Papier

Papier hat ein positives Nachhaltigkeitsimage. Es basiert es auf nachwachsenden Rohstoffen, ist gut recyclebar und setzt am Ende seines Lebenswegs nur so viel CO2 frei, wie die Rohstoffe während ihrer Entstehung der Atmosphäre entzogen haben. Allerdings benötigt die Herstellung von Papier, Karton und Pappe enorme Mengen an thermischer und elektrischer Energie. Das wirft die Frage auf, welchen Beitrag die Papierindustrie für die Energiewende leisten kann. Batteriespeicher würden es ihr erlauben, Flexibilitätsoptionen für eine nachhaltige Energieversorgung auf Basis fluktuierender erneuerbarer Quellen anzubieten. Dadurch ließen sich nicht zuletzt auch ökonomische Potenziale für die Branche erschließen.

 

Referenzen

Relevanz dieses Anwendungsfeldes

Die Papierindustrie zählt zu den energieintensiven Grundstoffindustrien und trägt damit erheblich zum Energiebedarf sowie zu den CO2-Emissionen der Gegenwart bei. Weltweit wurden 2019 rund 412 Mio. t Papier, Karton und Pappe erzeugt. Deutschland ist nach China, den USA und Japan mit 22,1 Mio. t viertgrößter Produzent, mit 18,9 Mio. t viertgrößter Verbraucher sowie mit einer Ausfuhr von 13,6 Mio. t der größte Exporteur weltweit. Verpackungen machen mit 58 % der deutschen Gesamtproduktion den weitaus größten Anteil aus, gefolgt von grafischen Papieren mit 28 % sowie Hygienepapieren mit 7 %.1

Der spezifische Energieeinsatz für die Herstellung von Papier, Karton und Pappe betrug im Jahr 2020 in Deutschland 2.743 kWh/t, wovon 49 % auf fossile Brennstoffe (v. a. Gas), 26 % auf alternative Brennstoffe (v. a. Reststoffe aus Vorprodukten), 16 % auf Strom sowie 9 % auf Fremdwärme entfielen. Ein Teil des Erdgases und der alternativen Brennstoffe wird dabei in den Papierfabriken für die eigene Stromerzeugung verwendet, wodurch sich der Anteil von Strom an der insgesamt eingesetzten Energie auf rund 29 % (16,8 von 58,6 Mrd. kWh) erhöht.1 Weltweit wurden 2020 rund 577 Mrd. kWh Strom für die Papierproduktion benötigt.2

Die spezifischen CO2-Emissionen belaufen sich auf 555 kg/t und bewegen sich damit auf ähnlichem Niveau wie die Emissionen der Zementindustrie (587 kg/t). Die Gesamtemissionen der letzteren sind jedoch, entsprechend den globalen Produktionsmengen, um einen Faktor zehn höher als die Emissionen der Papierindustrie. Allerdings sind die elektrizitätsbedingen CO2-Emissionen der Papierindustrie höher, was auf den deutlich größeren Strombedarf bei der Produktion zurückzuführen ist: 786 kWh werden in Deutschland für die Herstellung einer Tonne Papier, Karton und Pappe benötigt, gegenüber 109 kWh für die Herstellung einer Tonne Zement.1,3,4

Die weltweite Nachfrage nach Papier, Karton und Pappe hat in den letzten Jahren zugenommen. Es wird davon ausgegangen, dass sie aufgrund von Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum weiter wachsen wird.2

 

1 Verband Deutscher Papierfabriken VDP (2021): Leistungsbericht Papier 2021.
Link ↗ (Zugriff am 22.12.2021).

2 International Energy Agency IEA (2021): Pulp & Paper.
Link ↗ (Zugriff am 22.12.2021).

3 Verein Deutscher Zementwerke VDZ (Hrsg.) (2017): Umwelt-Produktdeklaration nach ISO 14025 und EN 15804. Zement.
Link ↗ (Zugriff am 22.12.2021).

4 Verein Deutscher Zementwerke VDZ (Hrsg.) (2021): Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2020.
Link ↗ (Zugriff am 22.12.2021).

Einsatz von Batteriespeichern

Papier steht im Ruf, den Zielen einer nachhaltigen Entwicklung in hohem Maße zu genügen. In der Tat basiert es auf nachwachsenden Rohstoffen, ist gut recyclebar und setzt am Ende seines Lebenswegs nur so viel CO2 frei, wie die Rohstoffe während ihrer Entstehung der Atmosphäre entzogen haben. Weniger präsent ist, neben der mitunter problematischen Rohstoffherkunft, dass für die Produktion von Papier, Karton und Pappe enorme Mengen an Wasser und Energie benötigt werden – und dass letztere in Deutschland noch heute zu rund der Hälfte auf fossilen Brennstoffen stammt.

Mit einem Strombedarf von insgesamt 16,8 Mrd. kWh zählen die 91 Unternehmen der deutschen Papierindustrie1 zu den Großverbrauchern elektrischer Energie. Ob und inwieweit die Branche durch eine zeitliche Flexibilisierung ihres Strombedarfs die Energiewende hin zu fluktuierenden, erneuerbare Quellen unterstützen kann, wird kontrovers diskutiert.5,6,7 Batteriespeicher würden es ihr unabhängig davon erlauben, einen erheblichen Beitrag zur Integration erneuerbarer Energien in ein nachhaltiges Energiesystem der Zukunft zu leisten: Mit ihrer Hilfe könnten an einer überschaubaren Anzahl von Standorten große Mengen an Strom zwischengespeichert werden – netzdienlich und ohne störenden Einfluss auf die Produktionabläufe.

Dies müsste für die Unternehmen jedoch auch ökonomisch attraktiv sein. Hierfür gibt es mehrere Ansatzpunkte: Eine authentische Nachhaltigkeitsorientierung könnte im Verbund mit entsprechender Unternehmenskommunikation schon für sich genommen zu wirtschaftlichen Vorteilen in einem global hart umkämpften Markt führen, der sich immer stärker mit Forderungen von Politik und Verbrauchern nach mehr Nachhaltigkeit konfrontiert sieht. Rechtliche Anreizsysteme können dafür sorgen, dass nachhaltigsorientiertes Handeln im Elektrizitätsmarkt verlässlich honoriert wird – wobei fraglich ist, ob das bestehende System dies für die Papierindustrie mit ihren spezifischen Lastgängen bereits hinreichend leisten kann.

Eine Mehrfachnutzung von Batteriespeichern kann schließlich auch dazu dienen, zusätzliche Einnahmequellen (durch Teilnahme am Regelenergiemarkt usw.) für die Unternehmen zu generieren.

 

5 Gruber, Anna-Maria (2017): Zeitlich und regional aufgelöstes industrielles Lastflexibilisierungspotenzial als Beitrag zur Integration Erneuerbarer Energien.
Link ↗ (Zugriff am 22.12.2021).

6 Godin, Hélène (2019): Energiewende in der Industrie – Potenziale und Wechselwirkungen mit dem Energiesektor. Branchensteckbrief der Papierindustrie.
Link ↗ (Zugriff am 22.12.2021).

7 Steurer, Martin (2017): Analyse von Demand Side Integration im Hinblick auf eine effiziente und umweltfreundliche Energieversorgung.
Link ↗ (Zugriff am 22.12.2021).

Performance-Anforderungen

Eine ambitionierte Nachhaltigkeitsorientierung der Produktion erfordert Batterien, die ebenfalls hohen Nachhaltigkeitsstandards genügen. Dazu zählt der Verzicht auf kritische Rohstoffe ebenso wie eine günstige Ökobilanz, wofür die Langlebigkeit der Akkus eine entscheidende Rolle spielt.
Auch spezifische Energie, Schnellladefähigkeit und Tiefentladefestigkeit sind in diesem Zusammenhang von Bedeutung, da das Zusammenspiel dieser Faktoren maßgeblich über die richtige Dimensionierung der Speicher und damit über den Rohstoff- und Energiebedarf für deren Herstellung bestimmt.8

Die ökonomisch attraktive Mehrfachnutzung von Batteriespeichern geht mit einer hohen Zyklenfrequenz einher. Voraussetzung für ihre Realisierung sind daher Speicher, die über eine ausgeprägte Langlebigkeit verfügen.

 

8 Dusseldorp, Marc; Heinz, Sebastian; Lange, Christopher; Pohl, Sebastian (2021): Rightsizing – aber richtig! Auslegung von Batteriespeichern für mehr Nachhaltigkeit in der Energiewende.
Link ↗ (Zugriff am 22.12.2021).

Marktausblick

Das Marktpotenzial für Batteriespeicher in der Papierindustrie ergibt sich in erster Linie aus dem Flexibilisierungspotenzial, welches sie für das Energiesystem bereitstellen sollen. Geht man beispielsweise von der Zielstellung aus, 10 % des aus dem Netz bezogenen, d. h. nicht selbst produzierten Stroms, temporär über 12 Stunden zwischenspeichern zu können, ergibt sich (bei 11,5 Mrd. kWh und 7.500 Betriebsstunden) ein Zwischenspeicherbedarf von 1,84 GWh.