Nachhaltigkeit – Zusammenfassung
Malte L. Jakob
21. Februar 2020
Inhaltsverzeichnis
1 Was ist Nachhaltigkeit? 4
1.1 Das drei Säulen Modell . . . 4
1.2 Ökologischer Fußabdruck und Biokapazität . . . 6
1.3 Der CO2Fußabdruck . . . 7
1.4 UN Sustainable Development Goals . . . 7
2 Energie 8 2.1 Mechanische Energie . . . 8
2.2 Thermische Energie . . . 9
2.3 Chemische Energie . . . 9
2.4 Kernenergie . . . 10
2.5 Thermodynamik . . . 10
3 Klimawandel 12 3.1 Natürliche Treibhauseffekte . . . 12
3.1.1 Natürliche Treibhausgase . . . 12
3.1.2 Vulkane und Sonne . . . 13
3.1.3 Wolken . . . 13
3.1.4 Ozeanzirkulation . . . 13
3.2 Menschliche Einflüsse . . . 13
3.2.1 Auswirkung auf die Ozeane . . . 15
3.2.2 Hitze und Kälte . . . 16
3.2.3 Tiere und Pflanzen . . . 16
4 Kipppunkte 17 4.1 Ozeanische Zirkulation . . . 17
4.2 Arktisches Meereis . . . 17
4.3 Gletscherschmelzen . . . 18
4.4 Permafrost . . . 18
4.5 Aussichten . . . 18
5 Mögliche Ansätze 19 5.1 Interessante Ansätze . . . 19
5.2 CO2-Emissionen . . . 20
6 Energietechnologien 21 6.1 Erneuerbare Energien . . . 21
6.1.1 Photovoltaik . . . 21
6.1.2 Windenergie . . . 22
6.1.3 Fazit . . . 22
6.2 Elektromobilität . . . 22
6.3 Rebound-Effekte . . . 23
7 Künstliche Intelligenz, Wirtschaftswachstum und Nachhaltigkeit 24 7.1 Dekarbonisierung der Wirtschaft . . . 25
7.1.1 Carbon Capturing . . . 25
7.1.2 Carbon Storage . . . 26
7.1.3 Carbon Utilization . . . 26
8 Ideen für ein nachhaltiges Wirtschaftssystem 27 8.1 Gemeinwohlökonomie . . . 27
8.2 Das Wachstumsdilemma . . . 28
8.3 Postwachstumsökonomie . . . 29
9 Ökobilanzierung 31 9.1 ReCiPe 2016 . . . 32
9.2 Soziale Nachhaltigkeit . . . 32
9.3 Entscheidungsfindung . . . 33
10 Sonstiges 34 10.1 Passivhaus . . . 34
10.2 Artensterben . . . 34
10.3 Böden . . . 34
10.3.1 Terra Preta . . . 35
1 Was ist Nachhaltigkeit?
Nachhaltigkeit kann und wurde auf verschiedene Arten definiert:
Definition 1.1 Historische Definition
Es läßt sich keine dauerhafte Forstwirtschaft denken und erwarten, wenn die Holzabgabe aus den Wäldern nicht auf Nachhaltigkeit berechnet ist. Jede weise Forstdirektion muss daher die Waldungen […] so hoch als möglich, doch so zu benutzen suchen, daß die Nachkommenschaft wenigstens ebensoviel Vorteil daraus ziehen kann, wie sich die jetzt lebende Generation zueignet.
Diese Definition stammt aus dem Jahre 1804 von Forstwissenschaftler Georg Ludwig Hartig, der die Nachhaltigkeit offensichtlich nur auf den Rodung und Bepflanzung der Wälder bezog.
Die Heutige Definition von Gro Harlem Brundtland lautet wie folgt:
Definition 1.2 Heutige Definition nach Brundtland
Nachhaltige Entwicklung ist Entwicklung, die die heutigen Bedürfnisse be- friedigt, ohne zukünftigen Generationen diese Befriedigung zu verwehren. Die Nachhaltige Entwicklung beinhaltet zwei Kernkonzepte:
• Bedürfnisse. Vor allem den Bedürfnissen der Armen sollte die größte Prio- rität gegeben werden.
• Einschränkungen durch den technischen und sozialen Wandel auf die Fä- higkeit, die heutigen und zukünftigen Bedürfnisse zu befriedigen.
Diese Definition wird auch alsstarke Nachhaltigkeitbezeichnet. Dieschwache Nach- haltigkeit kann auf alles bezogen werden (z.B. nachhaltiges Wachstum, nachhaltiger Tourismus etc.) und bedeutet „sich auf längere Zeit stark auswirkend“.
1.1 Das drei Säulen Modell
Um langanhaltende Nachhaltigkeit zu erreichen, spielen drei Faktoren eine wichtige Rolle: Wirtschaft, Gesellschaft und Natur. Diese drei Faktoren sind voneinander Ab- hängig, denn ohne eine nachhaltige Wirtschaft kann auch keine nachhaltige Natur existieren. Dieses Verhältnis wird auch in Abbildung 1.1 dargestellt. Die Ziele für die Nachhaltigkeit in den Einzelnen Bereichen sind wie folgt definiert:
Wirtschaft Gesellschaft
Natur
Abbildung 1.1: Darstellung des drei Säulen Modells
Ökologische Nachhaltigkeit
• Die Nutzungsrate sich erneuerbarer Ressourcen darf deren Regenerations- rate nicht überschreiten.
• Die Nutzungsrate sich erschöpfender Rohstoffquellen darf die Rate des Auf- baus entsprechender regenderierender Rohstoffquellen nicht überschreiten.
• Die Rate der Schadstoffemissionen darf die Rate der Schadstoffabsorption der Umwelt nicht überschreiten.
Ökonomische Nachhaltigkeit
• Die Wirtschaft ist so zu organisieren, dass sie die Bedürfnisse heutiger und zukünftiger Generationen befriedigen kann, während sie gleichzeitig höher- gestellte Interessen wahrt.
• Die Preise sollen eine Lenkungsfunktion besitzen und die Knappheit der Ressourcen widerspiegeln.
• Die Leistungsfähigkeit des Marktes, der auch langfristig orientierte Projekte unterstützen soll, soll erhalten bleiben.
Soziale Nachhaltigkeit
• Kulturelle Unterschiede sollten akzeptiert und integriert weden
• Frieden und Bildung soll auf Dauer gesichert werden.
• Jeder Mensch soll gleich viel erhalten.
• Menschen sollten bei Entscheidungen, die sie etwas angehen Mitsprache- recht besitzen.
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1.2 Ökologischer Fußabdruck und Biokapazität
Der Ökologische Fußabdruck ist die Fläche der Erde, die benötigt wird, um den Le- bensstil eines Menschen dauerhaft zu ermöglichen. Hierfür wird Fläche für sehr viele verschiedene Dinge benötigt, wie z.B.:
• Nahrungsproduktion
• Kleidungsproduktion
• Produktion von Konsumgütern
• Energieversorgung
• Müllentsorgung
• Binden von CO2
und noch vielem mehr.
Diese benötigte Fläche beträgt laut aktuellen Schätzungen ca. 2,7 Hektar pro Person, Tendenz gleichbleibend. Die Weltweit verfügbare Menge an nutzbarer Fläche ist jedoch weitaus geringer und sinkt weiter. Dies liegt am fortlaufenden Bevölkerungswachstum der Menschheit – je mehr Menschen geboren werden, desto weniger Fläche ist für einen Menschen verfügbar. Dieser Kennwert wird auch Biokapazitätgenannt.
Betrachtet man den Fußabdruck nach Kontinenten, so haben logischerweise die Kon- tinente mit einer größeren Bevölkerungsdichte auch einen größeren Fußabdruck. be- trachtet man diesen jedoch pro Kopf, so kann nach aktuellen Forschungen folgende Rangliste der größten pro Kopf Fußabdrücke erstellt werden:
1. Nordamerika 2. Europa 3. Zentralasien 4. Südamerika 5. Asien/Pazifik 6. Zentralamerika 7. Afrika
Basierend auf dem Verbrauch und der Regeneration von Ressourcen, kann auch ein sogenannter Earth overshoot day berechnet werden. Dieser gibt an, an welchem Tag die Menschheit so viele Ressourcen verbraucht hat, die innerhalb eines Jahres wieder Verfügbar sind. Im Jahre 2019 war dies der 29. Juli.
1.3 Der CO
2Fußabdruck
En ebenfalls beliebter Messwert ist der CO2-Fußabdruck. Dieser gibt bei Produkten an wie viel Kohlenstoffdioxid (direkt und indirekt) ausgestoßen wurde/wird, bis es wieder fachgerecht entsorgt wird. Natürlich gibt nicht alles CO2 ab, sondern auch andere Treibhausgase (z.B. Methan); Diese werden in CO2-Äquivalenten bilanziert.
Es können auch Aktivitäten wie Autofahren oder Heizen mit einem CO2-Fußabdruck gemessen werden. Der weltweit durchschnittliche Fußabdruck eines Menschen pro Jahr beläuft sich auf fast 7 Tonnen – in Deutschalnd sogar auf 11. Die für die Umwelt verträgliche Quote liegt allerdings bei 2,5 Tonnen pro Jahr.
Auch Nahrung kann ein Fußabdruck zugeordnet werden. So verursacht die Produk- tion von einem Kilogramm Gemüse etwa 300g CO2, ein kg Käse etwa 7,5 kg CO2, und ein kg Rindfleisch ca. 26,5 kg CO2.
1.4 UN Sustainable Development Goals
Am 18.9.2016 traf sich die UN Generalversammlung mit dem Ziel, eine Agenda für Nachhaltige Entwicklung bis 2030 zu schaffen. Schließlich wurden 17 global anzustre- bende Ziele festgelegt:
1. Armut beenden 2. Ernährung sichern 3. Gesundes Leben für alle 4. Bildung für Alle
5. Gleichstellung der Geschlechter 6. Wasser und Sanitärversorgung für
alle
7. Nachhaltige und Moderne Energie für Alle
8. Nachhaltiges Wirtschaftswachstum und menschenwürdige Arbeit für al- le
9. Widerstandsfähige Infrastruktur und nachhaltige Industrialisierung
10. Ungleichheit verringern
11. Nachhaltige Städte und Siedlungen 12. Nachhaltige Konsum- und Produk-
tionsweisen
13. Bekämpfung des Klimawandels und seiner Auswirkungen
14. Ozeane erhalten
15. Landökosysteme schützen
16. Frieden, Gerechtigkeit und starke Institutionen
17. Umsetzungsmittel und globale Part- nerschaften stärken
Als Reaktion entwarf der Rat für Nachhaltige Entwicklung den deutschen Nach- haltigkeitskodex, der zwei Ziele festlegte: Die Corporate Social Responibility (kurz CSR), die besagt, dass sich auch Konzerne für soziale und ökologische Themen ein- setzen sollten, und einfache Berichte über Nachhaltigkeitskennzahlen. Mehr unter https://www.deutscher-nachhaltigkeitskodex.de/Home/DNK/Criteria.
2 Energie
Es gibt viele verschiedene Arten von Energie, doch die, die in unserem Alltag meist verwendet werden sind:
mechanisch fahren, Bewegung, Arbeit thermisch heizen, kochen, kühlen elektrisch Strom, Spannung
chemisch chemische Reaktion, Batterie nuklear Kernkraftwerk
2.1 Mechanische Energie
Mechanische Energie wird in „Arbeit“ gemessen:
Arbeit=Kraft·Weg=F·s
Kraft(Newton)=Masse·Beschleunigung=m·a
Treppensteigen ist zum Beispiel mechanische Arbeit. Möchte eine 80 kg schwere Person nun 3 Stockwerke nach oben laufen (ca. 10 Meter), so ist die Beschleunigung, gegen die die Person ankämpft die Erdanziehung,und die Rechnung lautet wie folgt:
Arbeit=F·s=m·g·h= 80kg·9,81m
s2 ·10m= 7848kg·m2
s2 = 7848Joule Ein Joule entspricht einer Watt-Sekunde:
7848W s= 7,848kW s≈0,002kW h= 2W h
Bei einem Strompreis von 25 Cent pro kWh entspricht diese Leistung nicht mal einem Cent. Beim Überwinden von 1000 Höhenmetern muss eine Arbeit von 0,2 kWh ver- richtet werden. Beim besteigen des Mount Everest wird eine Arbeit von ca. 1,8 kWh verrichtet.
Diese mechanische Energie wird z.B. in Pumpspeicherkraftwerken wie in Kopssee verwendet, um Strom zu erzeugen. Ist zu viel Strom vorhanden, so wird das Wasser 818 Meter nach oben gepumpt und wieder herabgelassen, wenn es zu wenig Strom gibt; Dabei treibt es natürlich Turbinen an. Ist der See ganz voll, so kann potentiell eine Energie von 94 GWh erzeugt werden. Die Maximalleistung der Turbinen beträgt 525 MW.
2.2 Thermische Energie
Thermische Energie ist Wärme. So hat beispielsweise ein Holzofen eine Heizleistung von 5 kW und eine Herdplatte 1 bis 3 kW. Die WärmemengeQkann wie folgt berechnet werden:
Q=c·m·∆T
Hierbei gibt die Proportionalitätskonstante c die spezifische Wärmekapazität des zu erwärmenden Stoffes an,∆T den Temperaturunterschied und mdie Masse an.
Diese Formel kann auch umgestellt werden, um den Temperaturunterschied zu be- rechnen:
∆T = Q c·m
Möchte man nun Wissen, um wie viel Grad Wasser wärmer wird, wenn man es drei Minuten mit einem kW erhitzt so lässt sich dies, mit dem Wissen, dass bei Wasser c= 4,186kgkJ·K = 4,186kgkW s·K, berechnen:
∆= 1kW ·180s
4,186kgkW s·K ·1kg = 43K
Möchte man wissen, wie lange man benötigt, um mit Muskelkraft (100 Watt) einen Liter Wasser von 20 auf 100◦C zu erhitzen, so muss zuerst die entsprechende Wärme- menge Qberechnet werden:
Q= 4,186kW s·1kg·80K
kg·K = 335kW s= 93W h
Danach kann die Zeit berechnet werden, die mit einer Leistung von 100W benötigt wird, um diese Energie aufzubringen.
93W h
100W = 0,93h
Durch die Technik gibt es allerdings noch einen Wirkungsgrad, der beschreibt, wie viel der erbrachten Leistung tatsächlich in die gewünschte Energie umgewandelt wird.
Betreibt man also von Hand einen Generator, der elektrische Energie erzeugt, die einen Wasserkocher betreibt, so beträgt der Wirkungsgrad 0,5. Daher muss die benötigte Zeit verdoppelt werden:
0,93h·2 = 1,86h
Rechnet man dieses Verhältnis auf den durchschnittlichen Energieverbrauch eines Deutschen um, so benötigt man pro Einwohner 87 „Energiesklaven“– Leute die rund um die Uhr von Hand Energie erzeugen.
2.3 Chemische Energie
Die Verbrennung von Materialien ist eine exotherme chemische Reaktion. Je nachdem, welcher Stoff verbrannt wird entsteht unterschiedlich viel Energie und C02, was aus
Weitere Zusammenfassungen von Malte Jakob gibt es unter i-malte.jimdofree.com Stoff Heizwert CO2-Ausstoß
kW h kg
kW h l
kg l
Holz 4 - 5 Steinkohle 8
Alkohol 7,4 5,8 Methanol 5,5 4,3
Benzin 11,4 8,6 2,37
Diesel 11,8 9,8 2,65
Erdgas 11
Wasserstoff 33
Tabelle 2.1: Heizwert und Emissionen nach Rohstoff
Tabelle 2.1 abzulesen ist. So lassen sich auch weiter Alltagssituationen berechnen, wie z.B. ein Benzinbetriebenes Auto, das bei 100 km/h 7 l/h verbraucht:
Chemische Leistung= 7l
h·8,6kW h
l = 60,2kW Dies entspricht 1000 „Energiesklaven“.
2.4 Kernenergie
Kernenergie ist eine sehr starke Energiequelle, da die gesamte Energie aus einem Atom- kern gewonnen wird, dessen Durchmesser gerade mal 0,0001 des Durchmessers des Mo- leküls beträgt, aber fast die gesamte Masse beinhaltet. Bei der Spaltung eines Gramms Uran-235 werden 23MWh an thermischer Energie freigesetzt – das entspricht der Leis- tung von 2,9 Tonnen Braunkohle.
Betrachtet man nun die allseits bekannte FormelE=mc2und stellt sie nachm= Ec2 um, so lässt sich folgendes berechnen:
23·106W ·3600s
(299792458ms)2 = 9,2·10−7kg= 0,92g
Somit kann mit nur 0,08g Uran-235 eine solche Menge an Energie erzeugt werden.
2.5 Thermodynamik
Die beiden ersten Hauptsätze der Thermodynamik lauten
1. Die gesamte Energie in einem abgeschlossenen System bleibt immer erhalten 2. Die Entropie1in einem abgeschlossenen System kann nur zunehmen.
nuklear
thermisch
mechanisch elektrisch
chemisch 100
100
100
50 80
80
? 90
90
Abbildung 2.1: Energieumwandlung mit maximalen Wirkungsgraden (in%)
Die Kombination aus Satz 1 und der Abbildung 2.1 lässt Satz 2 ableiten. Denn nach und nach verwandelt sich jede Art von Energie in Wärmeenergie. Dabei ist Wärmeenergie die „niederwertigste“ Energie, da us ihr nur sehr schwer andere Energie gewonnen kann. Elektrische Energie hingegen wird als „hochwertige“ Energie angesehen, da sie gute Wirkungsgrade bei der Umwandlung in andere Energien erzielen kann.
1Maß für den Grad der Unordnung eines physikalischen Systems
3 Klimawandel
Der Klimawandel ist ein ernstzunehmendes Problem, doch nach der Klimakonferenz enthüllte der „Brown to Green Report 2018“, dass in 15 der G20-Ländern die Emis- sionen erneut gestiegen sind und 82% der Energie kommt nach wie vor von fossilen Brennstoffen.
Um den Klimawandel zu verstehen und gegen Ihn anzugehen, wurde bereits 1988 der Intergovernmental Panel on ClimateChange (kurz IPCC) mit 195 Mitgliedsstaaten gegründet. Der IPCC betreibt zwar selbst keine Forschung, aber er trägt die weltwei- ten Forschungsergebnisse zusammen, bewertet sie wissenschaftlich und zieht daraus Schluss-folgerungen , wie der Klimawandel gemindert werden kann und wie sich die Menschheit an das wechselnde Klima anpassen kann.
3.1 Natürliche Treibhauseffekte
Der Treibhauseffekt wird bei Diskussionen über Klimawandel immer als negative Wir- kung deklariert; Tatsächlich könnte die Menschheit ohne Treibhauseffekte nicht über- leben.
3.1.1 Natürliche Treibhausgase
Ohne Treibhausgase würde die einfallende Sonnenstrahlung wieder ungehindert in das All reflektiert und die Erde hätte eine durchschnittliche Temperatur von -19◦C. Durch Treibhausgase, die Sonneneinstrahlung durchlassen, die reflektiere Wärme allerdings nicht, beläuft sich die Durchschnittstemperatur auf 14◦C. Diese große Wirkung wird erzielt, obwohl nur 0,04% der Gase in unserer Atmosphäre Treibhausgase sind.
Der Effekt der unterschiedlichen Treibhausgase kann wie folgt aufgeteilt werden:
1. H2O; + 20,6◦C 2. CO2; + 7,2◦C 3. O3; + 2,4◦C 4. N2O; + 1,4◦C 5. CH4; + 0,8◦C 6. Sonstige; + 0,6◦C
3.1.2 Vulkane und Sonne
Vulkane tragen ebenfalls zur Klimaregulierung bei. Bei ihrem Ausbruch geben sie große mengen an CO2 – das bekannteste Treibhausgas – frei und tragen somit zur Erderwärmung bei. Zugleich stoßen sie auch sogenannte Aerosole aus; Das sind ganz kleine Partikel, die die Sonnenstrahlung reflektieren – und ohne Sonnenstrahlung keine Erderwärmung. Somit Tragen Vulkane gleichzeitig zur Abkühlung der Erde bei.
3.1.3 Wolken
Wolken sind ein sehr unterschätzter Faktor der Klimakontrolle, denn sie reflektieren sehr stark – sowohl Wärme als auch Sonne. Fliegen sie hoch, so kann noch viel Sonnen- strahlung durch die Wolken dringen, wohingegen die reflektierte Wärmestrahlung von ihnen reflektiert wird. Sind die Wolken dick und nahe der Erdoberfläche, so bewirken sie das Gegenteil: Sie reflektieren die Sonnenstrahlen und wirken kühlend.
3.1.4 Ozeanzirkulation
Nicht zu vernachlässigen und ebenfalls sehr bekannt sind Ozeanzirkulationen; Dies sind massive Wasserströmungen von unterschiedlicher Temperatur. Hierbei gibt es warme Oberflächenströmungen und kalte Tiefenwasserströmungen. Angetrieben werden Sie durch Winde und Temperaturdifferenzen. Das warme Wasser liegt nahe der Oberfläche, wo es seine Wärme an die umliegenden Regionen abgibt. Irgendwann kühlt es ab und sinkt nach unten, da kaltes Wasser (bis zu einer Temperatur von 4◦C) schwerer ist als warmes. In den tieferen Regionen strömt es zurück, bis es in gewissen Regionen wieder erhitzt wird und es nach oben steigt – der Zyklus beginnt von neuem.
3.2 Menschliche Einflüsse
Viele Menschen wollen ihre eigene Wirkung auf das Klima nicht wahrhaben und su- chen nach anderen Gründen, wie z.B. einer veränderten Sonnenaktivität – diese steht jedoch in keinerlei Relation zum veränderten Klima, sondern unterliegt nur ihren ge- wöhnlichen periodischen Schwankungen.
Betrachtet man hingegen die CO2-Konzentration in Korrelation mit den Temperatur- abweichungen, so ist der Zusammenhang eindeutig – und seit der Industriellen Revo- lution, ca . 1769, steigt die Konzentration exponentiell. So beträgt die menschen- verursachte Temperaturentwicklung inzwischen fast + 1◦C.
Betrachtet man die Konzentration der Gase Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) der letzten 800.000 Jahre so erhöhte sich der CO2-Gehalt von durchschnittlich 230 ppm (parts per million) auf 404 ppm. Methan stieg sogar von ca. 500 ppb (parts per billion (Mrd.)) auf über 1.800 ppb.
Diese Treibhausgase haben zudem eine Verweilzeit, bevor sie abgebaut werden. So hat Methan ein Verweilzeit von 12,4 Jahren, Lachgas eine Verweilzeit von 121 Jahren und CO2bleibt sogar bis zu 1.000.000 Jahre.
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CO2
76%
CH4
16%
N2O 6%2% Andere
Abbildung 3.1: Beitrag verschiedener Gase zum Treibhauseffekt
Neben dieser Verweilzeit hat jedes Gas auch einTreibhausgaspotential(GWP). Hier wird die Wirkung von CO2 als Referenzwert genommen, somit hat es ein Potential von 1. Methan hat bereits die 28-fache Wirkung und Lachgas eine 265-fache Wirkung.
Aufgrund der in Abbildung 3.1 gezeigten Verhältnisse ist CO2 aktuell dennoch das kritischste Gas. Jährlich stoßen Menschen durchschnittlich 39 Gt CO2aus. 28% davon werden von Böden und Vegetation aufgenommen und 22% von Ozeanen. 44% verbleibt allerdings in der Atmosphäre. Wo die restlichen 6% abbleiben, weiß niemand.
Teilt man die Emissionen in verschiedene Sektoren auf, so ergibt sich folgendes Bild:
• 37% Industrie – 44% Kohle – 35% Erdöl – 21% Erdgas
• 23% Transport
– 17% Straßenverkehr
– 2,5% Luftverkehr – 2,5% Schifffahrt – 1% Sonstige
• 12% Haushalte
• 11% Dienstleistungen
• 17% Andere
zusätzlich werden Unmengen an CO2 durch Brandrodung des Regenwaldes freige- setzt. Zum einen setzt das Verbrennen CO2 frei, zum anderen fehlen nun Bäume, um neues CO2 aufzunehmen. Das in Torf-Böden gespeicherte CO2 wird ohne Bäume ebenfalls freigesetzt.
Aufgeteilt in Länder, hat China im Jahr 2015 29% aller CO2-Ausstöße verursacht.
Die U.S.A. 14% und die EU 10% – kanpp ein Viertel davon Deutschland. Betrachtet man allerdings die gesamten Emissionen aller Länder bis 2012, so liegt China nur bei 12%, die U.S.A. allerdings bei 26% und die EU bei 22% – etwas mehr als ein Fünftel
davon Deutschland. Pro Kopf liegen die U.S.A. bei 20 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr. Deutsche Bürger verbrauchen die Hälfte und chinesische erneut die Hälfte. Die wenigsten Emissionen pro Kopf hat Indien, mit ca. 2 Tonnen pro Kopf.
Wie bereits erwähnt gibt es nicht nur CO2,sondern auch andere Gase wie Lachgas und Methan. Die Emissionen hiervon gliedern sich wie folgt auf:
• Methan
– 29% Fossile Brennstoffe – 27% Viehhaltung – 23% Mülldeponien – 11% Reisanbau
– 10% Biomasse und Biokraft- stoff
• Lachgas
– 59% Landwirtschaft
– 10% Biomasse und Biokraft- stoff
– 10% Fossile Brennstoffe und Industrie
– 10% Flüsse
3.2.1 Auswirkung auf die Ozeane
All diese Faktoren beeinflussen den Klimawandel, aber wo geht all die extra Wärme hin? Wider erwarten, wird nur 1% der Wärme in der Atmosphäre gespeichert. Jeweils 3% erwärmen die Kontinente und schmelzen die Eiskappen. Die restlichen 93% werden von den Ozeanen aufgenommen. Diese werden dadurch jedoch saurer und bedrohen das Leben der Meeresbewohner.
Zudem existiert das Phänomen derWasserdampf-Rückkopplung. Teile des vom Sonnen- licht erwärmten Wassers werden so warm, dass sie zu Wasserdampf werden. Dieser Dampf reflektiert die Wärme, die vom Ozean abgestrahlt wird, und erwärmt den Ozean so zusätzlich. Durch die menschenverursachte Temperaturerhöhung des Meeres, wird immer mehr Wasser zu Wasserdampf, der das Wasser weiter erhitzt – somit entsteht ein Teufelskreis.
Wenn man über die Auswirkungen des Klimawandels auf das Meer redet, darf der Anstieg des Meeresspiegels natürlich nicht Vergessen werden. Von 1880 bis 2013 Stieg der Meeresspiegel um 23 cm an. Im Jahre 2014 um ca 3,3 mm. Hierfür verantwortlich waren:
• Ausdehnung des Meereswassers durch Erwärmung – 31%
• Gletscherschmelze – 26%
• Schmelze des Grönländischen Eisschildes – 26%
• Schmelze des Antarktischen Eisschildes – 10
• Erhöhhung durch Wasserspeicher auf dem Land – 7%
Der Anstieg des Meeresspiegels wuchs dramatisch: von 0,2 mm pro Jahr in den letzten 2.000 Jahren, über 1,7 mm im 20. Jahrhundert bis hin zu 3,5 mm in 2002 bis 2016.
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3.2.2 Hitze und Kälte
Ebenso haben sich die Temperaturverhältnisse geändert. Während der Großteil der Temperaturen früher im Normalbereich lagen, gibt es heutzutage mehr extreme – zudem wurden diese Extreme wärmer. So waren zwischen 1951 und 1980 nur 1% der Landfläche diesen Extremtemperaturen ausgesetzt, inzwischen sind es bereits ca. 10%.
In einigen Regionen wie der Mongolei wurde die Temperatur auch feuchter, dennoch ist die Erwärmung die Regel.
Auch die Häufigkeit der Gewitter nahm in den letzten Jahren stark zu; Während die Gewitterschäden 1980 noch 1 bis 2 Millionen USD betrugen, sind wir heute bei knapp 6 Milliarden.
3.2.3 Tiere und Pflanzen
Auch Tiere und Pflanzen werden vom Klimawandel beeinflusst. Aufgrund der wär- meren Temperaturen fühlen sich Pflanzen und Tiere auch bei höheren Temperaturen wohler. So stieg in der Schweiz die Vegetationsgrenze von 2003 bis 2010 um 8 Meter an.
Lebensräume von Schmetterlingen verschoben sich um 38 Meter und die von Vögeln um 42 Meter nach oben.
Auch die Tigermücke (samt ihrer übertragenen Krankheiten), die im Jahre 2000 nur in teilen Italiens fest angesiedelt war, hat sich inzwischen in allen Mittelmeerregionen fest angesiedelt und erreicht immer mehr auch das Landesinnere.
4 Kipppunkte
Ein sehr wichtiger Punkt im Klimawandel sind sogenannte Kipppunkte; Dies sind Punkte, ab denen ein Effekt eine solch starke Wirkung erreicht hat (die sich selbst verstärkt), dass er sich nicht mehr aufhalten lässt. Die Auswirkungen dieser Kipp- punkte sind meist dramatisch und deren Eintreten werden von Wissenschaftlern ab einer Erderwärmung von 1,5◦C bis 2◦C vorausgesagt.
Solche Kipppunkte können sein:
• Erlahmung der Ozeanischen Zirkulation
• Wasserdampf-Rückkopplung
• Schmelzen des Arktischen Meereises
• Gletscherschmelze in Grönland
• Gletscherschmelze in der Antarktis
• Schmelzen des Permafrosts
Durch diese Anzahl an negativen Kipppunkten könnte allerdings ein Kipppunkt der Menschheit erreicht werden, ab dem sie den Klimawandel ernst nimmt.
4.1 Ozeanische Zirkulation
Durch die ständige Erwärmung des Meeres kann es passieren, dass die Mechanismen, die die großen Meeresströmungen am Laufen halten, versagen. Somit erlahmt unter Anderem der Golfstrom und Europa könnte in einer Eiszeit versinken.
4.2 Arktisches Meereis
Durch die Erwärmung des Meeres erlahmen nicht nur die Strömungen, sondern es schmilzt auch Eis. Das Eis, das im arktischen Meer umhertreibt ist eines davon. So waren die letzten 1.400 Jahre im Schnitt 10 Millionen Quadratkilometer des Meeres mit schwimmendem Eis bedeckt – nun sind es noch ca. 7,5. Auch wenn das geschmolzene Eis nicht zu einer Meeresspiegelerhöhung führt, da es das Wasser auch zuvor verdrängt hat, kann ohne das Eis nicht mehr so viel Sonnenstrahlung von der hellen Oberfläche reflektiert werden. Somit wird mehr Wärme absorbiert und das Meere erwärmt sich schneller.
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4.3 Gletscherschmelzen
In Grönland ist 82% der Fläche mit Eis bedeckt, das im Schnitt 1.500 Meter dick ist.
Ab 1,5◦C bis 2◦C Erwärmung kommt es zu einer Massiven schmelze – unter anderem auch in der Permafrostregion ab 3.000 Metern Höhe. Durch die Schmelze sinkt die Höhe des Eises, wo es schneller schmilzt, da es pro 100 Meter 0,5◦C bis 1◦C wärmer wird.
Durch das fehlende Eis treten auch hier wieder mehr dunklere, wärmegenerierendere Flächen auf. Bei einer kompletten Schmelze des grönländischen Eisschildes steigt der Meeresspiegel um sieben Meter an.
In der Antarktis geschieht dies bereits, sodass sie für 4% des Meeresspiegelanstiegs verantwortlich ist. Schmilzt die komplette Antarktis, so steigt der Meeresspiegel um 3 Meter.
4.4 Permafrost
Nicht nur Eis schmilzt, sondern auch Boden. In sehr kalten Regionen befindet sich der Boden in einem Permafrostzustand, in dem auch viele Gase und zersetzbare Stoffe eingefroren sind. Mit zunehmender Wärme taut dieser Boden immer mehr auf und gibt die Gase in die Umwelt frei. Auf dem aufgetauten Boden können nun zwar besser Pflanzen wachsen, die natürlich wieder CO2aufnehmen, doch es wird durch den Boden mehr Gas freigesetzt als von den nachwachsenden Pflanzen gebunden werden kann.
4.5 Aussichten
Würde die gesamte Menschheit sofort mit ernstgemeinten Klimaschutzmaßnahmen beginnen, so könnte bestenfalls eine Erwärmung von maximal 1,8◦C bis 2100 erreicht werden. Macht die Menschheit jedoch weiter wie bisher, so kann die Erderwärmung bis 2100 sogar 5,5◦C erreichen.
5 Mögliche Ansätze
Um die Umwelt mit unserem Verhalten weniger zu belasten, gibt es viele verschiedene Ansätze, die hier kurz aufgelistet werden. Einige von ihnen werden später genauer behandelt:
• Erneuerbare Energien
• Umweltschonende Mobilität
• Neue Technologien
• Mehr energieeffizient – Gebäudedämmung – Energiesparlampen
– Elektrogeräte ganz ausschalten – Energiesparende Haushaltsge-
räte
• Konsumverhalten – Weniger Fleisch – Geld ökosozial anlegen
– Produkte länger Nutzen und reparieren
– Regional einkaufen – Ressourcen teilen
– CO2-Ausstoß reduzieren und kompensieren
• Politik und Gesellschaft
– Förderung neuer umwelt- freundlicher Energien
– Umweltfreundliche Parteien wählen
– Demonstrieren
– Für Umwelt engagieren
5.1 Interessante Ansätze
2012 wurde in der Klimakonferenz in Cancun derGreen Climate Fundgegründet. Die- ser soll ab 2020 100 Milliarden USD bereitstellen, die verwendet werden können, um Treibhausgasemissionen zu verringern und die Entwicklungsländer an den Klimawan- del anzupassen.
Ebenso gibt es eine Vereinigung von Frauen, die sich Birthstrikenennt; Sie wollen keine Kinder mehr gebären, um den Klimawandel zu bremsen und ihre Kinder nicht den Auswirkungen des Klimawandels auszusetzen. Hierbei gibt es allerdings die Kritik, dass ohne die Geburten von Kindern in ökologisch bewusstem Umfeld nur noch Kinder geboren werden, denen die Umwelt egal ist.
Wieder andere setzen auf die nächsteEiszeit, die in ca. 20.000 Jahren kommen soll, in der das Klima dann sowieso wieder abkühlt – sofern der jetztige Klimawandel diese nicht wieder verhindert.
Eine Weitere Idee ist die Kompensation von Ausgestoßenem CO2. Für eine ausge- stoßene Tonne wird aktuell zwischen 22 und 45 EUR verlangt. Das Bundesministerium
Weitere Zusammenfassungen von Malte Jakob gibt es unter i-malte.jimdofree.com für Umwelt empfiehlt einen Preis von 180 EUR pro Tonne. Bei der aktuell einzuführen- den CO2-Steuer, die einen Preis von 10 EUR pro Tonne vorsieht, ist beim Endverbrau- cher beim Kauf unterschiedlicher Produkte allerdings nicht viel zu spüren; So würde ein Liter Benzin nur 3 Cent mehr kosten.
5.2 CO
2-Emissionen
Der globale Ausstoß an CO2 stieg von 1960 mit knapp 10.000 Millionen Tonnen auf über 35.000 in 2017. Deutschland hat in all dieser Zeit seinen Ausstoß allerdings Verrin- gert: Von 1.251 Millionen Tonnen in 1990 auf 866 in 2018. Bis 2050 möchte Deutschland Treibhausgasneutral sein. Diese Rechnung wird aber vermutlich nicht aufgehen, da sie Linear verläuft, die Reduktion aber gerade am Ende immer schwerer wird. Je nach Minderungsverhalten hat Deutschland noch 7 bis 33 Jahre, bevor die gefährlichen 2◦C erreicht sind.
Für diesen Zweck gibt es auch eine Klimasimulation, in der verschiedene Parameter eingestellt und getestet werden können. Diese Simulation nennt sich ClimateRapid Overview and Decision Support (kurz C-ROADS) und basiert auf den Klimamodel- len des IPCC, von dem es auch empfohlen wird. Diese Simulation trifft verschiedene Annahmen, wie etwa die Temperaturerhöhung um 3◦C pro Verdopplung der CO2- Äquivalente in der Atmosphäre. Sie wurde unter anderem auch in der Planung von Regierungen (z.B. die US-Amerikanische) verwendet, ist aber auch für die Öffentlich- keit unter https://croadsworldclimate.climateinteractive.org/ nutzbar.
Zusätzlich gibt es Schätzungen über die Kosten des Klimawandels. Diese Kosten beziehen sich sowohl auf die Klimaschutzkosten als auch auf die Kosten durch Klima- schäden wie Fluten oder Unwetter. Wäre im Jahre 2005 mit Klimaschutz begonnen worden, so beliefen sich die Kosten im Jahre 2100 ca. 6.000 Milliarden USD. Beginnt man damit erst im Jahre 2025, so werden sie sich voraussichtlich auf 19.000 Milliarden USD belaufen.
6 Energietechnologien
6.1 Erneuerbare Energien
Betrachtet man die erzeugte Energie nach Energieträger, so fällt auf, dass der Großteil der Energie durch Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas generiert wird. Diese sind jedoch sehr große CO2-Emittenten, so dass vorzugsweise auf erneuerbare Energien umgestiegen werden sollte.
Einige setzen darauf, dass die fossilen Brennstoffe demnächst aufgebraucht sind, sodass alle danach sowieso auf regenerative Energien umsteigen. Nach einer gründli- chen Analyse wird jedoch klar, dass keine der fossilen Energiequellen zu Neige gehen wird bevor der Klimawandel einen kritischen Punkt erreicht. Somit ist eine proaktive Entwicklung von erneuerbaren Energien erforderlich.
6.1.1 Photovoltaik
Photovoltaik-Zellen sind im Grunde sonnenbetriebene Halbleiter. Je nach Material der Halbleiter sind diese unterschiedlich wirkungsvoll. Das früher häufig verwendete Germanium hatte einen maximalen Wirkungsgrad1 von 20%; Das heute verwendete Silizium erreicht bis zu 30%. Je nach Verschaltung der einzelnen Zellen kann eine unterschiedliche Leistung erbracht werden. Heutzutage werden die Zellen in Reihe und Serie geschaltet und bilden sogenannte Module. Ein übliches Modul hat eine Fläche von1bis1,6m2und enthält 48 bis 60 einzelne Zellen. Ein Modul (mit Silizium-Zellen) erbringt hierbei eine Leistung von 180 bis 300 Watt.
In vielen Ländern gibt es eine Einspeisungsprämie für erzeugten Strom, der nicht selbst verbraucht wird, sondern an das Stromnetz geht. Somit kann sich eine Solaran- lage auch über längere Zeit selbst finanzieren.
Zudem lässt sich durch eine neue Technologie des Wasserstoffspeichers die überschüs- sige Energie nun besser zum Winter hin aufbewahren. Hierfür wird mit der überschüs- sigen Energie Wasser zu Wasserstoff gespalten, der später mithilfe einer Brennstoffzelle wieder zur Generierung von Strom und warmem Wasser verwendet werden kann.
Eine ebenfalls denkbare Einsatzmöglichkeit ist eine „Energieautobahn“ bei der alle Autobahnen mit Photovoltaik-Anlagen überdacht werden. Diese generieren massenhaft Strom und die Fläche wird optimal genutzt. Zusätzlich kann an den Autobahnen auch eineStromautobahn entstehen – anstatt die Stromkabel zu vergraben, können sie auf dem Dach gemeinsam mit den Anlagen verlegt werden.
1Wie viel der Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann
Weitere Zusammenfassungen von Malte Jakob gibt es unter i-malte.jimdofree.com
6.1.2 Windenergie
Bei der Windenergie wird die kinetische Energie des Windes in kinetische Energie des Rotors umgewandelt. So wird nach der einfachen Strahltheorie der Wind an der Windkraftanlage aufgestaut.
Bei einer Windkraftanlage kann mithilfe folgender Formel auch dasmaximal nutzbare Leistungsangebot berechnet werden:
P = 1
2A·ρ·c3
Aist hierbei die überstrichene Kreisfläche der Rotoren inm2,ρ(rho) ist die Dichte der Luft und cdie Windgeschwindigkeit in ms. So lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen: Die Leistung steigt mit dem Quadrat des Rotordurchmessers, somit sind Groß- anlagen sehr effizient. Natürlich sind windreiche Orte ebenfalls sehr zu empfehlen, da die Leistung mit der dritten Potenz zur Geschwindigkeit steigt. Hierbei sind Küsten- regionen mit durchschnittlich 6 m/s gegenüber dem Binnenland mit 1-4 m/s zu em- pfehlen. Windstille herrscht bei 0,5 m/s.
Natürlich hat die Mechanik auch hier ihre Grenzen. Zwischen einer Windgeschwin- digkeit von 10 und 15 m/s beschränkt das Windkraftwerk die Rotorengeschwindigkeit, da der Generator seine volle Leistung erreicht hat. Zudem würden die Rotoren bei zu hohen Fliehkräften zerstört werden; Um dies zu verhindern, schaltet sich das Kraftwerk bei 15 m/s ab. Aber bereits um diesen Kräften standhalten zu können müssen sowohl die Rotoren als auch der Standpfosten biegbar sein.
Ebenfalls ist ein Windkraftwerk in Form eines Drachen angedacht, bei dem eine Drohne sich von den Aufwinden nach oben treiben lässt. Diese Drohne ist an einem Seil befestigt, das Strom ähnlich wie bei einem Dynamo generiert.
6.1.3 Fazit
Die Produktion von elektrischer Energie durch erneuerbare Energien wird immer wich- tiger. So wurden allein im Jahr durch Wind und Sonnenenergie 59 TWh produziert2. Zudem sind die gesamten Produktionskosten für eine kWh Strom aus regenerativen Energien inzwischen vergleichbar mit denen für die Produktion aus fossilen Kraftstof- fen.
Allerdings kann man Sonne und Wind nicht steuern, sodass bisher Gaskraftwerke entsprechend der anderen Leistungen hoch- oder runter gefahren wurden. Für die Zu- kunft müssen effiziente Methoden zur Speicherung von großen Energiemengen erforscht werden.
6.2 Elektromobilität
Ein ebenfalls heiß diskutiertes Thema in der Debatte des Klimawandels ist die Elek- tromobilität. Zwar verursachen Elektroautos während des Fahrens keine Emissionen,
218,5 TWh durch Sonne, 40,5 TWh durch Wind
doch zur Produktion des benötigten Stromes wird je nach Land dennoch eine unter- schiedliche Menge an CO2freigesetzt. Für die Herstellung des Akkus werden ebenfalls sehr viele sehr seltene Rohstoffe aus der ganzen Welt benötigt. Der Nutzen der Akkus nach der Ausmusterung wurde noch nicht genug untersucht, um Aussagen machen zu können.
Dennoch hat der Elektromotor einen der aktuell besten Wirkungsgrade. Während bei einem Ottomotor von der Förderung des Öls bis zum Verbrauchen im Auto nur noch 19% der ursprünglichen Energie genutzt werden können, wird beim Elektroauto rund 64% genutzt. Am Beispiel von Bussen, verbraucht ein Dieselbetriebener Bus rund vier Mal so viel Energie wie ein Elektrobus.
6.3 Rebound-Effekte
Der technologische Fortschritt nutzt Energie immer effizienter und spart somit Res- sourcen. Die eingesparten Ressourcen (und das eingesparte Geld für diese Ressourcen) nutzen die meisten Menschen, um sich etwas anderes zu kaufen – das wiederum erneut Ressourcen verbraucht. Somit lässt sich für den Rebound-Effekt sagen:
Zusätzlicher Ressourcenverbrauch Ressourceneinsparung durch Technologie
Im Idealfall ist dieser Effekt = 0 und es findet kein zusätzlicher Konsum statt. Ist er 1, so wurden exakt so viele Ressourcen verbraucht, wie eingespart wurden und das Ergebnis ist neutral. Ist der Effekt jedoch größer, so gibt es ein sogenanntes backfire, denn die Einsparung von Ressourcen hat zu höherem Ressourcenverbrauch geführt.
Durch die Einführung von allerlei Gadgets, die uns das Leben einfacher machen, kommen zwei weitere Rebound-Effekte hinzu; Der Physische Kreuzfaktor-Rebound- Effekt
Vom Gadget verbrauchte Energie Vom Menschen eingesparte Energie
gibt an, wie viel Energie durch die Applikation eingespart oder mehr verbraucht wird.
Da ein Mensch in seiner neu gewonnene Freizeit natürlich nicht nichts macht, muss auch die Energie der neuen Aktivitäten miteinbezogen werden. Dadurch ergibt sich derFreizeit-Rebound-Effekt:
Energie der Freizeitaktivitäten Eingesparte Energie durch Gadgets
Addiert man beide Effekte zusammen, so hat man den gesamten Rebound-Effekt. Hat man beispielsweise einen Assistenzroboter und geht in der neu gewonnen Zeit ganz normalen Aktivitäten nach (ca 6,2 kWh/Tag), so ergibt sich ein Rebound-Effekt von 10,8 – es werden also 1080% mehr Energie verbraucht.
Um dies zu verhindern, muss Ressourcenverbrauch mehr versteuert werden.
7 Künstliche Intelligenz,
Wirtschaftswachstum und Nachhaltigkeit
Die künstliche Intelligenz erforscht, ob und wie Computer Dinge tun können, die Men- schen heute (noch) besser können. Dies sind vor allem „Einfache“Alltagsprobleme zu lösen, oder unter begrenzten Ressourcen gute Lösungen zu finden; Auswendig lernen können Computer bereits viel besser.
Neue Fähigkeiten erlernen fällt einem PC jedoch sehr schwer. Doch hierfür gibt es zwei mögliche Verfahren:
Zum einen gibt es dasLernen durch Demonstration. Hierbei wird dem System eine Vorgehensweise mehrmals und unter verschiedenen Situationen gezeigt, die der Robo- ter dann generalisiert und nachmacht.
Die andere Herangehensweise ist das Lernen durch Verstärkung. Hierbei muss der Roboter alles selbst erarbeiten und passt seine Verhaltensweisen je nach positivem oder negativem Feedback an.
Auf beide Weisen können Verfahren gelernt werden, die sehr schwer oder gar nicht programmiert werden könnten.
Ein neuer Trend ist das Deep Learning, das Rohdaten Schicht für Schicht, mit bis zu 1000 Iterationen, immer etwas aufbereitet.
Durch diese verschiedenen Fortschritte wird die K.I. in näherer Zukunft einen Durch- bruch erzielen. So ist autonomes Fahren bereits jetzt in einigen großen Städten im Teststadium. Bei Flächendeckender Einführung werden Privatautos kaum mehr benö- tigt. Die Anzahl der Autos würde um 80-90% sinken und die ungenutzten Parkflächen können anderweitig (z.B. durch Grünflächen) genutzt werden. Die wenigen autonomen Autos, die noch verbleiben, werden voraussichtlich den ganzen Tag über unterwegs sein, die Strecken aber möglichst effizient und mit hoher Auslastung planen. Insge- samt werden so zwischen 50-90% CO2-Emissionen eingespart.
Dass die Künstliche Intelligenz mit diesem Vorhaben abertausende Berufsfahrer und Autohersteller arbeitslos werden lässt, wird schon seit langem befürchtet. Ebenfalls sind zahlreiche Branchen vom Einsatz der K.I. bedroht. Allerdings wird darauf gesetzt, dass das Wirtschaftswachstum wieder neue Arbeitsplätze schafft, was bisher auch der Fall war. Das Problem hierbei ist, dass der Mensch seit 1975 auf Kosten zukünftiger Generationen lebt; Somit darf die Wirtschaft nicht mehr wachsen, sondern muss eher abnehmen. Bei der aktuellen Leistungsgesellschaft führt dies kaum zu paradiesischen Zuständen von wenig Arbeit und viel Lohn; Um dies zu realisieren scheint die einzige Möglichkeit eine Vermögensumverteilung sein.
7.1 Dekarbonisierung der Wirtschaft
Um die Wirtschaft umweltfreundlicher zu gestalten, soll jegliche Energie aus regenera- tiven Quellen gewonnen werden. Leider benötigt die deutsche Infrastruktur noch eine Weile, um den gesamten Strombedarf aus grünen Quellen zu decken, denn bisher sind es nur ca 40%. Zudem gibt es Prozesse in der Wirtschaft, bei der eine Produktion von CO2 unvermeidbar ist. Als (Übergangs-)Lösung wird oft das Carbon Capturing (CC) herangezogen. Diese Technologie ist jedoch erst in ca 25 Jahren einsetzbar, da sie aktuell noch Entwicklungsbedarf hat. Dennoch soll das Verfahren nicht übergangen werden.
7.1.1 Carbon Capturing
Da CO2für sehr lange Zeit in der Atmosphäre bleibt, soll es aktiv herausgefiltert wer- den, um seine Wirkung einzudämmen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, CO2 aus der Luft zu filtern. In der vorherrschenden Methode wird das CO2 in aminhaltigen Flüssigkeiten bei kalten Temperaturen gebunden, um dann in entsprechenden Behäl- tern und höheren Temperaturen wieder entbunden zu werden (die Flüssigkeit kann bei höheren Temperaturen weniger CO2 binden und muss es somit wieder freigeben). Es gibt natürlich auch andere Möglichkeiten, wie z.B. das Membranverfahren, jedoch soll sich hier auf die Absorption beschränkt werden.
Dies kann entweder direkt beim Emittenten geschehen, oder kann aus der Atmo- sphäre gefiltert werden. Letzteres ist jedoch sehr ineffizient, da die Konzentration von CO2 in der Luft sehr gering ist (auch wenn die Auswirkungen groß sind).
Beim Emittenten gibt es wiederum verschiedene Möglichkeiten, das erzeugte CO2
herauszufiltern. Bei derPostcombustion-Methode beträgt die CO2-Konzentration der zu filternden Luft 3 bis 4%. Hier kann das nach üblichen Methoden erzeugte Abgas, bevor es durch den Schornstein in die Umwelt entlassen wird, durch einen Bereich mit Absorptionsflüssigkeit geleitet werden, die das enthaltene CO2 bindet. Das gebunde- ne CO2 wird wie oben beschrieben wieder entbunden. Der Wirkungsgrad hierbei ist zwar relativ gering, jedoch kann dieses Verfahren an bereits existierende Kraftwerke angebaut werden.
Bei der Precombustion liegt die CO2 -Konzentration bereits bei über 10%. Hier muss bei der Verbrennung der Kohle jedoch reiner Sauerstoff hinzugefügt werden. Dem Abgas wird dann noch Wasserdampf hinzugefügt, dass vorhandene CO-Moleküle zu CO2bindet und reinen Wasserstoff übrig lässt. Nach dem herausfiltern des CO2 kann mit dem Wasserstoff zusätzlich eine Gasturbine betrieben werden. Mit der Abwärme der Gaswärme kann zudem noch eine Dampfturbine betrieben werden.
Ähnlich funktioniert das Oxyfuel, die die Kohle mit Sauerstoff verbrennen und das entstandene Gas durch eine Dampfturbine leitet. Das Gas wäre nach der Verbrennung jedoch viel zu heiß, deshalb wird es mit bereits verwendetem und abgekühlten Gas
„gestreckt“.
All diese Filtertechnologien benötigen allerdings Energie. So viel Energie, dass der Wirkungsgrad des betroffenen Kraftwerks um zehn Prozentpunkte sinkt. So muss für die selbe Leistungserzeugung 25 bis 30% mehr Kraftstoff eingesetzt werden muss.
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7.1.2 Carbon Storage
Das so herausgefilterte Gas muss nun allerdings irgendwo gelagert werden. Hier kön- nen leergepumpte Öl- und Erdgas-Reservoirs verwendet werden. Norwegen praktiziert dieses Verfahren bereits seit 1998 und pumpt jährlich eine Million Tonnen CO2in leere Kammern – Deutschland produziert pro Jahr allerdings 866 Millionen Tonnen.
Alternativ kann Das CO2 auch tiefer in Salzwasserschichten gepumpt werden. Hier- bei ist jedoch nicht klar, ob das Salzwasser das CO2 absorbiert oder ob es in andere Schichten ausweicht und somit eventuell den Grundwasserspiegel beeinträchtigt.
Ebenfalls können Reservoirs in der Tiefsee genutzt werden, in der Hoffnung, dass das CO2dort unter dem großen Wasserdruck mit den anderen Mineralien reagiert und eine feste Form annimmt.
Vorsichtig geschätzt bleiben in der EU – sollte alles CO2gefiltert und gelagert werden – nach 40 Jahren nur noch Platz für 1,4 Gt.
Zudem ist die erforderliche Transport- und Lagerungsinfrastruktur noch nicht vor- handen.
7.1.3 Carbon Utilization
Aufgrund des Überangebots von CO2 liegt es nahe, diesen Rohstoff auch zu nutzen.
jedoch ist CO2eine sehr minderwertiger Rohstoff, da er als „Abfallprodukt“ von nahezu jeder Reaktion entsteht. Dennoch gibt es verschiedene Ansätze zur Carbon Utilization.
CO2 als Arbeitsflüssigkeit
Beim Fördern von unterirdischen Ressourcen bleibt oft ein Teil übrig, an den Maschi- nen nicht herankommen. Durch das Einfüllen von CO2könnte dieser Rest „herausge- spült“ werden.
Treibstoff und Chemikalien
Durch verschiedene chemische Reaktionen kann CO2 in Kombination mit anderen organischen Stoffen auch zu nutzbaren Treibstoffen wie Methan oder Bio-Diesel syn- thetisiert werden. Hierbei besteht jedoch oft das Risiko, dass bei der Herstellung mehr Energie verwendet wird, als bei der Verbrennung entsteht.
Allerdings kann CO2auch in anorganische Produkte wie Carbonat-basierte Zemente umgewandelt werden. Dies wird oft als Langzeit-Lagerungsoption diskutiert.
Erzeugung von Biomasse
Da Pflanzen beim Wachsen CO2binden, kann das gefilterte CO2auch dazu verwendet werden das Wachstum von Pflanzen zu fördern und somit die Produktion von Biomasse beschleunigen.
8 Ideen für ein nachhaltiges Wirtschaftssystem
Bis zum 19. Jahrhundert war die Wirtschaft noch harte Handarbeit und belastete die Umwelt nahezu überhaupt nicht, denn der Gewinn des einen war der Verlust eines anderen – ein Nullsummenspiel. Als jedoch die Dampfmaschine industriell eingesetzt wurde, stieg das BIP, der Wohlstand und auch die Belastung der Umwelt.
Zwar setzten bereits die Römer ebenfalls Dampfkraft ein, doch da diese durch Skla- ven und eine große Unterschicht genug billige Arbeitskräfte hatten, war der Anreiz für neue Technologien nicht sonderlich groß. In England waren die Löhne im 19. Jahr- hundert jedoch schon Höher und Sklaven verboten; Dies schaffte den bisher fehlenden Anreiz und eine Überflussgesellschaft entsteht. Dadurch entsteht zudem die Notwen- digkeit von Werbung, da es nun mehr als einen Anbieter für das selbe Produkt gibt.
Durch die höhere Effizienz der Maschinen werden weniger Arbeiter benötigt – doch wer kauft dann die produzierte Ware? Aus diesem Grund muss die Wirtschaft wachsen und neue Arbeitsplätze schaffen. Laut der Systemtheorie nach Luhmann hält sich die Wirtschaft am Leben, indem sie aus sich selbst heraus laufend neue Bedürfnisse erzeugt und befriedigt.
Leider bedeutet mehr Wachstum auch mehr umweltschädlichen Ressourcenverbrauch.
Aus diesem Grund ist möchte man Ressourcenverbrauch vom Wachstum entkoppeln;
Dies scheint jedoch nahezu unmöglich, daher muss ebenfalls an andere Alternativen gedacht werden.
8.1 Gemeinwohlökonomie
Ein häufig genanntes Beispiel ist die Internalisierung externer Kosten. Als externe Kosten werden in der VWL Kosten genannt, die nicht durch den gezahlt werden, der sie verursacht (z.B. Klimaschäden). Eine Möglichkeit solche Klimaschäden zu interna- lisieren, also den Verursacher zahlen zu lassen, ist dieGemeinwohlökonomie (GWÖ) – ein Wirtschaftssystem das auf Gemeinwohl-fördernden Werten aufgebaut ist. Aktuell können sich verschiedene Unternehmen freiwillig nach einer Gemeinwohlmatrix (siehe Abbildung 8.1) bewerten. In jeder Kategorie können zwischen -180 und 50 Punkte ver- geben werden, sodass eine Gesamtpunktzahl zwischen -3600 und 1000 erreicht werden kann. Um die Kosten nun zu internalisieren, so kann die GWÖ-Überprüfung verpflich- tend sein und das Ergebnis auf die Steuer abgebildet werden (Sowohl die Steuern, die das Unternehmen zahlen muss, als auch die Mehrwertsteuer beim Kauf eines Produktes der Firma).
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Abbildung 8.1: Gemeinwohlmatrix1
Ebenfalls gemeinwohlfördernd sind Steuern – Geld das allen zugute kommt. Häufig wird gefordert, die Spitzensteuersätze, also die Steuersätze der Vielverdiener, anzuhe- ben, da diejenigen, die viel verdienen auch viel geben können – selbst mit dem Geld nach den erhöhten Steuern lässt sich bei einem großen Einkommen gut leben. Früher war dieses Konzept sehr weit verbreitet und in den U.S.A. und Großbritannien betru- gen die Spitzensteuersätze bis zu 98%. Diese Steuereinnahmen wurden hauptsächlich in Sozialleistungen umgesetzt. Während der großen Depression wurden die Leistungen und die Steuern allerdings drastisch gekürzt und seitdem nicht mehr aufgebaut.
Mit dem Vormarsch der Roboter in der Industrie werden Arbeitsplätze jedoch zuneh- mend knapper, sodass immer mehr Menschen von Sozialleistungen abhängig werden.
Um eine Verelendung der Gesellschaft abzuwenden, gibt es unterschiedliche Möglich- keiten – eine davon die Erhöhung des Spitzensteuersatzes. Andere Ideen sind eine Robotersteuer oder das bedingungslose Grundeinkommen.
8.2 Das Wachstumsdilemma
Wie bereits erklärt muss die Wirtschaft durch den technologischen Fortschritt immer weiter wachsen, um ein gutes Leben für alle zu ermöglichen – gleichzeitig sollte dies aus Umweltschutzgründen nicht geschehen. Dieses Dillema gilt jedoch nicht für die gesamte Weltbevölkerung, sondern nur für ein Fünftel. Und dieses Fünftel verbraucht 80% der
1Bild von https://www.ecogood.org/media/filer_public_thumbnails/filer_public/e9/9d/e99dc637- 152d-4a7e-86a2-137ac09f0409/matrix_5_0_bild.png__874x494_q85_crop_subject_location- 437%2C248_subsampling-2_upscale.png, abgerufen am 26.12.2019
Dynamik Kapitalbesitz Wettbewerb
Kapitalismus instabil wenige ja
Kommunismus keine Staat nein
Natürliche
Wirtschaftsordnung stabil alle ja
Tabelle 8.1: Vergleiche verschiedener Wirtschaftssysteme
Ressourcen. Im ärmsten Fünftel ist hingegen nicht mal sauberes Wasser vorhanden und die Sterblichkeitsrate bei Kindern ist enorm hoch – die Schere zwischen arm und reich geht immer weiter auseinander.
Diese Situation wird von vielen auf die Funktionsweise des Kapitalismus zurück- geführt: Viel Kapital zieht mehr Kapital an. So sind 40% aller Ausgaben eines End- verbrauchers irgend eine Art von Zinsen, die an höhergestellte Mitglieder (Kapitalei- gentümer und Banken) gezahlt werden müssen und nicht für das Produkt ausgegeben werden. Wird stattdessen solch eine Art an „Verzinsung“ des angelegten Geldes unter- sagt und ein alternatives Steuersystem eingeführt z.B. jeder zahlt 10% seines Einkom- mens an den Staat, der dieses gleichmäßig an alle Bürger verteilt, so kann diese Schere wieder ausgeglichen werden. Dieses Beispiel wird auch natürliche Wirtschaftsordnung genannt. Ein Vergleich der Vor- und Nachteile verschiedener Wirtschaftssysteme ist in Tabelle 8.1 zu sehen.
Weitere Ansätze zur Lösung des Problems sind:
Vollgeld: Banken dürfen nur Geld verleihen, das sie auch tatsächlich besitzen.
Bodenreform: Grundeigentum wird abgeschafft und Fläche kann nur noch gepachtet werden; Somit sind ungenutzte Bauflächen nicht mehr profitabel und sind keinen Wertespekulationen ausgesetzt.
Steuerreform: Unter anderem Reformen von Erbschafts-, Kapitalertrags-, und Ver- mögenssteuer
Arbeit: Einführung einer 20 Stunden Woche und Bedingungsloses Grundeinkommen
8.3 Postwachstumsökonomie
Laut Nico Paech gibt es wenige Schlüsselaspekte, um eine Wirtschaft ohne Wachstum zu Realisieren:
• Mehr Effizienz (Ohne Rebound Effekt)
• Mehr Suffizienz (Nur das nötigste kaufen)
• Weniger arbeiten mit weniger Lohn (Bei gleichem Lohn tritt Rebound-Effect ein)
• Mehr Subsistenz (Selbstversorgung)
Weitere Zusammenfassungen von Malte Jakob gibt es unter i-malte.jimdofree.com Nach Jackson ist die Lösung von materiellen Ansichten auf Dienstleistungen umzu- steigen; Am Beispiel Autos: Nur wenige wollen tatsächlich Autos besitzen, sie wollen lediglich flexibel und pünktlich am Zielort sein; Wenn ein Dienstleister dies garantieren kann, werden nicht mehr so viele Autos benötigt, und da all das im Rahmen eines Un- ternehmens geschieht, wird auch stets darauf geachtet, dass alles effizient vonstatten geht.
Witere Prinzipien nach Jackson sind:
• Grenzen einführen
• Konsumierverhalten einschränken
• Ungleichheit bekämpfen
• Wirtschaft „reparieren “
• Dienstleistungen statt Besitz
• Arbeit soll erfüllend sein
9 Ökobilanzierung
Eine Ökobilanz ist eine Betrachtung der verbrauchten Ressourcen „von der Wiege bis zu Bahre“. Hierbei bezieht sie viele Umweltaspekte und den erbrachten Nutzen des Produktes mit ein. Letzten Endes bietet sie allerdings nur eine Hilfe zur Entschei- dungsfindung.
Eine Ökobilanz wird folgendermaßen erstellt:
1. Definition von Systemgrenzen (Was soll bewertet werden) und Ziel (wie möchte ich es bewerten (z.B. CO2-Ausstoß))
2. Aufstellen der Sachbilanz (Alle Ressourcen, Energie und Arbeit, die eingesetzt werden)
3. Wirkungsanalyse nd Bewertung (Tatsächliches auswerten und umwandeln in die gewählte(n) Kenngröße(n))
Typischerweise werden alle Input-Faktoren bezüglich ihrer Auswirkungen auf vier Bereiche betrachtet:
• Menschliche Gesundheit
• Natürliche Ökosysteme
• Klima
• Ressourcen
Hierbei wird jede Emission / Ressource bezüglich ihrer Auswirkungen auf diese Berei- che analysiert. Bei der Analyse sollten jedoch immer folgende Fragen gestellt werden:
• Ist die Datenqualität ausreichend?
• Wo liegt das größte Verbesserungspotential?
• Welches sind die besten Kennzahlen?
• Was muss sonst noch berücksichtigt werden¿
Hat man nun für jede Emission eine Kennzahl (z.B. g Nitrat im Grundwasser durch Anbau), so müssen diese noch miteinander Kombiniert werden – doch was ist wichtiger?
Luftverschmutzung oder Artensterben? Hierfür gibt es verschiedene Modelle, die die Kennzahlen jeweils unterschiedlich gewichten (und dementsprechend den Fokus der Berechnung auf andere Aspekte legen).
Weitere Zusammenfassungen von Malte Jakob gibt es unter i-malte.jimdofree.com Je nach Bewertungsmethode bekommt man für das Produkt einen unterschiedlichen Wert heraus, der sich nur innerhalb dieser Bewertungsmethode mit anderen Produkten vergleichen lässt. Zudem ist die Nutzeinheit der ebenfalls wichtig (z.B. kg oder m3?).
Das Ergebnis der Ökobilanz kann oft überraschen, da Problembereiche aufgezeigt werden, an die bisher noch gar nicht gedacht wurde. Somit werden aber auch Verbesse- rungsmöglichkeiten aufgezeigt. Auch lässt sich zeigen, dass natürliche Produkte nicht zwingend ökologischer sind.
Aus verschiedenen Fallbeispielen lässt sich eine Faustregel für nachhaltige Produkte herleiten; Dies mögen zwar keine neuen Erkenntnisse sein, aber sie sind wissenschaftlich belegt:
• Geringes Gewicht, wenige Materialverbrauch
• Hohe Energieeffizienz
• Kurze Transportdistanz
• Recycling oder Problemlose Entsorgung
• Lange Lebensdauer, Reparierbarkeit
Zudem sollte auch immer betrachtet werden, ob das betrachtete Produkt überhaupt notwendig ist, oder ob man nicht am meisten einspart, indem man darauf verzichtet.
9.1 ReCiPe 2016
ReCiPe ist eines der verschieden Bilanzierungsverfahren. Es betrachtet die menschliche Gesundheit, die Auswirkungen auf die Natur und die Ressourcenknappheit.
Nachdem die Sachbilanz erstellt wurde, geht ReCiPe in zwei Schritten vor; Der erste basiert auf gut belegten, nachvollziehbaren wissenschaftlichen Modellen, liefert allerdings nur wenig aussagekräftige Werte (z.B. Infrarotbelastung). Der Zweite Schritt nutzt diese Zwischenwerte, um mit weniger gut belegten, spekulativeren Modellen aussagekräftigere Werte zu erzeugen (z.B. Artensterben).
Zudem bietet ReCiPe verschiedene Sichtweisen: Die Individuelle, die Hierarchische und die Egalitäre. In dieser Reihenfolge steigt der Betrachtungszeitraum (20, 100, 1.000 Jahre) und der Pessimismus (was ist schädlich, welche neuen Technologien sind hilfreich?).
9.2 Soziale Nachhaltigkeit
Unter sozialer Nachhaltigkeit ist zu verstehen, welche Auswirkungen gewisse Entschei- dungen auf betroffene Personen haben (z.B. günstigere Produktion führt zu schlech- teren Arbeitsbedingungen).
Hierbei können wieder verschiedene Bereiche betrachtet werden, die sich unter an- derem Gegenseitig beeinflussen (z.B. Geschäfte beeinflussen Mitarbeiter und anders herum):
• Entstehen nachhaltige Arbeitsplätze?
• Wird die lokale Gemeinde dadurch gestärkt?
• Tut das Produkt den Nutzern gut?
• Werden kleine Geschäfte gefördert?
In diesen Bereichen kann jeweils ein Wert von +2 bis -2 vergeben werden, wobei 0 der Einhaltung lokaler Gesetze entspricht.
9.3 Entscheidungsfindung
Möchte man nun eine Entscheidung zu einem Thema treffen, so sollte man stets alle (inkl. no business) Alternativen miteinbeziehen.
Hierbei gibt es den Aktionsraum und den Zustandsraum. Der eine beschreibt, was wir tun können, der andere beschreibt die möglichen Auswirkungen auf diese Aktion.
Da es jedoch sehr viele Reaktionsmöglichkeiten gibt, wird meist nur der Best- und der Worst-Case betrachtet.
Doch meist ist allein das Ermitteln dieser beiden Fälle sehr aufwändig oder sogar unmöglich. Daher wird oft einrationaler Gegenspielerangenommen. Das ist eine Reak- tion, die mit großer Wahrscheinlichkeit eintreffen wird (z.B. Leute kaufen Benzin-Autos statt Diesel bei Diesel-Verbot).
Eine Entscheidung kann zudem unterschiedlich risikobehaftet sein. Je nachdem, wie sicher man sich im Zustand und der Reaktion ist, ist auch die getroffene Entscheidung entsprechend sicher. Hierbei ist die Sicherheit der Entscheidung immer so sicher, wie der unsicherste Faktor der Entscheidungsfindung.
Im Optimalfall sind die Entscheidungen auch Transitiv (b > a, c > b⇒c > a).
Ökosystem Kohlenstoffgehalt
Moore 106,0
Grasland 15,8
Tundra 12,8
Wälder1 11,2
Ackerland 7,9
Wüsten 6,4
Siedlungsland 5,0
Tabelle 9.1: Kohlenstoffgehalt der Böden nach Ökosystem in kg pro m2
1Ohne Bäume; Mit Bäumen ca. das doppelte
10 Sonstiges
10.1 Passivhaus
Die Idee eines Passivhauses ist das Einsparen einer Heizung durch sehr gute, luftdichte Dämmung. Die Frischluft wird separat eingeleitet, nachdem sie in einem Wärmetau- scher durch die alte Luft erwärmt wurde.
10.2 Artensterben
Die natürliche Rate, zu der gesamte Spezies aussterben liegt zwischen 0,1 und 1 Spezies pro Millionen Spezies und Jahr. Durch Menschliche Einflüsse ist diese Rate auf 100 bis 1.000 angestiegen.
Gründe hierfür sind:
• Zerstörung des Lebensraumes
• Direkte Verfolgung
• Neobiota (eingeschleppte Arten dominieren)
• Pathogene (Eingeschleppte Krankheiten)
• Überbevölkerung
• Klimawandel
10.3 Böden
Ein sehr großer CO2-Speicher ist der Boden. Je nach Beschaffenheit des Bodens ist die Konzentration unterschiedlich, wie in Tabelle 9.1 zu sehen ist. Bei der Speicherung in Böden gibt es ein Nord-Süd-Gefälle.
Mögliche Lösungen, um die Degradierung von Böden zu verhindern sind:
• Permakultur (nachhaltiges Landwirtschaftskonzept zur Erhaltung natürlicher Ökosysteme)
• Terra Preta
• CO2-Zertifikate
10.3.1 Terra Preta
Terra Preta bedeutet Schwarzerde und ist ein überaus fruchtbarer Boden, der sehr viel Kohlenstoff speichern kann. Dieser wird hergestellt, indem Küchen-, Gartenabfälle und Exkremente unter Luftabschluss zuerst fermentiert und dann mit Pflanzenkohle verbrannt werden. Dieser Vorgang nennt sich Pyrolyse und durch den Luftabschluss ist dies KLlmaneutral.
