'Climate Impacts' of Fossil Fuels in Today’s Energy Systems (Der „Klimaeffekt“ fossiler Brennstoffe in den heutigen Energiesystemen)

Abstract

Note: This is paper has been peer-reviewed and was published in March 2022 at the SAIMM Journal, available at https://saimm.evlink4.net/servlet/link/403814/455655/39372714/5448861

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Oil, coal, and gas account for ~80% of global primary energy, but only a portion of total airborne CO2eq (~40% at GWP20 to ~60% at GWP100), even though they account for 95% of total measured CO2 emissions. Benefits of these energy sources as well as their related costs are not all incorporated in current energy policy discussions. Global greenhouse gas policies must include documented changes in measured airborne CO2eq to avoid spending large amounts of public funds on ineffective or sub-optimal policies.

The authors examined airborne CO2, which is less than half of emitted CO2, as well as reported CH4 emissions and the global warming potential of CH4 as published by the IPCC for coal and natural gas. The surprising conclusion is that surfaced-mined coal appears “better for the climate” than the average natural gas and all coal appears beneficial over LNG. Therefore, current CO2-only reduction policies and CO2 taxes are leading to misguided consequences and the switch from coal to natural gas, especially LNG, will not have the desired impact of reducing predicted future global warming, in fact, quite the contrary. A large portion of human-caused global warming is attributed by the IPCC and IEA to CH4, while it must be noted that CH4 emissions from natural sources account for ~40% and agriculture for ~25% of annual global CH4 emissions. Energy accounts for ~20% of documented CH4 emissions.

CO2 contributes only ~35% of annual airborne anthropogenic GHG emissions after accounting for CH4, over a 20-year horizon. At a 100-year horizon, CO2’s contribution increases to ~60%. Energy policy that does not consider all GHG emissions along the entire value chain will lead to undesired economic and environmental distortions. All carbon taxation and CO2 pricing schemes are incorrect and need to be revised.

At IPCC’s GWP20 a ~2% higher loss of CH4 across the value chain prior to combustion of natural gas versus coal will lead to “climate parity” of coal with natural gas. Analyzing public data, natural gas value chains have high CH4 and undocumented CO2 losses. On global average, using only IEA documented CH4 data, natural gas emits ~15% more CO2eq than surface-mined coal, over a 20-year horizon. This difference increases as the use of shale gas and LNG expands.

Investors should support all energy systems in a manner which avoids an energy crisis, including intermittent renewable energy systems where they make sense. If CO2 emissions need to be reduced, one of the most effective ways would be to install ultra-super critical power plants with CCUS technology. However, the undisputed benefits of increased CO2 concentrations in the atmosphere because of its photosynthetic and growth effects (fertilization) on plants need to be considered in energy policy decisions as well. The authors suggest that future research and development should concentrate on reducing net emissions of fossil fuel power plants and providing cost effective and reliable conventional new power generation, utilizing clean coal and clean natural gas technology.

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Zusammenfassung

Öl, Kohle und Gas liefern ~80% der weltweiten Primärenergie. Obwohl auf sie 95% der insgesamt gemessenen menschengemachten CO2-Emissionen entfällt, haben sie nur einen Anteil von ~40% (bei GWP20 bis ~60% bei GWP100) des in die Atmosphäre abgegebenen CO2eq. Die Vorteile dieser Energieträger und die damit verbundenen Kosten werden in den aktuellen energiepolitischen Diskussionen nicht umfassend berücksichtigt. Die globalen THG-Maßnahmen müssen die dokumentierten Veränderungen der gemessenen CO2eq-Werte in der Atmosphäre berücksichtigen, um zu vermeiden, dass große Mengen öffentlicher Gelder für wirkungslose oder suboptimale Maßnahmen ausgegeben werden.

Die Autoren untersuchten das in der Atmosphäre gebundene menschengemachte CO2, das weniger als die Hälfte der CO2-Emissionen ausmacht, sowie die gemeldeten Methan-Emissionen und das globale Erwärmungspotenzial (GWP) von Methan gemäß den Veröffentlichungen des IPCC für Kohle und Erdgas. Die Autoren verweisen auf ihre Vorbehalte gegenüber dem GWP des IPCCb. Das überraschende Ergebnis ist, dass im Tagebau abgebaute Kohle "klimaschonender" ist als durchschnittliches Erdgas und dass Kohle grundsätzlich vorteilhafter als LNG zu sein scheint. Daher führen die derzeitigen Maßnahmen zur alleinigen CO2-Reduzierung sowie CO2-Steuern zu fehlgeleiteten Ergebnissen. Der Umstieg von Kohle auf Gas, insbesondere auf LNG, wird nicht den gewünschten Effekt erreichen, die prognostizierte künftige globale Erwärmung zu reduzieren, sondern das Gegenteil bewirken. Etwa 30% der globalen Erwärmung seit der vorindustriellen Zeit führt das IPCC und die IEA auf Methan zurück. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Methanemissionen aus natürlichen Quellen ~40% und aus der Landwirtschaft ~25% der jährlichen globalen Methanemissionen ausmachen. Auf Energie entfällt ein Anteil von ~20% der dokumentierten Methanemissionen.

Die vorliegende Studie zeigt, dass CO2 über einen Zeitraum von 20 Jahren nur einen Anteil von ~35% der jährlichen vom Menschen verursachten THG-Emissionen in die Atmosphäre ausmacht, wenn man Methan bei der Betrachtung berücksichtigt. Bei einem Zeithorizont von 100 Jahren steigt der Anteil von CO2 auf ~60%. Eine Energiepolitik, die nicht alle THG-Emissionen sowie sonstige Umwelteinflüsse entlang der gesamten Wertschöpfungskette berücksichtigt, wird zu unerwünschten wirtschaftlichen und ökologischen Verzerrungen führen. Alle Systeme zur Kohlenstoffbesteuerung und CO2-Bepreisung sind fehlerhaft und müssen revidiert werden.
Auf Basis des 20-Jahres-GWP des IPCC führt ein um ~2% höherer Methanverlusta von Erdgas im Vergleich zu Kohle über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg vor der Verbrennung zu einer "Klimaparität" zwischen Kohle und Erdgas. Die Analyse öffentlicher Daten zeigt, dass die Wertschöpfungskette von Erdgas hohe Methan- und nicht dokumentierte CO2-Verluste aufweist. Wenn man nur die von der IEA dokumentierten Methandaten zugrunde legt, emittiert Erdgas im globalen Durchschnitt ~15% mehr CO2eq als Kohle im Tagebau (bei GWP20). Dieser Unterschied nimmt mit der zunehmenden Nutzung von Schiefergas und LNG zu.

Investoren sollten alle zuverlässigen Energiesysteme in einer Art und Weise unterstützen, die eine Energiekrise vermeidet und die Entwicklung der Menschheit und die Beseitigung der Armut ermöglicht. Wenn die CO2-Emissionen reduziert werden müssen, wäre eine der effektivsten Möglichkeiten der Bau sogenannter Ultra-Super-Critical-Kraftwerke mit CCUS-Technologie. Allerdings müssen auch die unbestrittenen Vorteile einer erhöhten CO2-Konzentration in der Atmosphäre infolge ihrer photosynthetischen und wachstumsfördernden Wirkung auf Pflanzen (Düngung) bei energiepolitischen Entscheidungen berücksichtigt werden. Die Autoren schlagen vor, dass sich die künftige Forschung und Entwicklung auf die Verringerung der Netto-Emissionen von Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen und eine kosteneffiziente und zuverlässige konventionelle Stromerzeugung unter Einsatz sauberer Kohle- und Erdgastechnologie konzentriert.




Keywords
Fossil fuels, CH4, GHG, CO2 emissions, greenhouse gases, energy policy, global warming potential, anthropogenic global warming, Clean Coal Technology

Keywords: Fossil fuels, CH4, GHG, CO2 emissions, greenhouse gases, energy policy, global warming potential, anthropogenic global warming, Clean Coal Technology