Materialbestände spielen in der Gesellschaft eine zentrale Rolle zur Bereitstellung von grundlegenden Dienstleistungen (Services) wie Wohnen, Mobilität, Kommunikation. Neben dem Material- und Energieverbrauch für Herstellung und Aufbau der Materialbestände bestimmen sie durch die Instandhaltungserfordernisse und die Bereitstellung von Services langfristig den Energieverbrauch und damit auch die Emissionen (Haberl et al. 2017, 2019).
Einerseits deckte Costa Rica im Jahr 2017 99,7% des Elektrizitätsbedarfs aus erneuerbaren Quellen (IEA 2019b), andererseits stammten 47% der Primärenergie (total primary energy supply, TPES) aus fossilen Energieträgern (IEA 2019c). Der Transportsektor stellt mit Abstand den größten Energieverbraucher dar. Er war im Jahr 2017 für fast 50% des Endenergieverbrauchs (total final consumption, TFC) verantwortlich. Industrie, Haushalte und Dienstleistungen kamen zusammen auf 46% (IEA 2019c). Im Jahr 2017 kommen 75% der CO2 -Emissionen in Costa Rica aus dem Transportsektor (IEA 2019a).
Die TPES ist in Costa Rica von 69.669 TJ in 1990 auf 109.945 TJ in 2017 gestiegen, davon stammten 2017 52% aus fossilen Brennstoffen (1990 betrug der Anteil 59%). Dem Ansatz von Krausmann et al. (2020) folgend kann die TFC mit Bezug zu den Materialbeständen auf zwei
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Milliarden US$
Mt Materialbestand
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 t/$
Mt Materialbestand
Materialintensität
Bauen) umfasst die TFC der Industrie (ohne Landwirtschaft); der Endenergieverbrauch des Transports, der Haushalte und des Dienstleistungssektors stellt demgegenüber die TFC zur Nutzung der Materialbestände (TFC Nutzung) dar. 2017 betrug die TFC Bauen 35.965 TJ, die TFC Nutzung 121.501 TJ, von 1990-2017 ist der Anteil der TFC Bauen an der gesamten TFC von 34% auf 22% gesunken während der Anteil der TFC Nutzung von 65% auf 75% gestiegen ist (siehe Abbildung 25). Die Elektrizitätsherstellung aus erneuerbaren Quellen, TFC Nutzung, TFC von fossilen Brennstoffen sowie der Materialbestand, verdreifachten sich von 1990-2017 (der Materialbestand von 1990-2016). Das deutet darauf hin, dass die TFC Nutzung an das Materialbestandswachstum gebunden ist.
Abbildung 25: Endenergieverbrauch und Energiebereitstellung in Costa Rica, 1990-2017.
Anm.: Energiebereitstellung (TPES, total primary energy supply); Endenergieverbrauch (TFC, total final consumption); TFC Nutzung der Bestände umfasst den Endenergieverbrauch von Transport, Haushalten und des Dienstleistungssektors; TFC Bauen besteht aus dem Endenergieverbrauch der Industrie und wird als Energieverbrauch zur Errichtung und Erhaltung der Materialbestände verstanden. Quelle: (IEA 2019c, 2019b).
Die Elektrizitätsgewinnung in Costa Rica basierte im Jahr 2017 zu 76,7% auf Wasserkraft, Windkraft und Geothermie gewinnen zunehmend an Bedeutung (11,4% beziehungsweise 9,9%), der Rest entfällt auf Biotreibstoffe (1,6%), fossile Brennstoffe (0,3%) und Photovoltaik (0,04%) (IEA 2019b). Costa Rica ist ein Vorreiter in Sachen erneuerbarer Energie im globalen Süden (Anderson et al. 2006). 2016 gingen zwei WKW mit einer Kapazität von 17 MW und 305 MW in Betrieb, und steigerten damit die die Kapazität aus Wasserkraft auf 2.123 MW (IHA 2017). Im Plan zum Ausbau der Elektrizitätserzeugung (ICE 2019) sind bis 2034 Erweiterungen auf insgesamt 4.076 MW vorgesehen. Große Potentiale bestehen vor allem in der Wasserkraft (7.871 MW), Solarenergie (5.767 MW bei Nutzung von 1% der Landesfläche) und Windenergie (2.400 MW) (Herrera Murillo 2017). Vor allem der Bau weiterer WKW und die Errichtung von Windparks bedeuten jedoch starkes Wachstum der Materialbestände durch den großen Bedarf an Beton und machen Einschnitte in sensible Ökosysteme notwendig. Die
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2017
TJ
Diversifizierung der Elektrizitätsversorgung in Costa Rica ist wichtig, da durch den Klimawandel mit einer Zunahme von Wetterextremen im Land zu rechnen ist (Magrin et al.
2014). Längere und intensivere Trockenzeiten führen zu einem Einbruch der Elektrizitätserzeugung aus Wasserkraft und machen zur Kompensation die Elektrizitätserzeugung aus fossilen Energieträgern notwendig (siehe auch Abbildung 26 Festbrennstoffe). Dennoch hat Costa Rica zahlreiche Möglichkeiten die Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen zu sichern, sofern sich der Ausbau nicht nur auf WKW konzentriert.
In Abbildung 26 sind die CO2 Emissionen in Costa Rica aus der Verbrennung von fossilen Energieträgern und der Zementproduktion dargestellt. Seit Mitte der 1980er wachsen die Emissionen aus der Verbrennung flüssiger Brennstoffe (Diesel, Benzin, Kerosin) stetig, sie sind von 1984 mit 1.767 kt/Jahr auf 7.759 kt/Jahr im Jahr 2014 um den Faktor 4 gewachsen. Auch die Rolle der Zementproduktion nimmt in Costa Rica zu. Durch die Kalzinierung von Kalkstein und den Energiebedarf führt der Produktionsprozess von Zement zu massiven CO2
Emissionen. In den Jahren 2007 und 2009 betrugen die Emissionen aus der Zementproduktion über 1.000 kt/Jahr, sind danach auf 639 kt /Jahr eingebrochen und stiegen dann wieder leicht an. Pro Kopf sind die Emissionen aus fossilen Energieträgern in Costa Rica von 1950 mit 0,3 t auf 1,6 t im Jahr 2014 gestiegen (um den Faktor 5,5) (Boden et al. 2017). Seit 2006 gab es keine nennenswerte Zunahme der CO2 Emissionen mehr. Das durchschnittliche Wachstum der Emissionen von 1950-2014 betrug 6%/Jahr, seit 2006 beträgt dieses 1,5%/Jahr. Die Emissionsintensität der Materialbestände (CO2 Emissionen im Verhältnis zu den Materialbeständen) ist bereits seit den 1980-Jahren im Sinken begriffen.
Abbildung 26: CO2 Emissionen in Costa Rica nach Ursprung und Emissionsintensität der Materialbestände, 1950-2014.
Anm.: Primäre Achse: kt CO2; sekundäre Achse: kg CO2 Emissionen pro Tonne des Materialbestands; Daten aus Boden et al.
(2017).
Um bis 2050 eine vollständige Dekarbonisierung zu erreichen (Gobierno de Costa Rica 2019) sieht die Regierung Costa Ricas Maßnahmen in den Bereichen Transport, Energie, Bau und Abfall vor. Da die Emissionen in Costa Rica zum Großteil durch den Transportsektor verursacht werden, stellt dieser den wichtigsten Bereich für Emissionsreduktionen dar. Möglichkeiten zur Vermeidung von Emissionen bestehen im Ausbau der Infrastruktur (öffentliche Verkehrsmittel, Zuglinien) und, mit steigendem Elektrizitätsbedarf, dem Bau neuer Kraftwerke (Wasserkraft, Geothermie und Windkraft), beides bedeutet steigende Inputs in die Materialbestände.
Pisu und Villalobos (2016) sehen das Straßen- und Schienennetz als kritische Bereiche an. Das Straßennetzwerk ist mit 84 km pro 100 km2 eines der dichtesten in LAC, befindet sich jedoch in schlechtem Zustand. Die Instandhaltung des Straßennetzes, das im Jahr 2016 11.787 km asphaltierte Straßen und 31.915 km Schotterstraßen umfasste, stellt eine große Herausforderung dar. Von den asphaltierten Straßen sind auf nationaler Ebene knapp 50%
und auf kantonaler Ebene 12% in schlechtem oder sehr schlechtem Zustand (MOPT 2020).
Bereits jetzt wird der Großteil des Budgets des MOPT (Ministerium für öffentliche Arbeiten und Verkehr) für die Erhaltung der Straßen aufgewendet, die Mittel für den Ausbau des öffentlichen Verkehrs sind somit knapp (Gobierno de Costa Rica 2019). Der Zugverkehr wurde 1990 aufgrund von Erdbeben und Starkregenereignissen komplett eingestellt, das Netz wird erst seit kurzem reaktiviert, vorerst nur im Zentraltal rund um San José (60 km Bahnstrecke).
Im Zentraltal entfallen 75% des öffentlichen Verkehrs auf Busse, dies erhöht den Druck auf das ohnehin überlastete Straßennetz (Pisu und Villalobos 2016). Im Dekarbonisierungsplan der Regierung ist der aktuelle Zustand des Transportsystems beschrieben (Gobierno de Costa
0
1950 1958 1966 1974 1982 1990 1998 2006 2014
kg CO2/t Materialbestand
kt CO2
Festbrennstoff Flüssigbrennstoff Zementproduktion Emissionsintensität
Rica 2019): Der öffentliche Verkehr ist unzureichend organisiert, Busfahrten im Zentraltal nehmen durchschnittlich 70% mehr Zeit in Anspruch als Fahrten im privaten Auto; 50% des Energieverbrauchs im Transportsektor werden von KFZ verursacht und 36% vom Frachttransport, welcher von Emissionsregulationen ausgenommen ist. Von 1990 bis 2016 hat sich die Fahrzeugflotte Costa Ricas auf 1,4 Millionen Fahrzeuge verfünffacht, davon sind 62%
KFZ, 15% LKW, 20% Motorräder und nur 1% öffentliche Busse (MOPT 2020). Die Rolle des öffentlichen Verkehrs ist in Zukunft somit von großer Bedeutung. Der Nationale Transportplan (MINAE 2019) formuliert die Eckdaten der Vorhaben zur Dekarbonisierung des Transportsektors. Unter anderem sollen öffentliche Verkehrsmittel ausgebaut und elektrifiziert werden. Das Schienennetz im Zentraltal soll ausgebaut, elektrifiziert, und in Folge der Frachttransport wieder auf Schiene gebracht werden. Außerdem ist die Förderung von E-Autos geplant, der Anteil dieser an allen Fahrzeugen beträgt heute nur 0,04%. Im Zentraltal ist eine Schnellzuglinie von 80 km geplant, welche die Städte San José, Cartago, Heredia und Alajuela verbinden soll (Central America Data 2018).
Die Pläne der Elektrifizierung des Transports führen theoretisch zu massiv steigendem Elektrizitätsbedarf. Um diesen Bedarf zu decken ist der Ausbau der Kapazitäten zur Elektrizitätsgenerierung notwendig. Der Transportsektor hat 2015 fossile Brennstoffe im Ausmaß von 74.232 TJverbraucht, die gesamte konsumierte Elektrizität belief sich auf 33.955 TJ (IEA 2019c). Übersetzt man den Energiebedarf des Transportsektors eins zu eins in Elektrizität würde dies eine Verdreifachung der Nachfrage bedeuten. In der Studie von Herrera Murillo (2017) wird der Bedarf für Elektromobilität bis 2030 jedoch als unbedeutend eingeschätzt. Erst ab 2040 wird mit einem zusätzlichen Bedarf von 20.340 TJ/Jahr gerechnet.
Der zweite große Emittent von CO2 durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen ist die Industrie. Materialbestände für die Industrie konzentrieren sich vor allem um Ballungsräume (Gutowski et al. 2017), dies ist in Costa Rica im Zentraltal von besonders großer Bedeutung, in diesem leben rund 60% Costa Ricas Bevölkerung (INEC 2016). Potentiale in der Industrie zur Minderung der Emissionen liegen vor allem in effizienterer Materialverwendung, Recycling und der Gesamtreduktion der Nachfrage (IPCC 2014). Fast alle nicht energie-bedingten Emissionen aus der Industrie entstammen der Zementproduktion (siehe Abbildung 26). Zur Minderung der Emissionen dieses Sektors könnten mögliche Recyclingpotentiale für Baumineralien und alternative Baustoffe genutzt werden.
In urbanen Räumen ist die größte Entwicklung der Materialbestände zu erwarten, Städte stellen komplexe Verflechtungen verschiedener Materialbestände dar (z.B. Wohnraum mit Transportmöglichkeiten und Transportstrecken) (Lanau et al. 2019). Durch die zunehmende Urbanisierung steigt die Nachfrage nach Services, für welche Materialbestände benötigt werden (Pauliuk und Müller 2014). Gerade deswegen bergen urbane Gebiete großes Potential für alternative, nachhaltigere Entwicklungsmuster. Urbane Entwicklung kann im Bereich von Wohnraum (Heizen und Kühlen, erneuerbare Materialien), Entsorgung (Recyclingmöglichkeit), Transport (Infrastruktur, Stadtplanung) und Industrie einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten (IPCC 2014). Bewusste Urbanisierung kann den Materialverbrauch, den mit Dienstleistungen verbundenen Energieverbrauch und daraus resultierende Emissionen mindern. Jedoch muss der zur Erfüllung eines bestimmten Serviceniveaus nötige Materialbestand (z.B. öffentlicher Transport) im Gegensatz zum globalen Norden in vielen Ländern erst aufgebaut werden, dies birgt sowohl Chancen als auch Risiken (Müller et al. 2013).
Nicht zu vernachlässigen ist die Entsorgungsinfrastruktur in Costa Rica. Im Jahr 2017 waren nur 23,4% der Bevölkerung an die Kanalisation angeschlossen, 74,5% entsorgten ihr Abwasser in septischen Tanks, die restlichen 2,1% leiteten das Abwasser direkt in die Umwelt. Von dem in der Kanalisation gesammelten Wasser wurden 2017 nur 12,5% ordnungsgemäß behandelt.
(Mora Alvarado und Portugez 2017). Die gesamte Behandlungsquote des in Costa Rica entstehenden Abwassers liegt unter 5% (AyA 2015; Granoff et al. 2015). Der Großteil des Abwassers wird somit unbehandelt in Flüsse und ins Grundwasser eingeleitet.
Abwasserkanäle, Rohrleitungen und die damit verbundenen Kläranlagen stellen einen großen Materialbestand vor allem aus Beton und Stahl dar. Die Abwasserbehandlung war in Costa Rica bis vor kurzem nicht existent. Sie beginnt sich erst zu entwickeln, im Zentraltal wurde mit dem Bau der ersten Kläranlage für die urbane Region begonnen. In dieser Anlage sollten bis zum Jahr 2018 52,7% des Abwassers der Region behandelt werden (Granoff et al. 2015).
Pauliuk et al. (2014) schätzen die Masse des Abwassernetzes je nach Bevölkerungsdichte auf durchschnittlich 1,1 t/Kopf. Ausschlaggebend für die Masse des Abwassernetzes sind Netzwerklänge und die damit erreichte Bevölkerung. Hou et al. (2015) berechnen in ihrer Studie die Entwicklung der Abwasserinfrastruktur in China und die Materialverwendung für diese. Es zeigt sich, dass der Materialbestand für die Abwasserbehandlung stark von der Lebenszeit dieses Bestandes abhängt, wobei Rohrleitungen den Großteil des
Materialbestandes darstellen. Bei der Planung des Netzwerks ist somit auf geeignete Dimensionen und die Anordnung der Leitungen zu achten. Die Weiterentwicklung des Abwassersystems in Costa Rica findet sich auch im nationalen Dekarbonsierungsplan (Gobierno de Costa Rica 2019), demnach sollen bis 2040 Gebiete mit hoher urbaner Dichte zu 100% an das Abwassernetz angeschlossen werden.
Diese Ausführungen zeigen, dass in Costa Rica weiteres Wachstum der Materialbestände und damit ein entsprechender Material- und Energiebedarf zu erwarten ist, auch im Zusammenhang mit grünen „Technologien“. Costa Rica hat ein Versorgungslevel aus erneuerbaren Energiequellen erreicht, welches selbst in Ländern des globalen Nordens selten ist. Die Elektrizitätserzeugung muss jedoch zur Erfüllung des Dekarbonisierungsplans weiter ausgebaut werden. Außerdem ist die Infrastruktur für den Transport sowie das Abwassersystem defizitär, auch in diesen Bereichen sind Entwicklungen zu erwarten. Im Transportsektor einerseits um die CO2 Emissionen als einzig großer Verursacher in Costa Rica zu bremsen und andererseits, um Ausweichmöglichkeiten zum motorisierten Individualverkehr (MIV) zu schaffen. Das Abwassernetz steht in Costa Rica erst am Beginn seiner Entwicklung. In den meisten Ländern des globalen Nordens ist dieses bereits entwickelt und stellt dort einen nennenswerten Anteil des Materialbestands dar.
Insgesamt stellt das zu erwartende Wachstum des Materialbestands sowohl ein Risiko für die unberührte Natur Costa Ricas dar als auch für die globale Erwärmung durch die bei Errichtung, Erhaltung und Nutzung der Materialbestände anfallenden CO2 Emissionen. Costa Ricas Emissionen sind im Vergleich zu anderen Ländern mit ähnlichem Wohlergehen gering, 2014 hatten die USA zehn Mal so hohe Emissionen pro Kopf wie Costa Rica, in China waren sie fünf Mal so hoch (16,2 t und 7,5 t CO2 zu 1,6 t in Costa Rica im Jahr 2014) (Boden et al. 2017). Wie sich die Emissionen in Zukunft entwickeln hängt stark von der Gestaltung der Materialbestände ab. Möglich wäre beispielsweise eine Nutzung der Materialbestände als Senke für CO2. Das Potential hierfür hat Alice (2019) dargestellt, in Costa Rica hätten im Bausektor zwischen 1990 und 2016 Beton, Metall und Plastik durch Holzbaustoffe ersetzt und dadurch der Ausstoß von 5.080 kt CO2 vermieden werden können. Neben der ökologischen Modernisierung der Materialbestände sind jedoch auch grundlegende Veränderungen auf sozialer und ökonomischer Ebene notwendig, um die mit den Materialbeständen verbundenen Energie- und Ressourcenflüsse zu transformieren (Haberl et al. 2017, 2019).