Angemessener CO₂-Preis erübrigt negative Emissionen

Budget bis 2100 definieren

Forschende aus Potsdam und Berlin haben einen CO₂-Preispfad über fast 80 Jahre identifiziert, um die Nachfrage nach umstrittenen Technologien zur Kohlendioxid-Entfernung (CDR) zu reduzieren. Dabei erscheine es entscheidend, dass der CO₂-Preis zu Beginn hoch genug sei und auch während des gesamten 21. Jahrhunderts hoch bleibe. So könnten negative Auswirkungen von CDR-Technologien – wie etwa hohe wirtschaftliche Kosten, verstärkte Wasserknappheit und Landnutzungskonflikte – vermieden werden. Die Untersuchung wurde in nature communications veröffentlicht.

CDR-Risiken

CDR-Technologien wie Aufforstung oder Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, sind in den meisten Szenarien ein unverzichtbarer Bestandteil zur Begrenzung des Klimawandels. Ein übermäßiger Einsatz solcher Technologien birgt jedoch Risiken wie Landkonflikte oder verstärkte Wasserknappheit aufgrund einer hohen Nachfrage nach Bioenergiepflanzen. Um diesen Zielkonflikt anzugehen, hat ein Team von Forschenden aus Potsdam und Berlin nun Anforderungen an einen dynamischen, langfristigen CO₂-Preispfad identifiziert, um die Nachfrage nach CO₂-Entnahmetechnologien zu reduzieren und damit langfristige Risiken effektiv zu begrenzen. Der Ansatz minimiert Governance- und Nachhaltigkeitsbedenken, indem er einen marktbasierten und politisch umsetzbaren Ansatz vorschlägt.

„Der CO₂-Preis muss zu Beginn hoch genug sein, um sicherzustellen, dass die Emissionen schnell reduziert werden und relativ schnell Emissionsneutralität erreicht wird“, erklärt Erstautorin Jessica Strefler vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. „Wenn wir das erreicht haben, sollte die Preiskurve abflachen, um eine übermäßige CO₂-Entnahme zu vermeiden. Das kann eine echte Win-Win-Situation sein: Ein solcher Preispfad reduziert sowohl die Risiken, die mit einer zunehmenden Abhängigkeit von der CO₂-Entnahme verbunden sind, als auch die wirtschaftlichen Risiken sehr hoher CO₂-Preise in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts.“

Abstract und Einleitung aus nature

Die große Mehrheit der Szenarien zur Abschwächung des Klimawandels, welche die Erwärmung unter 2 °C halten, zeigen einen starken Einsatz von Kohlendioxid-Entfernung (CDR), was zu einem Peak-and-Decline-Verhalten der globalen Temperatur führt. Dies wird durch die Annahme eines exponentiell steigenden Kohlenstoffpreises angetrieben, der als ökonomisch optimal für die Einhaltung eines Kohlenstoffbudgets angesehen wird. Diese Optimalität beruht jedoch auf der Annahme, dass ein endliches mit einem Temperaturziel verbundenes Kohlenstoffbudget im Laufe der Zeit immer weiter aufgefüllt wird.

Die Verfügbarkeit von Netto-Kohlenstoffentnahmen entkräftet diese Annahme, und daher sollte ein anderer Kohlenstoffpreispfad gewählt werden. Wir zeigen, wie der optimale Kohlenstoffpreispfad, um deutlich unter 2 °C zu bleiben, den CDR-Bedarf begrenzt, und analysieren die Anforderungen für die Konstruktion von Alternativen, die in der Realität möglicherweise einfacher zu implementieren sind. Wir zeigen, dass die Erwärmung bei deutlich unter 2 °C gehalten werden kann, und zwar bei viel geringerem langfristig wirtschaftlichen Aufwand und geringerem CDR-Einsatz und damit geringeren Risiken, wenn die Kohlenstoffpreise zu Beginn hoch genug sind, um die Zielerfüllung zu gewährleisten, aber nach Erreichen der Kohlenstoffneutralität mit geringerer Rate ansteigen.

Im Pariser Abkommen von COP21 haben sich die UN-Mitgliedsstaaten darauf geeinigt, den Anstieg der globalen Mitteltemperatur deutlich unter 2 °C zu halten und die Anstrengungen zur Begrenzung auf 1,5 °C fortzusetzen. Um dies zu erreichen, bleibt nur ein knappes kumuliertes Budget an zulässigen Kohlendioxid-Emissionen. Angesichts dieses knappen Budgets gibt es kein Szenario, das im Jahr 2100 unter 1,5 °C bleibt, ohne aktiv Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Auch die meisten 2 °C-Szenarien setzen auf den großflächigen Einsatz von Technologien zur Entfernung von Kohlendioxid (CDR).

Obwohl CDR notwendig sein mag, um das Klimaziel zu erreichen, wurde der Umfang des CDR-Einsatzes in vielen Szenarien übertrieben. Der Grund dafür ist, dass viele dieser Szenarien langfristig einen Netto-Kohlenstoffabbau zeigen, d.h. die Menge an CDR übersteigt die verbleibenden Kohlenstoffemissionen. Der Netto-Kohlenstoffabbau führt zu einem Rückgang der globalen Mitteltemperatur, was zu einem Höhepunkt der globalen Erwärmung führt, der deutlich über dem Erwärmungsniveau am Ende des Jahrhunderts liegt. Würde der Erwärmungsgipfel bei oder über 2 °C liegen, wären diese Szenarien nicht mit dem Pariser Klimaziel vereinbar, die Erwärmung auf deutlich unter 2 °C zu begrenzen. Daher weisen viele der Peak-and-Decline-2-°C-Szenarien eine Erwärmungsspitze unter 2 °C auf. Der darauf folgende Temperaturrückgang könnte hinsichtlich der Klimaschäden vorteilhaft sein, hat aber den Nachteil einer groß angelegten CDR, die für die Einhaltung der Ziele nicht notwendig ist. Herausforderungen und Nachhaltigkeitsbedenken treten bei allen CDR-Optionen auf, und sie nehmen mit der Umsetzung tendenziell zu. Darüber hinaus ist das realisierbare Ausmaß von CDR ungewiss und die Finanzierung von netto-negativen Emissionen kann zu großen institutionellen Herausforderungen führen. Szenarien, die sich auf große Mengen an CDR verlassen, sind daher recht riskant.

In der jüngeren Literatur wurde das Problem des massiven CDR-Einsatzes in strengen Klimaschutzszenarien8diskutiert, wobei man sich jedoch eher auf die Linderung der Symptome konzentrierte, als die Ursache in Bezug auf die zugrunde liegende Ökonomie anzugehen. Obersteiner et al. haben neue Szenarien gefordert, die die Herausforderungen und Unsicherheiten, die mit dem großflächigen CDR-Einsatz verbunden sind, berücksichtigen und darauf abzielen, negative Nebeneffekte zu vermeiden, indem sie alternative Pfade skizzieren, die den CDR-Einsatz reduzieren würden. Sie analysierten jedoch nicht, wie sich diese Pfade aus wirtschaftlichen und politischen Überlegungen ableiten lassen.

Es wurde gezeigt, dass zusätzliche nachfrageseitige Politiken und Annahmen über Änderungen des Lebensstils oder geringe Energienachfrage den Bedarf an Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS) reduzieren und der Nachhaltigkeit zugute kommen, aber die wirtschaftlichen Treiber für CDR wurden nicht direkt angegriffen und die Kohlenstoffentfernung wurde teilweise auf Aufforstung verlagert. Die endogene Darstellung von Änderungen des Lebensstils und Maßnahmen zur Reduzierung des Energiebedarfs in Modellen bleibt eine kritische Forschungsagenda, um die Wirtschaftlichkeit solcher Szenarien mit geringem Bedarf besser zu verstehen.

Gleichzeitig können Lebensstiländerungen oder eine geringe Energienachfrage nicht als gegeben angenommen werden. Es bleibt die Frage, wie die Ökonomie eines robusten, risikoarmen Minderungspfads aussehen kann, auch wenn Lebensstiländerungen und Effizienzmaßnahmen nicht so tiefgreifend sind, wie in diesen Szenarien vorgesehen. Zu diesem Zweck wurde gezeigt, dass eine Senkung des Diskontsatzes die temporäre Überschreitung eines Kohlenstoffbudgets am Ende des Jahrhunderts und folglich die Menge an negativen Nettoemissionen reduzieren kann. Um die Zielüberschreitung direkt zu beschränken, wurde vorgeschlagen, Kohlenstoffbudgets nur bis zum Zeitpunkt der Kohlenstoffneutralität statt für das gesamte Jahrhundert anzuwenden. Dies steht im Einklang mit der Definition von Kohlenstoffbudgets als Peak-Warming-Budgets in der Klimaforschung.

Hier gehen wir einen Schritt weiter und argumentieren, dass die Kombination aus endlichen Kohlenstoffbudgets, die mit den Temperaturgrenzen verbunden sind, und der Verfügbarkeit von CDR, die über die verbleibenden Kohlenstoffemissionen hinausgehen, ein Überdenken der Kernökonomie kosteneffizienter Minderungspfade erfordert. Die meisten der im AR5 verwendeten Szenarien gehen (explizit oder implizit) von einem exponentiell steigenden Kohlenstoffpreispfad zusammen mit einem hohen CDR-Potenzial aus. Dies ist der Hauptgrund für die Peak-and-Decline-Temperaturtrajektorien, die sich in einem Peak-and-Decline der kumulativen Kohlenstoffemissionen widerspiegeln. Die Annahme des Kohlenstoffpreises geht auf die „Hotelling-Regel “ zurück: ein Preispfad, der exponentiell mit der Diskontierungsrate ansteigt, ist intertemporal optimal für die Ausschöpfung einer endlichen und erschöpfbaren Ressource, in unserem Fall das endliche verbleibende Kohlenstoffbudget. Sobald jedoch CDR in das Portfolio der Minderungsoptionen eingeführt wird, ist die verbleibende zulässige Menge an kumulativen Brutto-CO₂-Emissionen nicht mehr endlich und die Hotelling-Regel stellt keine ökonomisch optimale Lösung mehr dar, um zu jedem Zeitpunkt unter einem verbleibenden Kohlenstoffbudget zu bleiben. Daher führt die Auferlegung einer solchen Beschränkung in Kombination mit CDR zu Veränderungen in den grundlegenden Eigenschaften der optimalen Preistrajektorie.

In der Kosten-Nutzen-Analyse (CBA) sieht die optimale Kohlenstoffsteuer ganz anders aus. Golosov et al. finden eine optimale Kohlenstoffsteuer, die mit der Rate des BIP-Wachstums steigt – die niedriger ist als der Zinssatz – unter der Annahme konstanter Ersparnisse und logarithmischen Nutzens, wenn sowohl die wirtschaftlichen Schäden, die linear mit dem BIP steigen, als auch die Vermeidungskosten berücksichtigt werden. Ausgehend von der fast sofortigen Erwärmungsreaktion auf Kohlenstoffemissionen und damit auch der fast sofortigen und dauerhaften Vermeidung von Schäden durch Emissionsminderungen kommen Dietz und Venmans zu demselben Ergebnis. Im Gegensatz dazu finden Nordhaus et al., dass das optimale Kohlenstoffsteuerprofil nahezu linear ist.

In dieser Studie analysieren wir die Effekte, die sich aus verschiedenen Formen von Kohlenstoffpreispfaden ergeben, und die Implikationen für die Gestaltung ökonomisch sinnvoller Klimapolitik in einem Kosteneffektivitätsrahmen. Wir untersuchen die grundlegenden Auswirkungen der Form des Kohlenstoffpreispfades auf die Temperaturüberschreitung und den CDR-Einsatz. Unter Verwendung des globalen Energie-Wirtschafts-Klima-Modells REMIND analysieren wir sechs verschiedene Szenarien, die alle von der aktuellen Politik bis 2020 und einem einheitlichen globalen Kohlenstoffpreis danach ausgehen, der so angepasst ist, dass ab 2018 ein globales kumulatives CO₂-Budget von 1070 Gt CO₂ erreicht wird, was mit einer 67%igen Chance zur Begrenzung des globalen mittleren Temperaturanstiegs auf 2 °C vereinbar ist. Zunächst betrachten wir den wirtschaftlich optimalen Preispfad, der sich endogen aus dem Modell entwickelt, unter der Bedingung, dass die kumulativen Emissionen zu keinem Zeitpunkt das Kohlenstoffbudget überschreiten.

Dann vergleichen wir verschiedene Formen von Kohlenstoffpreis-Trajektorien mit dieser Benchmark. Die beste Annäherung an diesen optimalen Pfad ist ein exponentiell steigender Preis mit der Rate des Diskontsatzes bis zum Zeitpunkt der Netto-Null-Emissionen, der danach konstant ist. Dies ist das, was man als optimales Ergebnis erwarten würde, wenn es keine Pfadabhängigkeiten gäbe, d.h. ein stabiler Kohlenstoffpreis würde zu stabilen Emissionen führen. Als drittes und viertes Szenario betrachten wir einen exponentiellen Preispfad, der sich aus der Hotelling-Logik ergibt. Für diesen Preispfad setzen wir zwei verschiedene Klimaziele mit einer Beschränkung auf die kumulativen CO₂-Emissionen in der Spitze gegenüber den kumulativen CO₂-Emissionen am Ende des Jahrhunderts, was den Unterschied zwischen dem Halten der Temperatur unter einem bestimmten Grenzwert während des gesamten Jahrhunderts oder der Rückkehr der Temperatur zu diesem Grenzwert am Ende des Jahrhunderts widerspiegelt. Diese Preispfade sind am häufigsten in integrierten Bewertungsmodellen (IAMs) zu finden.

In Anlehnung an Golosov und Dietz und Venmans betrachten wir auch einen Kohlenstoffpreispfad, der mit der Rate des BIP-Wachstums steigt. Ungefähr in Anlehnung an Nordhaus betrachten wir einen linearen Preispfad als eine vereinfachte Alternative, die auch politisch leichter umzusetzen sein könnte. Deutschland zum Beispiel plant, ab 2021 einen annähernd linearen Kohlenstoffpreis für alle Emissionen einzuführen, die nicht Teil des europäischen Emissionshandelssystems (ETS) sind. Das Ausgangsniveau des linearen Preispfads entspricht dem Preis der optimalen Szenarien im Jahr 2025 und die jährliche Steigerung wird so gewählt, dass das Kohlenstoffbudget nie überschritten wird. Ein linearer Preispfad hat zwei freie Parameter: den Startpreis und die jährliche Erhöhung. Indem wir den Startpreis gleich dem OPT-Szenario machen, sind wir in der Lage, Effekte, die aus der Form des Kohlenstoffpreispfades resultieren, von Effekten zu trennen, die aus einem unterschiedlichen Ambitionsniveau der kurzfristigen Klimapolitik resultieren. Diese Konstruktion führt zu etwas höheren Preisen als OPT in der ersten Hälfte des Jahrhunderts und niedrigeren Preisen in der zweiten Hälfte, aber ähnlichen Niveaus in 2025 und 2100. Sie ist auch sehr nahe an den Zahlen von Nordhaus.

Kosten, Ökosysteme, Landnutzungskonflikte

Derzeit diskutierte und zum Teil bereits implementierte Technologien zur CO₂-Entnahme wie Wiederaufforstung, direkte Luftabscheidung oder Bioenergie, jeweils in Kombination mit geologischer CO₂-Speicherung, könnten vielversprechende Möglichkeiten sein um  Emissionsreduktionen zu ergänzen. Diese Technologien sind notwendig, um die verbleibenden wenigen Prozent der Emissionen zu kompensieren und Emissionsneutralität zu erreichen. Allerdings könnten bei einer groß angelegten, weltweiten Einführung erhebliche Risiken wie hohe wirtschaftliche Kosten, verstärkte Wasserknappheit oder Landnutzungskonflikte entstehen.

Ein solcher großflächiger Einsatz wäre nur dann notwendig, wenn die Emissionen zu wenig oder zu spät reduziert würden, so dass nach dem Erreichen des Ziels netto-negative Emissionen zur Senkung der globalen Mitteltemperatur notwendig würden. Beide Effekte könnten mit einem ausreichend hohen CO₂-Preis zu Beginn vermieden werden. Selbst wenn dies nicht notwendig wäre, könnte ein übermäßiger CDR-Anreiz geschaffen werden, wenn der Kohlenstoffpreis nach der Emissionsneutralität weiter ansteigt.

Nach steilem Anstieg muss CO₂-Preis konstant bleiben

„Die Bepreisung von Kohlenstoff ist der Schlüssel, um Netto-Null-Treibhausgasemissionen zu erreichen – es gibt offen gesagt keinen anderen Weg, um dieses Ziel zu erreichen“, sagt Ko-Autor Ottmar Edenhofer, Direktor sowohl des PIK als auch des Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC). „Nach einem hohen Start und einem ziemlich steilen Anstieg sollte sich die Preiskurve abflachen, sobald die Emissionsneutralität erreicht ist, aber sie muss auf einem hohen Niveau bleiben, wenn wir sowohl eine fossilfreie Welt als auch ein vernünftiges Maß an Kohlendioxid-Entnahme beibehalten wollen. Unsere Berechnungen zeigen in der Tat, dass wir während des gesamten 21. Jahrhunderts eine substanzielle Bepreisung von CO2-Emissionen benötigen – mit positiven Auswirkungen sowohl für die Wirtschaft als auch für die Menschen.“

->Quelle:

Jessica Strefler, Elmar Kriegler, Nico Bauer, Gunnar Luderer, Robert C. Pietzcker, Anastasis Giannousakis, Ottmar Edenhofer: Alternative carbon price trajectories can avoid excessive carbon removal, in: Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-021-22211-2 – https://www.nature.com/articles/s41467-021-22211-2