Erde und Mensch im Jahrhundert des Klimawandels - eine

Wie sich das Klima ändert
und wie wir es beeinflussen
Karl Steininger und Heimo Truhetz
Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel
und Institut für Volkswirtschaftslehre
Karl-Franzens-Universität Graz
„Klima und Energie“ – Info-Veranstaltung der Klima- und Energie- Modellregion GU-West
mit den e5 Gemeinden Deutschfeistritz und Semriach, 15. und 18. Februar 2011
(Folien auch auf Basis der Vorträge G. Kirchengast „Erde und Mensch im Jahrhundert des Klimawandels” Uni Graz Montagsakademie, Graz, 18. Mai,
K. Steininger “Klimawandel und Krisenvorsorge – Realitäten zum Handeln, Sand in Taufers, Südtirol, 20. Oktober,
Stefan Schleicher, Energiezukunft Österreich, Forum Alpbach
Wolf Grossmann, Langfristige Perspektive des Klimaschutzplan Steiermark, Graz, Oktober)
Zunächst: Unser Kontext – das Wegener Zentrum…
• www.wegcenter.at
Wegener Center: Forschung in den Bereichen Klima- und Umwelt-Monitoring,
Modellierung, Klimafolgen/Wirtschaft & Gesellschaft, Rolle des Menschen…
Globaler Klimawandel <> Regional <> Forschungsschwerpunkt Region Steiermark
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
1/
Überblick
Was bisher geschah – mittleres Klima
Der bestimmende (geo)physikalische Zusammenhang
Wohin geht´s in Zukunft – Risiken weltweit
Emissionsminderung: die notwendigen Quantensprünge
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
2/
Was bisher geschah – mittleres Klima
Die letzten 150 Jahre:
Anstieg der globalen
Temperatur
Anstieg des Meeresspiegels
Abnahme der Schneedecke
(Quelle: IPCCC, 2007)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
3/
Was bisher geschah – mittleres Klima
Das ganze vergangene
Jahrtausend:
Viel „Heiße Luft“ im
wissenschaftlichen Diskurs
aber unveränderte
Quintessenz: die Erde
bekommt graduell Fieber.
(Quelle: Jansen, Overpeck et al., 2005)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
4/
Was bisher geschah – mittleres Klima
Treibhausgase 1000 – 2000,
und die Jahrmillion davor…
Einfluß auf den Strahlungshaushalt [W/m2]
CO2 [ppm]
CH4 [ppb]
Methan
Lachgas
N2O [ppb]
Konzentration in der Atmosphäre
Kohlendioxid
Jahr
(Quelle: IPCC, 2001)
(Quelle: EPICA, 2004)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
5/
Was bisher geschah – mittleres Klima
?
Quo Vadis, Erdklima?
Nach einer Million Jahren
„braver“ Schwankungen
Reise ins Unbekannte…
?
Es geht um das
Klimasystem insgesamt,
und wir Menschen sind für
Klimatrends die wichtigste
„treibende Kraft“
geworden.
(Quelle: Hansen, 2005; auf Basis Petit et al., 1999)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
6/
Was bisher geschah – mittleres Klima
Kontinentale/Regionale
Ausprägungen:
Unterschiedliche Signale
im Detail aber die
„treibende Kraft“ dahinter
klar erkennbar.
Und unser menschlicher
Einfluss ist vor allem in
den Signalen der letzten
30 Jahre ebenso klar
erkennbar.
Es geht um das
Klimasystem insgesamt,
und wir Menschen sind für
Klimatrends die wichtigste
„treibende Kraft“
geworden.
(Quelle: IPCC, 2007)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
7/
Der bestimmende Zusammenhang
Globale Erwärmung T(t) =
Rückkopplungsfaktor rf(t) x
Trägheitsfaktor tf(t) x
Klimasensitivität KS x
Strahlungsantrieb S(t)
T(t) = rf(t) · tf(t) ·
KS
·
S(t)
[°C]
(~1) (0…1) [°C/(W/m2)] [W/m2]
z.B. ~2.2°C = 1.2 · 0.6 · 0.75°C/(W/m2) · 4 W/m2 (~2xCO2 ~2050)
S(t; Treibhausgase CO2+CH4+N2O+CFCs, Luftverschmutzung,…)
KS(inkl. „schnelle Rückkopp.“, Wasserdampf, Wolken, Aerosol, Albedo)
tf(t; Trägheit der Erwärmung durch Pufferwirkung der Ozeane)
rf(t; Treibhausgase indirekt z.B. Methan, Landbedeckung, Eisschilde,…)
 T(t; Globale Erwärmung, Klimawandel, Klimafolgen,…)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
8/
Der bestimmende Zusammenhang
Strahlungsantrieb ΔS(t): THG ~3 W/m2 +
Schlüssel-Unsicherheit
Netto-Strahlungsantrieb Treibhausgase plus Luftverschmutzung =>
Erhöhtes Klimarisiko
[Hansen et al., 2008]
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
9/
Der bestimmende Zusammenhang
Klimasensitivität KS: ~0.75 °C/(W/m2)
Trägheitsfaktor tf(t): ~0.6-0.9/100Jahre
- wichtiges Risiko
Vor allem Ozeanmodelle in Klimamodellen müssen noch verbessert
werden, um tf(t) noch besser einzugrenzen;
und gute Ozeanbeobachtungen inkl. Tiefsee sind nötig
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
10/
Der bestimmende Zusammenhang
Rückkopplungsfaktor rf(t): ~0.75 – 2 ?
Als Beispiel Eisschild-Abschmelzen… und Meeresspiegel
[IPCC, 2007]: 20 cm – 60 cm
[Rahmstorf, 2008]
[Rahmstorf et al., 2007]
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
11/
Aktuelle Emissionsstrends
~389 ppm
~323 ppb
~1800 ppb
~534 ppb
~241 ppb
[NOAA-ESRL, 2009] aktualisiert [CDIAC, 2011]
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
12/
Wohin geht´s in Zukunft?
Globale Erwärmung
in Zukunft...
Diagnose klar:
die Erde bekommt Fieber.
Die nächsten 10 bis 30 Jahre
entscheiden wieviel.
Europa
Sommer
2003
(Synthese-Bild: Meehl, Stocker et al. 2005)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
13/
Lokale saisonale Auswirkungen
Lokale
Temperaturerhöhung
wesentlich stärker als
globaler Durchschnitt
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
14/
Wieviel Emissionen können wir uns für < ~20C noch erlauben?
•
Global –80% CO2 bis 2050
ist (stark erhärtet) angezeigt
[Meinshausen et al., 2009]
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
[Schmidt and Archer, 2009]
15/
Was kommen mag – Risiken weltweit
bereits gekippt
auf der Kippe
noch stabil
(Quelle: Schellnhuber/PIK, 2007)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
Mögliche Kipp-Prozesse,
„Überraschungen“:
1. Arktisches Meereis
2. Grönland-Eis
3. Permafrostböden
4. Nord. Nadelwälder
5. Nordatl. Tiefenwasser
6. Ozonloch Nordeuropa
7. Schnee Tibet-Plateau
8. Indischer Monsun
9. Sahara-Sahelzone
10. Westafrikan. Monsun
11. Amanzonas-Regenw.
12. Südpazif. Klimaoszill.
13. Marine C-Pumpe
14. Antarkt. Tiefenwasser
15. Westantarktik-Eis
16. Antarkt. Ozonloch
16/
Anforderungen Jahr 2100
• Emissionen THG global:
< 1GtC/a
• Derzeit:
~ 10GtC/a
• Ansatz: Gleiche Emissionsrechte pro Person
• Weltbevölkerung derzeit 6.7Mrd, 2100 ca. 9Mrd
• Emissionen pro Kopf u. Jahr 2100:
110 kg/a
• Emissionen Österreich Soll Jahr 2100:
0.88 Mt/a
• Emissionen Österreich Ist Jahr 2009:
~ 25 Mt/a
• Emissionen Österreich um Faktor >25 zu hoch!
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
17/
Voll-Umstellung Energieversorgung auf Erneuerbaren Strom
Energienachfrage heute je Sektor
2100
≤ 1%
Energienachfrage
EnergieNachfrage
ohne Strom
Strom
Strom
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
18/
Konflikte um Fläche
• 2% für Energiebereitstellung jetzt ist machbar
• 6% Fläche für Energie bei Wirtschaftswachstum um
Faktor 6 (= 2% pro Jahr bei deutlich besserer Effizienz,
sonst bis 12%)
• Versagen des Naturschutzes: Dieser braucht deshalb
deutlich mehr Fläche: Überlebensfrage
• Bevölkerung: 6facher Wohlstand: größere Wohnungen,
mehr Grundstücke, mehr Verkehr, mehr
Freizeitaktivitäten: Also mehr Fläche
• Fläche als Makroproblem dieses Jahrhunderts?
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
19/
Internationale Ziele
Die Ziele der EU für 2020
Minus 20 Prozent Treibhausgase
Anteil von 20 Prozent Erneuerbaren
Die Ziele der G-20 für 2050
Minus 80 Prozent Treibhausgase
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
20/
Die notwendige Transformation 2050
Am Beispiel Österreich
Energiebilanz
2008
15
Verluste
21
Niedertemperatur
28
Mobilität
9
17
Hochtemperatur
25
10
9
Beleuchtung, Elektronik, Motoren
2050
5
5
10
15
10
5
Erneuerbare
Nicht-energetisch
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21/
Diese Energiezukunft ist schon verfügbar
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
22/
Welche Änderungen?
Von energie-autonomen zu Plus-Energie-Gebäuden
Gutau
Graz
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23/
Welche Änderungen?
Null-Emissions-Strukturen in der Produktion
AKS DOMA Solartechnik
Satteins
Solar-Fabrik
Freiburg
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24/
Welche Änderungen?
Plug-in Elektrofahrzeuge in extremer Leichtbauweise
Aptera Typ-1
• 2(+1) Personen
• 386 kg (90% Composite)
• > 190 km
• < 0,9 l/100 km
• ca. 25.000 – 30.000 $
www.aptera.com
Pedal Electric Cycles
(Pedelecs)
• verdoppeln mögliche
Pendeldistanzen
•~ 80km Reichweite
•ab ~1.500 €
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
25/
Welche Änderungen?
Mikro-Wärme-Kraft-Kopplung
•
VW – Lichtblick
•
100.000 Anlagen = 2 AKW
•
Wirkungsgrade > 90 %
•
Wird gemietet
Erzeugt Tages-Spitzenstrom
•
Smart Grid Einbindung
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26/
Österreichische Ziele (Energiestrategie Österreich, 2010)
Energieverbrauch
auf dem Niveau von 2005 halten (2020)
Erneuerbare Energie
von 29% (2008) auf 35,5% (2020)
Treibhausgase
Nicht Emissionshandels-Sektoren:
minus 16% (2020 geg. 2005)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
27/
Welche Änderungen? …das nötige Grundwissen ist da
• Basiswissen in Fülle da
(thanks IPCC, Medien, u.v.a.)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
28/
Wie? – Beispiel Rahmenbedingungen Land Steiermark
• Klimaschutzplan Steiermark
Umsetzung 2010-2020 und bis -2030
Nicht-ETS
54%
Schritt 1: Bestandsaufnahme Treibhausgase
Zielszenarien 2020/2030
Referenzszenario 2020/2030
ETS
46%
(Nicht-ETS Anteil – Klimaschutzzielplanung)
Schritt 2: Potenziale der Emissionsreduktion
in den einzelnen Bereichen
Schritt 4: Konkreter Umsetzungsplan
1.000. t CO2e
Schritt 3: Maßnahmen und Maßnahmenbündel
Restrukturierungsbedarf für die Zielerreichung
10.000
8.000
Referenz
6.000
Basisziel
4.000
Innovationsziel
2.000
Schritt 5: Begleitendes Monitoring
0
1990
2000
2010
2020
2030
[Klimaschutzplan Steiermark, 2010]
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
29/
Wie? – Rahmenbedingungen Handlungsfelder Steiermark
• Gebäude
16000
Energienachfrage
14000
GWh
12000
Solarthermie
Erneuerbare
10000
Gas
8000
Öl
Kohle
6000
Fernwärme
Strom
4000
2000
0
2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 2023 2026 2029 2032 2035 2038 2041 2044 2047 2050
[Klimaschutzplan Steiermark; WegCenter et al., 2010]
2020 (Gebäude):
Endenergienachfrage bis -26%
THG-Emissionen
bis -53%
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
30/
Wie? – Rahmenbedingungen Handlungsfelder Steiermark
• Mobilität
CO2e- Emissionsreduktionspotenzial Verkehr
THG-Emissionen
3.500.000
3.000.000
2.000.000
1.500.000
CO2e - Emissionsreduktionspotenzial effiziente Raumstruktur
CO2e - Emissionsreduktionspotenzial ÖV
CO2e - Emissionsreduktionspotenzial NMIV
CO2e - Emissionsreduktionspotenzial Alternative Antriebe
CO2e - Emissionsreduktionspotenzial Güterverkehr
CO2e - Emissionsreduktionspotenzial Effiziente Technologien
CO2e - Emissionsreduktionspotenzial Alternative Treibstoffe
CO2e Emissionen Elektrizität
CO2e Emissionen Verkehr (excl. Elektrizität)
1.000.000
500.000
2030
2029
2028
2027
2026
2025
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
0
2005
CO2e [t]
2.500.000
[Klimaschutzplan Steiermark; WegCenter et al., 2010]
2020 (Mobilität):
Endenergienachfrage bis -14%
THG-Emissionen
bis -16%
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31/
Veränderung der Emissionsniveaus 2030 geg.
2005 durch die geplanten Maßnahmenbündel
2030 (Innovationsbündel)
Verkehr
Kleinverbrauch
2030 (Basisbündel)
Landwirtschaft
Sonstige
2005
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
THG Emissionen der Steiermark [kt CO2e]
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
32/
32/26
Regionalwirtschaftliche Auswirkungen Steiermark
• Makroökonomische Netto-Gesamteffekte
◦ Gebäudesanierung, Heizungsswitch, Solarthermie, Neubau
• ~ plus 440 Mio € regionale Wertschöpfung (bei 35,5 Mrd €)
• ~ plus 9.000 Beschäftigte
◦ Mobilität: Effiziente Raumstrukturen, ÖV, Effiziente Fahrzeuge,
Biotreibstoffe, Güterverkehrsverlagerung
• ~ plus 300 Mio € regionale Wertschöpfung (bei 35,5 Mrd €)
• ~ plus 5.500 Beschäftigte
[Klimaschutzplan Steiermark; WegCenter et al., 2010]
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
33/
Verantwortlichkeit für Treibhausgase
• UN Klimarahmenkonvention: orientiert am Produktionsort
• Alternativ: orientiert am Ort des Konsums
◦ Verantwortlich jene Region, die die Güter konsumiert
◦ Für Länder wir Österreich: deutlich höher
◦ Z.B.: 2004:
Produktionsort Österreich:
Konsumort Österreich:
somit um 44% höher
79 Mio t CO2
114 Mio t CO2
◦ Gegengleich China: Hälfte des THG-Zuwachses für Exporte
• Zukünftig werden die konsumierenden Regionen zunehmend für
(graue) THG-Emissionen verantwortlich gemacht werden
• … und am Weltmarkt Produkte mit geringer C-Intensität suchen
• Wettbewerbsvorteile für solche Produkte
[Munoz and Steininger, 2010, AUSTRIA'S CO2 RESPONSIBILITY AND THE CARBON
CONTENT OF ITS INTERNATIONAL TRADE]
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
34/
Gemeinsam – und wir alle!
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011
35/