Wie viel Kohlenstoff braucht der Mensch DPGFrhjahrstagung Berlin
Wie viel Kohlenstoff braucht der Mensch? DPG-Frühjahrstagung Berlin 25. -30. 03. 12 Hermann Pütter Gesellschaft Deutscher Chemiker
Ein typisches deutsches Frühstück Nahrungsmittel Wärme Papier Stahl Strom Baustoffe Kraftstoffe Kunststoffe Textilien Davon Kohlenstoff: 12 kg/Tag Direkter Materialverbrauch: Gesamtmaterialeinsatz pro Kopf: 0, 21 t/Tag Davon Kohlenstoff: ~ 8 kg/Tag Glas 57 kg/Tag Rucksäcke: Herstellung unserer Verbrauchsgüter 0, 15 t/Tag Quellen: Umweltbundesamt, Texte 02/08, Ressourcenverbrauch von Deutschland – aktuelle Zahlen und Begriffsbestimmungen; AGEB: Energiebilanzen für Deutschland
Wie viel Kohlenstoff brauchte der Mensch? energetische Nutzung stoffliche Nutzung. . the energy input of hunter-gatherers is in the order of magnitude of about 10 GJ/(cap*y). H. Haberl , Energy 31(2006), 89 Dies entspricht einem täglichen Kohlenstoffbedarf von 0, 8 kg C/Kopf
Wo beginnt die Kohlenstoff-Adipositas? 100 kg C Täglicher pro Kopf Verbrauch Kritische Grenze? Deutschland Welt 2050 10 kg C Welt heute Welt 2050 1 kg C Jäger & Sammler Kopfzahl 10 Mio 100 Mio 1 Mrd. 10 Mrd.
Das Konzept der Dekarbonisierung: Abschied vom fossilen Kohlenstoff Dekarbonisierung (decarbonisation) Low Carbon Economy; LCE Effizienz Suffizienz Energie Materialien (Petrochemie) Kohlenstoff in Erdöl, Erdgas, Kohle Erneuerbare Energien Die Rolle der Biomasse in diesem Konzept Erhöhter Bedarf für Bioenergie und Nachw. Rohstoffe Solar. Kohlenstoff in Biomasse „klimaneutral“ Wind Wasser Biomasse Effizienz Kohlenstoff in klimarelevanten Mineralien (Rohstoffe für Zement, Stahl, …) andere Der Strukturwandel in Richtung einer kohlenstoffarmen Wirtschaft muss konsequent vorangetrieben werden. Bundeskanzlerin, Dr. Angela Merkel Regierungserklärung 25. 03. 10
Der globale Kohlenstoffkreislauf Atmosphäre 750 Mrd. t Atmung, Zersetzung: 100 Mrd. t/a Photosynthese: 100 Mrd. t/a 50 Mrd. t/a Waldvernichtung, Bodennutzung: 2, 2 Mrd. t/a Pflanzen Vegetation 550 Mrd. t Boden 1500 Mrd. t Diffusion: 90 Mrd. t/a 92 Mrd. t/a Energie; Industrie: 6, 3 Mrd. t/a Kohle, Öl, Gas 5000 Mrd. t Vulkanismus: 0, 1 Mrd. t/a Ozeane (Oberfläche) 800 Mrd. t Mischung: +/- 35 Mrd. t Sedimente 100. 000 Mrd. t Ozeane (Tiefe) 40000 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 Cycle, oder N. Armaroli, V. Balzani, Chem. Asian J. 2011, 6, 771
Dekarbonisierung: Beitrag der Biomasse Atmosphäre 750 Mrd. t Atmung, Zersetzung: 100 Mrd. t/a Photosynthese: 100 Mrd. t/a 50 Mrd. t/a Waldvernichtung, Bodennutzung: 2, 2 Mrd. t/a Pflanzen Vegetation 550 Mrd. t Boden 1500 Mrd. t Diffusion: 90 Mrd. t/a >92 Mrd. t/a Energie; Industrie: >6, 3 Mrd. t/a Kohle, Öl, Gas 5000 Mrd. t Vulkanismus: 0, 1 Mrd. t/a Ozeane (Oberfläche) 800 Mrd. t Mischung: +/- 35 Mrd. t Sedimente 100. 000 Mrd. t Ozeane (Tiefe) 40000 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 Cycle, oder N. Armaroli, V. Balzani, Chem. Asian J. 2011, 6, 771
„Zersetzung“ im globalen Kohlenstoffkreislauf Atmosphäre 750 Mrd. t Atmung, Zersetzung: 100 Mrd. t/a Bioenergie Biomasse Photosynthese: 100 Mrd. t/a 50 Mrd. t/a Wasserhaushalt Waldvernichtung, Nährstoffversorgung. Energie; Bodennutzung: Temperaturregelung Industrie: 2, 2 Mrd. t/a 6, 3 Mrd. t/a Pflanzen Vegetation 550 Mrd. t Boden 1500 Mrd. t Kohle, Öl, Gas 5000 Mrd. t Diffusion: 90 Mrd. t/a 92 Mrd. t/a Vulkanismus: 0, 1 Mrd. t/a Ozeane (Oberfläche) 800 Mrd. t Mischung: +/- 35 Mrd. t Sedimente 100. 000 Mrd. t Ozeane (Tiefe) 40000 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 Cycle, oder N. Armaroli, V. Balzani, Chem. Asian J. 2011, 6, 771
Kohlenstoffbilanz der Menschheit heute Jährlich durch Photosynthese gebunden: ~ 100 Mrd. t C Erfasste Treibhausgase: ~ 9 Mrd. t C Rückflüsse in die Biosphäre: ~2, 5 Mrd. t C Fossile Quellen ~ 9 Mrd. t C Biomasseverbrauch 1) durch den Menschen: ~ 10 Mrd. t C Nahrung, Holz, …. Technosphäre „moderne“ Bioenergie Verbleib in der Technosphäre und nicht erfasste Treibhausgase: ~ 8 Mrd. t C 1) aus: H. Haberl et al. PNAS, 104 (2007), 12943; Gute Einführung in das Thema Biomasseverbrauch: http: //www. eoearth. org/article/Global_human_appropriation_of_net_primary_production_(HANPP) (29. 04. 10)
Kohlenstoffbilanz der Menschheit heute oberirdisch: ~34 Mrd. t C Jährlich durch Photosynthese gebunden: ~ 100 Mrd. t C Ozeane Erfasste Treibhausgase: ~ 9 Mrd. t C terrestrisch Rückflüsse in die Biosphäre: ~2, 5 Mrd. t C Fossile Quellen ~ 9 Mrd. t C Biomasseverbrauch 1) durch den Menschen: ~ 10 Mrd. t C Nahrung, Holz, …. Technosphäre „moderne“ Bioenergie Verbleib in der Technosphäre und nicht erfasste Treibhausgase: ~ 8 Mrd. t C 1) aus: H. Haberl et al. PNAS, 104 (2007), 12943; Gute Einführung in das Thema Biomasseverbrauch: http: //www. eoearth. org/article/Global_human_appropriation_of_net_primary_production_(HANPP) (29. 04. 10)
Der Kohlenstoffmetabolismus in Deutschland Biomasse Importe: 30 Mio. t C Fossile Energieträger Erzeugung: 100 Mio. t C Gewinnung: 60 Mio. t C Importe: 170 Mio. t C Gesamteinsatz: 360 Mio. t C • Nicht bilanzierte Treibhausgase • Langlebige Güter Exporte ~50 Mio. t C Treibhausgase 220 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, Ressourcenverbrauch von Deutschland – aktuelle Kennzahlen und Begriffsbestimmungen (Biomasse) ; 2) AGEB Energiebilanz Deutschland 2007 (Fossile Energieträger); 3) Öko Institut 2004: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse Siehe auch. H. Pütter, Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule 5/60, Juli 2011, 5 -10
Der Kohlenstoffmetabolismus in Deutschland Biomasse Importe: 30 Mio. t C Fossile Energieträger Erzeugung: 100 Mio. t C Gewinnung: 60 Mio. t C Importe: 170 Mio. t C Gesamteinsatz: 360 Mio. t • Nicht bilanzierte Treibhausgase • Langlebige Güter Exporte ~50 Mio. t C Treibhausgase 220 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, Ressourcenverbrauch von Deutschland – aktuelle Kennzahlen und Begriffsbestimmungen (Biomasse) ; 2) AGEB Energiebilanz Deutschland 2007 (Fossile Energieträger); 3) Öko Institut 2004: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse Siehe auch. H. Pütter, Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule 5/60, Juli 2011, 5 -10
![Deutschlands Weg in Richtung Nachhaltigkeit Verbrauch [Mio. t] 1994 2005 2009 1994 2009 Inländische](http://slidetodoc.com/presentation_image_h/1c0d64b6d1837a08cc7b001077642f26/image-13.jpg "Deutschlands Weg in Richtung Nachhaltigkeit Verbrauch [Mio. t] 1994 2005 2009 1994 2009 Inländische")
Deutschlands Weg in Richtung Nachhaltigkeit Verbrauch [Mio. t] 1994 2005 2009 1994 2009 Inländische Produkte 1) Energieträger 278 228 199 - 28% Biomasse 211 246 265 + 26% 270 305 290 + 8% 61 93 104 + 70% Importe 1) Energieträger Biomasse 1) jeweils ohne Rucksäcke Bioenergie im Energiekonzept der Bundesregierung Die Bioenergie soll als bedeutender erneuerbarer Energieträger in allen drei Nutzungspfaden „Wärme“, Strom“ und „Kraftstoffe“ weiter ausgebaut werden. 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) 1) BMWi, BMU: Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung, 28. 09. 10 Werte nach: Statistisches Bundesamt, Umweltnutzung und Wirtschaft, Tabellenband 2011 S. 23, 24, 33 -36
![Quintessenz aus der Leitstudie 20101) für Bioenergie Energieversorgung Deutschland [PJ/a] Basisszenario 2010 A Endenergie](http://slidetodoc.com/presentation_image_h/1c0d64b6d1837a08cc7b001077642f26/image-14.jpg "Quintessenz aus der Leitstudie 20101) für Bioenergie Energieversorgung Deutschland [PJ/a] Basisszenario 2010 A Endenergie")
Quintessenz aus der Leitstudie 20101) für Bioenergie Energieversorgung Deutschland [PJ/a] Basisszenario 2010 A Endenergie Beitrag EE davon Biomasse 2005 92402) 625 436 2020 8630 1725 932 Durch den Beitrag der EE vermiedene CO 2 -Emissionen [Mio t/a] 2005 2020 862) 217 Entspricht C 23, 5 59, 2 Senkung der jährlichen Treibhausgas-Emissionen um 36 Mio. t C von 2005 bis 2020 durch: kohlenstofffreie Energien …und Bioenergie Zusatzangebot an Bioenergie: ~500 PJ/a Zusatzbedarf an Kohlenstoff 3): ~15 Mio. t/a 1) Leitstudie 2010, Tabellen 1, 10 -4 (S. 6, 188); 2) Leitszenario 2009, Tabelle 1, S. 8 3) 1 GJ entspricht ~0, 06 t Biomasse (trocken), bei 50% C-Anteil sind dies ~0, 03 t C/GJ.
Quintessenz aus der Leitstudie 20101) für Bioenergie Senkung der jährlichen Treibhausgas-Emissionen um 36 Mio. t C von 2005 bis 2020 durch: kohlenstofffreie Energien …und Bioenergie Energieversorgung Deutschland [PJ/a] Basisszenario 2010 A Endenergie Beitrag EE davon Biomasse 2005 92402) 625 436 2020 8630 1725 932 Durch den Beitrag der EE vermiedene CO 2 -Emissionen [Mio t/a] 2005 2020 862) 217 Entspricht C 23, 5 59, 2 Zusatzangebot an Bioenergie: ~500 PJ/a Zusatzbedarf an Kohlenstoff 3): ~15 Mio. t/a Zusatzbedarf an Kohlenstoff in Biomasse : ~60 Mio. t/a 4: 1 Acker Wald Ernte Umwandlung Strom, Wärme, Biokraftstoffe 1) Leitstudie 2010, Tabellen 1, 10 -4 (S. 6, 188); 2) Leitszenario 2009, Tabelle 1, S. 8 3) 1 GJ entspricht ~0, 06 t Biomasse (trocken), bei 50% C-Anteil sind dies ~0, 03 t C/GJ.
Unsere Kohlenstoff-Adipositas According to the Global Footprint Network, the world now consumes resources that would take 1, 5 earths to produce. If we all lived like the Americans, we would need 5, 4 earths. Most other global assessments tell similar tales of an overexploited planet. … mahnt der Nobelpreisträger Yuan T. Lee in einem Editorial der Angewandten Chemie Y. T. Lee, A. W. -C. Yang, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 10260 -10261
Der ökologische Fußabdruck 1987: Brundtland-Kommission: Prinzip der Nachhaltigkeit definiert 1992: Umwelt-Konferenz in Rio: Agenda 21: Sustainable Development 1990 -1994: M. Wackernagel, W. Rees: Konzept des ökologischen Fußabdrucks, Buch 1996 (deutsch 1997) 1997 Klimakonferenz in Kyoto (Kyoto-Protokoll) 2 heute 2007 1, 6? 1, 51 Ecol. Footprint Biocapacity 1 1961 0, 63 1960 1990 Daten: Global Footprint Network 2010 1995 2000 2005 2011
Unsere Konsequenzen 1987: Brundtland-Kommission: Prinzip der Nachhaltigkeit definiert 1992: Umwelt-Konferenz in Rio: Agenda 21: Sustainable Development 1990 -1994: M. Wackernagel, W. Rees: Konzept des ökologischen Fußabdrucks, Buch 1996 (deutsch 1997) 1997 Klimakonferenz in Kyoto (Kyoto-Protokoll) 1995 E. U. v. Weizsäcker et al. : Buch „Faktor Vier“ 2010 E. U. v. Weizsäcker et al. : Buch „Faktor Fünf“ 2 heute 2007 1, 6? 1, 51 Ecol. Footprint Biocapacity weiche Landung 1 Durch Technik unterstützte Änderung unseres Lebensstils 1961 0, 63 1960 1990 Daten: Global Footprint Network 2010 1995 2000 2005 2011
Unsere Konsequenzen 1987: Brundtland-Kommission: Prinzip der Nachhaltigkeit definiert 1992: Umwelt-Konferenz in Rio: Agenda 21: Sustainable Development 1990 -1994: M. Wackernagel, W. Rees: Konzept des ökologischen Fußabdrucks, Buch 1996 (deutsch 1997) 1997 Klimakonferenz in Kyoto (Kyoto-Protokoll) 1995 E. U. v. Weizsäcker et al. : Buch „Faktor Vier“ 2010 E. U. v. Weizsäcker et al. : Buch „Faktor Fünf“ 2 heute 2007 1, 6? 1, 51 Ecol. Footprint Biocapacity Rasche und durchgreifende Änderung unseres Lebensstils 1 1961 0, 63 1960 1990 Daten: Global Footprint Network 2010 1995 2000 2005 2011
Unsere Konsequenzen 1987: Brundtland-Kommission: Prinzip der Nachhaltigkeit definiert 1992: Umwelt-Konferenz in Rio: Agenda 21: Sustainable Development 1990 -1994: M. Wackernagel, W. Rees: Konzept des ökologischen Ein Drittel des globalen Wachstums Fußabdrucks, Buch 1996 (deutsch 1997) ist heute mit ökologischem Kredit 1997 Klimakonferenz in Kyoto (Kyoto-Protokoll) finanziert; das heißt, es ist nicht nachhaltig. 1995 E. U. v. Weizsäcker et al. : Buch „Faktor Vier“ 2010 E. U. v. Weizsäcker et al. : Buch „Faktor Fünf“ Paul Donovan, Chefvolkswirt der USB, FAZ 10. 09. 11 2 heute 2007 1, 6? 1, 51 Ecol. Footprint Biocapacity Rasche und durchgreifende Änderung unseres Lebensstils „Wenn 1 wir nichts an unserer Lebens- und Produktionsweise ändern, brauchen wir in Zukunft die Ressourcen von annähernd drei Erden, 1961 um die Menschheit zu versorgen. “ 0, 63 Kurt Bock, BASF-Chef, Rheinpfalz, 1990 1995 30. 11 1960 Daten: Global Footprint Network 2010 2005 2011
Was ist zu tun? Yuan T. Lee: Changing Course First, everyone must accept this cold hard truth: the path by which Europe and the USA attained their riches is not to be emulated. … In truth, any society that develops by destroying the very natural basis of that development is „over-developed“, and should be seen as such. Going back to the sun: We must re-establish the central role of the sun in human development. … We simply must dedicate much more R&D and deployment resources toward this area. Science and technology for community: Evidently, ever-growing population and individual consumption equal ecological disaster. So we have to begin building technology and infrastructure to benefit groups rather than individuals. We must tap into the wisdoms of our forbearers. They lived for thousands of years in relative harmony with their environment. … The good news is, all countries have rich cultures and traditions, and all can do better than to blindly follow the developed world. Science remains an indispensable force in human development. But it must transform itself … : • More focused on shared global problems • Better at integrating diverse disciplines and knowledge systems • More effective at working together with the rest of society
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Wie verlässlich sind die Angaben? Beispiel Holz 1) FAOSTAT World: Roundwood 2007: 3603155305, 00 CUM Data Quality: Aggreates may include official data, semi-official data or estimates 4, 0 +/-10%? 3, 6* 109 CUM: 0, 6 t/m³ (nicht 0, 5 t/m³) 3, 2 Wassergehalt? Kohlenstoffgehalt in der Trockenmasse: Erntezeitpunkt? ger. 0% H 2 O? Lagerverluste? 10%, 15% H 2 O? 1) Siehe dazu auch: FNR: Leitfaden Bioenergie, Datensammlung; ISBN 3 -00 -015389 -6
Von der Biomasse zur Endenergie Ernteverluste Wasser Humusbilanz Verarbeitung Lagerverluste Erosion Bodenfruchtbarkeit Korn/Stroh-Verhältnis 1) Wirkungsgrade Fossiler Kohlenstoff für Dünger, Transporte, Hilfsenergien etc. Nebenprodukte, Rückführungen Ernte Anbau 1) M. Kaltschmitt, D. Merten, N. Fröhlich, M. Nill, WBGU-Materialien, Energiegewinnung aus Biomasse, Berlin, Heidelberg 2003, Volltext verfügbar unter www. wbgu. de/wbgu_jg 2003_ex 04. pdf
Von der Biomasse zur Endenergie Ernte Wasser Acker Humusbilanz Wald Erosion 4: 1 Ernteverluste Ernte Umwandlung Bodenfruchtbarkeit Korn/Stroh-Verhältnis 1) Verarbeitung Lagerverluste Strom, Wärme, Biokraftstoffe Wirkungsgrade Fossiler Kohlenstoff für Dünger, Transporte, Hilfsenergien etc. Nebenprodukte, Rückführungen Anbau 1) M. Kaltschmitt, D. Merten, N. Fröhlich, M. Nill, WBGU-Materialien, Energiegewinnung aus Biomasse, Berlin, Heidelberg 2003, Volltext verfügbar unter www. wbgu. de/wbgu_jg 2003_ex 04. pdf
NATURE IS OVER TIME, March 12, 2012, 56 -58 Little is left untouched by humans – and that demands a rethink of environmentalism Bryan Walsh
NATURE IS OVER TIME, March 12, 2012, 56 -58 Little is left untouched by humans – and that demands a rethink of environmentalism Bryan Walsh Humans have had a direct impact on more than three quarters of the ice-free land on earth. Almost 90% of the world's plant activity now takes place in ecosystems where people play a significant role. Braunkohletagebau bei Cottbus, Im Hintergrund: Kraftwerk Jänschwalde Over: So heißt auch ein Photoband über die Zerstörung der amerikanischen Umwelt. Alex Mac. Lean, Over – Der Amerikanische Way of Life oder Das Ende der Landschaft Schirmer/Mosel , München 2008, ISBN 978 -3 -8296 -0383 -6
Spannweite von Annahmen 2005 2020 2050 Davon Biomasse Mrd. toe Gesamtprimärenergieverbrauch 10 20 nach Abb. 2 -4, S. 26 Energietechnologien 2050 – Schwerpunkte für Forschung und Entwicklung Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung ISI, Fraunhofer Verlag 2010, ISBN 978 -3 -83960084 -9 Einige weitere Bioenergie-Szenarien Biomasse Potenziale für Energie im Jahre 2050 WEA 1): 94 EJ/a – 280 EJ/a IPCC 2): 52 EJ/a – 193 EJ/a Berndes 3): 35 EJ/a – 450 EJ/a IEA 4): 33 EJ/a – 1500 EJ/a IPCC 5): 50 EJ/a – 500 EJ/a Global durch Photosynthese fixierte Energie: 2800 EJ/a F. Schüth, P. Gruss, (Hrsg. ), Die Zukunft der Energie, Nützliche Zahlen in der Energiediskussion, Klappentext 1) UNDP 2000: World Energy Assessment: Energy and the challenge of Sustainability, S. 222 2) IPCC 2000: Special Report Emission Scenarios 3) G. Berndes et al. , Biomass and Bioenergy 25, (2003) 1 -28 4) IEA, Sustainable Production of Second Generation Biofuels, Feb. 2010, S. 45 5) IPCC, Special Report Renewable Energy Sources (SRREN), 09. 05. 11
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