Wie viel Kohlenstoff braucht der Mensch? Das Dekarbonisierungsdilemma - GDCh-Workshop Umbau des Energiesystems - Beiträge der Chemie 24.02.2011 ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Wie viel Kohlenstoff braucht der
Mensch?
Das Dekarbonisierungsdilemma
GDCh-Workshop
Umbau des Energiesystems – Beiträge der Chemie
24.02.2011, Berlin
Hermann PütterD globale
Der l b l Kohlenstoffkreislauf
K hl t ffk i l f
Atmosphäre
t osp ä e
750 Mrd. t
Atmung,
Zersetzung: 100
Mrd.t/a Diffusion: Vulkanismus:
Waldvernichtung, Energie; 0,1 Mrd.t/a
90 Mrd.t/a
Photosynthese:
y Bodennutzung: Industrie: 92 Mrd.t/a
100 Mrd.t/a 2 2 Mrd.t/a
2,2 M d t/ 6,3 Mrd.t/a
Pflanzen Ozeane (Oberfläche)
Vegetation
g 550 Mrd. t Kohle, Öl, Gas 800 Mrd.
d t
50 Mrd
Mrd. t/a 5000 Mrd. t
Boden 1500 Mrd. t Mischung: +/- 35 Mrd. t
Ozeane (Tiefe)
40000 Mrd. t
Sedimente
S di
100.000.000 Mrd. t
nach M. Latif: Bringen wir das Klima aus dem Takt, Fischer Taschenbuch Verlag,
Frankfurt 2007, ISBN 978-3-596-17276-4, S. 65; Klimadaten zwischen 1990 und 1999;
Siehe z.B auch DOE: Simplifield Global Carbon CycleÜb
Überschreiten
h it wiri unsere Grenzen?
G ?
Atmosphäre
t osp ä e
750 Mrd. t
Atmung,
Zersetzung: 100
Mrd.t Diffusion: Vulkanismus:
Waldvernichtung, Energie; 0,1 Mrd.t
90 Mrd.t
Photosynthese:
y Bodennutzung: Industrie: 92 Mrd.t
2
2,2
2 Mrd.t
M d t
100 Mrd.t Techno- 6,3 Mrd.t
Pflanzen sphäre Ozeane (Oberfläche)
Vegetation
g 550 Mrd. t Kohle, Öl, Gas 800 Mrd.
d t
50 Mrd
Mrd. t 5000 Mrd. t
Boden 1500 Mrd. t Mischung: +/- 35 Mrd. t
Ozeane (Tiefe)
40000 Mrd. t
Sedimente
S di
100.000.000 Mrd. t
nach M. Latif: Bringen wir das Klima aus dem Takt, Fischer Taschenbuch Verlag,
Frankfurt 2007, ISBN 978-3-596-17276-4, S. 65; Klimadaten zwischen 1990 und 1999;
Siehe z.B auch DOE: Simplifield Global Carbon CycleDas K
D Konzeptt d
der D
Dekarbonisierung:
k b i i Abschied
Ab hi d
vom fossilen Kohlenstoff
Die R
Di Rolle
ll dder Bi
Biomasse
Dekarbonisierung (decarbonisation) in diesem Konzept
Low Carbon Economy; LCE Erhöhter Bedarf
Effizienz
Effi ien für Bioenergie und Nachw
Nachw. Rohstoffe
Suffizienz
SolarKohlenstoff in
Energie Kohlen- Erneuerbare Wi d
Wind
Biomasse
stoff „klimaneutral“
Energien
in Wasser
Erdöl,
Erdgas, Biomasse
Kohle andere
Effizienz
Materialien
(Petrochemie)
Kohlenstoff in klima-
relevanten Mineralien
(Rohstoffe für Zement,
Stahl,…)T
Trends
d im
i Biomasseverbrauch
Bi b h
Trend
Food crops + substantial production increase
livestock + substantial production increase
wild food - declining production
fisheries - overharvest
aquaculture + substantial production increase
Fiber Timber +/- forest loss in some regions, growth
in others
Cotton, hemp, silk +/- declining in some regions, growth in
others
Wood fuel - declining production
Genetic Resources - lost through extinction and crop
genetic resource loss
Biochemicals, natural - lost through extinction, overharvest
medicines, pharmaceuticals
Fresh water - Unsustainable use for drinking,
industry, and irrigation
Weltbank: World Development Report 2010, Development and Climate Change, S. 125Wi viel
Wie i l Kohlenstoff
K hl t ff brauchte
b ht der
d Mensch?
M h?
energetische
ti h N Nutzung
t
stoffliche Nutzung
g
..the energy input of hunter-gatherers
i in
is i the
th order
d off magnitude
it d off about
b t
10 GJ/(cap*y).
H.Haberl , Energy 31(2006), 89
Dies entspricht
einem täglichen
Kohlenstoffbedarf
von 0,8
0 8 kg C/KopfEin typisches deutsches Frühstück
Wärme
Nahrungsmittel
Papier Stahl Davon Kohlenstoff:
Strom 12 kg/Tag
Baustoffe
Kraftstoffe
Kunststoffe
Textilien
Glas
Gesamtmaterial- Direkter Material- Herstellung
einsatz ppro Kopf:
p verbrauch: unserer
un
0,21 t/Tag 57 kg/Tag Verbrauchs-
Rucksäcke: güter
0,15 t/Tag Davon Kohlenstoff:
~ 8 kg/Tag
Quelle: Umweltbundesamt: Texte 02/08: Ressourcenverbrauch von Deutschland –
aktuelle Zahlen und BegriffsbestimmungenDer Kohlenstoffmetabolismus in Deutschland
Biomasse Fossile Energieträger
IImporte:
t Importe:
30 Mio. t C Erzeugung: Gewinnung: 170 Mio. t C
100 Mio. t C 60 Mio. t C
Gesamteinsatz: 360 Mio. t C
•Nicht bilanzierte Treibhausgase
Treibhausgase Exporte 220 Mio. t C
•Langlebige Güter ~50 Mio. t C laut Bilanz
Nicht verwertete Biomasse: ~150 Mio. t C
„Rucksäcke“ fossiler Energieträger: ~80 Mio. t C
Gesamter deutscher Kohlenstoffumsatz: 0,6 Mrd. t C
Angaben in Jahreswerten; Daten berechnet aus: 1) Umweltbundesamt, Texte 02/08, Ressour-
cenverbrauch von Deutschland – aktuelle Kennzahlen und Begriffsbestimmungen (Biomasse) ; 2)
AGEB Energiebilanz Deutschland 2007 (Fossile Energieträger); 3) Öko Institut 2004:
Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von BiomasseDer Kohlenstoffmetabolismus in Deutschland
Biomasse Fossile Energieträger
IImporte:
t Importe:
30 Mio. t C Erzeugung: Gewinnung: 170 Mio. t C
100 Mio. t C 60 Mio. t C
Gesamteinsatz: 360 Mio. t
•Nicht bilanzierte Treibhausgase
Treibhausgase Exporte 220 Mio. t C
•Langlebige Güter ~50 Mio. t C laut Bilanz
Nicht verwertete Biomasse: ~150 Mio. t C
„Rucksäcke“ fossiler Energieträger: ~80 Mio. t C
Gesamter biogener Kohlenstoffbedarf: ~ 0,3 Mrd. t C
Angaben in Jahreswerten; Daten berechnet aus: 1) Umweltbundesamt, Texte 02/08, Ressour-
cenverbrauch von Deutschland – aktuelle Kennzahlen und Begriffsbestimmungen (Biomasse) ; 2)
AGEB Energiebilanz Deutschland 2007 (Fossile Energieträger); 3) Öko Institut 2004:
Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von BiomasseK hl
Kohlenstoffbilanz
t ffbil der
d Menschheit
M hh it heute
h t
oberirdisch: ~34 Mrd. t C
Jährlich durch Photosynthese
Erfasste Treibhaus-
gebunden: ~ 100 Mrd. t C
gase: ~ 9 Mrd. t C
Ozeane terrestrisch
Rückflüsse in die Biosphäre: ~2,5 Mrd. t C Biomasseverbrauch 1) durch
den Menschen: ~ 10 Mrd. t C
Fossile Nahrung, Holz,….
~ 9 Mrd. t C „moderne“ Bioenergie
Quellen Technosphäre
Verbleib in der Technosphäre
p
Eine Studie auf Basis der verfügbaren Daten für
und nicht erfasste
1995 kam auf einen weltweiten Verbrauch an bio-
Treibhausgase: ~ 8 Mrd. t C
genem Kohlenstoff von 11,5 Mrd. t. Die Weltbe-
völkerung
g lag
g 1995 bei 5,69 Mrd. Menschen.
M. Imhoff et al. Human Appropriation of Net Primary Production (HANPP)
1) aus:
by country andH. Haberl
product, et al.
Data PNAS,by104
distributed the (2007), 12943Data and
Socioeconomic
Application Center (SEDAC):
http://sedac.ciesin.columbia.edu/es/hanpp.htmlDie „Zielvorgaben
Di Zi l b der
d Dekarbonisierung“
D k b i i “ im
i
Energiekonzept der Bundesregierung
Die Bundesregierung beabsichtigt
beabsichtigt, den Anteil von Biokomponenten in
Kraftstoffen weiter zu steigern und wird hierfür die Voraussetzungen schaffen.
Die Zielvorgaben der Dekarbonisierung werden langfristig und schrittweise
anspruchsvoller
p ausgestaltet
g (S.
( 25))
Die Bioenergie soll als bedeutender erneuerbarer Energieträger in allen drei
Nutzungspfaden „Wärme“, Strom“ und „Kraftstoffe“ weiter ausgebaut werden.
Hierbei wird die Bundesregierung ihren bereits eingeschlagenen Weg der
nachhaltigen Nutzung von Biomasse für eine umweltfreundliche und sichere
Energieversorgung konsequent fortsetzen. Wesentliche Elemente dieser
nachhaltigen Biomassenutzung sind: …die Ergänzung des Biomassebedarfs
durch Importe nachhaltig erzeugter Biomasse. …
Die heimischen Biomassepotenziale sind vor allem durch Nutzungskonkurrenz
sowie im Hinblick auf Naturschutz und die Biodiversität begrenzt. … Darüber
hinaus wird Deutschland zunehmend auf den Import von nachhaltigen
Bioenergieträgern angewiesen sein. (S. 10)
BMWi, BMU: Energiekonzept für eine umweltschonende
BMWi umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare
Energieversorgung, 28.09.10V der
Von d Biomasse
Bi zur Endenergie
E d i
Anbau Ernte Verarbeitung
Rückführrungen
Wasser Ernteverluste Lagerverluste
Erosion
Humusbilanz
odukte, R
Bodenfruchtbarkeit
Fossiler Kohlenstoff Wirkungsgrade
ebenpro
für Dünger, Transporte,
Hilfsenergien etc.
Korn/Stroh Verhältnis
Korn/Stroh-Verhältnis 1)
Ne
1) M. Kaltschmitt, D. Merten, N. Fröhlich, M. Nill, WBGU-Materialien, Energiegewinnung aus Biomasse,
Berlin, Heidelberg 2003, Volltext verfügbar unter www.wbgu.de/wbgu_jg2003_ex04.pdfV der
Von d Biomasse
Bi zur Endenergie
E d i
Anbau Ernte Verarbeitung
Rückführrungen
Wasser Ernteverluste Lagerverluste
4:1
Acker
Erosion
Humusbilanz
Wald
Ernte Strom, Wärme,
odukte, R
Umwandlung Biokraftstoffe
Bodenfruchtbarkeit
Fossiler Kohlenstoff Wirkungsgrade
ebenpro
für Dünger, Transporte,
Hilfsenergien etc.
Korn/Stroh Verhältnis
Korn/Stroh-Verhältnis 1)
Ne
1) M. Kaltschmitt, D. Merten, N. Fröhlich, M. Nill, WBGU-Materialien, Energiegewinnung aus Biomasse,
Berlin, Heidelberg 2003, Volltext verfügbar unter www.wbgu.de/wbgu_jg2003_ex04.pdfQuintessenz
Q i t aus dem
d i 20091)
Leitszenario
L it
Steigerung der Bioenergie 2005 2020
Senkung der KWK- Strom: +134 PJ
Treibhausgase um Anlagen
60 Mio
Mio. t C Wä
Wärme: +149
149 PJ
durch
Effizienz „
„Primär- Kraftstoffe: +144 PJ
k hl t fff i
kohlenstofffreie energie“
Energien
…und Bioenergie Öfen Wärme: +107
107 PJ
Zusatzangebot an Bioenergie: ~0,5 EJ (534 PJ)
1) Leitszenario 2009, Tabellen 15 und 16 (S. 101,102)Quintessenz
Q i t aus dem
d i 20091)
Leitszenario
L it
Steigerung der Bioenergie 2005 2020
Zusätzlicher Bedarf an
Senkung der
Nettoprimärproduktion KWK- Strom: +134 PJ
Treibhausgase um Anlagen
60 Mio
Mio. t C Wä
Wärme: +149
149 PJ
durch
Effizienz „
„Primär- Kraftstoffe: +144 PJ
k hl t~2fff
EJ i
kohlenstofffreie energie“
Energien oder Verluste: + 59 PJ
~60 Mio. t C
…und Bioenergie Öfen Wärme: +107
107 PJ
Zusatzangebot an Bioenergie: ~0,5 EJ (534 PJ)
fossile Hilfsenergien
(für Düngemittel, 4:1
Pflanzenschutz,
Transporte, …) Acker Strom, Wärme,
Ernte
Wald
Wasser Umwandlung
g Biokraftstoffe
1) Leitszenario 2009, Tabellen 15 und 16 (S. 101,102)Kohlenstoff
K hl t ff in
i der
d Biokraftstoffstrategie
Bi k ft t ff t t i derd
EU für 2020
C iin Bi
Bioethanol:
th l + 3,5
3 5 Mi
Mio. t/
t/a
C in Biodiesel: + 9,4 Mio. t/a Mutter Natur muss dafür im Jahr
C Gesamt1): +12,9 Mio. t/a ~ 50 Mio. Tonnen Kohlenstoff in
Biomasse bereitstellen.
bereitstellen
Zusätzlicher Bedarf an Ackerfläche2)
Bioethanol: + 1,9 Mio. ha
Biodiesel: + 3,5 Mio. ha
G
Gesamt:t + 6,5
6 5 Mi
Mio. h
ha
Durch die geänderte Landnutzung ausgelösten
einmaligenTreibhausgasemissionen3):
Lower ILUC: 876 Mio t CO2e
Upper ILUC: 1459 Mio t CO2e ~ 200 bis ~ 350 Mio. t C
Daten berechnet nach: IEEP, Anticipated Indirect Land Use Change Associated with Expanded Use of
Biofuels and Bioliquids in the EU – An Analysis of the National Renewable Energy Action Plans
1) Nur Zuwachs an „konventionellen“ Biokraftstoffen; 2) Mittelwerte (Tab. 3, S.11); 3) Tabelle 6, S.15;
IEA: Bioenergy, Land Use Change and Climate Change Mitigation
Lead Author: G. Berndes, Chalmers University of Technology , Sweden, Februar 2011D D
Das Dekarbonisierungsdilemma
k b i i dil
Unser Kohlenstoffbedarf stößt insgesamt schon heute an kriti-
sche Grenzen. Dies wird verschärft durch das Wachstum der
Menschheit.
Menschheit
Wir müssen unseren Zugriff auf fossile Quellen zurückfahren.
Eine Verschiebung,
Ei V hi b fossile
f il Ressourcen
R Biomasse,
Bi läuft
lä ft
Gefahr, das Gegenteil einer nachhaltigen Entwicklung zu sein.
Deshalb: Vorsicht bei Dekarbonisierungsvisionen! Die Fixierung
auf die Treibhausgasbilanz zwingt uns Scheuklappen auf.W ist
Was i t zu tun?
t ?
Konzentration auf wirklich „kohlenstofffreie“ Energieformen
•Effizienzsteigerung im Umgang mit Kohlenstoff (fossil und biogen)
•Kaskadennutzung (z.B. erst stofflich als „nachwachsender
Rohstoff“ dann als Bioenergie)
•Grundlagenforschung stärken (z.B. Biomasse mit Algen)
•Fortgeschrittene F&E-Aktivitäten auf Effizienz durchleuchten (mehr
Forschung - weniger Investitionen in unzureichenden Stand der
Technik?)
•Wiederaufforstung mit klugem Wassermanagement (Problem:
Agrarflächen als internationales Spekulationsobjekt vs. lokale
Bevölkerung)
•Grenzen (technische, ökonomische, ökologische, soziale,
ethische) aufzeigen
Wir müssen in erster Linie eine kulturelle Aufgabe lösen!Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
We should take the energy and climate crisis as an opportunity to
move away from fossil fuels, reduce disparities, increase inter-
national cooperation, and lead humanity to an innovative concept
of prosperity.
prosperity …
We should be conscious, however, that science and technology
alone will not be sufficient to allow quiet travel of our spaceship.
Social sustainability is even more important
important…
Learning to say „enough“ is a necessary condition for a sustaina-
ble world, whereas establishing equity is a basic need to enforce
social sustainability.
Aktuelle Aussagen von zwei Chemikern1).
1) Nicola Armaroli
Armaroli, Vincenzo Balzani,
Balzani Energy for a Sustainable World – from the Oil Age
to a Sun-Powered Future, Wiley-VCH, Weinheim 2011, S. 312-313
ISBN 978-3-527-32540-5Sie können auch lesen
