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Energie & Klima

Standpunkt

Dekarbonisierung erfordert Digitalisierung

Jens Strüker, Professor für Wirtschaftsinformatik und Digitales Energiemanagement, Universität Bayreuth
Jens Strüker, Professor für Wirtschaftsinformatik und Digitales Energiemanagement, Universität Bayreuth Foto: Hochschule Fresenius/ John M. John

Nahezu alle Wahlprogramme haben die Bedeutung von Klimaschutz und Digitalisierung hervorgehoben. Die Verbindung zwischen den Themen beschränkt sich bisher allerdings auf die Forderung, digitale Technologien energieeffizienter zu machen. Jens Strüker (Universität Bayreuth und Fraunhofer FIT) sowie Ingo Schmidt vom Übertragungsnetzbetreiber Tennet plädieren in einem Thesenpapier dafür, Digitalisierung endlich systematisch als Instrument zur Dekarbonisierung des Energiesystems zu nutzen.

von Jens Strüker

veröffentlicht am 04.10.2021

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Die Dekarbonisierung der europäischen Wirtschaft und Gesellschaft erfordert nach anfänglichem Fokus insbesondere auf den Energiesektor nunmehr signifikanten Fortschritt auch bei der Elektrifizierung der Bereiche Verkehr und Gebäude. Während erfreulicherweise nicht länger über das Ziel, sondern zumeist über Umfang und Geschwindigkeit gestritten wird, bleibt eine wesentliche Erkenntnis dabei unausgesprochen: Um die Transformation effektiv, effizient und möglichst rasch durchführen zu können, ist eine lückenlose Digitalisierung energiewirtschaftlicher Prozesse erforderlich. Dies ist die Lehre aus zahlreichen nationalen und internationalen Forschungsprojekten sowie Praxiserfahrungen der letzten Jahre. Mit Blick auf die praktische Umsetzung dieser Erkenntnis gibt es für die nächste deutsche Bundesregierung und die Energiewirtschaft viel zu tun.

Besonders deutlich wird die analoge Realität in der Energieversorgung beim Blick auf den Stand der Integration der Millionen von PV-Anlagen und Hundertausenden von Wärmepumpen, Heimspeichern und BHKW in das Energiesystem. Denn der Wechsel von Erzeugungsanlagen und Speichern vom Eigenverbrauch hin zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen oder zur Teilnahme am Stromhandel verlangt immer noch Prozesse in Papierform und vor allem viel, viel Zeit.

Und auch der Informationsaustausch zwischen Verteilungs- und Übertragungsnetzbetreibern ist gegenwärtig von einer medienbruchfreien Ende-zu-Ende-Digitalisierung noch weit entfernt. Ähnliches gilt für das Engpassmanagement oder die Marktkommunikation mit einer Vielzahl von Akteuren auf dem Energiemarkt. Entsprechend drohen aktuell immer mehr Kilowattstunden CO2-frei erzeugten PV-Stroms sowie das vorhandene Lastverschiebungspotenzial aus beispielsweise Wärmepumpen, Heimspeichern oder Elektroautos marktlich und netzdienlich ungenutzt zu bleiben. Das bedeutet im Umkehrschluss aber vor allem: Durch eine digitale Vernetzung und Systemintegration könnte der CO2-Gehalt des Stroms im gesamten System gesenkt werden, ohne dabei jemanden schlechter zu stellen.

Fehlende Maschinenidentitäten sind gravierendes Hindernis

Ein geeigneter Startpunkt für den Aufbau einer Ende-zu-Ende-Digitalisierung sind digitale Personen- und Maschinenidentitäten. Ihr Fehlen ist aktuell eines der drängendsten Digitalisierungshemmnisse im Energiesystem und verhindert beispielsweise den erwähnten schnellen Wechsel von Anlagen zwischen Eigenverbrauch, dem Anbieten von Systemdienstleistungen und der Teilnahme an Handelsmärkten. Können jedoch Identitäten und Rechte von Personen sowie Anlagen kostengünstig und sicher in Echtzeit digital verifiziert werden, dann werden hochdynamische Vertrauensketten etwa zwischen einer PV-Anlage, einem Smart-Meter-Gateway und dem Marktstammdatenregister möglich.

Digitale Personen- und Maschinenidentitäten sind dementsprechend ein wichtiger Dreh- und Angelpunkt in der entstehenden Echtzeit-Energiewirtschaft. Forschungsprojekte wie das Blockchain Machine Identity Ledger als Teil des Future Energy Lab der Deutschen Energie-Agentur (Dena) widmen sich bereits explizit dem Aufbau dieser digitalen Vertrauensketten. Und auch Tennet treibt beispielsweise mit der Equigy-Plattform die Digitalisierung des Energiesystems durch die Vernetzung dezentraler Kleinspeicher konsequent voran.  

Von digitalen Personen- und Maschinennachweisen ist es nur ein kleiner Schritt zu digitalen Herkunfts- und Verwendungsnachweisen. Insbesondere digitale CO2-Nachweise versprechen einen erheblichen Mehrwert und Wohlfahrtsgewinn, da sie eine weitere „Digitale Lücke“ schließen: Unternehmen können auf diese Weise beginnen, automatisiert, zertifiziert und transparent CO2-Bilanzen zu erstellen und ihre Erzeugnisse mit einem digitalen Produktpass auszustatten. Vor dem Hintergrund einer steigenden Anzahl von Unternehmen mit ambitionierten Klimazielen, wachsenden Anforderungen hinsichtlich CO2-Neutralität der Kapitalmärkte sowie politischen Rahmenbedingungen wie das Lieferkettengesetz, wird der Bedarf der Wirtschaftsakteure an orts- und zeitbezogenen Informationen zum CO2-Gehalt von Inputfaktoren und (End-)Produkten stetig zunehmen.

Wasserstoff nach CO2-Gehalt vermarktbar

In Anbetracht der Elektrifizierung weiterer Sektoren können insbesondere räumlich und zeitlich aufgelöste Stromherkunftsnachweise für Unternehmen hilfreich sein, da diese eine digital verifizierbare und einfache Verrechnung einerseits mit Zertifikaten des EU-Emissionshandelssystems (ETS) und des deutschen Brennstoffemissionshandels und andererseits mit Größen wie Wärme, Strom oder Wasserstoff erlauben.

So wichtig die Berichterstattung über CO2-Fortschritte für die Außenkommunikation für Unternehmen ist, teilbare, verrechenbare und digitale CO2-Zertifkate ermöglichen darüber hinaus auch eine aktive Steuerung auf Produktionsebene und damit ein CO2-anreizgesteuertes Wirtschaften. Denn um den CO2-Fußabdruck von Unternehmen zu senken, sind CO2-Mengen- und Kompensationsentscheidungen nicht länger jährlich und global, sondern zunehmend bereits unmittelbar für einzelne Produktionsprozesse und idealerweise in Echtzeit zu treffen. Während aktuell zumeist über die Farbenlehre des Wasserstoffs gestritten wird, gibt es vielversprechende technologische Ansätze, die die Nachverfolgbarkeit detailliert sicherstellen und damit eine differenzierte Vermarktung von Wasserstoff je nach dessen CO2-Gehalt ermöglichen.

Auch mit Blick auf die Energiewirtschaft selbst ist ein Ende-zu-Ende-digitalisiertes CO2-Monitoring vielversprechend, weil Infrastrukturmaßnahmen besser bewertbar werden. Zukünftig wird beispielsweise der Netzausbau wesentlich stärker am Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele zu messen sein. Durch eine Simulation der in den Netzentwicklungsplänen festgelegten Netzausbaumaßnahmen einschließlich deren Auswirkungen auf das gesamte Energieversorgungsnetz besteht dann unter anderem die Option, entsprechende Effekte auf die CO2-Bilanz transparent und gezielt zu steuern.

In Anbetracht der Dringlichkeit klimapolitischer Maßnahmen empfehlen wir eine Innovationspolitik, die es erlaubt, vielversprechende Lösungsansätze agiler als bislang zu erproben und rascher hieraus zu lernen. Es gilt daher jetzt mit Blick auf die anstehenden Koalitionsverhandlungen mutig nach vorne zu schauen, die Forschung auf diesem Gebiet massiv nach vorne zu treiben und ein innovationsfreudiges Umfeld zu schaffen. Nur so wird es noch möglich sein, die Weichen für die Erreichung der Pariser Klimaschutzziele entsprechend zu stellen.

Jens Strüker ist Professor für Wirtschaftsinformatik und Digitales Energiemanagement an der Universität Bayreuth und stellvertretender Leiter der Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer FIT. Dr. Ingo Schmidt ist Direktor Regulatory Affairs bei der TenneT TSO GmbH. Gemeinsam haben sie kürzlich das Papier „Dekarbonisierung durch Digitalisierung: Thesen zur Transformation der Energiewirtschaft“ veröffentlicht. Die englische Version findet sich hier.

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