Abbildung 1: Braunkohlekraftwerk und Windanlagen (Bildquelle).

Im Rahmen des Übereinkommens von Paris hat sich der Bundesrat ehrgeizige Ziele für die Reduktion des CO₂-Ausstosses gesetzt. Ab dem Jahr 2050 soll die Schweiz unter dem Strich keine Treibhausgase mehr ausstossen (Netto-Null-Klimaziel).

Die langfristige Klimastrategie zur Erreichung dieses Ziels, die Klimastrategie 2050, sieht vor, dass die fossilen Energieträger bis zum Jahr 2050 soweit als möglich durch klimaneutrale Alternativen ersetzt werden. Falls dies nicht möglich ist, muss das bei der Nutzung freiwerdende CO₂ kompensiert werden. Darüber hinaus behandelt die Klimastrategie 2050 auch die Methan- und Lachgasemissionen sowie Landnutzungsänderungen, welche jedoch hier nicht thematisiert werden.

Hinzu kommt der zusätzliche Strombedarf, der sich als Folge des Verbots neuer Kernkraftwerke und der Erhöhung der Restwassermengen ergibt.

Für den Ersatz der fossilen Energieträger kommen Biomasse, Strom und Fernwärme in Frage:

• Biomasse ist in fester (Holz, Biomüll), gasförmiger (Biogas) und flüssiger Form (Biotreibstoff) verfügbar und hat den Vorteil, die analogen fossilen Energieträger Kohle, Müll, Erdgas und Erdöl eins zu eins zu ersetzen. Der Hauptnachteil von Biomasse ist ihre beschränkte Verfügbarkeit, wenn sie nachhaltig und nicht in Konkurrenz mit der Biodiversität und der Nahrungsmittelproduktion erzeugt werden soll. Im vorliegenden Fall wird die zusätzlich verfügbare Biomasse prioritär in Wärmekraftwerken und beim Schwerverkehr eingesetzt. Eine Elektrifizierung in den beiden genannten Bereichen wäre unsinnig respektive technisch schwierig umzusetzen.
• Strom ist der universellste Energieträger und lässt sich mit wenigen Ausnahmen für jeden Verwendungszweck einsetzten. Nachteilig ist, dass die Stromproduktion mit teilweise erheblichen Energieverlusten verbunden ist und dass Strom nur in beschränktem Masse gespeichert werden kann. In vielen Fällen ist die Elektrifizierung mit Effizienzgewinnen verbunden, was die Verluste bei der Produktion wettmachen kann. Strom wird im vorliegenden Fall in Bereichen eingesetzt, in welchen eine Elektrifizierung mit einer Effizienzsteigerung verbunden ist oder falls zu wenig Biomasse zur Verfügung steht.
• Fernwärme fällt bei der thermischen Stromproduktion als Nebenprodukt an und trägt, falls sie genutzt wird, zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei. Ihr Hauptnachteil ist, dass für ihre Verteilung sehr teure Fernwärmenetze benötigt werden. Im vorliegenden Fall wird Fernwärme im bisherigen Umfang weiter eingesetzt. Auf einen Ausbau der Fernwärmeerzeugung wird jedoch verzichtet.

Bei der Festlegung der Menge der zu ersetzenden fossilen Energieträger wird vom Verbrauch im Jahr 2019 ausgegangen. Die Wahl von 2019 als Basisjahr für die vorliegenden Betrachtungen erfolgte, weil dieses Jahr noch nicht durch die COVID19-Pandemie beeinflusst wurde und noch alle Kernkraftwerke in Betrieb waren. Für das Jahr 2050 wird wird angenommen, dass die Bevölkerung um 20% zunimmt. Die Fahrzeugzahl, der Gebäudebestand und die Industrieproduktion werden proportional angehoben.

Insgesamt wurden 2019 in der Schweiz 163,3 TWh/a an fossilen Energieträgern verbraucht. Der in Kehrichtverbrennungsanlagen verbrannte fossile Müllanteil, das Kerosin für den Flugverkehr sowie das zur Kunststoffproduktion stofflich genutzte Erdöl lassen sich nicht sinnvoll ersetzen und müssen mittels Negativemissionen kompensiert werden.

Abzüglich dieser Ausnahmen beläuft sich der Ersatzbedarf auf insgesamt 148,2 TWh/a. Hinzu kommen 25,3 TWh/a für den Ersatz der Kernenergie und 1,9 TWh/a für die Erhöhung der Restwassermengen. Insgesamt sind 175,4 TWh zu ersetzen. Dafür existiert für jedes betrachtete Einsatzgebiet eine erprobte und marktfähige Ersatztechnologie. Dabei kommen insbesondere die Elektrifizierung und in geringerem Umfang die Nutzung von zusätzlicher Biomasse zum Einsatz.

Mit 71,5 TWh/a ist beim Strom der grösste Zusatzbedarf zu verzeichnen. Der Mehrbedarf an Biomasse ist im Vergleich dazu. mit 5,2 TWh/a relativ klein.

Unten ist der Verbrauch der verschiedenen Energieträger vor und nach der Umstellung des Energiesystems im Detail zusammengestellt.

Ein Teil des Ersatzbedarfs ergibt sich aus der Ausserbetriebnahme der Kernkraftwerke und der Erhöhung der Restwassermengen. Dieser beläuft sich auf 27,2 TWh/a wovon 25,3 TWh/a auf die Kernenergie und 1,9 TWh/a auf die Erhöhung der Restwassermengenentfallen.

Die Wahl einer geeigneten Ersatztechnologie hängt insbesondere vom Verwendungszweck des zu ersetzenden Energieträgers ab. Fossile Energieträger werden heute vor allem zur Wärmeerzeugung (Raumheizung, Warmwasser und Prozesswärme) sowie im Mobilitätsbereich eingesetzt. Ein kleinerer Teil wird umgewandelt und zur Strom- und Fernwärmeerzeugung sowie in der chemischen Industrie zur Produktion von Kunststoffen eingesetzt:

• Energieumwandlung: Bei der Energieumwandlung werden Primärenergieträger insbesondere für die Erzeugung von Strom- und Fernwärme genutzt. Dies erfolgt zum grössten Teil in Wasser- und Kernkraftwerken und in geringerem Umfang in Wärmekraftwerken, wo neben Biomasse auch Müll und ein kleinerer Anteil an Erdgas und Erdöl eingesetzt werden.
• Wärmeerzeugung: Im Wärmeerzeugungsbereich wird von einer vollständigen energetischen Sanierung der Altbauten ausgegangen. Raumwärme und Warmwasser werden vollumfänglich mittels Wärmepumpen erzeugt. Dabei werden nicht nur die fossilen Energieträger, sondern auch das in den genannten Bereichen bisher genutzte Energieholz ersetzt. Die fossilen Energieträger im Prozesswärmebereich werden soweit als möglich durch Holz ersetzt. In den verbleibenden Fällen kommen industrielle Elektroöfen zum Einsatz.
• Mobilität: Beim Individualverkehr (Personenwagen, Lieferwagen, Motorräder) können die fossilen Energieträger durch Elektrifizierung ersetzt werden. Dies ist beim Schwerverkehr nur teilweise und beim Flugverkehr überhaupt nicht möglich, weshalb dort eine Umstellung auf Biogas, biogene oder  strombasierte Treibstoffe vorgesehen ist.

Bei der Wahl der für den Ersatz einzusetzenden Technologien wird vom heutigen Entwicklungsstand und dem heute erzielbaren Wirkungsgrad unter realistischen Einsatzbedingungen ausgegangen. Insbesondere werden keine Ersatztechnologien kreditiert, die sich noch im Entwicklungs- oder Pilotstadium befinden.

Im Folgenden wird im Detail auf die bei jedem Verwendungszweck notwendigen Umstellungen und die damit verbundenen Mehrkosten eingegangen.