Forschung zu Technologien und Standardisierungswegen zur Erreichung der Ziele „Kohlenstoffspitze und Kohlenstoffneutralität“ – am Beispiel intelligenter Masten

1.1 Internationale Lage

2015年12月12日巴黎召开的联合国气候峰会通过“巴黎协议”，并于2016年11月4日起生效，该协议目标是将全球平均气温上升幅度控制在2℃以内，力争控制在1.5℃以内，并在2050-2100年实现全球碳中和目标。目前各国实施情况是积极向好的，瑞典已通过立法规定在2045年实现碳中和，英国、法国、丹麦、新西兰和匈牙利等国也立法规定在2050年实现碳中和，目前已有50多个国家的碳排放实现达峰，约占全球碳排放总量的40%，其中大部分为发达国家，国际上主要国家碳达峰到碳中和时间跨度见表1。据经济合作与发展组织的数据显示，欧盟在1990年就已经实现碳达峰，峰值为48.54亿吨二氧化碳当量；美国碳达峰时间为2007年，峰值为74.16亿吨二氧化碳当量；日本碳达峰时间为2013年，峰值为14.08亿吨二氧化碳当量。[2]

Tabelle 1 Zeitspanne vom Kohlenstoffhöchststand zur Kohlenstoffneutralität in den wichtigsten Ländern

1.2 Inländische Situation

Bereits am 18. Dezember 2017 veröffentlichte die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission die „Mitteilung über den Aufbau des nationalen Marktes für den Handel mit Emissionszertifikaten für Branchen (Stromerzeugungsindustrie)“, startete zunächst das nationale System für den Handel mit Kohlenstoffemissionen in der Stromerzeugungsindustrie, erweiterte schrittweise den Umfang der Teilnahme am Kohlenstoffmarkt und erhöhte die handelbaren Produkte, und verbesserte den Kohlenstoffmarkt kontinuierlich, um einen einheitlichen nationalen Kohlenstoffhandelsmarkt stabil aufzubauen. Am 31. Dezember 2020 veröffentlichte das Ministerium für Ökologie und Umwelt die „Verwaltungsmaßnahmen für den Handel mit Emissionszertifikaten (Testversion)“, um den nationalen Handel mit Emissionszertifikaten und damit verbundene Aktivitäten zu regeln. Am 2. Februar 2021 veröffentlichte der Staatsrat die „Leitlinien des Staatsrates zur Beschleunigung der Einrichtung und Verbesserung eines Wirtschaftssystems für grüne, kohlenstoffarme und zirkuläre Entwicklung“, die die Einrichtung und Verbesserung eines Wirtschaftssystems für grüne, kohlenstoffarme und zirkuläre Entwicklung fordern, um die Erreichung der „Dual-Carbon“-Ziele sicherzustellen und die grüne Entwicklung Chinas auf ein neues Niveau zu heben.[3]Laut Statistiken der chinesischen Datenbank zur Kohlenstoffbilanzierung zeigt Abbildung 1 den Vergleich der Kohlenstoffemissionen pro BIP-Einheit/pro Kopf unter den drei großen städtischen Ballungsräumen. Der prognostizierte Spitzenwert für das Erreichen des Kohlenstoffpeak in China liegt bei etwa 10,6 Milliarden Tonnen CO2-Äquivalent. Obwohl Chinas gesamte Kohlenstoffemissionen weiterhin die höchsten der Welt sind, hat die Wachstumsrate der Kohlenstoffemissionen begonnen zu sinken. Derzeit stammen die Hauptquellen der Kohlenstoffemissionen aus der Stromerzeugung, Heizung, dem Verkehr und dem Bauwesen, die zusammen mehr als 80 % der Gesamtemissionen ausmachen. Im Jahr 2019 betrugen die sozialen Kohlenstoffemissionen Chinas etwa 10,5 Milliarden Tonnen. Energieintensive Industrien sind die Hauptkohlenstoffquellen in China, wobei die Stromerzeugung, die Fertigung und das Bauwesen sowie der Verkehr die drei Hauptkohlenstoffquellen darstellen. Laut Statistiken der Internationalen Energieagentur machen die drei Hauptsektoren Stromerzeugung und Heizung, Fertigung und Bauwesen sowie Verkehr 89 % der CO2-Emissionen Chinas aus, wobei Stromerzeugung und Heizung 51 %, Fertigung und Bauwesen 28 % und Verkehr 10 % ausmachen.

Abb. 1 CO₂-Emissionen pro BIP-Einheit/pro Kopf in den drei größten städtischen Ballungsräumen und Datenvergleich

1.3 Überblick über die Greater Bay Area

Laut den Daten des „White Paper zur Standardisierung der Kohlenstoffneutralität für das industrielle Internet in der Guangdong-Hongkong-Macao Greater Bay Area“ zeigt der Gesamttrend der CO2-Emissionen aus dem Energieverbrauch in der Greater Bay Area, dass die absoluten Emissionen in Hongkong kontinuierlich gesunken sind und ihren Höhepunkt bereits erreicht haben, Macau sich in einer Plateauphase nach Erreichen des Höhepunkts befindet, während die Kohlenstoffemissionen in Guangdong noch wachsen. Unter den Städten der Greater Bay Area hat Macau die niedrigsten Kohlenstoffemissionen pro BIP-Einheit; Städte wie Shenzhen, Hongkong und Guangzhou haben ebenfalls relativ niedrige Kohlenstoffemissionen pro BIP-Einheit, vergleichbar mit den Emissionsniveaus in Ländern wie dem Vereinigten Königreich und Norwegen, und etwas niedriger als in den USA; während Städte wie Jiangmen und Huizhou Kohlenstoffemissionen pro BIP-Einheit aufweisen, die 30 % bis 50 % über dem nationalen Durchschnitt liegen. Der tertiäre Sektor macht in Städten wie Hongkong, Macau, Shenzhen und Guangzhou mehr als 58 % aus, wobei moderne Dienstleistungen und hochtechnologische Fertigung einen großen Anteil haben, was zu relativ niedrigen Kohlenstoffemissionen pro BIP-Einheit führt. Im Jahr 2020 lag der Energieverbrauch pro BIP-Einheit in Shenzhen bei einem Drittel des nationalen Durchschnitts, und die CO2-Emissionen pro BIP-Einheit lagen bei einem Fünftel des nationalen Durchschnitts, wobei sie innerhalb von fünf Jahren um 19,3 % bzw. 23,2 % gesunken sind. Shenzhen hat sein Ziel, zwischen 2020 und 2025 den Höhepunkt der Kohlenstoffemissionen zu erreichen, klar formuliert. Darüber hinaus zeigen die Daten des „Statistischen Jahrbuchs von Huizhou 2020“, dass der Energieverbrauch pro BIP-Einheit in Huizhou im Jahr 2019 bei 0,698 Tonnen Standardkohle pro 10.000 Yuan lag, mit einer Wachstumsrate Im Jahresvergleich (YoY) von 1,7 %.

2.1 International Typisch

Der Unterausschuss für Treibhausgasmanagement und verwandte Aktivitäten (ISO/TC207/SC7) des Technischen Komitees für Umweltmanagement der Internationalen Organisation für Normung ist das wichtigste technische Komitee der ISO bei der Normung zur Bekämpfung des Klimawandels und für Aktivitäten im Zusammenhang mit der Treibhausgasnormung zuständig. Derzeit erarbeitet ISO/TC207/SC7 einen Arbeitsentwurf (WD) der international hoch beachteten internationalen Norm zur Kohlenstoffneutralität (ISO 14068) mit dem Titel „Anforderungen und Grundsätze zur Erreichung der Treibhausgasneutralität bei der Kohlenstoffneutralität und verwandten Aussagen“. Das Technische Komitee der Internationalen Organisation für Normung für die Abscheidung, den Transport und die geologische Speicherung von Kohlendioxid (ISO/TC265) hat Normungsarbeitsgruppen wie die Gruppe für CO2-Speicherung, die Transportgruppe und die Abscheidungsgruppe eingerichtet und vier Arbeitstreffen abgehalten. Bisher wurden vier Arbeitspunkte genehmigt. Im Juni 2021 schlug der Markstrategieausschuss der Internationalen Elektrotechnischen Kommission IEC/TC111 ein Weißbuch über kohlenstofffreie Stromsysteme auf Basis erneuerbarer Energien vor.

2.2 Aktuelle Situation in China

全国环境管理标准化技术委员会（SAC/TC207）主要负责全国环境管理专业领域基础性、通用性、综合性标准化工作，包括环境管理体系、环境标志和声明、环境绩效评价、环境成本和效益、生命周期评价、生态系统评估等，同时对口国际标准化组织环境管理标准化技术委员会（ISO/TC207）相关工作。全国碳排放管理标准化技术委员会（SAC/TC548）于2014年成立，对口国际标准化组织环境管理技术委员会温室气体管理和相关活动分技术委员会（ISO/TC207/SC7），主要负责碳排放管理术语、统计、监测；区域碳排放清单编制方法；企业、项目层面的碳排放核算与报告；低碳产品、碳捕获与碳储存等低碳技术与装备；碳中和与碳汇等领域的标准化工作。截至目前为止，SAC/TC548标委会已发布16项国家标准，正在制修订的标准30余项。2019年国家生态环境部发布《大型活动碳中和实施指南（试行）》文件，规范了大型活动的碳中和实施，2021年9月15日国家工信部将申请立项的《石油和化工行业碳排放核查技术规范》等197项碳达峰相关行业标准予以公示。

2.3 大湾区先行

Als eine der Regionen mit dem höchsten Öffnungsgrad und der stärksten wirtschaftlichen Dynamik in China erlebte die Großbucht Guangdong-Hongkong-Macao, wie der Staatsrat im Februar 2019 den „Entwicklungsplan für die Großbucht Guangdong-Hongkong-Macao“ veröffentlichte. Dieser Plan legt „grüne Entwicklung und ökologischen Schutz“ als grundlegendes Prinzip zur Steuerung der Entwicklung der Region fest und verlangt, dass sich die Region auf der Grundlage grüner, kohlenstoffarmer Innovation entwickelt. Unter der Anleitung und Unterstützung zuständiger Behörden wie der Provinzverwaltung für Marktregulierung von Guangdong, der Provinzkommission für Entwicklung und Reform und der Provinzabteilung für Ökologie und Umwelt wurde der erste provinzielle Technische Ausschuss für Normung zur Kohlenstoffspitze und Kohlenstoffneutralität des Landes (GD/TC73) gegründet. Relevante Einrichtungen wurden organisiert, um Forschungen zum „Rahmenwerk des Normensystems für den Handel mit CO2-Emissionsrechten in der Provinz Guangdong“ und seiner Normungs-Roadmap durchzuführen und Gesetze, Vorschriften und Normen im Zusammenhang mit dem Handel mit CO2-Emissionsrechten zusammenzustellen. Wie in Abbildung 2 dargestellt, klärt das Normensystem für den Handel mit CO2-Emissionsrechten die Unterkategorien von Normen auf den Ebenen Grundlagen, Organisationen, Projekte, Produkte und Handel. Im Hinblick auf die Förderung der Normungsarbeit zeigen relevante statistische Daten, dass die Provinz Guangdong und die Stadt Shenzhen nacheinander fast 20 lokale Normen und fast 20 Gruppennormen im Zusammenhang mit den „Dual-Carbon“-Zielen veröffentlicht haben. Diese Bemühungen bieten eine wichtige normative Grundlagensupport für die Förderung grüner, kohlenstoffarmer technologischer Innovationen und die Verbesserung der Kohlenstoffspeicherkapazität in der Großbucht und dienen gleichzeitig als „Verarbeitungsanlage“ für „Dual-Carbon“-Normen und als „Verbindungsstück“ für Normungsaktivitäten in der Region.

2.3 Gesamtausblick

Aufgrund der Verpflichtung Chinas zur Erreichung der „Dual-Carbon“-Ziele ist es dringend erforderlich, die Kartierung verschiedener Branchen zu beschleunigen, die wichtigsten zukünftigen Entwicklungsrichtungen der Kohlenstoffneutralität zu erfassen, Lücken und Chancen in den relevanten Normen zu identifizieren und die Entwicklung eines systematischen Normungsplans geordnet voranzutreiben. Die Etablierung und Verbesserung des Normensystems im Zusammenhang mit „Dual-Carbon“ ist unerlässlich. Gemäß der nationalen Gesamtstrategie für „Dual-Carbon“ müssen wir die Normungsbedarfe in allen Branchen verfeinern und organisieren, Lücken in grundlegenden Normen wie Emissionsreduktionstechnologien, Bilanzierung und Bewertung schließen, die großen strategischen Anforderungen der „Dual-Carbon“-Arbeit erfüllen und die grüne Entwicklung in allen Branchen durch Benchmarking und Compliance der Stakeholder im Normungswesen vorantreiben. Gleichzeitig müssen wir die Aktualisierung und Modernisierung der Energieeinsparungsnormen beschleunigen, die nationalen Normen für Energieverbrauchsgrenzwerte und die verbindliche Energieeffizienz von Produkten als grundlegende Leitlinien dringend überarbeiten, die Anforderungen an die Energieverbrauchsgrenzwerte von Produkten erhöhen, den Anwendungsbereich der Normen für Energieverbrauchsgrenzwerte erweitern und die begleitenden Normen für die Energiebilanzierung, Prüfung und Zertifizierung, Bewertung und Auditierung verbessern. Dies wird eine standardisierte Unterstützung für die Erreichung der „Dual-Carbon“-Ziele Chinas bieten und den Fortschritt der Verifizierung und Bilanzierung von Kohlenstoffemissionen auf regionaler, branchenweiter und Produktebene durch die Verbesserung und Verfeinerung der Normung voranbringen.

3.1 环境监测

基于我国交通运输CO₂排放量处于增长的背景之下，相关行业都在研究及制定“双碳”达标规划，实施碳减排措施及进行碳抵消等工作。[4]城市中现有的各监测点是应用气体传感器较为单一地测得二氧化碳含量，未能结合该路段的交通流量、车速、周边绿植数量以及吸收二氧化碳的能力等进行综合监测。智慧城市物联网架构下的智慧杆搭载环境监测模组，有效实现收集和监测所在场景区域中的PM2.5浓度、PM10浓度、二氧化碳含量、二氧化硫含量、扬尘浓度和噪声分贝等气象及环境信息，系统管理平台通过对收集到的各类数据进行综合分析与对比，系统发出优化及调整指令，有效控制该区域的相关指标达到预定目标值，发挥智慧杆搭载环境监测模组在减碳达标过程的重要作用。

3.2 Saubere Energie treibt intelligente Masten an

Im Zuge des großen Trends zu hoher Effizienz und Energieeinsparung ist die Anwendung sauberer Energien unvermeidlich. Intelligente Masten, die mit Solar- und Windenergieerzeugung ausgestattet sind, werden gefördert und angewendet. Der von solaren Photovoltaikmodulen gesammelte Strom wird durch Energiespeichermanagement oder direkt für den Betrieb verschiedener kompatibler Geräte verwendet, die an intelligenten Masten montiert sind, wodurch das bei der kraftstoffbasierten Stromerzeugung erzeugte Kohlendioxid reduziert wird, was zur Kohlenstoffkompensation und zum Erreichen des Kohlenstoffgleichgewichts führt.[5]Die Verwaltungsplattform für intelligente Masten deckt ihren eigenen Strombedarf basierend auf der Sammlung von Wind- und Solarenergie, um Kohlenstoffemissionen zu reduzieren, und ist mit Energiespeichergeräten ausgestattet, die ihr mehr Gewinnpotenzial verleihen, wodurch mehr kommerzieller Wert für Betreiber geschaffen und die Ziele der Kohlenstoffneutralität erreicht werden. Die gewonnene Wind- und Solarenergie ist zwar tatsächlich billiger als die thermische Stromerzeugung, aber die entsprechenden geografischen Umgebungen und Managementmethoden beeinflussen die Systemauslastung, z. B. Zeiten ohne Sonne und Wind. Probleme der Energiespeicherung und der instabilen Stromversorgung müssen durch den Einsatz neuer Technologien gelöst werden, um die effiziente Nutzung sauberer Energien zur Erreichung der städtischen „Dual-Carbon“-Ziele zu fördern.

3.3 Verkehrsoptimierung zur Kohlenstoffreduzierung

Die Kohlendioxidemissionen des Verkehrssektors machen fast 9 % der gesamten nationalen Emissionen Chinas aus, und die CO₂-Emissionen in der Verkehrsbranche befinden sich noch in einer Wachstumsphase. Verkehrsmanagementgeräte, die an intelligenten Masten montiert sind, nutzen Informationstechnologien wie Big Data, Cloud Computing und 5G, um relevante Daten im Abdeckungsbereich zu sammeln. Wenn festgestellt wird, dass der Kohlendioxidgehalt durch straßenbegleitende Begrünung nicht zur Kohlenstoffneutralität führen kann, wird der Fokus auf Daten zur Nutzung sauberer Energie in Fahrzeugen und zum Anteil grüner Mobilität gelegt. Die Systemverwaltungsplattform nimmt Echtzeitanpassungen der Verkehrssteuerung auf aktuellen Straßen vor, und die Steuerungsplattform passt den Straßenverkehr durch Fahrzeug-Infrastruktur-Koordination an und leitet ihn, optimiert Fahrtrouten, um das durch Staus erzeugte Kohlendioxid zu reduzieren, verringert lange Standzeiten von Fahrzeugen aufgrund von Blockaden und überwacht den Kohlendioxidgehalt in der Region in Echtzeit. Die Daten werden an die Systemsteuerungsplattform gesendet, um sie mit den ursprünglichen Kohlendioxidschwellenwerten zu vergleichen, und Optimierungsbefehle werden ausgegeben, um einen flüssigen Verkehrsfluss zu erreichen und die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren.[6]

Als Infrastruktur für intelligente Städte und eine aufstrebende Industrie, die durch disziplinübergreifende technologische Integration gekennzeichnet ist, sollten intelligente Masten quantitative Indikatoren zur Bewertung der Kohlenstoffemissionen der Masten und ihrer Systeme anwenden, um so ihr Emissionsniveau im weiteren Kontext der Verwirklichung der „Dual-Carbon“-Ziele zu bewerten.[7]Um die „Dual-Carbon“-Ziele zu erreichen, ist es unerlässlich, Technologien wie kohlenstofffreie Energie, Anwendungen von kohlenstoffarmer und neuer Energie, technologische Innovation und Wiederverwendung zu nutzen. In Kombination mit lokalen Industriestrukturen und sozioökonomischen Entwicklungsmerkmalen sollten wir die tiefe Zusammenarbeit zwischen Herstellern und relevanten Forschungseinrichtungen stärken, um komplementäre Vorteile zu nutzen. Dazu gehören die Einrichtung von Technologie-Forschungszentren nach dem Modell „Industrie-Hochschule-Forschung-Anwendung“, die Integration der „Dual-Carbon“-Ziele in die Gesamtplanung der städtischen Infrastruktur, die Etablierung und Verbesserung von Standards für Energieeinsparung und Bewertung in der Industrie im Rahmen der „Dual-Carbon“-Strategie, die Aktualisierung und Modernisierung dieser Standards, die Anhebung der Anforderungen an die Höchstgrenzen des Energieverbrauchs von Produkten sowie die Vervollständigung begleitender Standards für die Energiebilanzierung, Prüfungen Zertifizierung, Bewertung und Auditierung. Wir müssen Arbeitsmethoden in der Planung intelligenter Masten, im Baumanagement, in Bewertungssystemen, bei technologischen Innovationen und in der städtischen Digitalisierung innovativ gestalten, das Konzept der grünen Entwicklung während des gesamten Lebenszyklus von Lösungen für intelligente Mastensysteme verankern und sicherstellen, dass Energieeinsparung und Kohlenstoffreduzierung effektiv in der Lieferkette umgesetzt werden.

Literaturverzeichnis
[1] Cao Xiaobing, Wang Hailong, Zhao Jingwen, et al. Fokus auf den Aufbau und die Demonstration intelligenter Masten im Rahmen der städtischen IoT-Architektur[J]. China Lighting & Electrical Apparatus, 2020(05):22-25.
[2] Xue Liang. Ziele und Fortschritte der Länder bei der Erreichung der Kohlenstoffneutralität[J]. Shanghai People's Congress Monthly, 2021(07):53-54.
[3] Das Zentralkomitee der KPCh und der Staatsrat haben die „Stellungnahmen zur vollständigen, genauen und umfassenden Umsetzung des neuen Entwicklungskonzepts zur guten Bewältigung der Arbeit im Bereich Kohlenstoffspitze und Kohlenstoffneutralität“ veröffentlicht[J]. Shanghai Energy Conservation, 2021(10):1054.
[4] Xu Jie. Analyse der Informationsqualitätskontrollstrategien für automatisierte Überwachungssysteme der Umgebungsluft[J]. Sci-Tech Innovation and Application, 2021,11(31):133-136.
[5] Zhu Gang, Li Yanhe, Zhang Zhen, et al. Betriebstechnologie und Anwendung provincialer Stromnetze mit vollständiger Versorgung durch saubere Energie[J]. Electric Power, 2021, 54(05):195-205.
[6] Zhang Jin, Yuan Jiting, Zi Fengjun. Führt die Steigerung der Verkehrseffizienz zu einer Verringerung der Kohlenstoffemissionen im Verkehrssektor? —Eine empirische Studie auf Basis interprovinzieller Paneldaten[J]. Ecological Economy, 2021,37(11):18-24.
[7] Wang Hailong, Zhao Jingwen, Wang Heru, Cao Xiaobing. Kurze Analyse des Aufbaus und der Entwicklung multifunktionaler intelligenter Masten im Rahmen der Smart-City-Architektur[J]. China Lighting & Electrical Apparatus, 2020,No.426(09):1-5.