenden Energieverbrauch in einem breiten Energiemix und einer effizienten Vernetzung der Erzeugungs- und Verbrauchsorte über Ultrahochspannungsleitungen. Die Technologieentwicklung Südkoreas folgte bislang in erster Linie globalen Marktentwicklungen, wird aber zunehmend auf eine Energieversorgung mit erneuerbare Energien ausgerichtet. Auch die Organisation der Energieforschung ist in den betrachteten Ländern unterschiedlich geregelt: In China ist sie im Vergleich zu Japan und Südkorea am breitesten aufgestellt. Zugleich ist in China die Verflechtung zwischen Staat, Wirtschaft und Wissenschaft am stärksten. Die Energieforschung Japans zeichnet sich hingegen durch ihren starken systemischen Ansatz aus, der in der Wasserstoffstrategie deutlich zum Ausdruck kommt. Südkorea ist ein Beispiel für eine relativ eng aufgestellte, fokussierte Energieforschung, welche eine wesentliche Grundvoraussetzung für die aktuelle Marktführerschaft der südkoreanischen Batteriehersteller darstellt. Nichtsdestotrotz bestehen einige Überschneidungen in der Technologieentwicklung dieser Länder, die auf regionale und womöglich globale Trends hindeuten. So lassen sich Energieübertragung/-transport (Stromnetze, Wasserstoff-Transport) und Energiespeicherung (Batterien, stationäre Speichersysteme, Wasserstoff als Speichermedium) für China, Japan und Südkorea als zwei länderübergreifende Forschungsschwerpunkte definieren. Außerdem vereint diese Länder ein starker Fokus auf Energiesicherheit, Energieunabhängigkeit sowie auf den Erhalt der industriellen Wertschöpfung im eigenen Land. Welche Auswirkungen haben die Energieforschungsstrategien der ostasiatischen Länder auf Deutschland und die Europäische Union? Welche Schlüsse können wir für die nationale Energieforschungspolitik ziehen? Die kurze Antwort lautet: Es bedarf mehr internationale Kooperationen in Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Technologieallianzen und Joint Ventures mit asiatischen Partnern sind im Sinne der Technologieentwicklung Deutschlands und der EU als eine strategische Chance zu betrachten. Diese müssen allerdings auf dem Prinzip der Gegenseitigkeit aufbauen und Winwin-Situationen für alle Projektpartner darstellen. Die Rolle Deutschlands kann dabei je nach Technologiefeld unterschiedlich sein.

Im Bereich der Sektorenkopplung und Power-to-X-Technologien kann Deutschland als Träger des technologischen Know-hows und ausgeprägter systemischer Kompetenzen insbesondere mit China und Südkorea kooperieren. Im Bereich Offshore-Wind und bei der Steigerung der Effizienz von PVSystemen kann Deutschland mit seinem aktuellen Wissensvorsprung eine führende Rolle in Kooperationen

mit

Japan

und

Südkorea

übernehmen.

Bei

einer

sektorenübergreifenden

Implementierung von Wasserstoff ist Deutschland ein potenzieller Partner Japans. Im Bereich der Batteriezellenfertigung tritt Deutschland heute hingegen als Empfänger für das technologische Knowhow auf. Im Zuge der Entwicklung der nächsten Batteriegeneration könnte sich die Rollenverteilung allerdings ändern: Mit der richtigen Technologiestrategie kann Deutschland zum wichtigen Partner von Südkorea und gegebenenfalls anderen asiatischen Ländern werden. Neben den verstärkten Kooperationen sind allerdings auch nationale bzw. europäische Antworten auf die

Energiestrategien

asiatischer

Länder

wie

die

Wasserstoffstrategie

Japans

oder

die

Weltumspannungsstrategie Chinas gefragt. Diese Länder denken vernetzt und grenzübergreifend. Für die Entwicklung ihrer Energiestrategien wird die gesamte Weltkarte herangezogen. Auch für die EU stellt sich zunehmend die Frage des zukünftigen Bezugs der erneuerbaren Energieerzeugung aus anderen Ländern. Es empfiehlt sich deshalb die Entwicklung eines gesamteuropäischen Konzepts einer vernetzten Energiewende, in dem Energie von globalen Partnern über „Netze und Tanker“ importiert wird. Vor diesem Hintergrund, aber auch darüber hinaus sollte die Rolle des grünen Wasserstoffs im zukünftigen Energiesystem klarer definiert werden. Dies könnte in Form einer Wasserstoff/Power-to-XRoadmap für Deutschland und potenziell für die gesamte EU erfolgen. Neben Wasserstoff bedarf es allerdings auch weiterer Möglichkeiten der Energiespeicherung. So müssen Deutschland und die EU trotz des aktuellen Wettbewerbsrückstands gegenüber asiatischen Ländern bei der Lithium-Ionen-Technologie am Ball bleiben. Ein koordiniertes Vorgehen der industriellen und wissenschaftlichen Forschung – eine Cluster-Lösung – zur Forschung und Entwicklung für die nächste Generation der Batterien ist deshalb geboten. Eine reine Technologieentwicklung an sich ist allerdings längst nicht alles im globalen Wettbewerb um marktfähige Innovationen. Die Entwicklungen in Asien zeigen, dass eine breite Implementierung von Technologien erst dann gelingt, wenn sie in vorteilhafte Strukturen der Forschungsförderung und vorausschauende Strategien eingebettet ist. Für Deutschland ist es notwendig, die bestehende Breite der Forschung zu bewahren und die Langfristorientierung der Energieforschung zu stärken. Ferner empfiehlt sich für die deutsche Energieforschungspolitik ein Instrument zum kontinuierlichen Monitoring der Energieforschungstrends in G20-Ländern. Die Delegationsreise nach China, Südkorea und Japan und die durchgeführte Analyse machen eines deutlich: Es gibt kein universelles Konzept einer globalen Energiewende. Die Transformationspfade der Energiesysteme

verlaufen

sehr

unterschiedlich,

auch

wenn

die

Länder

mit

ähnlichen

Herausforderungen zu tun haben: Sichere Energieversorgung zum bezahlbaren Preis mit möglichst geringen Auswirkungen für die Umwelt und das Klima. Eine breitere Diskussion zu den Entwicklungen in G20-Ländern ist geboten. Schließlich setzen sie den Rahmen für die Energie- und Klimapolitik Deutschlands.

Status Quo: Energiepolitik in Ostasien

China Bevölkerung

1,386 Milliarden

Primärenergieverbrauch (PEV)

3.132 Mt Öläquivalent

Anteil erneuerbarer Energien am PEV

11,8 % (davon 8,3 % Wasserkraft)

PEV pro Kopf

2,3 t Öläquivalent

CO2-Emissionen

9.232 Mt CO2

Anteil an globalen Emissionen

27,6 %

CO2-Emissionen pro Kopf

6,7 t CO2

Abhängigkeit von Energie-Importen (2015)

17 %

Tabelle 1: Energie-Kennzahlen China 2017 (BP 2018, IEA 2017, Weltbank 2018a).

China erlebt bereits seit Jahrzehnten einen wirtschaftlichen Aufschwung und verändert sich rasant. In den letzten Jahren vollzieht das Land einen Wandel von der Schwerindustrie hin zur hochwertigen Produktionstechnik (IEA 2017). Die zukünftige Wirtschaftsstruktur und das entsprechende HightechKnow-how sollen sich dabei an deutschen und japanischen Maßstäben orientieren, um eine robuste und innovative Fertigungsindustrie aufzubauen (Merics 2016). Dies wird planmäßig umgesetzt, indem sich die gesamte Wirtschaftspolitik Chinas an den Zielvorgaben von Fünfjahresplänen bzw. Strategieplänen orientiert. Laut dem Strategieplan „China Manufacturing 2025“ strebt das Land an, bis 2025 die weltweit führende Position in zehn modernen Schlüsseltechnologien zu übernehmen, darunter elektrische Erzeugungs- und Übertragungsgeräte, innovative Fahrzeuge und fortschrittliche Informationstechnologie. Daher schlägt sich der Strukturwandel stark in der Energiesparte nieder.

Energieverbrauch und CO2-Emissionen Die Volksrepublik China hat sich durch den rasanten wirtschaftlichen Aufschwung zum weltweit größten Energieverbraucher und CO2-Emittenten entwickelt. 2017 betrug der Primärenergieverbrauch mit 3.132 Millionen Tonnen Öläquivalenten knapp ein Viertel des weltweiten Energieverbrauchs (23,2 Prozent). Die CO2-Emissionen stiegen im gleichen Jahr auf über 9,2 Milliarden Tonnen und machen damit mehr als ein Viertel der globalen Emissionen aus (27,6 Prozent). Allerdings gelingt es China langsam, den Energiekonsum vom Wirtschaftswachstum zu entkoppeln: Während das Bruttoinlandsprodukt (BIP) seit 2010 um fast 90 Prozent gestiegen ist, wuchs der Primärenergieverbrauch in demselben Zeitraum um 26 Prozent (BP 2018). Die Energieintensität (Primärenergieverbrauch pro BIP-Einheit) Chinas hat von 2011 bis 2015 um 18,2 Prozent abgenommen. Diese Tendenz zeigt, dass China neben der angestrebten Umwandlung zum Hightech-Standort auch der Energieeffizienz eine steigende Bedeutung zumisst. Aufgrund der schieren Größe des Landes ist es wichtig, die absoluten Zahlen in Relation zur Bevölkerung zu setzen. So ist seit 2000 der jährliche Energieverbrauch pro Kopf in China zwar enorm

gestiegen, liegt mit knapp über 2 Tonnen Öläquivalenten aber im weltweiten Mittel. Auch beim Pro-KopfAusstoß von CO2 belegt das Land mit knapp 6,7 Tonnen pro Jahr im globalen Durchschnitt einen Mittelplatz (BP 2018). Die im Rahmen des Pariser Klimaabkommens gesetzten Ziele Chinas sehen vor, dass die jährlichen Emissionen bis spätestens 2030 ihren Höchststand erreichen und die Emissionsintensität (CO2-Emissionen pro BIP-Einheit) bis 2030 um 60 bis 65 Prozent gegenüber 2005 sinkt. Wichtige Treiber für diese Ziele sind dabei nicht nur der globale Klimawandel, sondern die chinesische Industriepolitik, die Verbesserung der Luftqualität und das Streben nach höherer Energieunabhängigkeit.

Energieversorgung Chinas Aktueller Stand Der Energiemix Chinas bleibt überwiegend fossil: 2017 machte Kohle zwei Drittel des gesamten Primärenergieverbrauchs aus, gefolgt von Öl (19,4 Prozent) und Erdgas (6,6 Prozent). Allerdings gelang es China die CO2-Intensität seiner Energieversorgung in den letzten Jahren etwas zu reduzieren. So hat sich der Erdgasanteil seit 2010 nahezu verdoppelt, während der Kohleanteil um fast 10 Prozentpunkte zurückging. Zudem stieg in den letzten Jahren der Anteil der erneuerbaren Energien (inkl. Wasserkraft) am Primärenergiemix stetig an und beträgt mittlerweile über 11,7 Prozent, der Anteil am Strommix beträgt rund 26 Prozent (BP 2018, siehe Abb.1). Mit einer installierten Kapazität von 618 GW (2017) ist China weltweit führend beim Ausbau erneuerbarer Energien (IRENA 2018a). Das Land ist der größte Investor in erneuerbaren Energien: 2017 waren es 127 Milliarden US-Dollar, weitere 1,9 Milliarden US-Dollar wurden in staatliche Forschung und Entwicklung zu Erneuerbaren investiert (REN21 2018).

2017

2010

Erdöl

Erdgas

Kohle

Kernenergie

Wasserkraft

Erneuerbare

2010

18,3 %

3,8 %

70,2 %

0,7 %

6,5 %

0,6 %

2017

19,4 %

6,6 %

60,4 %

1,8 %

8,3 %

3,4 %

Abbildung 1: Primärenergieverbrauch in China 2010 und 2017 (eigene Darstellung auf Grundlage von BP 2018).

In den vergangenen Jahren führten der fortwährende Zubau von Kohlekraftwerken, der Ausbau der erneuerbaren Energien sowie das verlangsamte Wirtschaftswachstum zu Überkapazitäten im Energiebereich. Während laut National Energy Agency (NEA) bis 2020 rund 190 GW neuer Kohlekraftwerke erforderlich wären, sind aktuell bereits Kraftwerke mit einer Kapazität von 300 GW genehmigt oder schon im Bau. Die Überkapazitäten entstanden zuletzt, weil die Genehmigungspflicht für den Bau der Kohlekraftwerke von der zentralen auf die lokale Ebene wechselte. Für die lokalen Regierungen stellte der Kraftwerksbau eine Möglichkeit zur Schaffung neuer Arbeitsplätze und somit zur Erreichung der von der zentralen Regierung definierten Ziele für Wirtschaftswachstum dar. Zudem wird die Möglichkeit der lokalen Energieversorgung gegenüber dem überregionalen Stromhandel in vielen Provinzen Chinas weiterhin bevorzugt. 2016 begegnete die chinesische Zentralregierung den entstanden Überkapazitäten mit einem Kohle-Ausbaustopp für 13 Provinzen, was in einigen Provinzen auf großen Widerstand stieß (SCMP 2016).

Ziele des 13. Fünfjahresplan (2016-2020) Laut dem 13. Fünfjahresplan soll der jährliche Verbrauch von Kohle bis 2020 gedeckelt werden und der Kohleanteil am Primärenergieverbrauch auf 58 Prozent zurückgehen. Zugleich sollen die Erneuerbaren weiter ausgebaut werden. So legt der Plan folgende Ausbauziele fest: Zwischen 2016 und 2020 soll die Kapazität bei Wasserkraft von 341 GW auf 380 GW, bei Wind von 164 GW auf 275 GW, bei Photovoltaik von 131 GW auf 230 GW und bei Biomasse von 11 GW auf 15 GW steigen (ERI 2018). Im Sommer 2018 bremste die Regierung jedoch den Zubau von PV-Anlagen aufgrund von Kostensteigerungen für die Einspeisevergütung und Netzengpässen. Solarparks mit Einspeisevergütung werden vorübergehend nicht mehr genehmigt. Diese Marktbereinigungsmaßnahme der chinesischen Regierung sorgte nicht nur weltweit für Unsicherheit bei den Investoren (Ecoreporter 2018), sondern stellte die Verlässlichkeit der kommunizierten Ausbauziele Chinas generell in Frage. Neben den genannten erneuerbaren Energiequellen sollen laut dem Fünfjahresplan auch Geothermie und Gezeitenkraft künftig eine größere Rolle spielen. Das übergeordnete Ziel ist es, den Anteil an nichtfossilen Energieträgern – inklusive Kernenergie – auf 20 Prozent bis 2030 und auf 50 Prozent bis 2050 zu steigern (ERI 2018).

Strompreise Fast sämtliche Energiepreise werden vom Staat subventioniert, wobei die Industrie stärker finanziell gestützt wird als Privathaushalte. Die Preise für Kohle und Gas werden vom Staat kontrolliert und liegen zumeist unter den Weltmarktpreisen. Die Strompreise werden von den Provinzen bestimmt. Industriestrompreise unterscheiden sich stark in Abhängigkeit von Industriesektor, Verbrauch und Nutzungszeit und lagen im Mai 2017 in Beijing zwischen 0,04-0,21 €/kWh (0,32-1,53 Renminbi/kWh). Ähnliches gilt für die Preise für private Endverbraucher, die in der chinesischen Hauptstadt zwischen 0,06-0,11 €/kWh (0,43-0,79 Renminbi/kWh) liegen. Die Einspeisevergütung für erneuerbare Energien beträgt zwischen 0,10-0,15 €/kWh (0,75-0,85 Renminbi/kWh). Die Gebühr für erneuerbare Energien, vergleichbar mit der EEG-Umlage in Deutschland, macht in China 0,25 Eurocent pro kWh aus (AHK China 2017a).

Trotz der anhaltenden staatlichen Preiskontrollen wird aktuell an Konzepten gearbeitet, die eine freiere Preisbildung ermöglichen sollen. So soll es zukünftig möglich sein, dass Stromproduzenten und große Konsumenten einen Strompreis direkt miteinander verhandeln (AHK China 2017a). Außerdem soll auch der Stromhandel zwischen den Provinzen gefördert werden. Die Zahl der Stromhandelsfirmen ist in den letzten Jahren sprunghaft angestiegen (Caixin 2018). 800

Wachstumsrate

600 500

400 10

300 200

Wachstumsrate in Prozent

Installierte Kapazitäten in GW

700

100 0

0 2008

2009

Wasserkraft

2010 Wind

2011 Solar PV

2012

2013

Bioenergie

2014

2015

2016

Geothermie

2017

Meeresenergie

Abbildung 2: Wachstum und Kapazitäten erneuerbarer Energien (inkl. Wasserkraft) in GW für 2008-2017 (eigene Darstellung mit Daten von IRENA 2018a).

Entwicklungen im Mobilitätssektor China beheimatet nicht nur die größten Kapazitäten bei erneuerbaren Energien, sondern auch den weltweit größten Markt für Elektroautos. Den derzeit knapp 1 Million Elektroautos auf chinesischen Straßen stehen jährlich allerdings 30 Millionen Neuzulassungen mit Verbrennungsmotoren gegenüber. Positive Klimaeffekte der Elektromobilität werden in China wie in anderen Ländern erst dann erzielt, wenn der Anteil des erneuerbaren Stroms signifikant steigt. Solange der Strommix Chinas von fossilen Energieträgern (insbesondere Kohle) dominiert bleibt, hat der angestrebte Umstieg auf Elektromobilität unmittelbar vor allem zwei Effekte: Verbesserung der Luftqualität in chinesischen Metropolen und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der chinesischen Automobilhersteller. In diesem Zusammenhang wird China unterstellt, durch den Umstieg auf Elektromotor die Vorreiterrolle der europäischen, vor allem der deutschen Automobilhersteller anfechten zu wollen (Financial Times 2018a). Mit Contemporary Amperex Technology (CATL) verfügt China über einen der weltweit größten Produzenten für Lithium-Ionen-Zellen. Im Juli 2018 wurde im Rahmen der deutsch-chinesischen Regierungskonsultationen der Bau einer Batteriezellfabrik von CATL in Thüringen beschlossen. Die Fertigung soll künftig den europäischen Markt bedienen. Bis 2020 plant CATL eine Investition in Höhe von 240 Millionen Euro. Zudem erlaubte die chinesische Zentralregierung im Juli 2018 BMW einen Anteil

von 0,8 Prozent an CATL zu kaufen, nachdem BMW zugesichert hatte, Batterien im Wert von 4 Milliarden Euro von CATL zu kaufen. Neben der reinen batterieelektrischen Mobilität investiert China auch in Förderung von Brennstoffzellenfahrzeugen. Dieser Forschungsbereich ist zwar kleiner, im Vergleich zu den Aktivitäten anderer Länder (u.a. in der EU) jedoch bedeutend. Hierbei ist eine überlegte Reihenfolge der Markteinführung erkennbar: Erst werden Elektroautos in den chinesischen Metropolen auf die Straßen gebracht, im nächsten Schritt folgen Brennstoffzellenfahrzeuge, die vor allem für längere Distanzen eingesetzt werden sollen. Exkurs I: „Belt and Road Initiative“ und Weltumspannungsstrategie China hat mit der „Belt and Road Initiative“ das größte Infrastrukturprojekt der Welt ins Leben gerufen. Mit geplanten Investitionen im Umfang von geschätzt über einer Billion US-Dollar möchte das Land interkontinentale Handelswege und Infrastrukturnetze zwischen China und vielen Ländern in Asien, Afrika und Europa massiv ausbauen. Die nahezu globale Vernetzung soll nicht nur die Handelsposition Chinas stärken und neue Märkte für seine Produkte und industrielle Überkapazitäten schaffen, sondern auch die Rohstoffversorgung des Landes sichern und neue Energiequellen erschließen. So ist ein wichtiger Baustein der „Belt and Road Initiative“ ein globales Energienetz, das Erzeugungsund Verbrauchszentren auf globaler Ebene verbinden und mit Strom versorgen kann – zukünftig vor allem aus erneuerbaren Quellen. Diese so genannte „Weltumspannungsstrategie“ soll mithilfe von Ultrahochspannungsleitungen

(800-1.100

kV)

ermöglicht

werden

–

eine

Technologie

des

Staatskonzerns State Grid Corporation of China (SGCC). Mit knapp einer Million Beschäftigten und Jahreseinnahmen von 315 Milliarden US-Dollar ist es das zweitgrößte Unternehmen der Welt (Fortune 2018). SGCC hat sich bereits in vielen Ländern an strategisch bedeutsamen Strom- und Netzkonzernen beteiligt, beispielsweise in Australien, den Philippinen, Italien, Portugal und Griechenland. Auch in Deutschland ist SGCC zunehmend aktiv: Das Unternehmen versuchte im Frühjahr 2018 zweimal, einen 20-Prozent-Anteil des Übertragungsnetzbetreibers 50Hertz zu übernehmen. Auf internationaler Ebene wird diese Weltumspannungsstrategie von der Global Energy Interconnection Development and Cooperation (GEIDCO) vorangetrieben – eine Ausgründung von SGCC. GEIDCO zählt mittlerweile über 400 Mitglieder aus 61 Ländern, darunter viele deutsche Unternehmen wie Siemens und ABB. Die „Belt and Road Initiative“ vergrößert den wirtschaftlichen Einfluss Chinas in der Welt und verfolgt geopolitische Interessen sowohl regional als auch global. Außerdem können dadurch die eigenen Überkapazitäten für den Export genutzt und chinesische Standards internationalisiert werden. Für die Partnerländer entstehen allerdings neben den potenziell positiven Wirtschaftseffekten auch bedeutende Abhängigkeiten, unter anderem über Firmenbeteiligungen und über die Vergabe von Krediten durch chinesische Banken. Nicht zuletzt durch die aufgebürdete Schuldenlast stehen viele Staaten der Initiative zunehmend skeptisch gegenüber. Zudem führt der US-chinesische Handelskrieg dazu, dass die Initiative unter Erfolgsdruck steht und derzeit auch in China über ihre strategische Ausrichtung nachgedacht wird (Epoch Times 2018).

Energiepolitik Chinas – aktuelle Herausforderungen Die größten Herausforderungen für das chinesische Energiesystem bestehen in der landesweiten Stromübertragung, in der CO2-Reduktion bei weiter steigendem Energieverbrauch, in der Verbesserung der Luftqualität in Großstädten sowie in der Abhängigkeit von internationalem Know-how in der Technologieentwicklung.

Landesweite Stromübertragung und Netzintegration der erneuerbaren Energien Während

die

regenerativen

Stromerzeugungszentren

Chinas

aufgrund

der

günstigen

Witterungsbedingungen und breiter Flächenverfügbarkeit im Norden und Nordwesten liegen, befinden sich die Verbrauchszentren in den großen Ballungsgebieten an der Ostküste des Landes. Zukünftig sollen Stromnetze diese Regionen miteinander verbinden. Noch führen die fehlenden Anbindungen zu hohen Abregelungsquoten bei Solar- und Wind-Anlagen und zu einer niedrigen Auslastung der Kohlekraftwerke. Nach Angaben der National Energy Agency konnten 2017 12 Prozent der Windenergie und 6 Prozent der Solarenergie nicht in das Stromnetz eingespeist werden (NEA 2017). In manchen Provinzen ist die Quote besonders hoch: In Gansu wurden im Jahr 2016 43 Prozent, in Xinjiang 37 Prozent und in Jilin immerhin noch 30 Prozent der produzierten Leistung aus erneuerbaren Energien abgeregelt (AHK China 2017b). Das Problem der landesweiten Stromübertragung soll mithilfe von Ultrahochspannungsleitungen (800 bis 1.100 kV) 1 gelöst werden, die mit niedrigen Übertragungsverlusten Distanzen von über 3.500 Kilometern überbrücken sollen. Zudem sollen diese Leitungen die Integration der erneuerbaren Energien in das Energiesystem ermöglichen. Hierzu ist die Entwicklung von Technologien wie Transformatoren und Steuerungssysteme notwendig. Der Bau dieser Leitungen, die zukünftig auch das Rückgrat der „Weltumspannungsstrategie“ bilden sollen, sowie die Entwicklung weiterer hierfür relevanter Technologien stellt eine große Herausforderung für China dar. Diese wird von der chinesischen Regierung – oft in Zusammenarbeit mit europäischen Firmen – als die prioritäre Aufgabe des Staatskonzerns State Grid Corporation of China (SGCC) eingestuft.

CO2-Reduktion bei steigendem Energieverbrauch Laut Internationaler Energieagentur wird der Primärenergieverbrauch Chinas bis zum Jahr 2040 weiter steigen (IEA 2017). Der Anstieg ist mit dem weiterhin prognostizierten Wirtschaftswachstum und der leicht anwachsenden Bevölkerung begründet, wird aber voraussichtlich nicht mehr so stark ausfallen wie in den vergangenen Jahren. Um bei weiter steigendem Energieverbrauch die CO2-Emissionen reduzieren zu können bzw. auf dem zukünftigen 2030-Niveau zu deckeln, wird China neben der Umsetzung weiterer Energieeffizienzmaßnahmen seinen Primärenergieverbrauch noch stärker auf erneuerbare Energien umstellen müssen. Der starke Ausbau von erneuerbaren Energien in China führte bislang ähnlich wie in Deutschland vor allem zu Fortschritten bei der Dekarbonisierung des Stromsektors. Der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix wird allerdings weiter steigen müssen, um zukünftig CO2-Reduktionen auch in anderen Sektoren zu erwirken. Der weitere Ausbau erfordert neben staatlicher Unterstützung, die zunehmend

Im Vergleich hierzu wird in Deutschland mit maximal 380 kV gearbeitet.

zu einer staatlichen Finanzierungslast wird, auch neue, gegebenenfalls marktwirtschaftliche Instrumente. So wurde Ende 2017 ein landesweites Emissionshandelssystem (ETS) für den Stromsektor beschlossen, das allerdings frühestens 2020 in Kraft treten wird. Das System umfasst ungefähr ein Drittel der gesamten chinesischen Emissionen und stellt somit den größten CO2-Markt weltweit dar. Allerdings ist noch unklar, wie effektiv das ETS sein wird. Die Implementierung verläuft stockend, da die Datengrundlage unzureichend ist und das Testen des Systems mehr Zeit in Anspruch nimmt als ursprünglich vorgesehen. Der Erfolg wird letztendlich auch von der Höhe des von der chinesischen Regierung festzulegenden CO2-Preises abhängen (Voïta 2018). Im nächsten Schritt bedarf es für die Erreichung der angestrebten CO2-Reduktionen der Einbeziehung anderer Sektoren – Wärme, Mobilität und Industrieprozesse. Die Umstellung dieser Sektoren auf erneuerbare Energieträger wird eine weitere Herausforderung für China darstellen. Das Konzept der Kopplung von Strom-, Kraftstoff- und Wärmeversorgung – Sektorkopplung – ist jedoch bislang in China kaum angewandt. Die Sektorkopplung erfordert allerdings eine langfristige Planung, anspruchsvolle technologische Strategien und hohe Investitionen in die erforderliche Modernisierung der Infrastruktur.

Verbesserung der Luftqualität Ein wichtiger Treiber für die Reformen im chinesischen Energiesystem ist die angestrebte Verbesserung der Luftqualität. Kraftwerke, Abgase und Kohleöfen schädigen die Luft vor allem in den Städten. Regelmäßig werden nationale wie auch internationale Grenzwerte für Feinstaub, Ozon, Stickstoffdioxid, Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid überschritten. China hat ein großes Interesse daran, die Luftschadstoffe vor allem in den Städten zu reduzieren, nicht zuletzt um die innere politische Stabilität zu erhalten. Hierfür müssen entschiedene Maßnahmen ergriffen werden, die zum Teil bereits in der Umsetzung sind: Die Überkapazitäten in energieintensiven Industrien wie Stahl, Verkokung und Baumaterialien sollen schrittweise abgebaut werden. Ferner sollen alle bestehenden und zukünftigen Kohlekraftwerke nach strengen Emissions- und Effizienzstandards umgerüstet werden (NDRC 2016). Auch der Umstieg auf Elektrofahrzeuge verfolgt dieses Ziel.

Abhängigkeit von internationalem Know-how in der Technologieentwicklung Um die eigene Energieversorgung zu modernisieren, hat sich China in den vergangenen Jahren oft des technologischen Know-hows anderer Länder bedient. Dieser „Technologietransfer“ ist Teil einer strategisch motivierten Industriepolitik, welche die heimischen Unternehmen stärkt und ausländische Firmen auf lange Sicht aus China hinausdrängt. Mithilfe dieser Strategie wurden in den vergangenen Jahren bei der Technologieentwicklung bemerkenswerte Fortschritte erzielt. Aber auch heutzutage bleibt China in einigen Bereichen weiterhin auf ausländisches Know-how angewiesen. Dies gilt beispielsweise für die Planung von dezentralen Solarenergie-, Geothermie- und Kleinwasserkraftwerken, für den Betrieb von Biogasanlagen sowie für den Ausbau und die Steuerung von Netzen (AHK China 2015). Langfristig ist es das erklärte Ziel Chinas, sich von diesen Abhängigkeiten zu befreien und selbst die Technologieführerschaft in den strategisch wichtigen Zukunftsbereichen zu übernehmen (SCPRC 2015; USCC 2017).

Japan Bevölkerung

126,8 Millionen

Primärenergieverbrauch (PEV)

456,4 Mt Öläquivalent

Anteil erneuerbarer Energien am PEV

4,9 %

PEV pro Kopf

3,6 t Öläquivalent

CO2-Emissionen

1.176,6 Mt CO2

Anteil an globalen Emissionen

3,5 %

CO2-Emissionen pro Kopf

9,3 t CO2

Importabhängigkeit (2015)

93 %

Tabelle 1: Energie-Kennzahlen Japan 2017 (BP 2018, Weltbank 2018a)

Als drittgrößte Volkswirtschaft der Welt ist Japan insbesondere für seine Firmenkonglomerate aus der Automobil- und Elektroindustrie bekannt. Das Land hat allerdings bereits seit mehreren Jahren mit stagnierendem bzw. rückläufigem Wirtschaftswachstum zu kämpfen, was durch das Reaktorunglück von Fukushima Daiichi im März 2011 weiter verfestigt wurde (Weltbank 2018b). Den finanziellen Schaden der Katastrophe schätzt das japanische Handelsministerium auf über 150 Milliarden Euro (Reuters 2016). Eine genaue Bezifferung der Schäden und ihrer Folgekosten ist sehr schwierig. Die gesundheitlichen Langzeitfolgen sind dabei schwer vorherzusehen (Suzuki 2016). Die FukushimaKatastrophe hat nicht nur die heimische, sondern auch die globale Energiepolitik nachhaltig beeinflusst.

Energieverbrauch und CO2-Emissionen Japan ist mit einem Anteil von 3,5 Prozent an den globalen CO2-Emissionen (1.176,6 Mt CO2) der fünftgrößte Emittent der Welt. Allerdings ist der Primärenergieverbrauch Japans im Gegensatz zum rasant steigenden Energieverbrauch in anderen Ländern der Region seit 2008 um 11,7 Prozent gesunken. Gleichzeitig gingen im selben Zeitraum die CO2-Emissionen um 7,6 Prozent zurück. Diese Reduktionen hängen stark mit dem rückläufigen Wirtschaftswachstum der vergangenen Jahre zusammen, das unter anderem auf die sinkende Bevölkerungszahl2, die alternde Bevölkerung sowie die hohe Staatsverschuldung Japans zurückzuführen ist. Im Rahmen des Pariser Klimaabkommens verpflichtet sich Japan bis 2030 zur Reduzierung seiner CO2Emissionen um 26 Prozent gegenüber 2013. Das entspricht einer Reduktion der Emissionen um 18 Prozent gegenüber 1990. Für 2050 peilt die japanische Regierung das Ziel einer 80-prozentigen Reduktion gegenüber 1990 an (Climate Action Tracker 2018a).

Energieversorgung Japans Aktueller Stand Japan ist ein an fossilen Energieträgern rohstoffarmes Land, das stark auf Energieimporte angewiesen ist. Zwischen der Ölkrise der 1970er Jahre und der Reaktorkatastrophe 2011 bildete Kernenergie das 2

Nach Schätzungen der UN wird Japan 2065 weniger als 100 Millionen Einwohner haben. Vgl. UN 2015.

Rückgrat der japanischen Energieversorgung. Nach Ansicht der japanischen Regierung erlaubte die Kernenergie die Selbstversorgung Japans zu verbessern und somit die Abhängigkeit von Rohstoffimporten aus geopolitisch instabilen Regionen zu verringern. Diese Ansicht wurde durch das Reaktorunglück von Fukushima Daiichi erschüttert. Nach der Katastrophe wurden alle Kernreaktoren Japans abgeschaltet und Inspektionen unterzogen, mit dem Ergebnis, dass zwölf Reaktoren permanent vom Netz genommen und zurückgebaut werden sollen und die restlichen nach Sicherheitsinspektionen sukzessive wieder ans Netz gehen sollen. Mit Stand Juli 2018 sind neun Reaktoren an fünf Kraftwerksstandorten wieder in Betrieb (Nippon 2018). Der Großteil der nach der Katastrophe weggefallenen Kernenergie wurde durch steigende Importe fossiler Brennstoffe, insbesondere LNG und Kohle, ausgeglichen. Die Importabhängigkeit Japans ist dadurch von rund 80 Prozent (2010) auf 93 Prozent (2012) gestiegen. Seitdem tragen die fossilen Energieträger vermehrt zum heimischen Energiemix bei. Erdöl (41,3 Prozent), Erdgas (22,1 Prozent) und Kohle (26,4 Prozent) machten 2017 mehr als 90 Prozent des Primärenergieverbrauchs aus. Aktuell ist Japan der größte LNG-Importeuer weltweit. Der Anteil von Erneuerbaren am Primärenergiemix beträgt weniger als 5 Prozent, am Strommix sind es 14,5 Prozent (METI 2017a).

2017

2010

Erdöl

Erdgas

Kohle

Kernenergie

Wasserkraft

Erneuerbare

2010

41,8 %

16,9 %

23,0 %

13,1 %

3,9 %

1,3 %

2017

41,3 %

22,1 %

26,4 %

1,4 %

3,9 %

4,9 %

Abbildung 3: Primärenergieverbrauch in Japan, 2010 und 2017 (eigene Darstellung mit Daten von BP 2018).

Mittelfristige Strategie „Long Term Energy Supply and Demand Outlook“ (2030) Das Reaktorunglück von Fukushima bewirkte in vielerlei Hinsicht ein Umdenken in der japanischen Energiepolitik. Vor dem Hintergrund des gestiegenen Einflusses der volatilen Energiepreise auf die japanische Wirtschaft wurde der mögliche Beitrag von erneuerbaren Energien zur Reduzierung der Importabhängigkeit Japans erkannt. Die Preise für Öl und weitere Energierohstoffe waren zwischen 2011 und 2014 so teuer wie nie zuvor.

So wurde im Juli 2012 die Einspeisevergütung für PV-Anlagen eingeführt, was einen regelrechten Boom der Industrie mit jährlichen Wachstumsraten von rund 20 Prozent bewirkte. Die vorhandene Kapazität der Solarenergie stieg seitdem um mehr als 600 Prozent auf insgesamt 49 GW im Jahr 2017 und liegt somit heute über der in Deutschland installierten Kapazität.3 Wasserkraft (28,2 GW), Windenergie (3,4 GW), Bioenergie (2,2 GW) sowie Geothermie (531 MW) stellen den restlichen Anteil der Erneuerbaren bereit, die inzwischen auch von einer Einspeisevergütung profitieren. Je nach Anlagengröße und Energieträger gilt eine Preisgarantie für 10 bis 20 Jahre (ISEP 2017). Abbildung 4 illustriert die Entwicklung erneuerbarer Kapazitäten seit 2008. 90

Wachstumsrate

70 60

50 40 30

Wachstumsrate in %

Installierte Kapazität in GW

20 10 0

-5 2008

2009

Wasserkraft

2010

2011

2012

Wind (Off- und Onshore)

2013

2014

Solar PV

2015

2016

Bioenergie

2017 Geothermie

Abbildung 4: Wachstum und Kapazitäten erneuerbarer Energien inkl. Wasserkraft in MW für 2008-2017 (eigene Darstellung mit Daten von IRENA 2018a).

Die erneuerbaren Energien sollen allerdings nach Ansicht der aktuellen Regierung nicht die einzige Säule der Selbstversorgung Japans darstellen. Die Diskussionen über einen möglichen Ausstieg Japans aus der Kernenergie wurden 2015 trotz Widerstands der Bevölkerung mit dem „Long Term Energy Supply and Demand Outlook“ der Regierung Abe beendet. Laut dieser Strategie soll die Kernenergie in Japan wieder einen größeren Stellenwert bekommen und bis 2030 einen Anteil von 20 bis 21 Prozent an der Stromerzeugung erreichen. Zusammen mit den erneuerbaren Energien, die 2030 mit 23 Prozent zum Strommix beitragen sollen, soll die Kernenergie zum Erhalt der Energiesicherheit und Reduktion der Importabhängigkeit Japans beitragen.

2018 betrug die installierte Solar- und PV-Kapazität in Deutschland 44 GW (Fraunhofer ISE 2018).

100 90

Stromanteil in %

80 70

7 10

28 27

60 40

50 40

Erdöl Erdgas

27 26

Kohle Kernenergie

20 10

Erneuerbare Energien

33 21 1

0 2010

2015

2030

Abbildung 5: Stromerzeugung nach Energieträger 2010, 2015 und Ausbauziele 2030 (eigene Darstellung nach IEA 2017).

Langfristige Vision – „Basic Hydrogen Strategy” (2050) Im Dezember 2017 verabschiedete das japanische Wirtschaftsministerium (Ministry of Economy, Trade and Industry, METI) die „Basic Hydrogen Strategy” als zentrales Strategiepapier für die Etablierung einer sogenannten Wasserstoffgesellschaft (METI 2017b). Mit der Umstellung der gesamten Wirtschaft und Gesellschaft Japans auf Wasserstoff soll die direkte Versorgung durch fossile Energieträger beendet werden. Die vielfältigen Herstellungsmöglichkeiten von Wasserstoff sollen dabei die nach Ansicht Japans geopolitisch sensiblen Rohstoffabhängigkeiten lösen. Die „Basic Hydrogen Strategy” illustriert die übergreifende Vision einer „kohlenstofffreien Gesellschaft“ („carbon-free society“) bis 2050 und schildert einen Maßnahmenplan zur Erreichung wichtiger Zwischenziele bis 2030 (METI 2017c). So soll beispielsweise der Endkundenpreis von Wasserstoff von aktuell ca. 10 US-Dollar/kg auf 3 US-Dollar/kg bis 2030 gesenkt werden. Bis 2050 soll die Kostenparität mit fossilen Energieträgern erreicht werden. Zudem stellt die Kostenreduktion der Brennstoffzellentechnologie ein wichtiges Ziel für die Zeit bis 2030 dar. In der ersten Umsetzungsphase bis 2030 setzt Japan auf die Nutzung von „grauem Wasserstoff“ – Wasserstoff hergestellt im Prozess der Erdgasreformierung sowie als Nebenprodukt der Chemieproduktion. Ab 2030 soll laut „Basic Hydrogen Strategy“ der Übergang zum „CO2-freien Wasserstoff“ stattfinden. Als Ausgangsenergieträger hierfür sieht die japanische Regierung neben den erneuerbaren Energien (mittels Elektrolyse) auch Braunkohle (mittels Kohlevergasung) in Kombination mit Carbon Capture and Storage (CCS). In Japan werden beide Endprodukte als „CO2-freier Wasserstoff“ bezeichnet. Aufgrund der schlechten Transportfähigkeit muss Braunkohle meistens direkt vor Ort umgewandelt werden und unterliegt deshalb nicht dem globalen Energiehandel. Aus diesem Grund wird sie als eine weltweit verbreitete Energiequelle mit einem vergleichsweise geringen geopolitischen Risiko von der japanischen Regierung eingeschätzt („unused resource“). Zudem wird der Preis pro Energieeinheit als besonders niedrig betrachtet – hierbei wird der Preis des bei der Verbrennung bzw. Vergasung

entstehenden CO2 nicht berücksichtigt. Diese Faktoren machen die Braunkohle aus Sicht der japanischen Regierung zu einem attraktiven primären Energieträger, der im Rahmen der Wasserstoffstrategie kostengünstig und mit signifikanten Vorteilen für Japan sektorenübergreifend eingesetzt werden kann. Die negativen Klimaeffekte sollen dabei mittels CCS kompensiert werden. Für die Herstellung von Wasserstoff sowohl aus Braunkohle (und ggf. anderen fossilen Energieträgern mit CCS) als auch aus erneuerbaren Energiequellen strebt Japan die Etablierung globaler Wasserstofflieferketten an. Der Wasserstoff soll zukünftig u. a. in Norwegen, Nordafrika, Australien, Südamerika und Brunei hergestellt und nach Japan transportiert werden. Diese Vielzahl an Lieferrouten soll hierbei die Position Japans als Importland stärken. Als wichtiger Bestandteil der „Basic Hydrogen Strategy“ will Japan Wasserstofftechnologien weltweit verbreiten und internationale Kooperationen aufbauen (z. B. Hydrogen Council, siehe Kapitel II). So sollen die Olympischen Winterspiele 2020 in Tokyo als Schaufenster dienen, indem unter anderem das gesamte olympische Dorf mit Energie durch Wasserstoff versorgt werden soll. Gleichzeitig ist geplant, dass Busse mit Brennstoffzellenantrieb für den Transport der Athleten vor Ort eingesetzt werden.

Strompreise Seit 2011 sind die Strompreise für Haushalte und Industrie um 10 bzw. 14 Prozent gestiegen. Mit derzeit durchschnittlich 0,18 €/kWh (22,4 Yen/kWh) für private Haushalte und 0,12 €/kWh (15,6 Yen/kWh) für die Industrie liegen sie zwar noch deutlich unter den deutschen Strompreisen, im Vergleich zu anderen asiatischen Ländern sind sie allerdings außergewöhnlich hoch (METI 2017a). In erster Linie ist der relativ starke Anstieg dem vermehrten Import fossiler Brennstoffe geschuldet. Einen weiteren (weniger signifikanten) Grund stellen die Kosten des Ausbaus der erneuerbaren Energien dar. So haben sich die monatlichen Zuschläge für die Einspeisevergütung der erneuerbaren Energieanlagen in den letzten Jahren stark erhöht, waren allerdings 2017 mit 0,021€/kWh (2,64 Yen/kWh) im Vergleich zu den anderen Preiskomponenten relativ gering (REI 2017).

Entwicklungen im Mobilitätssektor Japan hat die höchste Fahrzeugdichte innerhalb Asiens (ohne Zweiräder), was den Umstieg auf nachhaltige Mobilität sowohl aus umweltpolitischen Gesichtspunkten als auch aufgrund der starken Ölabhängigkeit Japans erstrebenswert macht. Vor diesem Hintergrund hat sich Toyota bereits Anfang der 2000er Jahre mit dem Hybridmodell Toyota Prius zu einem der Pioniere in der Elektromobilität entwickelt. Der Umstieg auf emissionsfreie Mobilität spielt auch im Rahmen der Wasserstoffstrategie eine zentrale Rolle. Heute sind 101 Wasserstofftankstellen in ganz Japan vorhanden. Bis 2020 sollen 40.000 Brennstoffzellenfahrzeuge produziert und 160 neue Wasserstofftankstellen gebaut werden. Bis 2030 soll die Produktion weiter an Fahrt aufnehmen und insgesamt 800.000 Fahrzeuge auf dem Markt sein sowie 900 Tankstellen in Betrieb genommen werden (METI 2017c). Toyota plant zudem, seine gesamte im Vertrieb befindliche Fahrzeugflotte bis 2050 auf CO2-neutrale Modelle umzustellen (InnoZ 2016).

Energiepolitik Japans – aktuelle Herausforderungen Energieabhängigkeit Japans und ihre neuen Dimensionen Trotz ambitionierter Zukunftsvisionen und Anstrengungen beim Ausbau der erneuerbaren Energien sowie dem bereits eingeleiteten Wiederaufbau der Kernenergie bleibt Japan eines der Länder mit der höchsten Energieabhängigkeit weltweit (Weltbank 2018c). Hinzu kommt, dass Japan als der weltgrößte LNG-Importeur den im internationalen Vergleich höchsten LNG-Preis hinnehmen muss (siehe Abbildung 6). Nicht nur der Preis an sich, sondern auch dessen starke Volatilität stellen große Herausforderungen für die japanische Wirtschaft dar. Seit 2015 ist allerdings der globale LNG-Markt aufgrund des Schiefergas-Booms in den USA liquider geworden, so dass die Preise in Japan und Europa sich zunehmend angleichen.

Preis in $/mmBtu

Abbildung 6: LNG-Preise an verschiedenen Terminals in $/mmBtu (BP 2018).

Aber auch mit der Umsetzung der Wasserstoffstrategie wird Japan die anhaltende Energieabhängigkeit nicht beenden können, sie bekommt lediglich eine neue Form. Obwohl die Diversifizierung der Lieferquellen die Position Japans als Importland generell verbessert und die Abkehr von Ölimporten das geopolitische Risiko reduziert, bleibt Japan auf einen Rohstoffhandel in Form von Wasserstoff mit anderen

Ländern

angewiesen.

Die

neuen

Risiken

stellen

dabei

die

Forschungs-

und

Investitionsintensität solcher Projekte wie die Etablierung globaler Wasserstofflieferketten dar, die nur in Zusammenarbeit mit den Exportländern erfolgreich durchgeführt werden können. Ein weiterer wesentlicher Punkt hierbei ist die gesellschaftliche Akzeptanz solcher Projekte in den betroffenen Ländern, insbesondere wenn der Ansatz der Kohlevergasung in Kombination mit CCS gewählt wird. So entsteht beispielsweise in Australien eine große Opposition gegen Nutzung und Förderung von Braunkohle (The Guardian 2018). Somit stellt die innere Politik der Importländer ein potenzielles neues Risiko für die Energiesicherheit Japans dar.

Die beschriebene Abhängigkeit von internationalen Kooperationen hat allerdings auch eine industriepolitische

Dimension.

Angesichts

der

bereits

angesprochenen

Forschungs-

und

Investitionsintensität der Wasserstoffstrategie bedarf es neben Japan weiterer Märkte für die Wasserstofftechnologien, da die Marktskalierung und somit die notwendige Kostenreduktion von Technologien sonst nur schwer und auf lange Zeit zu erreichen ist. Auch die Exportpotenziale von japanischen Unternehmen spielen in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle. Eine dauerhafte staatliche Subventionierung bestimmter Technologien und Produkte (z. B. Toyota Mirai, siehe Kapitel II) stellt hingegen langfristig eine Herausforderung für die japanische Volkswirtschaft dar.

Geographische Bedingungen als Hindernis für die Importunabhängigkeit Während nach Ansicht der japanischen Regierung erneuerbare Energien und Kernenergie den Grad der Energie-Autarkie steigern könnten, stehen gerade die geografischen Bedingungen Japans einer flächendeckenden Nutzung dieser Energieträger im Wege. Dies hängt ebenfalls mit der gesellschaftlichen Akzeptanz der entsprechenden Technologien zusammen. Fast drei Viertel der Landmasse Japans macht eine Gebirgskette aus, die über die gesamte Inselgruppe verläuft (MLIT 2018). Dies erschwert insbesondere die Nutzung von Onshore-Windenergie. Neben den technischen Herausforderungen für die Installation von Anlagen spielt die fehlende gesellschaftliche Akzeptanz gegenüber den Landschaftsänderungen hierbei eine zentrale Rolle. Der Ausbau der Offshore-Windenergie wird hingegen sowohl durch das hohe Risiko von (unterseeischen) Erdbeben und Tsunamis als auch durch die tiefen Gewässer entlang der Küstenlinie Japans erschwert. Deshalb setzt Japan in erster Linie auf den Ausbau von PV-Anlagen, die allerdings aufgrund von gebirgiger Landschaft ebenfalls nur begrenzt eingesetzt werden kann. Das häufige Auftreten von Erdbeben und Tsunamis stellt außerdem ein großes Sicherheitsrisiko für den Betrieb von Atomkraftwerken dar, was sich bei dem Reaktorunglück von Fukushima Daiichi mit gravierenden Auswirkungen für Japan manifestierte. Deshalb führte die Inbetriebnahme von Atomkraftwerken nach der Katastrophe zu Protesten in Teilen der Bevölkerung. Aktuelle Umfragen zeigen, dass sich mehr als die Hälfte der Bevölkerung für einen graduellen Ausstieg aus der Kernenergie ausspricht (Hayashi/Hughes 2013). Die langfristige Perspektive der Kernenergie in Japan bleibt deshalb trotz des aktuellen Regierungskurses von Premierminister Shinzo Abe ungewiss.

Kosten der Wasserstoff-Strategie Soll die Umstellung auf Wasserstoff über alle Sektoren hinweg stattfinden, wird dies mit einer umfassenden Modernisierung der gesamten japanischen Wirtschaft einhergehen müssen. Neben der Umstellung auf Wasserstoffmobilität mit Brennstoffzellen bedarf es u. a. der Implementierung neuer Heizsysteme in den Haushalten und Industriebetrieben, der Installation wasserstofftauglicher Gasturbinen zur Wärme- und Stromproduktion, der Implementierung von Brennstoffzellensystemen zur Stromversorgung sowie einer Umstellung der Industrieprozesse auf Wasserstoff. Japan wird zur Umsetzung der Wasserstoffstrategie mit steigenden Mehrkosten der Infrastrukturmodernisierung sowie den begleitenden Ausgaben für Forschung und Entwicklung konfrontiert. Diese Kosten werden politisch flankiert und in einem gesamtgesellschaftlichen Akt von allen Beteiligten mitgetragen werden müssen.

Aktuell bestehen keine Studien, die sich mit der Berechnung von Mehrkosten beschäftigen, die mit der Umsetzung der Wasserstoffstrategie einhergehen. Diese Kosten dürften allerdings für den Fall geringer ausfallen, dass die durch die Reduzierung von Rohstoffimporten erzielten Einsparungen hoch sind. Hierbei werden sowohl der zukünftige Ölpreis als auch der Preis der Wasserstoffherstellung eine zentrale Rolle spielen. Deshalb stellt die Kostenparität von Wasserstoff mit fossilen Energieträgern bis 2050 ein wichtiges Ziel der „Basic Hydrogen Strategy“ Japans dar. Diese Gleichung liegt allerdings nicht nur in Japans Hand, sondern hängt stark von globalen Entwicklungen ab.

Südkorea Bevölkerung

51,5 Millionen

Primärenergieverbrauch (PEV)

295,9 Mt Öläquivalent

Anteil erneuerbarer Energien am PEV

1,2 %

PEV pro Kopf

5,7 t Öläquivalent

CO2-Emissionen

679,7 Mt CO2

Anteil an globalen Emissionen

2,0 %

CO2-Emissionen pro Kopf

13,2 t CO2

Abhängigkeit von Energie-Importen (2015)

81 %

Tabelle 2: Energie-Kennzahlen Südkorea 2017 (BP 2018, KEEI 2017, Weltbank 2018a).

Der wirtschaftliche Aufschwung Südkoreas gilt als weltweite Erfolgsgeschichte: Seit 1990 ist es dem Land gelungen, sein Bruttoinlandsprodukt (BIP) fast zu vervierfachen. Weder die asiatische Wirtschaftskrise 1997 noch die globale Wirtschaftskrise 2008 konnten den Aufschwung signifikant bremsen. Heute zählt das Land zu den größten Volkswirtschaften der Welt. Diesen robusten Aufschwung hat Südkorea vor allem der Öffnung seiner Märkte für ausländische Investoren seit den 1960er Jahren zu verdanken. Die koreanischen Firmenkonglomerate (chaebol) wie Samsung, SK Group oder LG dominieren heute nicht nur die heimische Wirtschaft, sondern teilweise auch bestimmte Weltmärkte.

Energieverbrauch und CO2-Emissionen Seit 2007 nahm der Primärenergieverbrauch Südkoreas um insgesamt 25 Prozent zu und betrug 2017 rund 296 Millionen Tonnen Öläquivalente. Das entspricht einem jährlichen Anstieg von rund 2,3 Prozent. Damit

liegt

das

Land

weit

über

dem

Durchschnitt

der

OECD-Staaten,

denen

der

Primärenergieverbrauch im selben Zeitraum im Schnitt um 0,2 Prozent pro Jahr zurückgegangen ist. Gleichzeitig stiegen die CO2-Emissionen seit 2007 jährlich um 2,3 Prozent und erreichten 2017 insgesamt rund 680 Millionen Tonnen. Zwar hat Südkorea mit rund 2 Prozent einen relativ geringen Anteil an den globalen Emissionen, allerdings sind die Emissionen pro Kopf mit 13,2 Tonnen CO 2 dreimal so hoch wie der globale Durchschnitt (BP 2018). Im Pariser Klimaabkommen bekennt sich Südkorea bis 2030 zu einer Reduktion der CO2-Emissionen in Höhe von 37 Prozent im Vergleich zum eigenen Referenzszenario („business-as-usual“). Im Referenzszenario wird allerdings von einem starken Anstieg der CO2-Emissionen ausgegangen. So entspricht das in Paris gesetzte Ziel für 2030 in Wirklichkeit ungefähr einem Anstieg der Emissionen um 81 Prozent gegenüber 1990 (Climate Action Tracker 2018b). Zudem wurde mit der Verpflichtung von Paris das frühere Reduktionsziel von 30 Prozent bis 2020 auf 37 Prozent bis 2030 gegenüber dem Referenzszenario geändert, was aufgrund des längeren Zeithorizonts einer Abschwächung gleichkommt. Angesichts des wachsenden Energiebedarfs Südkoreas und des bislang starken Fokus auf fossile Energieträger wird die Erreichung dieses ohnehin wenig ambitionierten Ziels in der

internationalen Gemeinschaft in Frage gestellt (Climate Action Tracker 2018b). Bislang ist es Südkorea nicht gelungen, sein Wirtschaftswachstum vom Energieverbrauch zu entkoppeln (KAS 2018). Eine Wende in der Energie- und Klimapolitik Südkoreas ist allerdings mit dem neuen politischen Kurs der Regierung von Moon Jae-in eingetreten. Der seit Mai 2017 amtierende Präsident verspricht neben einem schrittweisen Ausstieg aus der Kernenergie auch eine Reduktion der Kohleverstromung und die Förderung von Gas und erneuerbaren Energien. Der Ende 2017 veröffentliche „Renewable Energy 3020“-Plan unterstreicht seine Ambitionen (KAS 2018).

Energieversorgung Südkoreas Aktueller Stand Fossile Brennstoffe wie Erdöl (43,7 Prozent), Kohle (29,2 Prozent) und Erdgas (14,3 Prozent) dominieren den derzeitigen Energiemix Südkoreas. Auch die Kernenergie (11,4 Prozent) spielt vor dem Hintergrund der hohen Importabhängigkeit von fossilen Energieträgern eine bedeutende Rolle. 4 Mit rund 23 GW verfügt Südkorea über die fünftgrößte Kernenergiekapazität weltweit und gilt in diesem Technologiefeld als führend. Aktuell importiert das ressourcenarme Land rund 95 Prozent seines Energiebedarfs. Da aufgrund des Konflikts mit Nordkorea keine Pipelines zu Drittstaaten vorhanden sind, laufen alle Im- und Exporte über den Seeweg. Nach Japan und China ist Südkorea der drittgrößte LNG-Importeur weltweit (EIA 2018a).

2017

2010

Erdöl

Erdgas

Kohle

Kernenergie

Wasserkraft

Erneuerbare

2010

42,4 %

14,9 %

29,2 %

12,9 %

0,4 %

0,2 %

2017

43,7 %

14,3 %

29,2 %

11,4 %

0,2 %

1,2 %

Abbildung 7: Primärenergieverbrauch in Südkorea, 2010 und 2017 (eigene Darstellung mit Daten von BP 2018).

Zur Kernkraftnutzung importiert Korea auch den Rohstoff Uran, wodurch sich streng genommen die Energieabhängigkeit auf weit über 90 Prozent erhöht.

Mit etwas mehr als 1 Prozent hat Südkorea unter den OECD-Staaten den geringsten Anteil erneuerbarer Energien (exkl. Wasserkraft) am Energiemix. Obwohl das Land seit 2012 einen „Renewable Portfolio Standard“ (RPS) und seit 2015 Asiens zweitgrößtes Emissionshandelssystem implementiert hat, verlief der Ausbau der erneuerbaren Energien bislang sehr schleppend. Mit einer installierten Kapazität von 9 GW ist das Land derzeit auf dem Stand von Deutschland im Jahr 2001 (IRENA 2018b). Solarenergie macht mit 5,6 GW den größten Anteil aus. Bioenergie (2,0 GW), Onshore-Windenergie (1,2 GW) und Gezeitenkraft (258 MW) stellen die restliche Kapazität bereit (IRENA 2018b). Der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix beträgt ca. 6,2 Prozent, wobei mehr als die Hälfte der erneuerbaren Energiegewinnung durch Müllverbrennung und nur 16 Prozent durch Wind und Photovoltaik produziert wird (KEEI 2018a). Wie Abbildung 8 illustriert, war der ohnehin geringe Zubau von Kapazitäten erneuerbarer Energien in den letzten drei Jahren zudem rückläufig. Hierfür gibt es verschiedene Gründe. So wurde in der Vergangenheit für die Einhaltung der Klimaschutzziele vor allem auf die Nutzung von Kernenergie gesetzt. Aber auch bei der Ausgestaltung der entsprechenden Förderinstrumente tut sich das Land noch schwer. So werden beispielsweise fast alle Emissionszertifikate kostenlos an Energieproduzenten verteilt. Die Einspeisevergütung für erneuerbare Energieanlagen wurde mit der Einführung des RPS abgeschafft (EIA 2018b). 10.000

8.000

7.000

Wachstumsrate 6.000

5.000 4.000

3.000 2.000

Wachstumsrate in %

Installierte Kapazität in MW

9.000

1.000 0

0 2008

2009

Wasserkraft

2010

2011

Wind (Onshore)

2012

2013

Solar PV

2014

2015

Bioenergie

2016

2017

Meeresenergie

Abbildung 8: Wachstum und Kapazitäten (MW) erneuerbarer Energien inkl. Wasserkraft, (MW), 2008-2017 (eigene Darstellung mit Daten von IRENA 2018a).

„Renewable Energy 3020“-Plan Der Ausbau der erneuerbaren Energien könnte mit dem energiepolitischen Kurs von Präsident Moon Jae-in an Fahrt aufnehmen. Seine Regierung hat sich Ende 2017 mit dem „Renewable Energy 3020“Plan feste Ausbauziele für erneuerbare Energien gesetzt. So soll der Anteil der erneuerbaren Energien

am Strommix bis 2030 von derzeit sechs auf 20 Prozent steigen. Knapp 36,5 GW Solarenergie- und 17,7 GW Windenergie-Kapazitäten (davon 12 GW Offshore-Windenergie) sollen bis dahin installiert werden (KEEI 2018a). Zu den geplanten Maßnahmen zählen die Wiedereinführung der Einspeisevergütung für kleine erneuerbare Anlagen und die Beschleunigung der Planungsprozesse, um so das geschätzte Potenzial von Solar- und Windenergie in Höhe von 350 GW voll ausschöpfen zu können (KEEI 2018). Perspektivisch wird auch die Einführung von Auktionen und Ausschreibungen in Erwägung gezogen. Entsprechend soll der Anteil von Kohle und Kernenergie reduziert werden. Ein Ziel des „Renewable Energy 3020“-Plans ist die Reduktion der CO2-Emissionen aus den bestehenden Kohlekraftwerken um 40 Prozent bis 2022 und um 58 Prozent bis 2030 (KEEI 2018b). Ein Ausstieg aus der Kernenergie („Nuclear Zero“) wird innerhalb der nächsten 40 Jahre angestrebt. Die genannten Ziele bzw. deren Umsetzung bringen die Notwendigkeit des Netzausbaus und die Verbesserung der Netzstabilität für die Integration der volatilen erneuerbaren Erzeugung mit sich. Diese soll künftig unter anderem durch flexible Reserven (Speichersysteme) und potenziell über die Netzanbindung mit Nordkorea und weiteren nordostasiatischen Staaten gewährleistet werden. 100 6,2

Anteil am Strommix in%

90 80

20 16,9

18,8 Sonstige

60 50

Erneuerbare Energien

45,3

Erdgas 36,1

Kohle Kernenergie

30 20 30,3

23,9

10 0 2017

2030

Abbildung 9: Strommix 2017 und 2030 (geplant) laut „Renewable Energy 3020“-Plan (eigene Darstellung nach KEEI 2018a).

Strompreise Die südkoreanischen Strompreise gehören zu den niedrigsten unter den OECD-Staaten. So zahlen die Betriebe in Südkorea umgerechnet ca. 0,08 €/kWh und die Haushalte ca. 0,09 €/kWh. Der Elektrizitätsmarkt wird dabei vom staatlichen Monopolkonzern KEPCO (Korea Electric Power Corporation) dominiert. Laut dem Korean Energy Economics Institute (KEEI) stehen diesen geringen Preisen derzeit noch relativ hohe Stromgestehungskosten für erneuerbare Energien gegenüber. So können sowohl Wind-

als auch Solarenergie ohne Subventionen nicht mit den niedrigen Strompreisen von KEPCO konkurrieren. Die Stromgestehungskosten für Strom aus Offshore-Windenergie (0,21 €/kWh), OnshoreWindenergie (0,12 €/kWh) sowie für Solarenergie (0,12 €/kWh) liegen derzeit noch deutlich über den üblichen Strompreisen (KEEI 2018).

Entwicklungen im Mobilitätssektor Regierung und Firmen in Südkorea wollen ihre Anstrengungen auch im Bereich der Elektromobilität verstärken. So sollen jährlich 1.500 Ladestationen an beliebten Orten wie beispielsweise Supermärkten hinzugebaut werden, so dass 2022 rund 10.000 Ladestationen vorhanden sein werden. Das entspricht in etwa der heutigen Anzahl an herkömmlichen Tankstellen. Ähnlich wie in Deutschland sollten auch in Südkorea bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge unterwegs sein. Außerdem werden ab 2019 jährlich zehn Prozent der Busse, Taxen und Lastwägen auf elektrischen Antrieb umgestellt, um sie bis zum Jahr 2030 komplett zu ersetzen. Mit 2017 knapp 26.000 registrierten Elektroautos hat das Land jedoch noch einen weiten Weg vor sich. Trotz hoher Subventionen wirken die immer noch teuren Anschaffungspreise bislang noch abschreckend (Bloomberg 2018a). Insbesondere bei der Batterietechnologie sind südkoreanische Firmen wie Samsung, LG Chem und SK Innovation marktführend. Über 100.000 Elektrofahrzeuge werden weltweit, vor allem in Norwegen und den USA, mit Batterien dieser Firmen betrieben. Bis 2025 sollen weltweit 12,4 Millionen Elektro- bzw. Hybrid-Autos pro Jahr zugelassen werden. Optimistische Schätzungen reichen bis zu knapp 19 Millionen Neuzulassungen pro Jahr (SKI 2018). Darüber hinaus haben sich die koreanische Regierung und Industrievertreter darauf geeinigt, bis 2020 rund 2,3 Milliarden US-Dollar in die Wasserstoffmobilität zu investieren (Korean Herald 2018). Insbesondere Fertigungsanlagen und Forschungseinrichtungen sollen vermehrt gefördert werden. Bis 2022 ist geplant, dass 15.000 PKW und 1.000 Busse mit Brennstoffzellen auf koreanischen Straßen fahren.

Energiepolitik Südkorea – aktuelle Herausforderungen Ausbau von erneuerbaren Energien – regulatorische und technologische Herausforderungen Wie die Erfahrungen anderer Länder bereits gezeigt haben, ist die Transformation eines Energiesystems ein kontinuierlicher Lernprozess. Dieser hat in Südkorea erst begonnen. Für den angestrebten Ausbau erneuerbarer Energien fehlt es aktuell sowohl an technologischem als auch an regulatorischem Know-how. Mit Hanwha SolarOne 5 beheimatet Südkorea einen der weltweit größten Solarzellenproduzenten. Dieser ist allerdings stark exportorientiert. Es besteht derzeit noch keine Systemkompetenz in der Integration der volatilen erneuerbaren Erzeugung in den heimischen Strommarkt. Zudem verfügt Südkorea derzeit kaum über Erfahrung beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen. Diese sollen aber künftig neben Solar-PV einen wichtigen Bestandteil der erneuerbaren Erzeugung Südkoreas ausmachen (OWJ Online 2018). Eine besondere technologische Herausforderung spielen hierbei

Ehemals Hanwha Q CELLS.

geografische Bedingungen der Küstenregion Südkoreas, welche in bestimmten Gebieten die Errichtung schwimmender Plattformen notwendig machen. Neben den Fragen des technologischen Know-hows dürfen die regulatorischen Aspekte und damit einhergehende Akzeptanz der Energiepolitik nicht unterschätzt werden. Die derzeit stockende Liberalisierung des Strommarkts stellt eine große Herausforderung für den „Renewable Energy 3020“Plan dar. Das zentralisierte Marktdesign und die aktuelle Monopolstellung von KEPCO stehen der Entwicklung von dezentralen erneuerbaren Strukturen entgegen. Auf die Notwendigkeit von Strommarktreformen wie z. B. einer Umstrukturierung von KEPCO und einer Abschaffung von Eintrittsbarrieren für neue Marktakteure wird Südkorea bereits seit mehreren Jahren von der International Energy Agency (IEA) hingewiesen (IEA 2012). Die erforderlichen regulatorischen Änderungen könnten allerdings auf großen Widerstand nicht nur der etablierten Energiebranche, sondern aufgrund der derzeit niedrigen Strompreise auch der südkoreanischen Industrie und Verbraucher stoßen. Dies gilt entsprechend für die gesamte energiepolitische Strategie von Moon Jaein, sollten mit der Reduzierung der Anteile von Kohle und Kernenergie am Strommix signifikante Preissteigerungen einhergehen.

Erhalt der Energiesicherheit und Netzstabilität Für ein ressourcenarmes Land wie Südkorea gehört die sichere Energieversorgung zu den übergeordneten Prioritäten der Energiepolitik und stellt zusammen mit dem Erhalt der Netzstabilität eine der größten Herausforderungen dar. Blackouts treten in Südkorea viel häufiger als beispielsweise in Deutschland auf, was einen Standortnachteil für die heimische Industrie darstellt (DW 2013, TKT 2011). Die geplante Transformation des südkoreanischen Energiesystems könnte – aufgrund der damit einhergehenden Reduzierung der thermischen Grundlast – das Problem zumindest kurz- bis mittelfristig sogar weiter verschärfen. Die Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien hilft zwar, die Importabhängigkeit zu reduzieren, schafft allerdings aufgrund der Volatilität der Erzeugung neue Herausforderungen für das ohnehin schwache Netz Südkoreas. Erst durch die Systemintegration, die Netzoptimierung und ggf. den Netzausbau können erneuerbare Energien einen Beitrag zur Energiesicherheit und Netzstabilität leisten. Das entsprechende technologische Know-how hierzu wird Südkorea in kurzer Zeit aufbauen müssen. Auch ein Netzanschluss an andere Länder könnte zur Energiesicherheit Südkoreas beitragen. Dieser ist allerdings aufgrund der geografischen und vor allem politischen Gegebenheiten schwer realisierbar. Eine Anbindung an Nordkorea würde eine Anbindung sowohl über Netze als auch über Pipelines mit China und Russland erlauben und somit eine Integration in ein wesentlich größeres Energiesystem ermöglichen. Auch wenn die Panmunjeom-Erklärung (Reuters 2018a) und der Singapur-Gipfel 2018 (WELT 2018) eine Annäherung zwischen den beiden Koreas markierten, erscheint der Beginn einer Energiepartnerschaft oder gar eine Wiedervereinigung zum heutigen Zeitpunkt noch in weiter Ferne. Eine Alternative zu einer Anbindung an Nordkorea könnte das „Asian Super Grid“ darstellen – eine Vision zur Vernetzung der Elektrizitätsnetze von Japan, Südkorea, China, Russland, der Mongolei und Indien. Das Projekt wurde 2011 durch Japan initiiert (REI 2018). Auch wenn eine verstärkte

Netzanbindung für alle beteiligten Länder Vorteile mit sich bringen könnte, stellt die Realisierbarkeit eines solchen Projekts, das Leitungen von insgesamt 36.000 Kilometern umfassen soll, eine immense technologische, aber auch politische Herausforderung dar. So bleibt Südkorea kurz- bis mittelfristig weiterhin eine „Energieinsel“.

Netzausbau und -optimierung Ein adäquater Netzausbau und die Optimierung der bestehenden Netze ist eine wichtige Voraussetzung sowohl für den Ausbau erneuerbarer Energien als auch für den Erhalt der Energiesicherheit und der Netzstabilität in Südkorea. Aktuell liegt die Spitzenlast Südkoreas auf der Übertragungsebene nah an der maximalen Netzkapazität (Seoul National University 2018). Diese Situation schlägt sich auch auf die unteren Spannungsebenen nieder. Dies könnte künftig die Integration der erneuerbaren Energien zu Zeiten hoher Einspeisung erschweren bzw. hindern. Um dieses Problem zu adressieren, setzt Südkorea auf die Entwicklung von Smart-Grid-Technologien. Diese schreitet mit einigen regionalen Demonstrationsprojekten jedoch nur langsam voran (GSMA 2012, Osaka University 2017). Zur Stärkung des Netzes für die landesweite Stromübertragung geht das Land Kooperationen mit westlichen Unternehmen ein (ABB 2018a, Siemens 2018a). Die Netzproblematik könnte sich durch die potenzielle Netzanbindung an andere Länder künftig aber auch weiter verschärfen. So könnte eine Wiedervereinigung Koreas das südkoreanische Netz großen Stabilitätsrisiken aussetzen, da die nordkoreanische Netzinfrastruktur insbesondere in ländlichen Regionen derzeit auf einem niedrigen Stand ist (Moon 2018). Auch für die Integration im „Asian Super Grid“ bedarf es einer weiteren Stärkung der Übertragungsnetze. Ausgehend vom heutigen Technologiestand Südkoreas auf diesem Gebiet könnte der erforderliche Netzausbau potenziell nur in Zusammenarbeit mit ausländischen (ggf. chinesischen)6 Unternehmen zu schaffen sein.

China wird im „Asian Super Grid“ durch GEIDCO vertreten (siehe Exkurs I).

Forschungsfelder und Förderstrukturen

China Strukturen der Energieforschung Die Energieforschung in China orientiert sich als Teil der Energiepolitik an den strategischen Zielen der chinesischen Regierung. Der von der kommunistischen Partei benannte Staatsrat gibt als höchstes Verwaltungsorgan des Staates die strategische Richtung vor. Auch die Entscheidungen aller Regierungsorgane sind eng mit der Doktrin der kommunistischen Partei Chinas (KPCh) verknüpft, welche insbesondere unter Präsident Xi Jinping die Linie bestimmt. In der Regierung beeinflussen mehrere Ministerien die Energiepolitik: das Ministry of Industry and Information Technology (MIIT), das Ministry of Science and Technology (MoST) sowie das jüngst aufgewertete Ministry of Ecology and Environment (MEE). Für die Erstellung einer nationalen Forschungsstrategie und die Ausgestaltung der Energiepolitik sind jedoch die folgenden ministeriumsähnlichen bzw. -unterstellten Regierungsstellen federführend verantwortlich:

Institutionen National Development and Reform Commission / Energy Research Institute Die National Development and Reform Commission (NDRC) ist die oberste Planungsbehörde Chinas, welche für die makro-ökonomische Steuerung des Landes verantwortlich ist. So legt die NDRC Preise für Energieträger und Strom sowie den regulatorischen Rahmen für verbrauchsseitige Energiethemen (z. B. Energieeffizienz) fest. Die NDRC ist zudem für die Auswahl und Genehmigung von großen Energieinvestitionsprojekten zuständig. Innerhalb der NDRC bearbeitet das Energy Research Institute (ERI) als nationales Forschungsinstitut die F&E-Themen und ist für die wissenschaftliche Begleitung der Energiepolitik verantwortlich. Es führt umfassende Analysen der Energieangelegenheiten Chinas durch. Deren thematischer Schwerpunkt liegt

auf

den

Themen

Energiewirtschaft,

Energieeffizienz,

erneuerbare

Energien

sowie

Umweltauswirkungen der Energiegewinnung. Durch diese Themenbreite spielt das ERI bei der Entwicklung von Strategien, Planungsprozessen, Gesetzesvorlagen und Standards eine besondere Rolle. So erstellt es zentrale Studien zu den genannten Themen (z. B. Climate Change Action Plan and Measurements,

National

Renewable

Energy

Development

Roadmap

und

weitere).

Zum

Verantwortungsbereich des ERI gehört auch die Ausgestaltung und Weiterentwicklung des nationalen Emissionshandels. China National Renewable Energy Centre Das China National Renewable Energy Centre (CNREC) ist dem ERI unterstellt und verfasst beratende wissenschaftliche Analysen speziell im Bereich der erneuerbaren Energien. Es erstellt Studien und Roadmaps zum Ausbau der erneuerbaren Energien in China inklusive Strategie- und Planungsaspekten. Damit berät es chinesische Regierungsabteilungen auch bei der Entwicklung der Fünfjahrespläne. Die Implementierung nationaler Pilotprojekte sowie der internationale Austausch werden ebenfalls durch das CNREC koordiniert. Es wird zwar als Denk- und Wissensfabrik eingestuft, vergangene

Kooperationen mit internationalen Partnern zeigen aber auch den politischen Einfluss dieser Behörde (Agora Energiewende/CNREC 2017). National Energy Administration Die National Energy Administration (NEA) ist zwar formal der NDRC unterstellt, jedoch federführend verantwortlich für angebotsseitige Energiethemen wie Netze, fossile und erneuerbare Energien, Importe sowie Versorgungssicherheit. Ferner koordiniert die NEA die internationale Zusammenarbeit im Energiebereich und prüft ausländische Investitionen. Während die NDRC für übergreifende Energiethemen wie Klimawandel zuständig ist und nationale Großinvestitionen im Energiebereich verantwortet, arbeitet die NEA an der anwendungsnahen Umsetzung der Energiepolitik beispielsweise in Form des 13. Fünfjahresplans (IEA 2017). Sowohl die anwendungsnahe als auch die übergreifende Herangehensweise beider Institutionen bestimmen die Zukunftsthemen der Energieforschung mit. Die Überschneidung der Themenbereiche führte mancherorts jedoch zu Zuständigkeitsdifferenzen zwischen beiden Behörden.

Die Regierungslinie schlägt sich sowohl in Staatsunternehmen des Energiebereichs wie auch in staatlichen Forschungseinrichtungen nieder. Alle Kooperationen und Großprojekte zwischen wissenschaftlichen Einrichtungen und Staatsunternehmen sind an politische Direktiven geknüpft. Somit gestaltet sich die Zusammenarbeit zwischen Politik, Wissenschaft und Wirtschaft deutlich anders als in Deutschland üblich. Über allen derartigen Kooperationsvorhaben im Energiebereich schweben die Governance der KPCh und deren strategischen Interessen, nach welchen sich die Auswahl von Forschungsthemen, -kooperationen und auch -budgets ausrichtet. Etwas weniger direktiv ist der Einfluss auf Forschungseinrichtungen fern des Machtzentrums in Beijing. Von einer Freiheit der Wissenschaft kann jedoch keine Rede sein. Die zentrale Forschungsorganisation des Landes ist die Chinese Academy of Sciences (CAS). Sie ist dem Staatsrat unterstellt und hat ihre führende Rolle systematisch ausgebaut. Mit über 100 Forschungsinstituten gehört sie zu den größten Forschungsorganisationen der Welt, hat aber als nationale Wissenschaftsakademie auch einen politischen Beratungsauftrag. Ursprünglich koordinierte sie die Forschung vor allem im Grundlagenbereich, ihr Profil hat sich aber in den letzten Jahren hin zu angewandter Forschung und Innovationsförderung entwickelt. Zusätzliche Forschungszentren bilden die so genannten National Laboratories, die einer bestehenden Institution zugeordnet werden. So ist das National Laboratory für den Energiebereich am Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) angegliedert, welches wiederum der CAS angehört. Wirtschaft und Staat sind in China schwer voneinander zu trennen. Auch in der Energiepolitik spielen staatliche Unternehmen eine dominante Rolle. Als Oligopole beherrschen sie verschiedene Energiesparten. Der Ölmarkt wird von fünf, die Stromproduktion von drei Staatsunternehmen dominiert (IEA 2017). Das Stromnetz unterliegt zwei Unternehmen, wobei die mächtigere State Grid Corporation of China (SGCC) für 26 der 32 Provinzen Chinas zuständig ist und damit 88 Prozent der Landesfläche versorgt. Unter staatlicher Lenkung leisten Staatskonzerne wie SGCC oder die Shenhua Group einen wichtigen Beitrag zur nationalen Energieforschung. Ihr starker Einfluss auf die Energiestrategie Chinas

wird allerdings von der chinesischen Regierung zunehmend in Frage gestellt. Es gibt Bestrebungen, den Einfluss der Staatskonzerne zukünftig einzugrenzen.

Internationale Zusammenarbeit Da das chinesische Forschungsniveau im Energiebereich bis zuletzt international keinem Top-Standard entsprach, verfolgte die Regierung lange Zeit das Ziel, auf den Ergebnissen der internationalen Spitzenforschung aufzubauen. Aus strategischen Gründen wird dem Technik- und Know-how-Transfer aus dem Ausland weiterhin ein hoher Stellenwert beigemessen. Dies geschieht zum einen durch Rückkehrerprogramme, dem gezielten Abwerben meist chinesisch-stämmiger Forscher von Einrichtungen der Spitzenforschung im Ausland. 7 Zum anderen wird der Wissensfluss durch teils erzwungene Kooperationen und Joint Ventures mit westlichen Unternehmen sichergestellt. Diese zielgerichtete Herangehensweise hat dazu geführt, dass das Niveau der Forschung in einigen anwendungsnahen Bereichen mittlerweile westliche Standards erreicht oder sogar übertroffen hat. Durch den globalen Aufstieg Chinas in so gut wie allen Wirtschaftsbereichen nahm auch die Zahl der wissenschaftlichen Kooperationen in den letzten Jahren deutlich zu. Das BMBF finanziert jährlich mit über 20 Millionen Euro die bilaterale Zusammenarbeit mit China (BMBF 2015). Das BMWi koordiniert auf deutscher Seite die deutsch-chinesische Energiepartnerschaft (BMWi 2016). Für die Wissenschaftsorganisationen wie Helmholtz-Gemeinschaft, Fraunhofer-Gesellschaft oder Max-PlanckGesellschaft ist die Chinese Academy of Sciences (CAS) der zentrale Partner. China erschwert dadurch direkte Kooperationen mit Universitäten und kleineren Akademien und versucht, die internationale Zusammenarbeit stärker zu zentralisieren. Viele deutsche Wissenschaftsorganisationen und Wirtschaftsverbände unterhalten eine Dependance in China. Deren Arbeitsgrundlage war durch das chinesische NGO-Gesetz längere Zeit gefährdet. Seit dem Frühjahr 2018 ist der legale Status dieser Organisationen zwar bestätigt worden, jedoch wächst die Befürchtung, dass die inhaltliche Arbeit durch die chinesische Regierung stärker als bisher kontrolliert und beeinflusst werden könnte (Merics 2018).

Technologische Schwerpunkte der Energieforschung In China wird aktuell an vielen Technologien zugleich geforscht. Mit dem Strategiepapier „China Manufacturing 2025“ legt das Land fest, in welchen Bereichen es eine Technologieführerschaft anstrebt. Folgende Schwerpunkte haben aufgrund ihrer Bedeutung für die Transformation des chinesischen Energiesystems einen besonderen Stellenwert in der Energieforschung: Ausbau der Stromnetze, Forschung zu effizienten Kohlenstofftechnologien und stationäre Speichersysteme.8

Durch Joint Research Groups bzw. Partnergruppenprogramme soll nach dem Willen deutscher Wissenschaftseinrichtungen die „Brain Circulation“ mit den zurückgekehrten chinesischen Wissenschaftlern sichergestellt und die Kooperation weitergeführt werden. 8 Die hier ausgewählten Bereiche Netze, Kohlenstoff-Forschung und Speichertechnologien entsprechen den Schwerpunkten der China-Reise im März 2018, die Besuche bei der National Energy Administration (NEA), dem Energy Research Institute (ERI), der State Grid Cooperation of China (SGCC) und dem Dalian Institute of Physical Chemics (DICP) umfasste.

Netze Stromnetze stellen für China ein zentrales Forschungsgebiet dar. Denn während zwei Drittel der Kohle-, Wind- und Solarkraftwerke im Norden und Nordwesten des Landes stehen, werden zwei Drittel des Stroms im Südosten und in Zentralregionen des Landes verbraucht. Künftig soll noch mehr Strom vor allem aus nicht-fossilen Energieträgern in die Lastzentren transportiert werden. China muss dabei mit sehr hoher Spannung arbeiten, um die großen Distanzen von teils über 3.000 km überwinden zu können. Bereits heute werden in Zentralchina Leitungen von 800 kV (Gleichstrom) bis 1.100 kV (Wechselstrom)9 mit einer Übertragungsleistung von bis zu 6.400 MW und einer Reichweite von über 1.900 Kilometern eingesetzt. Insgesamt sind derzeit 18 Ultrahoch- und Hochspannungsleitungen mit einer Gesamtkapazität von über 70 GW in Betrieb. Im Mai 2018 vollendete die SGCC gemeinsam mit ABB die bis dato weltweit längste Gleichstrom-Ultrahochspannungsleitung Changji-Guquan (1.100 kV) (ABB 2018b). Siemens lieferte für diese Leitung den weltweit ersten 1.100-kV-UHV-Transformator, der eine hocheffiziente Stromübertragung mit einer Leistung von 12 GW ermöglicht (Siemens 2018b). Bis 2020 sollen insgesamt 13 neue Gleichstrom-Ultrahochspannungsleitungen mit einer Kapazität von 150 GW gebaut werden (SGCC 2018). Um die hohen Abregelungsquoten für PV- und Windkraftanlagen zu reduzieren, setzt China neben dem landesweiten Netzausbau auf eine Reihe von weiteren Maßnahmen. Dazu gehören in erster Linie die Entwicklung von Smart-Grid-Technologien sowie Netzsteuerungs- und Simulationssystemen. Künftig sollen zielgerichtete Frühwarnsysteme und bessere Standards für die Netzeigenschaften von Wind- und Solaranlagen die Netzauslastung puffern. Schließlich sollen unterschiedliche Speicherformen (Wasserstoff, Vanadium-Flow-Batterien, Pumpspeicherkraftwerke etc.) vermehrt eingesetzt werden. Mit dem Trassenbau im In- wie auch Ausland (siehe „Weltumspannungsstrategie“ in Kap. 1) will China neue quantitative wie auch qualitative Maßstäbe setzen: größere Kapazitäten, längere Distanzen, geringere Übertragungsverluste, geringere Kosten. Changping Ultra High Voltage Test Base Die „Ultra High Voltage Test Base“ der State Grid Corporation of China (SGCC) im Nordwesten der Hauptstadt Beijing ist mit 260.000 Quadratmetern das weltgrößte Testgelände für die Stromübertragung. Da die Dimensionen des Netzausbaus in China bezüglich Distanz und Kapazität weltweit bislang einzigartig sind, benötigt die SGCC solch ein großes Testgelände, um die Anforderungen an die Netze unter Realbedingungen zu erproben. Auf dem Gelände befinden sich eine Ultrahochspannungsteststrecke, Hallen für Materialtests sowie Umweltlabors. Der Strom wird vom mit 1.200 kV stärksten Stoßspannungsgenerator Chinas produziert. Er versorgt die mit über 1,1 km längste UHV-Teststrecke der Welt, welche auf sechs 88 Meter hohe Strommasten mit verstellbarer Diametrie gespannt ist (PEI 2018). In den Materialtesthallen werden extreme Wetterlagen wie Hitze, Kälte, Trockenheit, Regen, Eis, Luftverschmutzung sowie niedriger Luftdruck generiert und ihre Auswirkungen auf die Netze getestet. Zukünftig sollen auch Wetterdaten in die Tests einfließen. Auf dem Testgelände werden ferner Isolatoren erprobt und Extremsituationen der Netzauslastung geprüft. Mit den Tests wird bezweckt, die Leitungen auch bei widrigen Wetterlagen zu 9

Zum Vergleich: In Deutschland wird mit einer Spannung von maximal 380 kV gearbeitet.

isolieren, die elektromagnetische Umgebung zu kontrollieren und die Lärmbelastung gering zu halten. Mit diesem Testgelände soll die Qualität der UHV-Leitungen gesichert und damit die Grundlage für den Bau des weltumspannenden Stromnetzes gewährleistet werden.

Abbildung 10: Foto der Changping Ultra High Voltage Test Base (Foto: FAZ 2018).

Virtual synchronous machine Die SGCC forscht ferner daran, die Steuerbarkeit zukünftiger Energiesysteme zu verbessern. Eine der in diesem Bereich entwickelten Technologien ist die Virtual Synchronous Machine (VSM). Diese Technologie steuert die Stromrichter, welche dezentrale Energiequellen und Speichersysteme mit dem Netz verbinden. Insbesondere beim Einsatz erneuerbarer Energien treten Probleme dabei auf, die Stromrichter mit dem Netz zu synchronisieren. Die VSM balanciert kurzfristige Schwankungen im Wechselstromsystem aus. Die VSM können sowohl auf der Erzeugungsseite (Kohle-, Kern- und Wasserkraftwerke sowie Wind- und PV-Systeme) als auch auf der Verbrauchsseite (E-Autos, Maschinen, Elektrogeräte) eingesetzt werden. Insbesondere kommen VSM-basierte Smart-GridSysteme in den Ladesäulen für E-Autos zum Einsatz. Die VSM erhöht somit die Flexibilität des Stromnetzes (SGCC 2018, Mathisen 2016).

Katalyse-Forschung Die Katalyse-Forschung Chinas gehört heute zur Weltspitze. Es wird im großen Stil an Katalysatoren für verschiedene Anwendungen geforscht. Führend auf diesem Gebiet ist das Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) im Nordosten Chinas. Im Fokus der Forschung von DICP stehen KatalyseVerfahren zur stofflichen Bindung von und Produktion synthetischer Kraftstoffe aus Kohle. Während die Nutzung von Kohle für die Energieerzeugung in China zunehmend reduziert werden soll, soll die Verarbeitung von Kohle in andere Kohlenstoffe dabei helfen, die Abhängigkeit von Ölimporten zu

reduzieren und die Wertschöpfung durch Kohlestromproduktion im Land zu erhalten. Damit schafft China eine Perspektive für die Nutzung der einheimischen Kohle im Zeitalter der Klimaschutzpolitik. Neben den chemisch-thermischen Technologien betreibt das DICP auch Katalyse-Forschung für Brennstoffzellen und Power-to-X-Technologien. Für die Entwicklung von effizienten KatalyseMaterialien werden Elektronenmikroskope und Röntgen-Laser eingesetzt, die den weltweit besten Qualitätsansprüchen genügen. Eine große Herausforderung für eine großskalige Implementierung von Power-to-X-Technologien ist der hohe Bedarf an Edelmetallen wie Platin und Iridium, die die heutigen Anlagen für die Katalyse-Reaktionen benötigen. Ein wichtiges Ziel der Katalyse-Forschung für Powerto-X ist deshalb, diesen Bedarf zu reduzieren bzw. die seltenen Edelmetalle durch andere Elemente zu ersetzen. Weiterverarbeitung von Kohle: DMTO-Verfahren und Coal-to-Ethanol Mit dem 2010 am DICP entwickelten DMTO-Verfahren (Dimethylether/Methanol-to-Olefins) kann Methanol, das beispielsweise aus Kohlevergasung gewonnen wird, in leichte Olefine, vorzugsweise Propylen und Ethylen sowie Wasser umgewandelt werden. Durch dieses Katalyse-Verfahren ist es möglich, die genannten Produkte anstatt aus Öl nun aus Kohle herzustellen. China eignet sich hierfür besonders, weil es sowohl die meisten Kohlekraftwerke als auch Kohlevergasungsanlagen beherbergt (GSTC 2018). Das

DICP

hat

Kooperation

mit

Industriepartnern

das

DMTO-Verfahren

die

Kommerzialisierungsphase gebracht. 2010 wurde mit dem staatlichen Bergbauunternehmen Shenhua Group in Baotou (Innere Mongolei) die erste DMTO-Anlage in Betrieb genommen. Seitdem arbeiten landesweit zwölf Anlagen mit diesem Verfahren, weitere zwölf wurden bereits genehmigt. Ein weiteres wichtiges Verfahren von DICP ist die Produktion von Ethanol aus Kohle. Ethanol wird zumeist aus Mais oder Zuckerrohr gewonnen. 2017 wurde in der Provinz Sha’anxi die weltweit erste Coal-to-Ethanol Anlage in Betrieb genommen, die zur Herstellung des wasserfreien Ethanols ein NichtEdelmetall als Katalysator verwendet. Das Gemeinschaftsprojekt mit der Sha’anxi Yanchang Petroleum Group hat die Kapazität einer jährlichen Produktion von mehr als 100.000 Tonnen Ethanol und soll bis 2020 auf 1 Million Tonnen ausgeweitet werden. Die Technologie kann somit die Abhängigkeit von Ölimporten mindern. Zudem kann bereits ein Anteil von zehn Prozent Ethanol am Benzin die Emissionen um ein Drittel reduzieren (China Daily 2018, CAS 2018).

Speichertechnologien (Utility Scale, ESS) Einen dritten Schwerpunkt der chinesischen Energieforschung stellen stationäre Speichersysteme dar. Sie sollen im zukünftigen Energiesystem für die Langzeitspeicherung eingesetzt werden. Dabei werden verschiedene Technologien in Betracht gezogen – von Vanadium-Redox-Flow-Batterien über Pumpspeicher bis hin zu solarthermischen Salzspeichern (molten salt storage). Zwei dieser Technologien werden hier kurz vorgestellt: Vanadium-Redox-Flow-Batterien Um große Energiemengen zu speichern, werden Batteriesysteme eingesetzt, deren Speicherkapazität sich durch Aneinanderreihung hochskalieren lässt. Hierfür eignen sich insbesondere Vanadium-Redox-

Flow-Batterien. Sie haben eine höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien und sind ihres Gewichtes wegen nur für stationäre Anwendungen vorgesehen. 2013 wurde angrenzend an einen Windpark in Faku (Liaoning-Provinz) mit 5 MW bzw. 10 MWh das damals weltweit größte Scale-System von Vanadium-Redox-Flow-Batterien aufgestellt. Mittlerweile plant das DICP gemeinsam mit dem Unternehmen Rongke Power und der Dalian City Thermoelectric Group Co. Ltd. eine 200 MW/800 MWh-Batteriestation. Laut Aussage der Forscher reicht diese Kapazität, um die Notversorgung einer Stadt wie Dalian für ca. eine Stunde sicherzustellen. Gleichzeitig forscht China an der Erhöhung der Anzahl der Ladezyklen. Ziel ist es, 10.000 Ladezyklen zu erreichen (DICP 2018). 10-MW-Salzspeicher-Kraftwerk in Dunhuang Bei den solarthermischen Salzspeichern wird das konzentrierte Sonnenlicht dazu genutzt, Salztanks zu erhitzen. In diesem geschmolzenen Salz kann Wärme mit Temperaturen von 180 bis 560 Grad Celsius gespeichert werden. Der Wärmespeicher kann in einem zweiten Schritt je nach Bedarf zur Stromerzeugung genutzt werden. Das heiße Salz wird durch einen Dampferzeuger gepumpt, wodurch das Salz abgekühlt wird und Dampf entsteht, der wiederum zur Stromproduktion genutzt wird. Die Flüssigsalzspeicher bieten die Möglichkeit, kostengünstig große Mengen an Energie zu speichern. Chinesische Wissenschaftler forschen daran, die Energieeffizienz dieser Anlagen zu verbessern und die Systemstabilität zu erhöhen. Im Dunhuang-Bezirk der nordwestlichen Gansu-Provinz ist 2017 das erste Salzspeicherkraftwerk Asiens ans Netz gegangen. Die Anlage mit einem knapp 140 Meter hohen Salzturm und 1.500 Sonnenreflektoren hat eine installierte Leistung von 10 MW (CSP Focus 2018). China gilt als weltweit größter Zukunftsmarkt für Salzspeicherkraftwerke. Gemeinsam mit Unternehmen aus dem Nahen Osten plant das Land 21 Projekte mit einer installierten Gesamtleistung von 1,3 GW. Bis 2020 soll eine Kapazität von 5 GW aus Solarthermie aufgebaut werden (GTM 2017). Ferner existieren bereits Pläne für den Bau einer 7-GW-Anlage in der nordwestlichen Xinjiang-Provinz (NEU 2017). In Deutschland forscht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt ebenfalls an Salzspeicherlösungen und hat in Köln eine Testanlage errichtet (DLR 2016).

Abbildung 11: Salzspeicherkraftwerk in Dunhuang, Gansu-Provinz (Foto: CSP Focus 2018).

Weitere Forschungsfelder Der massive Ausbau sämtlicher Energieerzeugungsarten in China erstreckt sich auch auf die Fusionsforschung. China beginnt noch 2018, parallel zum chinesischen Engagement beim internationalen ITER-Projekt, die Entwicklung eines eigenen Demo-Reaktors, welcher um 2030 in Betrieb genommen werden soll. Hierzu werden Kooperationsgespräche mit Japan und Korea geführt, eines der sehr seltenen Beispiele wissenschaftlicher Kooperationen zwischen diesen Ländern. Mit einem an das Netz angeschlossenen Prototyp eines 1-GW-Reaktors plant China ab 2050 (Luo 2017).

Zwischenfazit China verfolgt einen breiten Ansatz bei der Energiepolitik und sichert seine Versorgung durch einen umfangreichen Energiemix ab. Kein Energieträger, keine Technologie wird von vornherein ausgeschlossen. Einzelne Forschungsschwerpunkte werden strategisch gesetzt (zum Beispiel die Kohlenstoff-Forschung zur Reduzierung der Ölimporte) und an geopolitische Ziele Chinas geknüpft (wie die Entwicklung von Ultrahochspannungsleitungen in Verbindung mit der Weltumspannungsstrategie). Die anwendungsorientierte Forschung steht dabei im Fokus. Durch die staatliche Lenkung können Forschungsbedarfe

sehr

kurzfristig

identifiziert

und

Projekten

realisiert

werden.

Die

Grundlagenforschung ist weniger breit angelegt, gewinnt jedoch zunehmend an Bedeutung und richtet sich ebenfalls strategisch an den nationalen Interessen aus. In der Organisation der Energieforschung Chinas besteht eine klare Aufgabenteilung: Während die Grundlagenforschung bei Forschungseinrichtungen liegt, wird die anwendungsnahe Forschung und Entwicklung zumeist von Staatsunternehmen ausgeführt. Die meisten Staatsunternehmen verfügen über eigene Forschungseinrichtungen. Am Übergang von der Forschung in die Anwendung finden vereinzelte Kooperationen zwischen Wirtschaft und Wissenschaft statt.

In der Energieforschung Chinas werden einzelne Technologien für sich betrachtet, ein Blick für das Gesamtenergiesystem fehlt oft. Projekte, die sich mit mehreren Elementen der Wertschöpfungskette zugleich

befassen,

sind

eine

Seltenheit.

Daher

werden

auch

keine

Industrie-

oder

Wissenschaftskonsortien für Forschungszwecke gebildet. Diese isolierte Betrachtung einzelner Technologien

der

Energieforschung

steht

einem

starken

systemischen

Ansatz

der

Weltumspannungsstrategie sowie der gesamten „Belt and Road“-Initiative Chinas gegenüber. Daher bilden oft ausländische Unternehmen die fehlenden Puzzle-Teile in bestimmten Sparten und sind somit (noch) Bestandteil der Gesamtstrategie Chinas. China ist in der einzigartigen Lage, innovative Technologien in Großprojekten realisieren zu können. Eine entscheidende Rolle spielt hierbei die Übernahme der Investitionsrisiken durch den Staat. Fragen der erfolgreichen Marktskalierung und Wirtschaftlichkeit sind deshalb für Energieinnovationen in China im Vergleich zu Deutschland weniger relevant. Einerseits birgt dies ein großes Risiko staatlicher Fehlinvestitionen und somit Fehlallokationen der Mittel. Andererseits werden hierdurch neue quantitative Maßstäbe gesetzt und die Anwendungen in neuen Größenordnungen getestet und umgesetzt, wovon unter Umständen auch andere Länder profitieren können.

Japan Strukturen der Energieforschung Wie im ersten Kapitel bereits dargestellt, wird die allgemeine Strategie für die japanische Energiepolitik vom Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) vorgegeben. Die Ausgestaltung der konkreten Forschungsprogramme ist allerdings einer Behörde vorbehalten, die dem METI unterstellt ist. Die Grundlagenforschung im Energiebereich unterliegt dem Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT). An der Umsetzung der Energieforschungsstrategie sind in hohem Maße die großen japanischen Konglomerate (zaibatsu), Universitäten sowie Forschungseinrichtungen beteiligt.

Institutionen New Energy and Industrial Technology Development Organization Die NEDO ist zuständig für die Verwaltung von Forschung und Entwicklung sowie für die Ausrichtung der nationalen Forschungsstrategie im Energiebereich. An der Schnittstelle zwischen METI auf der einen sowie Industrie, Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen auf der anderen Seite fungiert die NEDO als zentrale Koordinierungseinrichtung der Energieforschung Japans für den anwendungsnahen Bereich (Abb. 12). So zählt es zu den Aufgaben der NEDO, gemeinsam mit der Politik geeignete Rahmenbedingungen für die Technologieentwicklung und Innovationsförderung zu schaffen. Die NEDO steht in engem Kontakt mit den Projektpartnern, um die Umsetzung der Forschungsprojekte und den anschließenden Technologietransfer zu unterstützen.

Abbildung 12: Struktur und Aufgaben der New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO 2018a).

Zu den prioritären Technologiefeldern der NEDO gehören Energieeffizienz und -einsparung, erneuerbare Energiequellen, „Clean-Coal“-Technologien und Ressourcenschonung. Zudem führt die NEDO zusammen mit Industriepartnern sowohl in Japan als auch international Pilot-, Demonstrationsund Modellvorhaben durch. Die Unterstützung japanischer Unternehmen bei der Erschließung internationaler Märkte gehört dabei zu den wichtigen Aufgaben der NEDO. So startete beispielsweise im Frühjahr 2018 die Bauphase für ein Hybridgroßspeicher am Umspannwerk der niedersächsischen

Stadt Varel, der im November 2018 den Betrieb aufgenommen hat. Es handelt sich bereits um das zweite NEDO-geführte Projekt in Deutschland.10 Die NEDO ist mit 24 Millionen Euro an dem Projekt beteiligt (NWZ 2017). Als zentrale Anlaufstelle für alle Akteure der Energieforschung in Japan ist die NEDO durch ihre besondere Struktur in der Lage, die Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft, Wissenschaft und Politik effektiv zu koordinieren. Vor diesem Hintergrund spielt sie auch eine wichtige Rolle in der Umsetzung der Wasserstoffstrategie Japans. Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology Das Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) ist innerhalb der japanischen Regierung für die Förderung der Grundlagenforschung zuständig. In Bezug auf Energie wird ein besonderer Fokus auf Fusionsforschung und die damit verbundenen internationalen Forschungskooperationen wie z. B. ITER

gelegt (Matsuura 2018). Weitere Energie- und

Umweltthemen werden von der Environment and Energy Division im MEXT bearbeitet (MEXT 2018). Im Vergleich zum METI bzw. zur NEDO, die hauptsächlich mit den Industrieunternehmen zusammenarbeiten, liegt der Fokus des MEXT auf der Zusammenarbeit mit universitären Forschungseinrichtungen. Council for Science, Technology and Innovation Der Council for Science, Technology and Innovation (CSTI) ist das strategische Regierungsgremium Japans, welches für die Entwicklung und Koordinierung einer einheitlichen STI-Politik 12 in allen relevanten Wirtschaftssektoren zuständig ist. Diese wird in regelmäßigen „Science and Technology Basic Plans“ formuliert.13 Der CSTI ist dem Kabinett der japanischen Regierung zugeordnet und agiert als eine Beratungsstelle zwischen dem Premierminister und den für die STI-Politik zuständigen Ministerien, einschließlich METI und MEXT. Ferner führt der CSTI die Evaluierung großskaliger Forschungsprojekte durch (Cabinet Office 2015a). Zu den Schwerpunktthemen des CSTI gehört unter anderem der Energiebereich. So erstellte der CSTI im Jahr 2016 die „National Energy and Environment Strategy for Technological Innovation towards 2050“ (CSTI 2016) – einen Strategieplan für Technologieentwicklung im Energie- und Umweltbereich. Hervorzuheben ist zudem das ressortübergreifende Programm zur Innovationsförderung (Crossministerial Strategic Innovation Promotion Program – SIP). Für das Programm wurden insgesamt vier prioritäre Technologiefelder definiert: Energie, Zukunftsinfrastruktur, regionale Ressourcen und Gesundheit. Für die ersten drei Felder gründete der CSTI zehn Spezialprogramme. Diese werden von ausgewählten Vertreterinnen und Vertreter aus Wirtschaft und Wissenschaft (Toyota Motor Corporation, Mitsubishi Electric Corporation, University of Tokyo und Kyoto University) geleitet (Cabinet Office 2015b). Das Ziel dieser Programme ist es, die Entwicklung innovativer Technologien entlang des gesamten

Das erste Vorhaben, das so genannte Smart-Community-Demonstrationsprojekt, startete im September 2015 in Speyer (ECOS 2015). 11 Das Projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ist ein internationales Pilotvorhaben zur Kernfusion. 12 STI steht für Science, Technology and Innovation – Wissenschaft, Technologie und Innovation. 13 Aktuell gilt der 5. Plan von 2016 (Cabinet Office 2016).

Innovationspfads – von der Grundlagenforschung bis zur Markteinführung – zu unterstützen. enorme Investitionen erfordert, ist Japan gleichzeitig das einzige Land weltweit, das diesen Technologiepfad so gezielt verfolgt. Sollten sich die Absatzmöglichkeiten von Hochtechnologieprodukten künftig nur auf den heimischen Markt beschränken, könnten die international tätigen Mischkonzerne Japans den Anschluss an die globalen Märkte verlieren. So zeigten sich zuletzt gerade die Industrieakteure als treibende Kraft hinter den internationalen Kooperationen in der Wasserstoffforschung. Hydrogen Council Der Hydrogen Council ist eine Gruppe von heute 39 Unternehmen (Stand: Oktober 2018) aus den Bereichen Energie, Transport und Industrie, die im Januar 2017 im schweizerischen Davos gegründet wurde. Das Ziel dieser Gruppe ist es, den Wasserstoff als bedeutenden Energieträger für die Transformation der Energiesysteme weltweit zu etablieren (Hydrogen Council 2018a). Toyota gehört zu den Gründungsmitgliedern des Hydrogen Council und hat die Initiative anfangs stark vorangetrieben (Handelsblatt 2017). Derzeit agiert der Council als ein internationales Beratungsgremium zu Fragen rund um Wasserstoff. So erstellt es umfassende Studien wie z. B. „Hydrogen Meets Digital“ (Hydrogen Council 2018b), organisiert Veranstaltungen zum Thema Wasserstoff und ist die Stimme der interessierten Industrie in internationalen Gremien wie zum Beispiel beim „Clean Energy Ministerial“ im Mai 2018 (Hydrogen Council 2018c). Somit entwickelte sich der Hydrogen Council in kurzer Zeit zu einer globalen Interessenvertretung für Wasserstofftechnologien. Zusammenarbeit zwischen NEDO und der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Im Mai 2010 unterzeichneten die NEDO und die deutsche Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW GmbH) ein Memorandum of Understanding zur Förderung von Wasserstoff-

und

Brennstoffzellentechnologien

(NEDO/NOW

2010).

Seitdem

haben

beide

Organisationen bereits mehrere gemeinsame Vorhaben durchgeführt, unter anderem internationale Workshops zum Thema Wasserstoff (NOW 2015, NOW 2018). Außerdem war die NEDO in Zusammenarbeit mit der NOW GmbH am Aufbau einiger Wasserstofftankstellen in Deutschland beteiligt (Ohira 2018).

Technologische Schwerpunkte der Energieforschung Die Etablierung einer „Wasserstoffgesellschaft“ (Hydrogen Society) im Einklang mit der „Basic Hydrogen Strategy (2050)“ stellt einen übergeordneten Schwerpunkt der japanischen Energieforschung dar. Ein wichtiges Zwischenziel ist dabei, bei den Olympischen Spielen 2020 in Tokyo Demonstrationsprojekte

für

eine

Wasserstoffgesellschaft

vorzustellen.

Einzelne

prioritäre

Technologiefelder leiten sich aus den Zielen der Wasserstoffstrategie ab oder haben einen klaren Bezug zu ihnen. Für die Realisierung der Wasserstoffstrategie hat das japanische Wirtschaftsministerium METI drei Voraussetzungen definiert (METI 2018). Auf der Angebotsseite sind es die Erschließung günstiger Bezugsquellen und die Etablierung internationaler Lieferketten, auf der Nachfrageseite die Entwicklung von Technologien für die Massenanwendungen (einschließlich Strom, Wärme, Mobilität und

Industrieprozessen). Diese drei Komponenten – Erzeugung, Transport (einschließlich Speicherung) und Nutzung von Wasserstoff – stellen somit die prioritären Forschungsfelder der japanischen Wasserstoffstrategie dar.

Wasserstofferzeugung Bei der Umsetzung seiner Wasserstoffstrategie setzt Japan in erster Linie auf Wasserstofferzeugung aus fossilen Energieträgern (vor allem Braunkohle) in Kombination mit CCS. Als potenzielles Exportland kommt dabei insbesondere Australien in Frage. Langfristig soll der Übergang auf die erneuerbare Erzeugung mittels Elektrolyse stattfinden. Obwohl im ersten technologischen Pfad CO2-Emissionen freigesetzt und anschließend gelagert werden, bezeichnet die japanische „Basic Hydrogen Strategy“ das Endprodukt beider Prozesse als „CO2-freien Wasserstoff“. Kohlevergasung zur Wasserstofferzeugung Bereits seit Anfang der 2000er Jahre wird in Japan mit staatlicher Unterstützung die Forschung und Entwicklung zu Kohlevergasungstechnologien vorangetrieben. Darunter fallen drei Technologien mit jeweils unterschiedlichen Wirkungsgraden: Advanced Ultra-super Critical Steam Condition (A-USC), Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC) und Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle (IGFC). Die IGFC-Technologie gilt dabei als die effizienteste und befindet sich sowohl in Japan als auch weltweit noch in der Entwicklungsphase. Das Produkt der Vergasung, SynGas, kann entweder direkt zur Stromerzeugung oder auch zur Erzeugung von Methan und Wasserstoff eingesetzt werden. Kohlevergasung zur Erzeugung von Wasserstoff ist allerdings zum heutigen Zeitpunkt kein weltweit verbreiteter bzw. etablierter Prozess (GSTC 2018). Als Vorreiter in der Implementierung von Vergasungstechnologien gilt derzeit China. Dort werden vor allem IGCC-Vergasungsanlagen in erster Linie zur Erzeugung chemischer Produkte auf Basis von Ammoniak und Methanol eingesetzt. Die ersten japanischen IGCC-Anlagen gingen dort 2013 und 2014 in Pilotbetrieb. 14 Insbesondere seit 2014 wird in der japanischen Energieforschung zudem den Einsatzmöglichkeiten der IGCC-Technologie im Ausland in Kombination mit CCS eine zunehmende Bedeutung beigemessen (NEDO 2015). Hydrogen Energy Supply Chain - Demonstrationsprojekt in Latrobe Valley, Australien Die Hydrogen Energy Supply Chain (HESC) ist ein Demonstrationsprojekt zur Etablierung einer Wasserstofflieferkette zwischen dem Bundesstaat Victoria in Australien und Japan. Wie Abbildung 13 zeigt, soll der Wasserstoff mittels Kohlevergasung vor allem in Australien hergestellt werden.15 Der Transport soll anschließend in verflüssigter Form (-253 ° C) erfolgen. Das Projekt startete im April 2018 und wird durch ein von Kawasaki Heavy Industries geführten Industriekonsortium umgesetzt (Hydrogen Council 2018d). Neben der Unterstützung durch die NEDO bekommt die HESC eine finanzielle Förderung von der Regierung des Bundestaates Victoria in Höhe von 100 Millionen US-Dollar (ca. 87 Millionen Euro) (ABC 2018).

Ein Projekt mit „Air-blown IGCC“-Technologie in Nakoso (2013) und das „EAGLE Project” mit „Oxygen-blown IGCC“-Technologie in Fukuoka (2014). 15 Dies ist vor allem in Teilen der australischen Bevölkerung umstritten (Financial Times 2018b) 14

Das Ziel der Pilotphase des Projekts ist es, bis 2021 die Kommerzialisierung der IGCC-Technologie für die Wasserstofferzeugung zu erreichen und technische Machbarkeit der Wasserstofflieferungen zwischen beiden Ländern zu demonstrieren. Erst dann soll die Entscheidung über den kommerziellen Weiterbetrieb

getroffen

werden.

Falls

diese

positiv

ausfällt,

ist

eine

Ergänzung

des

Kohlevergasungsprozesses durch CCS vorgesehen (HESC 2018).

Abbildung 13: Darstellung der geplanten Wasserstofflieferkette zwischen Australien und Japan (Kawasaki Heavy Industries 2018).

Exkurs II: Carbon Capture and Storage (CCS) in der Wasserstoffstrategie Japans Die unterirdische Speicherung von Wasserstoff ermöglicht es gemäß der Wasserstoffstrategie Japans, die CO2-Neutralität der Wasserstoffherstellung aus fossilen Energieträgern zu gewährleisten. Aus diesem Grund gehört CCS zu den prioritären Technologiefeldern im Rahmen der „National Energy and Environment Strategy for Technological Innovation towards 2050“ (CSTI 2016). Dabei stehen insbesondere die Exportmöglichkeiten der CCS-Technologien im Fokus, da die CCS-Anlagen zukünftig weltweit an Standorten der Wasserstofferzeugung eingesetzt werden sollen. So führt beispielsweise das METI neben inländischen F&E-Aktivitäten auch ein weltweites Monitoring zur Identifizierung potenzieller CO2-Lagerorte durch (METI 2018). Tomakomai CCS-Demonstrationsprojekt Das Tomakomai CCS-Demonstrationsprojekt in Hokkaido stellt den State of the Art der japanischen CCS-Forschung dar. Das vom METI geförderte Projekt wird von einem Industriekonsortium namens Japan CCS Co. Ltd. durchgeführt. Das Konsortium besteht aus 35 japanischen Industrieunternehmen einschließlich Energieversorgern, Anlagenbauern sowie Stahl- und Chemieproduzenten. Das Projekt startete im Jahr 2012 und ist auf acht Jahre angelegt. Ziel ist es, ein systemisches CCSKonzept – von der CO2-Produktion bis zur Einspeisung – unter realen Bedingungen zu testen, um so

nach 2020 die Implementierung von CCS-Technologien im industriellen Maßstab zu ermöglichen (Tanaka et al. 2014). Nach Abschluss der Bauphase der Demonstrationsanlage hat das Konsortium im April 2016 mit der Einspeisung von CO2 in zwei Reservoirs vor der Küste von Hokkaido begonnen (Takinoue Formation und Moebetsu Formation). Die CO2-Quelle stellte dabei die Wasserstoff-Produktionsanlage einer Raffinerie im Hafen von Tomakomai dar. 2018 wurde die CO2-Einspeisung gestoppt, um ein Monitoring zu den geologischen Auswirkungen der CO2-Speicherung zu starten (Tanaka et al. 2017).

Photovoltaik und Floating Offshore-Wind Aufgrund der bereits geschilderten geografischen Bedingungen Japans und den damit verbundenen Fragen der gesellschaftlichen Akzeptanz gegenüber Landschaftsveränderungen wird in Japan unter den erneuerbaren Energiequellen der Entwicklung von PV-Anlagen und Floating Offshore-Wind aktuell die größte Bedeutung zugemessen. Während die PV-Technologie bereits seit der Gründung der NEDO im Jahr 1980 zu den prioritären Feldern der japanischen Energieforschung gehört (NEDO 2018), ist der Forschungsfokus auf Floating Offshore relativ neu (Carbon Trust 2018). Zusammen mit Photovoltaik sollen die Offshore-Wind-Potenziale künftig sowohl für die direkte Stromerzeugung als auch im Sinne der Wasserstoffstrategie vollumfänglich erschlossen werden. PV-Systeme Im Rahmen der aktuellen Strategie Japans zur PV-Entwicklung „NEDO PV Challenges“ aus dem Jahre 2014 werden F&E-Projekte unter anderem mit industrieller Beteiligung gefördert. Eine Besonderheit ist dabei der systemische Ansatz dieser Projekte. Im Fokus stehen nicht mehr die Solarmodule als Einzeltechnologien16, sondern die PV-Systeme als Ganzes. So erfahren beispielsweise das Recycling von PV-Modulen sowie die Sicherheit und Robustheit von integrierten Solar-Systemen gegenüber extremen Witterungsbedingungen eine wichtige Bedeutung in „NEDO PV Challenges“. Das Strategiepapier setzt zudem konkrete Ziele in Bezug auf die Reduktion der Stromgestehungskosten von Solar-PV: 14 Yen (ca. 0,11 €) pro kWh bis 2020; 7 Yen (ca. 0,055 €) pro kWh bis 2030 (NEDO 2016). Aktuell liegen die durchschnittlichen Stromerzeugungskosten der erneuerbaren Energieanlagen mit 18 Yen pro kWh allerdings noch wesentlich höher (REI 2017). Floating Offshore-Wind Demonstrationsprojekt „Fukushima Forward” Im Juli 2018 wurde die letzte der insgesamt drei schwimmenden Windturbinen mit einer Kapazität von 5 MW am Demonstrator „Fukushima Forward“ in Betrieb genommen.17 Die Gesamtkapazität des nach dem Hywind Scotland-Windpark (30 MW) weltweit zweiten schwimmenden Windparks beträgt 14 MW (EU-Japan Center 2018). Mit dem erfolgreichen Projekt ist Japan heute neben Schottland und Portugal eines der führenden Länder auf dem Gebiet der Floating-Offshore-Technologie.

16 17

Diese stellten zwischen 2008 und 2014 den Schwerpunkt der Forschung dar. Die ersten Turbinen gingen 2013 (2 MW) und 2015 (7 MW) in Betrieb.

Das Demonstrationsprojekt wurde mit insgesamt über 470 Millionen Euro vom METI gefördert. Die Durchführung übernahm ein Konsortium aus japanischen Unternehmen und wissenschaftlichen Organisationen, das vom Mischkonzern Marubeni geleitet wurde (EU-Japan Center 2018). Trotz der erfolgreichen Implementierung offenbarte das „Fukushima Forward“-Demonstrationsprojekt die mit schwimmenden Plattformen verbundenen technologischen Herausforderungen sowie die enormen Entwicklungs- und Installationskosten, die in extrem hohen Stromgestehungskosten resultieren. Mehr Forschung und Entwicklung wird deshalb notwendig sein, um das ursprüngliche Ziel Japans – 1 GW Floating Offshore bis 2020 – zu einem gegebenenfalls späteren Zeitpunkt zu erreichen (EU-Japan Center 2018).

Wasserstofftransport und -speicherung Wasserstoff

ist

ein

hochgradig

flüchtiges

und

explosives

Gas.

bilden

die

sichere

Wasserstoffspeicherung und der sichere Transport zwei weitere wesentliche Schwerpunkte der japanischen Energieforschung. Dieser Bereich umfasst sowohl die Technologien für den inländischen als auch den internationalen Transport, wobei gerade der zweite Punkt eine größere Herausforderung darstellt und deshalb im Vordergrund insbesondere der industriellen Forschung steht. Aktuell werden von zwei führenden Mischkonzernen Japans – Kawasaki Heavy Industries und Chiyoda Corporation – zwei konkurrierende Konzepte zur Wasserstoffspeicherung und zum Transport vorangetrieben. Beide Konzepte werden von der NEDO gefördert und verfügen über jeweilige Vor- und Nachteile. Chemische Wasserstoffspeicherung – SPERA Hydrogen Process (Chiyoda Corporation) Der Ansatz der Chiyoda Corporation, der sogenannte SPERA Hydrogen Process, basiert auf der Nutzung

eines

chemischen

Wasserstoffspeichers,

nämlich

eines

flüssigen

organischen

Wasserstoffträgers, der als Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) bezeichnet wird. Im ersten Schritt wird Wasserstoff an das flüssige Trägermaterial Toluol mittels einer katalytischen Reaktion (Hydrierung) gebunden, wodurch Methylcychlohexan (MCH) entsteht. In dieser flüssigen Form besitzt Wasserstoff dieselähnliche Eigenschaften, was die Nutzung bestehender TransportInfrastrukturen wie zum Beispiel des internationalen Schiffsverkehrs mit Öltankern erlaubt. Die LOHCFlüssigkeit ist chemisch stabil und kann über große Distanzen sicherer transportiert werden als reiner Wasserstoff, der hochexplosiv ist. Am Verbrauchsort wird der gespeicherte Wasserstoff aus dem flüssigen Trägermaterial mittels einer katalytischen Reaktion wieder freigesetzt. Ein wesentlicher Nachteil dieses Ansatzes sind die einerseits hohen Wärmeemissionen im Zuge der Hydrierung und der andererseits ebenfalls hohe Wärmeeinsatz zur Freisetzung des Wasserstoffs (siehe Abbildung 14), was sich negativ auf Effizienz bzw. Wirkungsgrad des gesamten Prozesses – von der Hydrierung des Wasserstoffs bis zu dessen Nutzung am Verbrauchsort – auswirkt. Der exotherme Prozess der Hydrierung und der endotherme Prozess der Dehydrierung finden insbesondere im Fall von globalen Lieferketten (siehe Exkurs III) an weit voneinander entfernten Orten statt, so dass eine Kreislaufnutzung der freigesetzten Wärme nicht möglich ist. So geht bis zu einem Drittel der gesamten

Wasserstoffenergie im Gesamtprozess verloren. Deshalb ist die Chiyoda Corporation an internationalen Kooperationen zur besseren Erforschung dieser kritischen Effizienzfrage interessiert.

Abbildung 14: Der SPERA Hydrogen Process mit erneuerbarem Strom (Chiyoda Corporation 2018).

Die SPERA-Technologie soll im Rahmen des Demonstrationsprojekts Advanced Hydrogen Energy Chain Association for Technology Development (AHEAD) in der Praxis erprobt werden. AHEAD ist ein Projekt zur Etablierung einer Wasserstofflieferkette zwischen Brunei und Japan, das 2017 gestartet ist. Der Wasserstoff soll in Brunei im Prozess der Erdgasreformierung hergestellt werden. Der Einsatz von CCS ist dabei nicht geplant. Aktuell befindet sich das Projekt in der Bauphase. Die ersten Wasserstofflieferungen zwischen Brunei und Japan sind für 2020 geplant. Das angestrebte Gesamtvolumen der Lieferungen beträgt 210 Tonnen, was der Betankung von ca. 40.000 Brennstoffzellenfahrzeugen entspricht (AHEAD 2018). Wasserstoffverflüssigung – Liquified Hydrogen – LH2 (Kawasaki Heavy Industries) Ein Alternativansatz, der in erster Linie von Kawasaki Heavy Industries vorangetrieben wird, ist die Verflüssigung von Wasserstoff unter extrem niedrigen Temperaturen von -253 °C. Durch die Verflüssigung wird der Wasserstoff auf 1/800 seines Gas-Volumens verdichtet, was den Transport entsprechend großer Mengen erlaubt. Ein weiterer Vorteil ist die Reinheit des Wasserstoffs, der nach Rückführung in den gasförmigen Zustand am Verbrauchsort ohne weitere Prozessschritte, z. B. zur Versorgung von Wasserstofftankstellen oder zum Betrieb von Turbinen, direkt eingesetzt werden kann. Der Prozess der Verflüssigung von Wasserstoff ist ebenfalls energieintensiv. Eine wesentlich größere Herausforderung dieses Ansatzes stellen allerdings die Anforderungen an die entsprechende Infrastruktur für den verflüssigten Wasserstoff dar, einschließlich der Wasserstofftanker für den internationalen Transport und Lkw-Container für den Inlandstransport. Auch wenn die Expertise aus dem LNG-Sektor aufgrund einiger ähnlicher Eigenschaften der beiden Gase hierbei angewendet werden kann, ist der Transport verflüssigten Wasserstoffs aufgrund seiner explosiven Eigenschaften ein bisher unbekanntes Gebiet. Zugleich

ergreift

Japan

die

Möglichkeit,

die

aktuell

noch

fehlenden

internationalen

(Sicherheits-)Standards in diesem Bereich zu definieren. So arbeitet derzeit Kawasaki an der

Entwicklung des weltweit ersten Wasserstofftankers – eines „LH2 Cargo Ships“. Vor diesem Hintergrund hat die „International Maritime Organization“ (IMO) auf Initiative Japans im November 2017 das weltweit erste Demonstrationsprojekt zum Wasserstofftransport in verflüssigter Form zwischen Japan und Australien genehmigt (Kawsaki 2018). Der Projektbeginn ist für die Jahre 2020/2021 geplant (HESC 2018).

Technologien zur Wasserstoffnutzung Auf der Nachfrageseite erfordert die angestrebte Umstellung der japanischen Wirtschaft auf Wasserstoff eine Implementierung innovativer Wasserstofftechnologien und die Umrüstung der bestehenden Anlagen über alle Sektoren hinweg. Dazu gehören zum Beispiel Retrofit-Maßnahmen für Gaskraftwerke. Bei einer erfolgreichen Umsetzung wirken diese Maßnahmenwie ein sektorenübergreifendes Programm der Infrastrukturmodernisierung, das u. U. – genau wie die deutsche Energiewende – zu positiven Wirtschaftseffekten führen kann (BCG/Prognos 2018). Der aktuelle Schwerpunkt liegt vor allem aus zwei wesentlichen Gründen auf dem Mobilitätssektor. Einerseits kann die Verfügbarkeit attraktiver Fahrzeugmodelle die Inlandsnachfrage Japans nach Wasserstoff ankurbeln und dadurch positive Übertragungseffekte auch in anderen Sektoren erzielen (Hydrogen Council 2017). Andererseits schafft Japan mit dem weltweit ersten Serienfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb eine internationale Sichtbarkeit für seine Wasserstoffstrategie – ein zentraler Punkt für den Erfolg der Gesamtstrategie und die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit japanischer Hersteller auf den internationalen Märkten. Mobilität mit Brennstoffzelle – der Toyota Mirai Sein erstes Brennstoffzellenfahrzeug entwickelte Toyota in einer Testserie von insgesamt 100 Autos im Jahr 2008 (Yoshida/Kojima 2015). Seitdem lag der Forschungsschwerpunkt auf der Erhöhung der Energiedichte der Brennstoffzellen, der Erhöhung der Reichweite und der Reduzierung der Tankzeiten. Mit dem Toyota Mirai, der 2014 in Japan, 2015 zunächst in den USA und anschließend in Europa auf den Markt kam, gelang es Toyota, diese Ziele zu erreichen. Mit einer Reichweite von rund 550 km benötigt das Auto drei bis fünf Minuten für eine Volltankung (Toyota 2018a) und ist somit in seinem Nutzungsprofil mit einem konventionellen Auto vergleichbar. Toyota deckt die gesamte Wertschöpfungskette einschließlich der Brennstoffzellenherstellung innerhalb des Konzerns ab. Zurzeit werden in der Fertigungsstätte Motomachi Plant jährlich 3.000 Einheiten per Handarbeit hergestellt. 2020 plant Toyota, auf eine automatisierte Produktion umzusteigen und dadurch das jährliche Produktionsvolumen zu verzehnfachen. Die Automatisierung der Herstellungsprozesse wird aller Voraussicht nach ebenfalls zu einer Reduktion der Herstellungskosten beitragen. In den vier Jahren seit der Markteinführung wurden weltweit rund 6.400 Mirai-Fahrzeuge verkauft, mehr als die Hälfte von ihnen in Nordamerika. In Europa ist die Mirai-Marke mit knapp über 320 Fahrzeugen bislang wenig vertreten. Japan gilt mit über 2.300 Fahrzeugen als zweitgrößter Markt für Brennstoffzellenfahrzeuge nach Nordamerika.18 2020 sollen 20.000 Brennstoffzellenfahrzeuge auf den

Konzerninterne Verkaufszahlen von Toyota. Stand: Oktober 2018.

Straßen Japans unterwegs sein (Toyota 2018b). Diese stehen aktuell etwa vier Millionen jährlichen konventionellen Neuzulassungen gegenüber (JAMA 2017). Ein wesentlicher Grund für die bislang niedrigen Verkaufszahlen ist neben dem derzeit mangelhaften Infrastrukturausbau vor allem der hohe Verkaufspreis, der in Europa bei ca. 80.000 Euro liegt (Zeit Online 2017). Die Reduzierung der Brennstoffzellenkosten gehört deshalb zu den derzeitigen Prioritäten der Konzernforschung von Toyota. Dieses Ziel ist auch in der Wasserstoffstrategie Japans festgehalten (Toyota 2018b; METI 2017).19 Wasserstoff-Gasturbinen zur Strom- und Wärmeerzeugung Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von Erdgas und Wasserstoff bedarf es der Entwicklung wasserstofftauglicher Gasturbinen und innovativer Retrofit-Maßnahmen für die bestehenden Turbinen, um eine Strom- und Wärmeerzeugung mit Wasserstoff zu ermöglichen. Die Forschung zu diesen Themen ist, ähnlich wie bei den bereits genannten Schwerpunkten, in den Technologiekonzernen Japans konzertiert. Die Wasserstoffstrategie hat das Ziel, eine Kommerzialisierung der WasserstoffStromerzeugung bis 2030 zu erreichen (METI 2017). Brennkammertechnologie für Wasserstoff-LNG-Brennstoffmix Wie bei den meisten Transformationsprozessen stellt sich auch in Japan die Frage zum Weiterbetrieb von Bestandsanlagen. Die Brennkammertechnologie von Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS) erlaubt deren Weiterbetrieb mit erhöhter Beimischung von Wasserstoff ohne weitgehende technologische Anpassungen (MHPS 2018). Die Brennkammer wird mit einem Brennstoffmix aus 70 Prozent LNG und 30 Prozent Wasserstoff versorgt. Die CO2-Emissionen können dabei um zehn Prozent im Vergleich zum reinen LNG-Betrieb reduziert werden. Bei einer Beimischung von Wasserstoff von bis 20 Prozent können laut MHPS die Bestandsanlagen ohne jegliche Retrofit-Maßnahmen weiterbetrieben werden. Wasserstoffbetriebene Kraft-Wärme-Kopplung-Anlage Im April 2018 wurde auf der künstlichen Port-Insel in Kobe ein zweitägiger Testbetrieb einer wasserstoffbetriebenen Kraft-Wärme-Kopplung-Anlage (KWK) im Rahmen eines NEDO-geförderten Projekts durchgeführt. Nach Angaben der NEDO war es zu diesem Zeitpunkt die weltweit erste Demonstration einer Strom- und Wärmeversorgung durch eine zu 100 Prozent mit Wasserstoff betriebene Gasturbine (NEDO 2018b).20 Mit einer Kapazität von 1 MW kann die installierte Gasturbine zwischen Wasserstoff und Erdgas wechseln („fuel switch“). Es ist geplant, weitere Betriebstests durchzuführen, um mehr Daten zur Turbinenleistung (u. a. Drehgeschwindigkeit, Druck) für die weitere Optimierung der Technologie zu erhalten.

Das in der Wasserstoffstrategie anvisierte Ziel sind 80.000 Yen (rund 600 Euro) für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle. 20 In Deutschland entstand die erste wasserstoffbetriebe KWK-Anlage im September 2018 (Energate 2018).

Weitere relevante Themen Japan verfolgt bereits seit mehreren Jahren die Kernfusion als wichtiges Forschungsthema. Dieser Forschungsschwerpunkt entstand nicht zuletzt aufgrund der starken Fokussierung Japans auf die Kernenergie und ist heute im fünften Science and Technology Basic Plan (2016) festgehalten (Cabinet Office 2016). Genau wie China und Südkorea ist Japan am internationalen Projekt ITER beteiligt, führt aber parallel dazu das ITER-Begleitprojekt „Fusion for Energy“ mit der Europäischen Union durch (F4E 2018). Zudem verfolgt Japan die Entwicklung eines eigenen Demonstrationsreaktors. Dieser soll nach der Inbetriebnahme des Experimentierreaktors von ITER (geplant für 2035, aktuell allerdings sieben Jahre hinter dem Zeitplan) einen nächsten Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung der Fusionstechnologie darstellen. Der Demonstrationsreaktor soll über eine Kapazität von 100 MW verfügen. Dabei setzt Japan auf den Reaktortyp Tokamak. Die Forschungsstrategie für die Entwicklung des Demonstrators ist in der DEMO Reactor Development Roadmap festgehalten (Matsuura 2018). Ein wichtiges Ziel der japanischen Fusionsforschung ist es, die enorme Komplexität des Reaktors zu reduzieren, da diese einen zentralen Kostentreiber sowohl der derzeitigen Entwicklung als auch voraussichtlich des zukünftigen Reaktorbetriebs darstellt.

Zwischenfazit Die Energieforschung Japans orientiert sich stark an den Zielen der Wasserstoffstrategie und ist in diesem Sinne eng und fokussiert. Innerhalb der Strategie werden alle Technologien bzw. technologischen Konzepte und Energieerzeugungsarten in Betracht gezogen. Die Kosteneffizienz und die Reduzierung der Importabhängigkeit von fossilen Energieträgern (vor allem Öl) stehen dabei im Fokus. Ein weiterer Schwerpunkt liegt zudem auf dem Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit der japanischen Industrie und der Erschließung potenzieller Märkte für Wasserstofftechnologien. Vor dem Hintergrund der genannten Prioritäten ist die japanische Energieforschung strategisch und langzeitorientiert aufgestellt. Die Energieforschung Japans hat einen stark systemischen Charakter. So werden Projekte von der Grundlagenforschung bis zur gezielten Markteinführung sowohl innerhalb Japans als auch im Ausland gefördert. Die anwendungsorientierte und experimentelle Forschung und Entwicklung finden dabei überwiegend in den japanischen Technologiekonzernen statt, welche sowohl die Umsetzung der Vorhaben als auch die Begleitforschung übernehmen. In ihren Forschungsaktivitäten werden die Unternehmen meist von der Regierung unterstützt, insbesondere insofern die Forschungsprojekte der Umsetzung der Wasserstoffstrategie dienen. Die Grundlagenforschung ist hingegen stark in den universitären Einrichtungen konzertiert. Dadurch entsteht in der Energieforschung Japans eine relativ strenge Aufgabenteilung zwischen Wirtschaft und Wissenschaft. Die Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft, Wissenschaft und Politik ist überwiegend hierarchisch („TopDown“) organisiert. Die Regierung gibt eine starke Linie vor, die zumindest in der Außenkommunikation von allen relevanten Akteuren unterstützt und getragen wird. Dies schafft ein sehr homogenes Bild der japanischen Energie- und Energieforschungsstrategie für außenstehende Betrachter.

Im Rahmen des „Top-Down“-Ansatzes gestaltet sich die Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft und Politik als eine starke Partnerschaft mit vielen gegenseitigen Abhängigkeiten. So entsprechen zentrale Forschungsschwerpunkte der Unternehmen meist den Zielen der Regierungsstrategie. Im Gegenzug gewährt die Regierung eine großzügige Förderung für risikoreiche Demonstrationsprojekte und für die Markteinführung neuer Produkte. Die starke Einbeziehung der Industrie in die Umsetzung und zum Teil sogar die Ausgestaltung der Wasserstoffstrategie hat vor allem das Ziel, Wertschöpfung im eigenen Land zu sichern.

Südkorea Strukturen der Energieforschung Im Vergleich zur Größe des Landes misst Südkorea der Forschung und Entwicklung im Energiebereich einen großen Stellenwert zu. Die staatlichen Ausgaben für Energieforschung sind in den vergangenen Jahren stetig gestiegen und erreichen mit knapp 1,2 Milliarden US-Dollar einen der höchsten Werte unter den OECD-Staaten (Yonhap 2018). Bei der fokussierten Entwicklung bestimmter Technologien kollaboriert die koreanische Regierung in besonderer Weise mit dem privaten Sektor. Dieser ist vor allem exportorientiert geprägt und unterhält eigene Forschungseinrichtungen.

Institutionen Für die Formulierung und Durchführung energiepolitischer Maßnahmen spielt innerhalb der koreanischen Regierung das Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE) die wichtigste Rolle. Bei der Ausarbeitung von konkreten Strategien, wie der „National Energy Technology Roadmap“ oder der „Green Energy Strategy Roadmap“ bezieht die koreanische Regierung den Privatsektor aktiv mit ein. Gleichzeitig werden die koreanischen Firmen-Konglomerate (chaebol) für die Realisierung großskaliger Forschungsprojekte als vorrangige Investoren benötigt und sind mit ungefähr 50 Prozent der F&EKosten beteiligt (IEA 2012). Die staatlichen Forschungseinrichtungen orientieren sich sowohl an den strategischen Zielen der Regierung als auch an den Schwerpunkten der Exportwirtschaft. Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE) Im MOTIE läuft die Kontrolle für den gesamten Bereich der Energieerzeugung, -effizienz und ressourcen zusammen. Im Stromsektor formuliert das MOTIE alle zwei Jahre die strategische Planung für die kommenden 15 Jahre im „National Plan of Electricity Supply and Demand“. Die Rahmenbedingungen für die Förderung der erneuerbaren Energien in einer 5-Jahres-Periode schreibt das Ministerium im sogenannten „Renewable Energy Act“ fest. Hierbei werden die technische Entwicklung, die Nutzung, Verteilung sowie die künftigen Zielwerte für die Energieerzeugung festgelegt. Ferner bestimmt das MOTIE die geplanten Treibhausgasminderungen und somit die Genehmigung für größere Stromerzeugungsanlagen (GTAI 2018). Die enge Verquickung zwischen öffentlichem und privatem Sektor wurde von der IEA als mögliche staatlich finanzierte Forschung zum Wohle der Marktannäherung und Kommerzialisierung kritisiert (IEA 2012). Seit den Korruptionsskandalen um die ehemalige Präsidentin Park Geun-hye 2017 werden die Verbindungen zwischen den chaebol und der Regierung in Korea kritisch beäugt. Forschungseinrichtungen der Firmenkonglomerate Konglomerate wie Samsung, LG oder SK wie auch große Energieversorgungsunternehmen wie KEPCO unterhalten eigene umfassende F&E-Einrichtungen. Fast alle dieser Institute befinden sich in der Forschungsregion in und um Daejeon. Die mit mehr als 1,5 Millionen Einwohnern fünftgrößte Stadt im Zentrum der Republik Korea zieht seit den 1960er und 1970er Jahren viele Wissenschaftseinrichtungen an. Teilweise werden solche Einrichtungen auch im Ausland betrieben, wie das Beispiel des Entwicklungsstandorts Thalheim (Sachsen-Anhalt) für das koreanische Unternehmen Hanwha Q-Cells zeigt. Die Innovationsforschung ist also Bestandteil der exportorientierten Unternehmensstrategie. So

investiert beispielsweise alleine die SK-Gruppe 225 Millionen US-Dollar jährlich in Forschung und Entwicklung (SKI 2018). In den industriegeführten Forschungseinrichtungen wird der gesamte Innovationsprozess abgebildet. So vereinen beispielsweise die Batterieproduzenten alle Prozesse von der Materialentwicklung über die Gestaltung der Prozesstechnik bis zu detaillierten Fragen der Anwendung in ihren konzerneigenen Forschungsstrukturen. Staatliche Forschungsinstitute Auch einige staatliche Forschungsinstitute beschäftigen sich mit Energieforschung. Das ebenfalls in Daejeon ansässige Korea Institute of Energy Research (KIER) ist das landesweit führende Forschungsinstitut mit dem Fokus auf Energietechnologien. Die Forschungsbereiche umfassen Energieeffizienz, klimafreundlichere Nutzung fossiler Energieträger und Smart Energy. Das Korea Institute of Science and Technology (KIST) ist ein multidisziplinäres Forschungsinstitut in Seoul, das sich seit 1966 mit der Entwicklung innovativer Leittechnologien beschäftigt, die für die Entwicklung des Landes von herausragender Bedeutung sind. Es beherbergt Forschungszentren, unter anderem für Brennstoffzellen, Solarzellen, Energiespeicher und erneuerbaren Energien. Ein europäischer Ableger des KIST wurde in Saarbrücken angesiedelt, um die Kooperationen zwischen Europa und Korea enger zu gestalten.

Internationale Zusammenarbeit Südkorea betreibt eine Vielzahl an bilateralen Forschungskooperationen und steht der internationalen Zusammenarbeit prinzipiell offen gegenüber. Das Land fördert vor allem anwendungsnahe Kooperationen in den Bereichen Solar- und Windenergie, Brennstoffzellen, Bioenergie und Geothermie, die auf deutscher Seite von diversen Fraunhofer- und Max-Planck-Instituten betreut werden (BMBF 2018). Gemeinsame Demonstrationsprojekte mit ausländischen F&E-Instituten gibt es auch zu den Themen Smart Grids und Atomenergie. Der Großteil der internationalen Kooperationen wird mit den koreanischen chaebol durchgeführt. Hierfür stellt die koreanische Regierung ein spezielles Programm für die F&E-Kooperationsprojekte mit einem jährlichen Budget von knapp 20 Millionen US-Dollar bereit (IEA 2012). Ein weiterer Beleg für das internationale Engagement der chaebol sind deren Auslandsinvestitionen. Um die ausländischen Märkte mit ihren Produkten vor allem im Speicherbereich zu bedienen, investieren sie massiv sowohl in neuartige Anwendungen als auch in die Produktion außerhalb Koreas. So unterhält LG Chem seit dem Frühjahr 2018 einen Produktionsstandort für Batteriezellen in Polen (LG Chem 2018a), während Samsung SDI bereits 2017 seine europäische Batteriezell-Fertigung in Ungarn eröffnete (Samsung SDI 2017a). Auch der Batteriehersteller SK Innovation errichtet derzeit einen Produktionsstandort in Ungarn. Wegen der Nähe zu den Automobilherstellern wurde auch Deutschland als Standort für die koreanische Batteriezellfertigung in Erwägung gezogen, letztendlich gaben jedoch die hohen Lohnkosten den Ausschlag gegen die Investition (SKI 2018).

Technologische Schwerpunkte der Energieforschung Mit dem „Renewable Energy 3020-Plan“ verfolgt Südkorea das Ziel, erneuerbare Energien aus ihrem derzeitigen Nischendasein zu hieven und bis 2030 zu einem bedeutenden Bestandteil der koreanischen Energieversorgung werden zu lassen. Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien gewinnen Themen wie die Integration der fluktuierenden Energieerzeugung in das Stromnetz, aber auch Speicherlösungen an Bedeutung. Schwerpunkte der koreanischen Energieforschung sind daher die Stromübertragung und mobile wie auch stationäre Speicheranwendungen. Jüngst wurden Nachrichten publik, dass Korea künftig auch wesentlich stärker auf Offshore-Windenergie setzen möchte (OWJ 2018).

Forschungsfeld I: Batterien (Mobility) Südkorea hat sich in den letzten Jahren eine globale Spitzenposition in der Batterieentwicklung im Mobilitätsbereich erarbeitet. Viele der weltweit größten und führenden Batterieproduzenten haben ihren Sitz auf der koreanischen Halbinsel. Dabei handelt es sich vorrangig um die Technologiesparten der chaebol wie Samsung SDI, LG Chem und SK Innovation, deren Kerngeschäft ursprünglich in anderen Bereichen wie zum Beispiel der Verbraucherelektronik lag. Der Wissensvorsprung aus der Kommunikations- und Unterhaltungssparte stellt heute einen wesentlichen Grund für die Spitzenposition dieser Unternehmen in der Elektromobilitätssparte dar. Die Batterieproduzenten gehen von einem rasant wachsenden Markt für Elektroautos aus. Nach Prognosen von SK Innovation soll die globale Nachfrage nach Batterieleistung bis 2025 auf 365 GWh steigen – zehnmal so hoch wie im Jahr 2017 (SKI 2018). LG Chem geht sogar von einem Marktvolumen von über 450 GWh bis 2025 aus (LG Chem 2018b). Treiber für solche Prognosen sind in erster Linie die Herstellungsquoten für Elektroautos in China, aber auch steigende CO2-Grenzwerte für Fahrzeugflotten in der EU und Elektroauto-Quoten in mehreren Bundesstaaten der USA (SKI 2018). Entsprechend richten die Firmen ihre Konzernstrukturen auf die Bedeutung der Elektromobilität aus: die Budgets

für

die

Batterieforschung

werden

stark

angehoben

und

die

entsprechenden

Technologiesparten ausgeweitet. Während LG Chem im Jahr 2011 circa fünf Prozent der Forschungsausgaben für Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos vorsah, sollen 2026 bereits drei Viertel der F&E-Ausgaben für den Batteriebestand in Fahrzeugen eingesetzt werden (LG Chem 2018c).

Abbildung 15: Prognose für Batterien in Elektrofahrzeugen; EV – Electric Vehicle, PHEV – Plug-In Electric Vehicle, HEV – Hybrid Electric Vehicle (LG Chem 2018c).

Lithium-Ionen-Batterien Im Bereich der bestehenden Lithium-Ionen-Technologie für Autos konzentrieren sich die koreanischen Hersteller auf zwei Entwicklungsfortschritte: die Erhöhung der Reichweite und die Reduktion der Herstellungskosten.

Mit

der

aktuellen

sogenannten

zweiten

Batteriegeneration

kann

ein

Mittelklassewagen eine Reichweite von über 300 Kilometern erreichen. Die dritte Generation soll ab 2021 Distanzen von über 500 km überbrücken können. Zentrale Voraussetzung hierfür ist die Steigerung der Energiedichte der Batterien, die laut LG Chem von aktuell etwa 160 Wh/kg auf 300 Wh/kg erhöht werden kann (Fraunhofer ISI 2015, LG Chem 2018c). Die bereits erreichten Preissenkungen für Lithium-Ionen-Batterien werden in erster Linie Innovationen in der Fertigung zugeschrieben: effizientere Zelldesign-Strukturen, vereinfachte Einbaumechanismen in die Fahrzeuge sowie Automatisierungen bei der Fertigung führten zu einem effizienteren Einsatz der Ressourcen und somit zu sinkenden Preisen. Aber auch langfristige Lieferverträge mit Autoherstellern tragen zur Planungs- und Investitionssicherheit und somit indirekt zur Kostenreduktion bei. Weitere Senkungen der Herstellungskosten sollen unter anderem durch den Übergang zur Massenfertigung erreicht werden. So können beispielsweise bei einer Produktionsmenge von 13 Millionen Batterien pro Jahr die Herstellungskosten im Vergleich zum heutigen Stand etwa halbiert werden (von 200 USD/kWh auf 100 USD/kWh) (LG Chem 2018c). Die

Sicherheit

und

Weiterverwendung

von

Lithium-Ionen-Batterien

stellen

einen

weiteren

Forschungsschwerpunkt dar. So forschen südkoreanische Hersteller an Batterien mit Festelektrolyten und aus Feststoffzellen (sogenannte „Solid State“-Batterien). Feststoffbatterien haben den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien nicht entflammbar sind und besser recycelt werden können. Wenn bereits benutzte Batterien in ein Kreislaufsystem einfließen, können bis zu 95 Prozent des Batteriegewichts wiederverwendet werden (Samsung SDI 2017b). Da die Grenzflächen von Feststoffbatterien in Form von dünnen Schichten gefertigt werden können, erhöht sich mit der Energiedichte auch ihre Lebensdauer.

Batterien mit alternativen Elektrodenmaterialien Sicherheitsrisiken von Lithium-Ionen-Batterien stellen allerdings nicht den einzigen Nachteil dieser bereits relativ etablierten Technologie dar. Weltweit versuchen Batteriehersteller Alternativen für die Rohstoffe Lithium und Kobalt zu finden, um sich unabhängig von diesen seltenen und teurer werdenden Rohstoffen zu machen (siehe BDEW 2018/Bloomberg 2018b).21 Für den Ersatz von Kobalt kommen unter anderem neuartige Lithium-Schwefel- und Lithium-LuftBatterien infrage, die mit geringen Mengen bzw. ohne Kobalt arbeiten. Diese stellen insbesondere für LG Chem einen wichtigen Forschungsschwerpunkt dar (LG Chem 2018c). Mit einer Marktreife dieser neuen Technologien wird allerdings frühestens ab 2030 gerechnet. Andere Hersteller wie SK Innovation oder Samsung SDI versuchen Kobalt durch Nickel zu ersetzen und so die bestehende Lithium-IonenTechnologie zu optimieren (siehe Reuters 2018b/Bloomberg 2018b). Auch für Lithium werden Ersatzrohstoffe gesucht. Prinzipiell eignen sich hierfür Metalle wie Magnesium, Natrium und Aluminium. Aufgrund ihrer niedrigeren Energiedichte sind diese Metalle für stationäre Speicherlösungen besser geeignet als für mobile Anwendungen (BDEW 2018). Darüber hinaus werden sogenannte Metal-Air-Batterien erprobt. Dabei besteht das Kathodenmaterial zum Beispiel aus Magnesium oder Zink. Wie auch bei Lithium-Ionen-Batterien mit Festelektrolyten hat ein fester Elektrolyt den Vorteil, dass die Batterie bei gleichem Gewicht und Volumen mehr Energie speichern kann. Dadurch wird sowohl die Reichweite erhöht als auch ein schnelleres Laden ermöglicht (SZ 2017).

Forschungsfeld II: Stationäre Speicherlösungen Um die volatile Einspeisung durch erneuerbare Energien auszugleichen, treibt Südkorea die Forschung zu stationären Speicherlösungen voran und setzt dabei insbesondere auf Energiespeichersysteme (ESS) auf Basis der Lithium-Ionen-Technologie. ESS sollen künftig helfen Erzeugungsspitzen auszugleichen und Blackouts zu überbrücken. Neben der erhöhten Systemstabilität können hierdurch auch bedeutende Kostensenkungen beim Netzbetrieb erreicht werden, zum Beispiel indem Netzeingriffe

wie

Redispatch-Maßnahmen,

Abschaltungen

von

Erzeugungsanlagen

oder

Einschränkungen des Stromverbrauchs reduziert werden (Seoul National University 2018). Hier steht Südkorea vor ähnlichen Herausforderungen wie Deutschland. Südkorea hat innerhalb kürzester Zeit seine Anstrengungen in diesem Bereich verstärkt und strebt eine großskalige Installation stationärer Speichern an. Solarkraftwerke, die an eine ESS-Anlage gekoppelt sind, werden bis 2020 mit 390 Millionen US-Dollar gefördert (ESN 2016). So stieg die gesamte in ESS gespeicherte Energie zwischen 2013 und 2018 von 30 MWh auf 1,8 GWh, von denen 638 MWh aus Photovoltaik- oder Windenergieanlagen stammen (Korea Bizwire 2018). Bei einer geplanten Kapazität der erneuerbaren Energien in Höhe von 50 GW bis 2030 sind laut einer wissenschaftlichen Studie für einen effizienten Netzbetrieb 100 GWh in ESS notwendig (Seoul National University 2018). Energiespeichersysteme auf Basis der Lithium-Ion-Technologie Aufgrund ihres Wissensvorsprungs in der Lithium-Ionen-Technologie gehören die koreanischen Batteriehersteller zu den führenden Zulieferern von Batterien für ESS-Produzenten, bieten aber auch 21

Mehr als die Hälfte des geförderten Kobalts wird in der politisch instabilen Demokratischen Republik Kongo unter teils menschenunwürdigen Bedingungen und erheblichen Umweltbelastungen abgebaut (BDEW 2018).

eigene ESS-Konzepte an (LG Chem 2018d). Ähnlich wie bei mobilen Batterieanwendungen stellt auch hier die Erhöhung der Energiedichte einen wichtigen Forschungsschwerpunkt dar (ESN 2016). Auf Seiten der Anlagenbauer sind unter anderem Hyundai Heavy Industries und Hanwha Q-Cells im ESS-Bereich aktiv. So entwickelte Hyundai Heavy Industries im Jahr 2017 in Zusammenarbeit mit KEPCO und der Korea Energy Agency ein Energiespeichersystem mit insgesamt 51,5 MWh. Bei einem effizienten Betrieb könnte der Speicher zehn Prozent der gesamten Erzeugungsspitzen abdecken und dadurch signifikante Kosteneinsparungen erzielen (EY 2018). V-KOR Redox-Flow-Batterie Gemeinsam mit dem australischen Partner Protean Energy arbeiten mehrere südkoreanische Firmen und eine Universität an der Entwicklung einer 4 MWh Redox-Flow-Batterie zur lokalen Energiespeicherung. In der sogenannten V-KOR-Batterie wird ein Vanadium-Pentoxid-Gemisch als Elektrolyt eingesetzt. Neu ist zudem die Bauweise der Batterie: Während bei den meisten Redox-FlowBatterien das gesamte System in einer Zelle vereint ist, werden bei der V-KOR-Batterie die einzelnen Zellen in einem Gesamtsystem gesammelt. Dies mindert die Produktionskosten und verbessert die Batterieleistung (Protean Energy 2018).

Abbildung 16: Modell eines V-KOR-Batteriesystems. 1: Elektrolyt-Tanks. 2: Zell-Stacks. 3: Pumpen. 4: Stromumwandlungssystem inklusive Kontrollsystem, IKT, Wechselrichter, elektrische Leitungen etc. (Protean Energy 2018).

Mit diesem neuen Batterietyp soll die Energiedichte des Vanadium-Elektrolyts verdoppelt werden. Das Testprojekt soll die Vorstufe zu einer Massenproduktion für Anwendungen beim Netzbetrieb, im Industrie- und Handelsbetriebe sowie in Windkraftparks bzw. Photovoltaikanlagen sein. V-KORBatteriesysteme sind von 2 kW bis 20 MW beliebig skalierbar (ESN 2018).

Forschungsfeld III: Netze Wie bereits dargestellt, plant Südkorea mit dem „Renewable Energy 3020“-Plan, bis 2030 den Stromanteil der erneuerbaren Energien auf 20 Prozent zu steigern. Eine wichtige Voraussetzung für die Integration der erneuerbaren Energien ist die Aufnahmefähigkeit der Stromnetze. Hierzu hat das Land

in den letzten Jahren mehrere Maßnahmen eingeleitet. Zum einen führt es einige Strommarktreformen durch, wie zum Beispiel die Einführung von Echtzeit-Preissignalen. Zudem sollen Anreize für flexible Strombereitstellungen geschaffen und ein Reservemarkt etabliert werden. Ferner soll ein Kontrollsystem eingerichtet werden, das die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien möglichst in Echtzeit vorhersagt, misst und kontrolliert. Die genannten Maßnahmen sollen im Ergebnis die Stromerzeugung flexibilisieren und die Netze entlasten (KEEI 2018). Auch Smart-Grid-Technologien sollen bei der Integration der erneuerbaren Energien eine zentrale Rolle spielen. Korea investiert derzeit massiv in eine neue Smart-Grid-Infrastruktur, um die Stromübertragung zwischen den Erzeugungszentren im Osten und den Verbraucherzentren im Norden stabil zu halten bzw. zu verbessern. Zu den erfolgreichen Demonstrationsprojekten in diesem Bereich zählt das „Jeju Smart Grid Test Bed Project“. Jeju Smart Grid Test Bed Project Seit 2011 werden auf der koreanischen Insel Jeju verschiedene Smart-Anwendungen erprobt. Das Projekt mit einem Gesamtvolumen von 208 Millionen US-Dollar hat die Regierung gemeinsam mit mehreren Privatunternehmen angestoßen, wobei sich die staatlichen Ausgaben auf 56 Millionen USDollar belaufen. Ziel ist es, Smart-Grid-Technologien in großem Maßstab in Südkorea zu testen und Exportpotenziale für diese Technologien auszuloten. Das sonnige und windige Klima auf der Insel Jeju bietet ideale Voraussetzungen für den Test einer dezentralen Versorgung auf Basis erneuerbarer Energien und einer Verteilung durch Microgrids. Bis 2030 sollen nach und nach alle bestehenden Kraftwerke durch erneuerbare Energieanlagen und alle konventionellen

Autos

durch

Elektrofahrzeuge

ersetzt

werden,

eine

klimaneutrale

Energieversorgung auf der Insel zu etablieren. Zudem wird auf der Insel ein Energiemanagementsystem getestet, das sich auf Smart-Meter-Daten zum Echtzeit-Energieverbrauch und -bedarf stützt. Das Energiemanagement wird über eine ICT-basierte Schaltstelle durchgeführt, die das Zusammenspiel zwischen erneuerbarer Energieerzeugung, übertragung und Elektromobilität regelt. Eine wichtige Rolle kommt den Energiekonsumenten zu. Mit Hilfe eines Infoportals sollen die Verbraucher über verschiedene Endgeräte ihren Energieverbrauch überwachen können. Spezielle Lernprogramme sollen sie dabei schulen, mit dem neuen System umzugehen (GSMA 2012).

Abbildung 17: Smart Grid-Infrastruktur der Insel Jeju (Seoul National University 2018).

Moderne Steuerungssysteme spielen auch auf dem koreanischen Festland eine zunehmend wichtige Rolle. Der größte koreanische Energiekonzern KEPCO setzt zusätzlich zu den eigenen Technologien auf innovative Smart-Grid-Technologien aus dem Ausland. Die so genannten FACTS-Technologien (Flexible Alternating Current Transmission Systems) sollen nicht nur die Netzleistungsqualität erhöhen, sondern auch die Kapazität und Flexibilität von Übertragungssystemen verbessern. Dabei werden mehrere Steuerungssysteme parallel verwendet, um die Leistungsflüsse des Stromnetzes zu steuern. Dies geschieht beispielsweise, indem Kondensatorbatterien die Blind- und Wirkleistungen verändern (ABB 2018a). Moderne Microgrids stehen auch für eine Vision: Auf südkoreanischer Seite wird über die Etablierung von Microgrids in Nordkorea und die Anbindung dieser Microgrids an das südkoreanische Netz als Sofortmaßnahme nachgedacht, sollten sich die beiden Länder im Energiebereich annähern und füreinander öffnen (Seoul National University 2018).

Weitere relevante Forschungsfelder Einen weiteren wesentlichen Forschungsschwerpunkt Südkoreas stellen Technologien für die Kernenergieerzeugung dar. Im Fokus stehen dabei insbesondere die Exportmöglichkeiten dieser Technologien. So sind beispielsweise die südkoreanischen Hersteller derzeit am Bau von vier Reaktoren in den Vereinigten Arabischen Emiraten beteiligt (WNA 2018). Die Forschung und Entwicklung im Kernenergiebereich unterliegt dem Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI 2018). Südkorea ist außerdem im Bereich der Fusionsforschung aktiv und am ITER-Projekt direkt beteiligt. Mit dem KSTAR-Forschungsreaktor (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) leistet das Land einen wichtigen Beitrag zu den internationalen Forschungsbemühungen. Der Forschungsreaktor wurde 2007 fertiggestellt und dient derzeit als Satellit-Projekt des ITER-Reaktors (NFRI 2018).

Zwischenfazit In ausgewählten Technologiebereichen betreibt Südkorea Energieforschung auf höchstem Niveau, insbesondere im Speicherbereich. Zugleich macht derzeit das Land erste Schritte hin zu einer ganzheitlichen Energieforschungsstrategie. Eine von der Regierung vorgegebene Ausrichtung der Energieforschung hatte bis vor relativ kurzer Zeit wenig Gewicht. Vielmehr wurde die Energieforschung (und wird heute zum überwiegenden Teil immer noch) von Technologiekonzernen (chaebol) vorangetrieben. Bemerkenswert ist, dass die chaebol nicht nur den anwendungsorientierten F&EBereich abdecken, sondern auch teilweise in ihren Spezialbereichen in der Grundlagenforschung tätig sind. Diese Konstellation hat zur Folge, dass die südkoreanische Energieforschung relativ wenige Bereiche abdeckt. Im Fokus stehen Produkte, die den führenden Technologiekonzernen Südkoreas aussichtsreiche Exportpotenziale versprechen. Zugleich führte diese enge Fokussierung dazu, dass gerade in diesen ausgewählten Technologiebereichen, wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien, die südkoreanischen Hersteller heute zur Weltspitze gehören. Mit dem „Renewable Energy 3020“-Plan ist ein Umschwenken in der Energieforschungspolitik Südkoreas erkennbar. Mit einer stärkeren Priorisierung der nationalen Schwerpunkte nimmt die Politik eine zunehmend steuernde Rolle ein. So gewinnt zunehmend der Themenbereich Netze, aber auch jener der erneuerbaren Energieerzeugung, insbesondere durch Photovoltaik und Offshore-Windenergie an Bedeutung. In diesen Technologiebereichen ist Südkorea heute auf die Zusammenarbeit mit ausländischen Herstellen angewiesen, da das notwendige Know-how derzeit noch fehlt. Die Energieforschung wird systemischer werden müssen, wenn die neuen Ziele für das Jahr 2030 umgesetzt werden sollen. Es bleibt offen, ob die chaebol die neue Regierungslinie mittragen und eine stärkere Einbeziehung der Wissenschaft in die Umsetzung der Energieforschungspolitik gelingen wird.

III

Ländervergleich

Synthese der Trends und Kooperationsfelder Die in den Kapiteln I und II vorgestellte Analyse der jeweiligen Energiepolitik und Forschungsstrategie in den betrachteten Ländern ermöglicht es, einen Vergleich zwischen China, Japan und Südkorea zu ziehen und potenzielle Kooperationsfelder für Deutschland zu definieren.

Ziele der Energiepolitik und der Energieforschung Obwohl China, Japan und Südkorea sich in vielen Aspekten unterscheiden, vereint diese Länder ein starker Fokus auf Energiesicherheit, Energieunabhängigkeit sowie auf den Erhalt der industriellen Wertschöpfung. Klimaschutz ist dabei kein vorrangiges Ziel in ihren Strategien. Es stellt entweder einen relativ neuen Schwerpunkt dar (Korea), wird nur in langfristiger Perspektive berücksichtigt (Japan) oder ist mit anderen Zielen wie der Verbesserung der Luftqualität und Modernisierung der Wirtschaft verbunden (China). Nichtdestotrotz gewinnt Klimaschutz in allen drei Ländern auch als eigenständiges Thema zunehmend an Bedeutung. Anders als Südkorea verfolgen China und zum gewissen Teil auch Japan dezidiert geopolitische Ziele in ihren Energiestrategien. Diese zwei Länder versuchen, in ihrer Energiepolitik potenzielle globale Entwicklungen zu berücksichtigen und sie sogar durch ihre nationalen Entscheidungen zu beeinflussen. Für China stehen dabei das Ausweiten seines globalen Einflusses und die Stärkung der inländischen Wirtschaftsentwicklung im Vordergrund. Für Japan ist das strategische Handeln durch die Bestrebung nach möglichst höherer Energiesicherheit motiviert, auch wenn es sich mittelfristig weiter von Zulieferländern abhängig macht. Südkorea ist hingegen in seiner Energiepolitik stark marktgetrieben. Die Führungsposition auf den globalen Technologiemärkten hat bislang mehr Gewicht als geopolitische Ziele und nationale Interessen, auch wenn diese im politischen Diskurs präsent sind (z. B. Wiedervereinigung Koreas).

Organisation der Energieforschung Die Energieforschung ist in den betrachteten Ländern durchaus unterschiedlich organisiert. In China ist sie im Vergleich zu Südkorea und Japan am breitesten aufgestellt. Die Energieforschung Japans zeichnet sich hingegen durch ihren starken systemischen Ansatz aus, der in der Wasserstoffstrategie deutlich zum Ausdruck kommt. Südkorea ist ein Beispiel für eine relativ eng aufgestellte, fokussierte Energieforschung, welche eine wesentliche Grundvoraussetzung für die aktuelle Marktführerschaft der südkoreanischen Batteriehersteller darstellt. In Bezug auf die Institutionen liefert Japan mit der NEDO ein Best-Practice-Beispiel für eine zentral organisierte Energieforschung. An der Schnittstelle zwischen Wirtschaft, Wissenschaft und Politik erfüllt die NEDO eine zentrale Koordinierungsfunktion und leistet dadurch einen wichtigen Beitrag zum Technologietransfer aus der Grundlagenforschung in die praktische Umsetzung. In Südkorea stellen die unternehmenseigenen Forschungseinrichtungen eine wichtige Säule der Energieforschung dar. Diese ermöglichen eine Zentralisierung der Forschungsanstrengungen, welche durch die örtliche Konzentration in der südkoreanischen Stadt Daejeon weiter verstärkt wird.

In allen drei Ländern haben Industrieunternehmen eine tragende Rolle in der Energieforschung inne. In Japan und China sind sie Mitgestalter der Energieforschungsstrategien. Während sie in China als Staatsunternehmen mit der Regierung eine Einheit bilden, agieren Industrie und Politik in Japan als gegenseitig abhängige Partner. In Südkorea waren die Unternehmen bislang die Impulsgeber für die Energieforschung und somit in einer aktiven Gestaltungsrolle. Mit dem geschilderten „Renewable Energy 3020“-Plan werden sie ihre Forschungsschwerpunkte stärker an der Regierungslinie ausrichten müssen.

Potenzielle Kooperationsfelder für Deutschland Folgende Felder empfehlen sich für eine Kooperation mit betrachteten Ländern: Technologie Sektorkopplung und Power-to-X

Land China Deutschland als Träger des technologischen und systemischen Knowhows. Wissenschaftskooperationen zur Etablierung des Konzepts der Sektorenkopplung. Ggf. bestehen zukünftige Exportpotenziale für deutsche PtXTechnologien, vor allem Elektrolyse-anlagen (z. B. zur Reduktion der Abregelung von erneuerbaren Erzeugungsanlagen).

Japan Deutschland als Partner in der Implementierung der Sektorkopplung über Wasserstoff.

Südkorea Deutschland als Träger des technologischen und systemischen Know-hows.

Exportpotenziale für deutsche PtXTechnologien, vor allem Elektrolyseanlagen.

Potenzielles Kooperationsfeld ab Mitte 2020er Jahre.

Gemeinsame Forschungsprojekte (Fokus: Industrie) zur Entwicklung von - Brennstoffzellentechnologien, - Wasserstoffturbinen, - Technologien für Wasserstoffspeicherung.

Wissenschaftskooperationen zur Etablierung des Konzepts der Sektorenkopplung bereits heute von Vorteil.

Deutschland als Partner in globalen Wasserstofflieferketten (Know-howTransfer/Austausch für Power-to-Liquid Importe). Netze und Systemintegration der Erneuerbaren

Deutschland als Träger des technologischen Knowhows in Systemintegration.

Deutschland als Träger des technologischen Know-hows im Netzausbau, Smart Grid-Technologien und in Systemintegration.

Exportpotenziale für deutsche Technologien (Anlagenbau, Sensorik, Software).

Wissenschafts- und Wirtschaftskooperationen zur Weiterentwicklung des

südkoreanischen Netzes. Exportpotenziale für deutsche Technologien (Anlagenbau, Sensorik, Software). Mobile und stationäre Speicher

Deutschland als Partner beim Erfahrungsaustausch zu stationären Speichersystemen (u. a. Redox-Flow).

Deutschland als Rezipient des technologischen Knowhows in der Batteriezellfertigung bzw. Importeuer der Technologie (LithiumIonen-Batterien). Deutschland als Partner bei der Fahrzeugproduktion und bei der Entwicklung der nächsten Batteriegeneration.

Wissenschaftlicher Austausch, gemeinsame Forschungsprojekte, ggf. Ansiedlung. Ausbau der erneuerbaren Energien

Wissenschaftlicher Austausch, gemeinsame Forschungsprojekte, ggf. Ansiedlung. Deutschland als Träger des technologischen Know-hows in Offshore-Windenergie, effizienter Photovoltaik und den entsprechenden Fertigungs- und Automatisierungstechnologien. Exportpotenziale für deutsche Technologien. Deutsche Unternehmen als Partner in Offshoreund PV-Projektentwicklung (einschließlich Installation und Wartung).

Deutschland verfügt über Wissensvorsprung Deutschland als gleichberechtigter Partner Deutschland holt Wissen nach

Ergebnisse einer Teilnehmerbefragung Im Nachgang der Fact Finding Mission wurden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer gebeten, einen von acatech und BDI konzipierten Fragebogen22 auszufüllen. Für jedes der drei Länder China, Japan und Südkorea gaben sie auf die folgenden Fragen eine Antwort, die einem Zahlenwert zugeordnet wurde (Skala von 1 bis 5): •

Wie beurteilen Sie die Bedeutung der Industriepolitik in der Energie- und Klimastrategie der Regierung?

•

Wie schätzen Sie die Breite der (staatlichen und privaten) Energieforschung ein?

•

Wie bemessen Sie den möglichen Beitrag zum globalen Klimaschutz des Landes (ausgehend von den heutigen Entwicklungen)?

•

Wie schätzen Sie die Innovationsstärke der Privatwirtschaft ein?

•

Wie beurteilen Sie die Offenheit für Kooperationen mit Deutschland?

Die Ergebnisse dieser Befragung sind in Abbildung 18 abgebildet. Aufgrund der niedrigen Teilnehmerzahl (n=14) sind die Ergebnisse nicht repräsentativ und spiegeln lediglich die subjektiven Meinungen der Teilnehmer wider. Die unten vorgestellte Analyse ist vor diesem Hintergrund zu betrachten.

Abbildung 18: Ergebnisse der Teilnehmerbefragung. An der Befragung nahmen 14 Reiseteilnehmer teil.

Der Fragebogen ist in der Anlage aufgeführt.

Erkennbare Trends China erreicht bei den meisten Punkten die höchste Punktzahl. Abgesehen vom Kriterium „Innovationsstärke der Privatwirtschaft“ erreicht China den Bewertungen die höchste Punktzahl. Besonders bemerkenswert ist, dass China mit deutlichem Abstand der größte mögliche Beitrag zum globalen Klimaschutz zugemessen wird. Möglicherweise ist dies auf die potenziellen globalen Klimaeffekte zurückzuführen, die durch eine Reduktion des aktuellen Energieverbrauchs und des CO2-Ausstoßes Chinas erzielt werden könnten. Ebenfalls auffällig ist die sehr hohe Bewertung Chinas beim Punkt „Breite der Forschung“. Diese Bewertung bekräftigt die Einschätzung, dass China eine „All-of-the-above“-Strategie in seiner Energieforschung verfolgt (s. Kapitel II). Südkorea und Japan zeigen ein ähnliches Profil Die Bewertungen von Südkorea und Japan folgen einem ähnlichen Muster und gehen lediglich bei den Punkten „Bedeutung der Industriepolitik“ und „Innovationsstärke der Privatwirtschaft“ leicht auseinander. Dies kann auf die ähnliche Größe und Geographie (Insel bzw. Halbinsel), und die damit einhergehende isolierte Energieversorgungsstruktur dieser beiden Länder zurückgeführt werden. Die Bedeutung der Industriepolitik in der Energie- und Klimapolitik der Regierung steht im umgekehrten Verhältnis zur Innovationsstärke der Privatwirtschaft. Bemerkenswert ist das umgekehrte Verhältnis zwischen den Kriterien „Bedeutung der Industriepolitik“ und „Innovationsstärke der Privatwirtschaft“. Während China bei der „Bedeutung der Industriepolitik“ den höchsten Gesamtwert bekommt, wird die Innovationsstärke seiner Privatwirtschaft am niedrigsten eingeschätzt. Bei Südkorea verhält es sich genau umgekehrt. Japan bekommt für die beiden Kriterien mittlere Werte. Es ist wichtig anzumerken, dass die Definition von Privatwirtschaft im Fall China schwierig bzw. nicht eindeutig ist, da die meisten forschungsintensiven Unternehmen, inkl. State Grid Corporation of China, in staatlicher Hand sind. Alle drei Länder zeigen eine starke Kooperationsbereitschaft mit Deutschland. Die Offenheit für die Kooperation mit Deutschland wird von den Teilnehmern für alle drei Länder als hoch eingeschätzt. China bekommt dabei die höchste Bewertung.

Implikationen für Deutschland

Aus den Länderanalysen und der Gegenüberstellung der Strategien, Schwerpunkte und Strukturen wurden bereits Kooperationsfelder identifiziert, in denen sich eine Zusammenarbeit mit China, Südkorea und Japan anbietet. Hieraus ergeben sich wiederum Empfehlungen zur Struktur und Priorisierung der Energieforschungspolitik hierzulande.

Strukturelle und strategische Empfehlungen Ein kontinuierliches Monitoring der Energieforschungstrends in G20-Ländern zur Weiterentwicklung des Energieforschungsprogramms der Bundesregierung implementieren Die Erfahrungen der durchgeführten Fact Finding Missions23 haben gezeigt, dass die untersuchten G20Länder (USA, China, Südkorea, Japan) durchaus unterschiedliche Pfade der Technologieentwicklung verfolgen. Dabei sind alle betrachteten Länder mit technologischen Herausforderungen konfrontiert, die durch eine rein nationale Ausrichtung der Energieforschung nicht bewältigt werden können. Zugleich verfügt jedes einzelne Land über seine eigenen Stärken in der Entwicklung von Energieinnovationen, die unter Umständen Einfluss auf die globale Technologieentwicklung und ganz spezifisch auf die Erreichung der Pariser Klimaziele nehmen können. Ein kontinuierliches Monitoring der internationalen Entwicklungen ist deshalb aus vielerlei Hinsicht notwendig. Durch eine Analyse der internationalen Energie- und Klimastrategien und den begleitenden F&E-Anstrengungen lassen sich nicht nur mögliche Kooperationsfelder, sondern auch wesentliche Exportpotenziale für die deutsche Industrie identifizieren. Zugleich hilft ein internationales Monitoring, potenzielle Rückstände Deutschlands in der Entwicklung bestimmter Technologien rechtzeitig zu erkennen und dadurch möglichen Wettbewerbsnachteilen – z. B. durch technologische Allianzen (s. unten) und/oder durch die Intensivierung der nationalen Forschung – frühzeitig vorzubeugen. Letztlich können hierdurch auch Forschungsfelder identifiziert werden, deren sinnvolle Umsetzung internationale Kooperationen erfordern. Eine regelmäßige Analyse der Energieforschungsstrategien der G20-Länder hat das Potenzial, eine Grundlage für wichtige Entscheidungen in der deutschen Energiepolitik zu liefern. Es empfiehlt sich deshalb, ein Instrument zur Durchführung des beschriebenen internationalen Monitorings zu entwickeln und langfristig in das Energieforschungsprogramm der Bundesregierung zu integrieren. Dieses Instrument soll die Erkenntnisse der bestehenden Monitoring-Verfahren der deutschen Energiewende wie das der Expertenkommission „Energie der Zukunft“ (Löschel et al. 2018) oder das EFI-Gutachten (EFI 2018) aufgreifen. Zudem sollen bei der Ausgestaltung des internationalen Monitorings die bereits bestehenden Initiativen zur Etablierung eines vergleichbaren Instruments berücksichtigt werden (Löschel et al. 2017).

Neben der Asien-Reise im März 2018 hat im April 2017 eine Fact Finding Mission in die USA stattgefunden.

Technologische Allianzen fördern und faire Rahmenbedingungen für Joint Ventures mit asiatischen Partnern schaffen Die Vielfalt der heutigen Forschungsfragen, die aus der Komplexität des notwendigen Umbaus der Energiesysteme

entsteht,

macht

eine

Technologieführerschaft

Deutschlands

auf

allen

Forschungsfeldern zugleich nicht möglich. Die Technologieentwicklung soll deshalb trotz nationaler Ambitionen als eine globale Aufgabe betrachtet werden. Bereits die aktuellen Entwicklungen in Deutschland und der EU wie zum Beispiel die Hervorhebung der Kooperationen mit nicht-EU-Ländern im Vorschlag der Europäischen Kommission zum nächsten Forschungsrahmenprogramm „Horizon Europe (2021-2027)“ machen deutlich, dass die Notwendigkeit, internationale Allianzen zu bilden, zunehmend erkannt wird. Einerseits sind diese hilfreich, um die Systemkompetenz in Technologien mit großem Vorsprung anderer Länder zu entwickeln. Andererseits können derartige internationale Kooperationen dazu beitragen, Wertschöpfungsketten in Deutschland und der EU nachhaltig zu sichern. Die verstärkte internationale Vernetzung in Energieforschung und Technologieentwicklung könnte außerdem positiven Einfluss auf die Zusammenarbeit im Rahmen des globalen Klimaprozesses nehmen. Technologieallianzen und Joint Ventures mit asiatischen Partnern sind im Sinne der Technologieentwicklung Deutschlands und der EU als eine strategische Chance zu betrachten, allerdings nur insofern diese auf dem Prinzip der Gegenseitigkeit basieren. Solche Projekte müssen Win-win-Situationen für die Projektpartner darstellen und möglichst viel Transparenz in der Kooperation gewährleisten. Sie können durch Forschungsförderung, Hermes-Bürgschaften 24 oder Reisen zum Zwecke des Wissensaustauschs noch stärker gefördert werden.

Cluster-Lösungen für strategische Forschungsthemen entwickeln, Koordinierung der Energieforschungspolitik auf der Bundesebene stärken Die dezentrale Forschungslandschaft stellt ein wichtiges Auszeichnungsmerkmal der deutschen Forschung dar. Exzellente Forschung wird an sehr unterschiedlichen Standorten betrieben, was den Wettbewerb fördert und die Unabhängigkeit der Forschung gewährleistet. Jedoch erschwert die dezentrale Struktur bisweilen eine koordinierte und flexible Ausrichtung der Forschungsanstrengungen. Oft limitiert sie die Fähigkeit des Wissenschaftssystems, innovative Forschungsfelder schnell aufzugreifen, da Anstrengungen der Einzeleinrichtungen nicht durch zentrale Koordinierungsinstrumente flankiert werden. Für die Bearbeitung von hochkomplexen, kritischen und zugleich drängenden Themen der Technologieentwicklung, wie zum Beispiel der Forschung zur nächsten Generation von Batterien, empfiehlt sich deshalb die Bündelung der bestehenden Ressourcen in institutionenübergreifenden

Clustern

mit

industrieller

Beteiligung.

Einige

institutionen-

übergreifende Verbünde sind bereits im Zuge der Kopernikus-Projekte, SINTEG-Projekte oder in regionalen Clustern entstanden. Die Cluster können im europäischen Kontext auch grenzüberschreitend entstehen, so wie sie für die Batteriezellfertigung in Deutschland und Polen diskutiert wird. Mithilfe der Clusterbildung können „wissenschaftliche Kompetenzen für mehr Effizienz miteinander

Hermes-Bürgschaften sind Exportkreditversicherungen, mittels derer die Bundesregierung Exporteure und Unternehmen absichert, wenn ausländische Partner ihren Zahlungsverpflichtungen nicht nachkommen.

verknüpft und der Massenproduktion zur Verfügung gestellt werden.“ (acatech 2016). Damit werden sowohl der Wissensaustausch als auch der Wissensaufbau begünstigt. Aber auch die Politik sollte ein koordiniertes Vorgehen verfolgen, um den aktuellen Fragen der Energieforschung gerecht zu werden. Diese kann durch die Etablierung einer zentralen Beratungsstelle, zum Beispiel einer übergreifenden Plattform zur Koordinierung der Energieforschungspolitik ermöglicht werden.

Langfristorientierung und globale Perspektive der Forschung entwickeln Die Energieforschungsstrategien Chinas und Japans zeichnen sich durch ihre Langzeitorientierung aus. Die Forschung richtet sich in diesen Ländern nicht nur auf akute Probleme, sondern ist strategisch, langfristig und mit Blick auf die Ressourcen und Entwicklungen anderer Länder angelegt. Themen wie beispielsweise

die

Kernfusion,

CCU/CCS-Technologien,

aber

auch

die

Unterstützung

der

Markteinführung von derzeit nicht wirtschaftlichen Produkten (etwa Brennstoffzellenfahrzeuge) werden mit Blick auf eine mögliche Zukunftsperspektive verfolgt. Dadurch werden Kompetenzen entwickelt, die gegebenenfalls

einem

späteren

Zeitpunkt

einen

Wettbewerbsvorteil

der

globalen

Technologieentwicklung darstellen können. Auch für Deutschland ist es notwendig, die bestehende Breite der Forschung zu bewahren. Forschungsthemen, die aus heutiger Sicht keinen unmittelbaren Beitrag zur deutschen Energiewende leisten, sollten vor dem Hintergrund der zukünftigen Perspektiven, aber auch mit Blick auf die Einsatzmöglichkeiten

bestimmter

Technologien

Ausland

(zum

Beispiel

Clean

Coal,

Reaktorsicherheit, AKW-Rückbau und Endlagerung) nicht gänzlich aufgegeben werden. Zudem bedarf es einer stärkeren Langzeitorientierung der deutschen Energieforschung. Die aktuellen Studien des Akademienprojekts „Energiesysteme der Zukunft“ (acatech/Leopoldina/Akademienunion 2017) und des BDI (BCG/Prognos 2018) liefern vor diesem Hintergrund eine gute Datengrundlage für eine klaren Vision des zukünftigen Energiesystems.

Klimapolitik als eine internationale Aufgabe verstehen, Klimadiplomatie der Bundesregierung stärken In allen drei asiatischen Ländern ist ein pragmatischer und strategischer Umgang mit der Energiepolitik zu beobachten. Die nationalen Interessen wie Energiesicherheit, Energieunabhängigkeit oder Zugang zu günstigen Energieressourcen stehen im Vordergrund der nationalen Politik. Globale Klimaziele stellen nicht die primäre Motivation für den Umbau der Energiesysteme dar und spielen zumeist eine nachgeordnete Rolle. Oft sind es vielmehr sowohl industriepolitische Ziele als auch umweltpolitische Aspekte wie die Verbesserung der Luftqualität, die einen Wandel der Energiepolitik bewirken. Für den internationalen Klimaprozess bedeutet dies, dass das Bekenntnis zu den Zielen des Pariser Klimaabkommens mit Ausnahme der USA zwar weiter Bestand haben, die Erreichung dieser Ziele allerdings im Einklang mit den nationalen energiepolitischen Vorstellungen stehen muss. Deutschland sollte eine Strategie wählen, die beiden Aspekten Rechnung trägt. Einerseits muss die Bedeutung der Klimapolitik in den internationalen Beziehungen weiter hervorgehoben werden, um sie in nationalen Regierungsstrategien stärker zu verankern. Hierzu

sollte Deutschland, aber auch die EU eine aktivere Rolle in der internationalen Klimadiplomatie einnehmen. Auch wenn die Wirkung der Emissionshandelssysteme Chinas und Koreas sich erst schleppend entwickeln, bieten diese Instrumente wichtige Anhaltspunkte auf dem Weg zur Einführung eines einheitlichen CO2-Preises für alle G-20-Länder. Die EU sollte bei der Weiterentwicklung des europäischen

Emissionshandelssystems

auf

die

Potenziale

einer

länderübergreifenden

Synchronisation der bestehenden CO2-Handelssysteme stärker rangehen. Zugleich sollte Deutschland auf internationaler Ebene die immer weiter sinkenden Preise sowohl für Wind- und PV-Module als auch für erneuerbar erzeugten Strom stärker kommunizieren. In den untersuchten Ländern Asiens werden die Stromgestehungskosten der erneuerbaren Energie im Vergleich zu Deutschland, der EU und den USA aktuell noch als zu hoch eingeschätzt. Auch wenn die Gestehungspreise für erneuerbare Energien regional sehr variieren, kann das Narrativ der Wirtschaftlichkeit einer nachhaltigen Energieversorgung international stärker verbreitet und mit konkreten Beispielen — den Ergebnissen der Offshore-Wind-Ausschreibungen in Deutschland oder den Eckdaten der rasanten Entwicklung der Windenergie in Dänemark — unterlegt werden. Den Ausgangspunkt hierfür könnten Initiativen wie die „Coalition for Action“ der International Renewable Energy Agency (IRENA) darstellen. Diese Initiativen sollten darüber hinaus durch breitere Regierungs- und Industriebeteiligung gestärkt werden. Für den Erfolg und die Glaubwürdigkeit einer solchen Initiative ist die Reduktion der Systemkosten in Deutschland und der EU eine wichtige Voraussetzung. Hierfür sollten Rahmenbedingungen für die weitere Markt- und Systemintegration der erneuerbaren Energien verbessert sowie der gesamteuropäische Netzausbau und die Digitalisierung der Netze im Sinne eines starken EU-Energiebinnenmarkts vorangetrieben werden. Dadurch werden die Transformationskosten insgesamt effizienter gestaltet.

Empfehlungen zu ausgewählten Technologiefeldern Internationale Sektorkopplung – Energiewende über Netze und Tanker Deutschland ist heute international ein Vorreiter in der Entwicklung von Konzepten der Sektorkopplung. Auch auf europäischer Ebene gewinnt das Thema zunehmend an Bedeutung. Vor dem Hintergrund der Entwicklungen im asiatischen Raum, insbesondere der Wasserstoffstrategie Japans und der Belt-andRoad-Initiative Chinas, muss die Sektorkopplung einen Schritt weiter, nämlich im Kontext der zwischenstaatlichen Vernetzung, gedacht werden. Auch in einer klimaneutralen Welt, deren Energieerzeugung zu 100 Prozent auf erneuerbaren Energien und klimaneutralen Kraftstoffen basiert, kann es keine Energieautarkie der einzelnen Staaten geben. Mit der steigenden Anzahl an Verbrauchern von erneuerbarem Strom wird auch der Bedarf an erneuerbarer Energieerzeugung weiter steigen. Aufgrund der Flächenrestriktionen und bestehenden Grenzen der gesellschaftlichen Akzeptanz werden Konzepte einer internationalen Vernetzung von Erzeugungs- und Verbrauchsorten verstärkt notwendig sein, und das über die Grenzen der EU hinaus. Auch wenn der Fokus der Strategien Chinas und Japans nicht ausschließlich auf der erneuerbaren

Energieerzeugung liegt, arbeiten diese Länder bereits in die geschilderte Richtung. Die Weltumspannungsstrategie der State Grid Corporation of China erstreckt sich dabei bis nach Europa. Die Notwendigkeit der internationalen Vernetzung darf ebenso wenig wie die ambitionierten Strategien der asiatischen Länder ignoriert werden. Eine europäische Antwort würde diesen Problemstellungen durch eine gemeinsame Verhandlungsposition das erforderliche politische Gewicht verleihen. Die EU muss potenzielle Bezugsorte der erneuerbaren Energieerzeugung definieren, die den zukünftigen Verbrauch decken können. Dies geht Hand in Hand mit der Identifizierung möglicher Win-winSituationen für die Beteiligung der EU an der Belt-and-Road-Initiative Chinas und der Wasserstoffstrategie Japans. So könnte ein europäisches Konzept einer vernetzten Energiewende, in dem Energie von globalen Partnern über Netze und Tanker importiert wird, vor dem Hintergrund der genannten Herausforderungen eine adäquate Antwort der EU darstellen. Die Idee einer verstärkten Vernetzung mit China wurde in der gemeinsamen EU-China Erklärung anlässlich des 20. EU-ChinaGipfels in Beijing bereits angedeutet.25 Die Langzeitstrategie für die Energie- und Klimapolitik der EU bietet eine gute Grundlage, die Erarbeitung des geschilderten Konzepts einer international vernetzten europäischen Energiewende auch mit Blick auf weitere Länder neben China anzugehen. Deutschland könnte – nicht zuletzt während seiner EU-Ratspräsidentschaft im ersten Halbjahr 2020 – den notwendigen Impuls hierfür setzen.

Eine Grüner Wasserstoff/Power-to-X-Roadmap definieren Die potenziell wichtige Rolle des Wasserstoffs als Ausgangsstoff etwa für synthetische Kraftstoffe und als Energiespeichermedium wurde in Deutschland bereits mit dem Nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) erkannt und mit den Ergebnissen der Studien des Akademienprojekts

„Energiesysteme

der

Zukunft“

ESYS

Akademienunion 2017) und des BDI (BCG/Prognos 2018) bekräftigt.

(acatech/Leopoldina/ 26

Nichtsdestotrotz wird

Wasserstoff als Endenergieträger und Speichermedium in Deutschland bislang selten genutzt. Ferner fehlen aktuell wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse darüber, an welchen konkreten Stellen Wasserstofftechnologien bzw. Wasserstoff als Endenergieträger im Gesamtsystem (inklusive Strom, Wärme, Mobilität und Industrieprozesse) wesentliche Vorteile bieten können und wo daher eine Intensivierung der Forschung und internationaler Forschungskooperationen angestrebt werden sollte. Um die geschilderte Frage zu beantworten, empfiehlt sich die Entwicklung einer „Grüner Wasserstoff/Power-to-X-Roadmap“ für Deutschland. In der Roadmap sollten die potenziellen Einsatzbereiche von Wasserstofftechnologien untersucht und mit alternativen technologischen Lösungen anhand verschiedener Kriterien (unter anderem CO2-Minderungspotenzial, Infrastrukturanforderungen, gesellschaftliche Akzeptanz, Effizienz, Wirtschaftlichkeit) verglichen werden.

“The EU and China will discuss possible solutions, including interconnecting energy networks, to meet the global power demand with clean and green alternatives.” In: EU-China Summit 2018, S. 12. 26 Insbesondere wird die Bedeutung von Wasserstoff in der ESYS-Studie als elementarer Energieträger im zukünftigen Energiesystem hervorgehoben. Die BDI-Studie bezeichnet Wasserstoff als potenziellen technologischen „Game-Changer“. 25

Eine potenzielle Schwierigkeit in der Entwicklung solch einer Roadmap stellen aktuelle regulatorische Rahmenbedienungen dar, die bei der Gegenüberstellung von verschiedenen Technologien einen signifikanten Einfluss auf die Evaluierung nehmen können. So wird gegenwärtig der wirtschaftliche Betrieb von Power-to-X-Anlagen im Regelfall durch hohe Nebenkosten beim Bezug von erneuerbarem Strom belastet, was den erneuerbaren Wasserstoff als Endenergieträger teuer macht. Diese Faktoren sollten bei der Analyse von potenziellen Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff in solch einer Roadmap berücksichtigt werden.

Elektrochemische Speicher – Kooperationen auf Basis der Gegenseitigkeit fördern, eigenen Wettbewerbsvorteil erarbeiten Deutschland und die EU haben ein wichtiges Momentum in der Entwicklung von Lithium-IonenTechnologien und in der Etablierung eigener Fertigung von Batteriezellen verpasst. Das bedeutet aber nicht, dass der aktuelle Wettbewerbsrückstand unüberwindbar ist. Um diesen Rückstand auszugleichen, bedarf es allerdings einer durchdachten Strategie zur Technologieentwicklung und deren Umsetzung im Markt. Fertigungstechnologien spielen hier eine besonders wichtige Rolle. Ansiedlung ausländischer Unternehmen in Deutschland, beispielsweise in Form von Joint Ventures oder

einer

Technologieallianz,

bietet

eine

Möglichkeit

Know-how

der

heutigen

Batterietechnologie teilzuhaben und den Aufbau der notwendigen Systemkompetenz in Deutschland und der EU auf diesem Wege zu ermöglichen. Entscheidend ist allerdings, ob asiatische Anbieter wie CATL mit der Produktion in Deutschland auch einen Technologietransfer zulassen und in Kooperationen mit deutschen Firmen und/oder wissenschaftlichen Organisationen einsteigen. Neben dem Know-how-Transfer ist allerdings auch der Aufbau eigener Kompetenzen für die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Hersteller zentral. So bedarf es eines koordinierten Vorgehens der industriellen und wissenschaftlichen Forschung – einer Cluster-Lösung. Das Ziel sollte Forschung und Entwicklung für die nächste Generation der Batterien (zum Beispiel Feststoffbatterien) sein, die sowohl in der Elektromobilität als auch im Netzbetrieb verwendet werden können. Die aktuellen Initiativen wie das Exzellenzvorhaben „Energiespeicherung jenseits von Lithium“ und die in Planung befindliche „Forschungsfabrik Batterie“ setzen diesen Ansatz bereits um. Beim Übergang in den Markt bzw. Aufbau einer eigenen Batteriezellfertigung dürfen allerdings vor dem Hintergrund der notwenigen Investitionsvolumina die Potenziale einer europäischen Kooperation nicht vernachlässigt werden. So ist die geplante Batterie-Allianz der EU zur Produktion „grüner Batterien“ sowie die Überlegungen der Bundesregierung zum Aufbau einer gemeinsamen Fertigung mit europäischen Nachbarländern zu begrüßen. Ein potenzieller Wettbewerbsvorteil kann aber auch an anderer Stelle der Wertschöpfungskette geschaffen werden, etwa in Prozessen der Kreislaufwirtschaft, also dem Recycling von Rohstoffen. Diese Prozesse spielen zwar insbesondere im Kontext von Batteriespeichern für die Wertschöpfungskette eine wichtige Rolle, werden aber international noch nicht ausreichend angewendet. Deutschland kann mit seinen fortgeschrittenen Kenntnissen diese Themen international besetzen.

Anhang Reiseagenda

CHINA

BEIJING

DALIAN

MONDAY, March 19, 2018 National Energy Administration (NEA) Energy policy and research priorities in China Energy Research Institute (ERI) / China National Renewable Energy Centre (CNREC) ▪ Presentations and open discussion on conventional and renewable energies State Grid Corporation of China (SGCC) ▪ Visit of the National Dispersion Center ▪ Site visit: Ultra-high-voltage test field ▪ Introduction at SGCC headquarters Reception at the German Embassy ▪ Guest Speaker: Cao Yin, CTO at Energy Blockchain Labs (Shanghai) and author of China’s digitalization strategy TUESDAY, March 20, 2018 Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) Expert discussion with DICP senior researchers and lab visits ▪ Sustainable catalysis ▪ Efficient and clean use of fossil fuels ▪ Battery research (redox-flow batteries)

SOUTH KOREA

SEOUL

WEDNESDAY, March 21, 2018 Workshop with the National Academy of Engineering of Korea (NAEK) Participating institutions: ▪ LG Chem ▪ Korea Institute of Energy Research (KIER) ▪ Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ▪ Korea Electric Power Research Institute (KEPRI) Topics: ▪ Korea’s 3020 strategy ▪ Energy storage and distribution ▪ Battery research LG Chem ▪ Battery research: automotive battery, large scale energy storage systems (ESS) ▪ LG Chem international business development strategy Korea Institute of Science and Technology (KIST) Expert discussion and lab tours ▪ Korean energy research priorities ▪ Fuel cell technology SK Innovation ▪ SK Energy technology focus ▪ Battery research ▪ Intelligent battery technologies Reception at the Residence of the German Ambassador in South Korea

THURSDAY, March 22, 2018

JAPAN TOYOTA CITY

TOKYO

Toyota ▪ Visit of the Motomachi plant – production site of the hydrogen fuel-cell vehicle Toyota Mirai ▪ Expert discussion with engineers of the Motomachi plant Presentation on nuclear fusion followed by a reception at the German Embassy of Tokyo Guest speaker: Prof. Hiroshi Komiyama ▪ A Platinum Society - a turning point in human history FRIDAY, March 23, 2018 Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) ▪ The energy policy of Japan and its energy strategy until 2030 (the Long-term Energy Supply and Demand Outlook) ▪ The role of nuclear energy and nuclear fusion New Energy and Industrial Technology Development (NEDO) ▪ NEDO’s strategy for technology development and promotion of energy innovation ▪ Energy research priorities and technological focus Workshops at the German Embassy in Japan ▪ Presentation German Research and Innovation Forum Tokyo Representative of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) ▪ Nuclear fusion – technological development and perspectives for its implementation in Japan Workshop “Japan’s Hydrogen Society” Participating institutions: ▪ Chiyoda Corporation ▪ Kawasaki Heavy Industries ▪ Tokyo University ▪ Closing Session

Fragebogen für Teilnehmerbefragung

1. China Wie beurteilen Sie die Bedeutung der Industriepolitik in der Energie- und Klimastrategie? O sehr hoch O hoch O mittel O niedrig O sehr niedrig Wie schätzen Sie die Breite der (staatlichen und privaten) Energieforschung ein? O sehr breit O breit O mittel O fokussiert O sehr fokussiert Wie bemessen Sie den möglichen Beitrag zum globalen Klimaschutz des Landes? O sehr groß O groß O mittel O klein O sehr klein Wie schätzen Sie die Innovationsstärke der Privatwirtschaft ein? O sehr stark O stark O mittel O schwach

O sehr schwach

Wie beurteilen Sie die Offenheit für Kooperationen mit Deutschland? O sehr stark O stark O mittel O schwach

O sehr schwach

2. Südkorea Wie beurteilen Sie die Bedeutung der Industriepolitik in der Energie- und Klimastrategie? O sehr hoch O hoch O mittel O niedrig O sehr niedrig Wie schätzen Sie die Breite der (staatlichen und privaten) Energieforschung ein? O sehr breit O breit O mittel O fokussiert O sehr fokussiert Wie bemessen Sie den möglichen Beitrag zum globalen Klimaschutz des Landes? O sehr groß O groß O mittel O klein O sehr klein Wie schätzen Sie die Innovationsstärke der Privatwirtschaft ein? O sehr stark O stark O mittel O schwach

O sehr schwach

Wie beurteilen Sie die Offenheit für Kooperationen mit Deutschland? O sehr stark O stark O mittel O schwach

O sehr schwach

3. Japan Wie beurteilen Sie die Bedeutung der Industriepolitik in der Energie- und Klimastrategie? O sehr hoch O hoch O mittel O niedrig O sehr niedrig Wie schätzen Sie die Breite der (staatlichen und privaten) Energieforschung ein? O sehr breit O breit O mittel O fokussiert O sehr fokussiert Wie bemessen Sie den möglichen Beitrag zum globalen Klimaschutz des Landes? O sehr groß O groß O mittel O klein O sehr klein Wie schätzen Sie die Innovationsstärke der Privatwirtschaft ein? O sehr stark O stark O mittel O schwach

O sehr schwach

Wie beurteilen Sie die Offenheit für Kooperationen mit Deutschland? O sehr stark O stark O mittel O schwach

O sehr schwach

Literaturliste ABB 2018a ABB: „ABB to Improve Reliability of Power Grid in South Korea“ (Pressemitteilung vom 26.02.2018). URL: http://www.abb.com/cawp/seitp202/88bfdc9c656c8cf1c1258240003068b6.aspx [Stand: 13.11.2018]. ABB 2018b ABB: Changji-Guquan UHVDC Link. 12,000 Megawatts of Electricity Over 3,000 Kilometers at 1.1 Million Volts, Setting New World Records on Voltage Level, Transmission Capacity and Distance, 2018 URL: https://new.abb.com/systems/hvdc/references/changji-guquan-uhvdc-link [Stand: 13.11.2018]. ABC 2018 ABC News: „World-First Coal to Hydrogen Plant Trial Launched in Victoria“ (Artikel vom 12.04.2018). URL: https://www.abc.net.au/news/2018-04-12/coal-to-hydrogen-trial-for-latrobe-valley/9643570 [Stand: 13.11.2018]. acatech 2016 acatech: „Zellproduktion in Deutschland – Eine Betrachtung aus Sicht der Wissenschaft“. Umbach, E. 2018 (Hrsg.). URL: https://www.acatech.de/Publikation/zellproduktion-in-deutschland-eine-betrachtung-aus-sicht-derwissenschaft/ [Stand: 13.11.2018]. acatech/Leopoldina/Akademienunion 2017 acatech/Leopoldina/Akademienunion: „»Sektorkopplung« – Optionen für die nächste Phase der Energiewende“ (Stellungnahme vom November 2017). URL: https://energiesystemezukunft.de/fileadmin/user_upload/Publikationen/pdf/ESYS_Stellungnahme_Sektorkopplung.pdf [Stand: 13.11.2018]. Agora Energiewende/CNREC 2017 Agora Energiewende/China National Renewable Energy Centre: Energy Transition in the Power Sector in China: State of Affairs in 2016. Review on the Developments in 2016 and an Outlook, 2017. URL: https://www.agora-energiewende.de/fileadmin2/Projekte/2017/JAW_China_2016/Agora_Energy-TransitionChina-2016-EN_WEB.pdf [Stand: 13.11.2018]. AHEAD 2018 Advanced Hydrogen Energy Chain Association for Technology Development: Overview of organization, 2018. URL: https://www.ahead.or.jp/en/organization.html [Stand: 13.11.2018]. AHK China 2015 German Industry & Commerce Greater China: Marktchancen für deutsche Unternehmen im Bereich von Erneuerbaren Energien in China, 2015. URL: https://www.german-energysolutions.de/GES/Redaktion/DE/Publikationen/Praesentationen/2015/2015-06-24-iv-china-01ahk.pdf?__blob=publicationFile&v=8 [Stand: 13.11.2018]. AHK China 2017a German Industry & Commerce Greater China: China – Effizienzsteigerung im Biogassektor in Nordchina. Zielmarktanalyse 2017 mit Profilen der Marktakteure, 2017.URL: https://www.oav.de/fileadmin/user_upload/2_Termine/China_VR/cn_170707_ZMA_Biogas_2017_FINAL.pdf [Stand: 13.11.2018]. AHK China 2017b German Industry & Commerce Greater China: „China ist weltweit größter Markt für Windenergie“. In: Econet Monitor. Green Markets & Global Challenge, 4, 2017, S. 7-11. URL: http://china.ahk2.cpsprojects.de/fileadmin/AHK_China/Services/Building__Environment/Climate_Markets_Cooperation/Econet_Moni tor_April_2017.pdf [Stand: 13.11.2018]. BCG 2018 Boston Consulting Group: Klimapfade für Deutschland. Kosteneffiziente Wege zur Erreichung der deutschen Klimaziele, 2018. URL: https://www.bcg.com/de-de/publications/2018/climate-paths-for-germany.aspx [Stand: 13.11.2018].

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