Table Of ContentBMFT - Risiko- und Sicherheitsforschung
Steinkohle
Technikfolgenabschatzung
ihres verstarkten Einsatzes
in der
Bundesrepublik Deutschland
1m Auft rag des Kernforschungszentrums Karlsruhe
Abteilung fur Angewandte Systemanalyse (AFA S)
herausgegeben von R. Coenen
Mit 43 Abbildungen und 127 Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1985
Bundesministerium fur Forschung
und Technologie, Bonn
Diplom-Volkswirt R. Coenen, Kemforschungszentrum Karlsruhe
Abteilung fur Angewandte Systemanalyse (AFA S)
Karlsruhe
Diese Studie wurde im Auftrag des BMFf erstellt.
Die Aufgabenstellung wurde yom BMFf vorgegeben.
Der BMFf hat das Ergebnis der Studie nicht beeinfluBt.
Der Auftragnehmer tragt allein die Verantwortung.
CIP-Kurztitelaufuahme der Deutschen Bibliothek
Steinkohle - Technikfolgenabschiitznng ihres verstarkten Einsatzes in der Bundesrepublik Deutscbland I [Bundesministerium
flir Forschnng u. Technologie, Bonn]. 1m Auftr. d. Kernforschungszentrums Karlsruhe, Abt. flir Angewandte Systemanalyse
(AFA S) hrsg. von R. Coenen [Diese Studie wurde im Auftrag des BMFT erstellt]. - Berlin; Heidelberg; New York; Tokyo:
Springer, 1985.
(BMFT -Risiko-und Sicherheitsforschung)
NE: Coenen, Reinhard [Hrsg.]; Deutschland ,Bundesrepublik> I Bundesminister flir Forschung und Technologie
ISBN-13:97S-3-642-S2244-5 e-ISBN-13:97S-3-642-S2243-S
DOl: 1O.1007/97S-3-642-S2243-S
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men.
© by Springer-Verlag, BerlinlHeidelberg, 1985. Softeover reprint of the hardcover 1st edition 1985
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Bueh bereehtigt aueh ohne be
sondere Kennzeichnung nieht zu der Annahme, daB solehe Namen im Sinne der Warenzeiehen-und Markenschutz-Gesetzge
bung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften.
Satz: Graphiseher Betrieb Konrad Triltsch, Wiirzburg
Vorwort
1m Sommer 1980 wurde yom Bundesminister flir Forschung und Technologie eine
Stu die tiber die Auswirkungen eines verstarkten Einsatzes von Kohle zur Energie
bedarfsdeckung ausgeschrieben. Die Abteilung flir Angewandte System analyse
(AFAS) des Kernforschungszentrums Karlsruhe beteiligte sich an dieser Ausschrei
bung und wurde im Jahre 1981 mit der Durchflihrung der Studie beauftragt.
Ftir die AFAS lag, neben dem Interesse an der inhaltlichen Thematik, der be son
dere Reiz dieses Projektes in der Chance, erstmals in Deutschland eine groBere
Untersuchung entsprechend dem Konzept der Technikfolgenabschatzung durchflih
ren zu konnen. Zwar findet seit Jahren eine Diskussion tiber das Technology-As
sessment (TA)-Konzept und seine Institutionalisierung im wissenschaftlichen und
politischen Bereich statt; es fehlt aber weitgehend noch an einer praktischen De
monstration der Moglichkeiten und Grenzen dieser Analysekonzeption, sieht man
von einigen Studien ab. die man nur im weiteren Sinne als Technikfolgenabschat
zung einordnen kann.
Die Studie wurde von der AFAS mit dem Anspruch einer moglichst umfassenden
Identifikation und Analyse der okonomischen, okologischen und gesellschaftlichen
Bedingungen und Folgen eines verstarkten Steinkohleeinsatzes konzipiert. Generell
ist die Erflillung eines solchen Anspruchs mit einem erheblichen personellen und
zeitlichen Aufwand verbunden. vor allem dann, wenn noch kein ausreichendes In
strumentarium vorliegt und z. B. neue Modelle noch entwickelt werden mtissen.
Dies kann dazu flihren. daB die Fragestellung einer solchen Studie im Verlauf der
Bearbeitung einen Teil ihrer politischen Aktualitat verliert oder eine neue Akzentu
ierung erfahrt. Von diesem Schicksal ist auch diese Technikfolgenabschatzung zum
verstarkten Steinkohleeinsatz nicht ganz verschont geblieben. Eine substantielle
Fragestellung - als solche ist nach den negativen Erfahrungen zweier Olkrisen die
Frage nach den Folgen und Bedingungen eines verstarkten Steinkohleeinsatzes zur
Olsubstitution auch heute noch anzusehen - wird jedoch nicht mit dem Verlust der
oft kurzlebigen politischen Aktualitat gegenstandslos. Wie in der Vorbemerkung in
Teil A dieses Buches ausgeflihrt, besitzt die Fragestellung dieser Stu die nach Ansicht
der Autoren weiterhin technologie-, energie- und umweltpolitische Aktualitat, ob
wohl sich im Verlauf der Bearbeitung der Studie energie- und umweltpolitische Rah
menbedingungen teilweise erheblich geandert haben. Soweit moglich, wurde An
derungen der Rahmenbedingungen auch bei der Bearbeitung Rechnung getragen.
Auf der anderen Seite kann eine auch noch so umfassende Technikfolgenabschat
zung flir technologische Option en mit weitreichenden und langfristigen Folgen
nicht aile Aspekte behandeln, d. h. die Bearbeitung bestimmter Aspekte muB ergan
zenden TA-Analysen tiberlassen werden oder kann nur mit deutlich geringerer Ana-
VI Vorwort
lysetiefe erfolgen. Dies trifft auch fUr diese Studie zu, bei der z. B. alternative Mog
lichkeiten der Olsubstitution nicht oder nur am Rande als Realisierungsprobleme
einer Olsubstitution durch Steinkohle behandelt werden konnten, wie beispiels
weise die Konkurrenzsituation von Fernwarme auf Kohlebasis und Erdgas bei der
Olsubstitution. Eine gleichrangige Behandlung anderer Alternativen zur Olsubstitu
tion (Erdgas, Kernenergie, Einsparung) hatte den Rahmen der Studie in zeitlicher
und finanzieller Hinsicht gesprengt. Damit wird eine der wesentlichen Grenzen von
TA-Untersuchungen deutlich und die Aussage im Bundesbericht Forschung 1984
des BMFT untermauert, daB es die ideale, tatsachlich aIle Folgen der Technik fUr
die Entwicklung der sozialen, wirtschaftlichen und okologischen Verhaltnisse be
riicksichtigende Untersuchung kaum wird geben konnen.
Dber die Frage, welche Aspekte mit welcher Analysetiefe zu bearbeiten sind, wie
auch iiber das von bisherigen Energiestudien abweichende TA-Konzept der Studie
ist es in dem yom Bundesministerium fUr Forschung und Technologie berufenen
"Ad-hoc-AusschuB Kohlestudie" teilweise zu sehr kontroversen Diskussionen ge
kommen. Die AusschuBmitglieder bitten wir urn VersHindnis, daB die AFAS in vie
len Punkten, insbesondere konzeptionellen, auf ihrem Standpunkt beharrt hat, weil
sie - wie iibrigens auch das BMFT - diese Stu die zugleich als eine Modellstudie zur
Demonstration des TA-Konzepts betrachtet hat. Gleichzeitig haben uns die Aus
schuBsitzungen aber sehr viele wertvolle Hinweise und Anregungen gebracht. Be
sonders mochten wir den AusschuBmitgliedern Dr. G. Escher (VEBA Oel AG),
Prof. Dr. K. Hedden (Universitat Karlsruhe), Dr. P. Necker (Neckar-Werke Elektri
zitatsversorgung AG), Dr. J. Seeliger (Gesamtverband des Deutschen Steinkohlen
bergbaus) sowie den Gasten des Ausschusses Dr. K. Flath (Bundesministerium fUr
Wirtschaft), Dr. G. Reimann (Bundesministerium des Innern) und Herrn Ch. Cirkel
(Ministerium fUr Wirtschaft, Mittelstand und Verkehr des Landes Nordrhein-West
falen) dank en, die uns dariiber hinausgehend durch detaillierte Diskussion von Tex
ten, Vermittlung von Kontakten und wichtigen Informationen bei der DurchfUh
rung der Studie unterstiitzt haben. Besonderer Dank gilt auch Herrn Dr. Schwarz
und Herrn Dr. Roemer-Mahler, die die Studie seitens des BMFT betreut haben.
Die DurchfUhrung einer umfassenden Technikfolgenabschatzung fUr eine Tech
nologie mit weitreichenden und weitgeracherten Implikationen erfordert die Heran
ziehung von Sachverstand aus sehr verschiedenen wissenschaftlichen und techni
schen Bereichen, der wohl nie innerhalb einer einzelnen Forschungseinrichtung
vereinigt sein diirfte. Aus diesem Grund erfolgte in Form von Unterauftragen eine
Zusammenarbeit mit folgenden Institutionen und externen Fachleuten, denen wir
hiermit fUr die fruchtbare Kooperation dank en mochten: ABAS GmbH, Karlsruhe;
Bergbau-Forschung GmbH, Essen; Deutsches Institut fUr Wirtschaftsforschung,
Berlin; Eproplan GmbH, Ostfildern; Fraunhofer-Institut fUr Systemtechnik und In
novationsforschung (lSI), Karlsruhe; Gesellschaft fUr Reaktorsicherheit (GRS),
Koln; Institut fUr Siedlungswasserwirtschaft der Universitat Karlsruhe; Rheinisch
WestfaIischer Technischer Dberwachungsverein e.Y., Essen; Zentrum fUr Umfra
gen, Methoden und Analysen (ZUMA), Mannheim; Herr Dr. Dlugi und Herr Dr.
Giisten von anderen Instituten bzw. Abteilungen des Kernforschungszentrums
Karlsruhe; Prof. Dr. G. Hoffmann (Staatliche Landwirtschaftliche Untersuchungs
und Forschungsanstalt, Augustenberg); Dr. Jill Jager (Meteorologin, Karlsruhe);
Dipl.-Chemikerin M. Wiistefeld (Schwalbach/TS). Gedankt sei ebenfalls J. Cofala
Vorwort VII
(Polnische Akademie der Wissenschaften, Warschau) und B. Dykes (Radian Cor
poration, North Carolina), die als ausHindische Gastwissenschaftler zeitweilig
an der Stu die mitgearbeitet haben.
Dieses Buch beinhaltet im wesentlichen den offiziellen SchluBbericht der Studie.
Aus Platzgriinden werden drei grbBere Abschnitte des SchluBberichts getrennt als
Berichte des Kernforschungszentrums Karlsruhe verbffentlicht; es handelt sich da
bei urn die Analysen zum CO -Problem (KfK-Bericht Nr. 3527), die Analysen zu
2
Abwassern und festen Ruckstanden bei der Kohlenutzung (KfK-Bericht Nr. 3526)
und die Analysen zu den Un fall- und Gesundheitsrisiken im Bergbau (KfK-Bericht
Nr. 3525); dieses Buch enthalt lediglich Kurzfassungen der Ergebnisse dieser Analy
sen. Als KtK.-Berichte werden auch verschiedene Materialienbande zur Studie ver
bffentlicht. Die KfK-Berichte kbnnen yom Kernforschungszentrum Karlsruhe be
zogen werden; eine Liste der im Rahmen der Studie verotTentlichten KfK-Berichte
kann bei der Abteilung flir Angewandte Systemanalyse. Kernforschungszentrum
Karlsruhe. Postfach 36 40, D-7500 Karlsruhe I, angefordert werden.
AbschlieBend mbchte ich als Herausgeber der Studie sehr herzlich meinen in die
sem Buch als Bearbeiter und Autoren genannten Kollegen fUr ihre Mitarbeit an die
ser Studie danken und insbesondere auch den Sekretariatsmitarbeiterinnen der
AFAS - Frau G. Kaufmann. Frau M. Kinsch, Frau W. Laier, Frau Ch. Neu und
Frau G. Rastatter -. die mit unermudlichem Einsatz - teilweise unter groBem Zeit
druck und in Oberstunden - das Buchmanuskript, zahlreiche Berichtsentwurfe, Ma
terialienbande. Zwischenberichte und AusschuBvorlagen geschrieben haben.
Karlsruhe. September 1984 Reinhard Coenen
(Studienleiter)
Mitarbeiter
Herausgeber und
Studienleiter: R. Coenen
Redaktionelle
Bearbeitung: Ingrid Ruhle-von Berg
Autoren und
Bearbeiter: G. Bechmann Ch. Kupsch
H. Blume E. Le13mann
K. R. Brautigam M. Maule
D. Brune E. Nieke
R. Coenen H. Paschen
P.-M. Fischer F. K. Pickert
F. W. Fluck G. Sardemann
G. Frederichs G. Schufmann
B. FiirniB V. Schulz
F. Gloede H. Stehfest
G. Halbritter M. Tampe-Oloff*
1.lorissen H. Tangen **
H. Katzer D. Wintzer
S. Klein-Vielhauer
* Institut flir ForstpoJitik und Raumordnung der UniversiUit Freiburg
** Hauptabteilung Ingenieurtechnik des Kernforschungszentrums Karlsruhe
AIle anderen Mitarbeiter waren zum Zeitpunkt der Durchflihrung der Stu die in der Abteilung
flir Angewandte Systemanalyse (AFAS) des Kernforschungszentrums Karlsruhe tatig
Inhaltsverzeichnis
TeilA
Konzept der Studie, Referenzannahmen zurn Energiebedarf und zur
Energieversorgung, K~hleeinsatzstrategien
R. Coenen, H. Katzer, S. Klein-Vielhauer, H. Paschen, V. Schulz, H. Tangen,
D. Wintzer .......................... .
1 Vorbemerkungen . 3
2 Fragestellung, Konzept und Aufbau der Studie 3
2.1 Fragestellung und Konzept der Studie 4
2.2 Aufbau der Studie . . . . . . . . 5
2.2.1 Problemanalyse und -definition 5
2.2.2 Entwicklung von technischen Losungsaltemativen 6
2.2.3 Analyse der in die Untersuchung einbezogenen Technologien
(technische Analyse) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.4 Identifikation der Realisierungsbedingungen und Folgen der
TechnologieeinfUhrung (Issue Analysis). . . . . . . 7
2.2.5 Analyse der Realisierungsbedingungen und Folgen der
TechnologieeinfUhrung (Folgenanalysen) . . . . . . 8
3 Prognose der zukiinftigen Energiebedarfs-und -versorgungsstruktur in der
Bundesrepublik Deutschland (Referenzschiitzung) . . . . . 9
3.1 Sektorale Energiebedarfsschatzungen fUr das Jahr 2000 lO
3.1.1 Sektor "Haushalte, Kleinverbraucher, militarische
Dienststellen" (HuK-Sektor) lO
3.1.2 Sektor "Industrie" . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1.3 Sektor "Verkehr" . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2 Zusammenfassung der sektoralen Endenergiebedarfsschatzungen
und Annahmen zur zukunftigen Endenergietragerstruktur 16
3.3 Referenzannahmen zum Einsatz von Primarenergietragem im
Jahr 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4 Olsubstitutionspotentiale und der Umfang der Substitutionsaufgabe
der Kohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
XII Inhaltsverzeichnis
4 Kohleeinsatzstrategien 20
4.1 Darstellung der Verstromungsstrategie . 22
4.1.1 ErHiuterungen zu den Substitutionsprozessen im Bereich
"Raumwarme im Sektor Haushalte und Kleinverbraucher" 23
4.1.2 Erlauterungen zu den Substitutionsprozessen im Sektor
"Industrie" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.1.3 Technologien zur Stromerzeugung aus Steinkohle 35
4.1.4 Zusammenfassender Oberblick tiber die Substitutionsprozesse
der Verstromungsstrategie 36
4.2 Darstellung der Verheizungsstrategie 37
4.2.1 Leiterwagungen und Oberblick . .' 37
4.2.2 Eingrenzung der Substitutionspotentiale und der vorgesehenen
Substitutionsprozesse ...... 37
4.3 Darstellung der Kohleveredlungsstrategie . . . . . . . . 42
4.3.1 Verfahren der Kohleveredlung, Produktspektrum und
Anwendungsbereiche. . . . . . . . . . . . . 42
4.3.2 Substitutionspotentiale von Veredlungsprodukten 45
4.3.3 Grundlagen der Strategiegestaltung . . . . . 48
4.3.4 Modellanlagen . . . . . . . . . . . . . . 49
4.3.5 Gesamttiberblick tiber die beiden Varianten der
Kohleveredlungsstrategie. . . . . . . . . . 53
4.4 Oberblick tiber die Olsubstitution durch Steinkohle bei den drei
Kohleeinsatzstrategien und Referenzannahmen zum
Steinkohleeinsatz im Jahr 2000 . . . . . . . . . . . . . . 56
TeilB
Analysen der okonomischen Bedingungen und Folgen eines
verstarkten Steinkohleeinsatzes zor Olsubstitution
(Okonomische Folgenanalysen)
H. Blume, R. Coenen, P.-M. Fischer, J. J6rissen, S. Klein-Vielhauer,
E. Nieke, F. K. Pickert, V. Schulz, H. Tangen, D. Wintzer 59
Vorbemerkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1 Vorgehensweise und wesentliche Annahmen bei den Kostenvergleichen
zwischen Strategietechnoiogien und Oltechnologien 62
1.1 Generelle Vorgehensweise . . . . . . . . . 62
1.2 VoIkswirtschaftliche und energiewirtschaftliche Basisannahmen 65
1.2.1 Volkswirtschaftliche Annahmen . . . . 67
1.2.2 Annahmen zur Energiepreisentwicklung 67
1.3 Annahmen zur Finanzierungs-und Besteuerungssituation 68
Inhaltsverzeichnis XIII
2 Analysen zu den Kosten und Realisierungsbedingungen der
Strategietechnologien. . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.1 Verstrom ungsstrategie . 70
2.1.1 Kostenanalysen fUr Elektroraumheizsysteme auf
Kohlestrombasis im HuK-Bereich . . . . . . 70
2.1.2 Kostenanalysen fUr Elektrowarme im industriellen Sektor 77
2.1.3 Technische. organisatorische und infrastrukturelle
Realisierungsbedingungen von Elektrowarmeverfahren im
industriellen Bereich . . . . . . . . . . . . . . 84
2.1.4 Rechtliche Realisierungsprobleme eines verstarkten
Stromeinsatzes zur Warmebedarfsdeckung 86
2.1.5 Einpa13barkeit der Verstromungsstrategie in die langerfristigen
Planungen der Stromerzeugung. des Strom transports und der
Stromverteilung 90
2.2 Verheizungsstrategie 92
2.2.1 Kostenanalysen fUr Fernwarme aus Kohle-Heizkraftwerken 92
2.2.2 Olsubstitution durch Ersatz von Olkesseln bei der industriellen
Dampferzeugung . . . . . . . . . . . . . 105
2.2.3 Realisierungsprobleme der Verheizungsstrategie 109
2.3 Veredlungsstrategie. . . . . . . . . . . . . . . 126
2.3.1 Erzeugungskosten fUr tlussige und gasf6rmige
Kohlenwasserstoffe aus Kohlevered1ungsanlagen ..... 126
2.3.2 Technologiekettenanalysen fUr flussige Kohlenwasserstoffe aus
Kohleveredlungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . .. 130
2.3.3 Technologiekettenanalysen fUr gasf6rmige Kohlenwasserstoffe
aus Kohleveredlungsanlagen . . . . . . . . . . . . .. 134
2.4 Zusammenfassung der Kostenvergleiche fUr die Strategietechno1ogien
und Sensitivitatsbetrachtungen . . . . . . . . . . . . . . .. 139
3 Okonomische Indikatoren als Basis zur Bewertung der
Kohleeinsatzstrategien . . . . . . . . . . . . . 146
3.1 Investitionsbedarf 147
3.1.1 Vergleich des Investitionsbedarfs der Kohleeinsatzstrategien 148
3.1.2 Investitionsbedarf nach Investorengruppen und
Finanzierungsprobleme lSI
3.2 Arbeitskraftebedarf. . . . . 161
3.2.1 Erlauterungen zur Vorgehensweise und zur Interpretation des
Indikators . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
3.2.2 Vergleich des Arbeitskraftebedarfs der verschiedenen
Kohleeinsatzstrategien . . . . . . . . . . . . . 163
