GELUC: THG Emissionen globaler Landnutzungsveränderungen

Die Weltbevölkerung wird in den nächsten Jahrzehnten auf etwa neun Milliarden wachsen, was zu- sammen mit dem prognostizierten Wirtschaftswachstum bis zum Jahr 2050 etlichen Studien zufolge eine Steigerung Nachfrage nach landwirtschaftlichen Produkten um 70-100% bewirken wird. Die Aus- wirkungen der Fossilenergienutzung (z.B. Klimawandel) bzw. deren Endlichkeit motivieren Anstren- gungen, sie durch erneuerbare Energieträger wie etwa Biomasse zu ersetzen. Berichten wie dem Glo- bal Energy Assessment, dem IPCC-Special Report on Renewable Energy (SRREN) bzw. dem 5. Sach- standsbericht des IPCC zufolge könnte die Verwendung von Biomasse für Energie und Rohmateria- lien in den nächsten Jahrzehnten global um das 2- bis 5-fache ansteigen. Der steigende Biomasse- bedarf wird in den kommenden Jahrzehnten weitreichende Auswirkungen auf Ökosysteme haben. Er könnte eine Ausweitung der Landnutzung auf bisher ungenutzte Flächen bzw. eine intensivere Nutzung bereits genutzter Gebiete nach sich ziehen sowie zu erheblichen Emissionen an Treib- hausgasen führen. Systemische Effekte auf Grund der zunehmenden Landnutzungskonkurrenz spielen dabei eine wichtige Rolle, sind aber derzeit nur ungenügend verstanden. Das Projekt GELUC zielt darauf ab, das konsistente, datenbasierte Landnutzungs-Biomasse-Treibhausgas-Emissionsmodell BioBaM-GHG zu entwickeln. BioBaM-GHG (Biomass Balance Model with Greenhouse Gas Emis- sions) wird in der Lage sein, räumlich explizite Landnutzungsdaten konsistent mit Biomasseflüssen zu verknüpfen und damit den biophysischen Optionsraum hinsichtlich der Entwicklung von, beispiels- weise, Ernährungsmustern, Bioenergiebedarf, Lebensmittelverlusten, Erträgen, Fütterungseffizienzen von Nutztieren und der Landnutzung abzubilden. Auf Basis von Emissionsfaktoren aus LCA-Daten- banken und dem GAINS-Modell der IIASA wird das BioBaM-GHG in der Lage sein, für eine Vielzahl von Zukunftsszenarien eine umfassende Treibhausgas (THG)-Emissionsberechnung durchzuführen. Das Modell wird 11 Weltregionen und den Handel zwischen ihnen im Jahr 2050 abbil- den können. BioBaM-GHG stellt eine substantielle Erweiterung und Weiterentwicklung des bestehen- den BioBaM-Modells dar, das keine THG-Emissionsberechnungen beinhaltet. BioBaM-GHG kann THG-Emissionseffekte von systemischen Wechselwirkungen, die sich etwa aus der Konkurrenz um Landflächen und Biomasseproduktion ergeben, transparent abbilden. Da BioBaM-GHG keine Optimierungsalgorithmen benutzt sondern die thermodynamisch-biophysische (Un-)Möglichkeit zu- künftiger Veränderungen konsistent abbildet, erlaubt es die umfassende Analyse von Möglichkeits- räumen unter exakt kontrollierbaren Randbedingungen. Mit Hilfe des Modells werden wichtige systemische Interaktionen im globalen Landsystem in Form von Szenarioanalysen abgebildet werden. Damit werden Landnutzungseffekte und die sich daraus ergebenden THG-Emissionen einer For- cierung der biologischen Landwirtschaft und der Bioenergieproduktion, die Flächen- und THG- Einsparungen durch veränderte Ernährungsmuster und Verringerung der Biomasseverluste in der Nahrungsmittel-Versorgungskette ermittelt. Die THG-Kosten einer Steigerung von Erträgen durch erhöhten Betriebsmitteleinsatz können den THG-Einsparungen aufgrund eines niedrigeren Flächenbe- darfs gegenübergestellt werden. THG-Emissionen durch Handel bzw. Transport werden berück- sichtigt. GELUC füllt damit bestehende Lücken im Verständnis systemischer Effekte im globalen Landsystem. Es wird zu wissenschaftlichen Weiterentwicklungen in der Landnutzungsforschung, in der Analyse des gesellschaftlichen Stoffwechsels und der Erforschung der biogeochemischen Aspekte einer verstärkten Nutzung von Bioenergie, eventuell auch gekoppelt mit Kohlenstoffsequestrierung, liefern und Optionen zur Verringerung von THG-Emissionen aufzeigen.

Die Weltbevölkerung wird bis 2050 auf etwa neun Milliarden wachsen, was zusammen mit dem prognostizierten Wirtschaftswachstum eine Steigerung der Nachfrage nach landwirtschaftlichen Produkten um 70-100% gegenüber dem Jahr 2000 bewirken könnte. Die Auswirkungen der Fossilenergienutzung (z.B. der Klimawandel) bzw. deren Endlichkeit motivieren Anstrengungen, Fossilenergie durch erneuerbare Energieträger wie etwa Biomasse zu ersetzen. Die Verwendung von Biomasse für Energie und Rohmaterialien könnte in den nächsten Jahrzehnten global um das 2- bis 5-fache ansteigen. Der steigende Biomassebedarf wird eine Ausweitung der Landnutzung auf bisher ungenutzte Flächen bzw. eine intensivere Nutzung bereits genutzter Gebiete nach sich ziehen, was erhebliche Emissionen an Treibhausgasen verursachen könnte. Systemische Effekte auf Grund der zunehmenden Landnutzungskonkurrenz spielen dabei eine wichtige Rolle. Die Abschätzung dieser systemischen Effekte und deren Bedeutung für zukünftige Treibhausgas-Emissionen ist daher von großer Bedeutung. Um derartige Szenario-Rechnungen zu ermöglichen, wurde im Projekt GELUC das diagnostische biophysische Modell BioBaM-GHG entwickelt. Diagnostisch bedeutet, dass das Modell weder dynamische Simulationsrechnungen durchführt, noch Optimierungen (etwa nach Kosten-Nutzen-Kriterien). Biophysisch bedeutet, dass das Modell ausschließlich physische Parameter einbezieht, also z.B. genutzte Landflächen, deren Biomasse-Erträge, die Biomasse-Umwandlungsprozesse von der Produktion bis zum Konsum (dabei insbesondere in der Nutztierhaltung), und die bei all diesen Prozessen anfallenden Treibhausgas-Emissionen. Annahmen über mögliche zukünftige Entwicklungen werden aus der aktuellen wissenschaftlichen Literatur extern ins Modell eingegeben. BioBaM-GHG (Biomass Balance Model with Greenhouse Gas Emissions) ist in der Lage, räumlich explizite Landnutzungsdaten konsistent mit Biomasseflüssen zu verknüpfen. BioBaM-GHG ist geeignet, für eine Vielzahl von Zukunftsszenarien eine umfassende Treibhausgas (THG)-Emissionsberechnung durchzuführen. BioBaM-GHG erlaubt die umfassende Analyse von Möglichkeitsräumen unter exakt kontrollierbaren Randbedingungen. Mit Hilfe des Modells wurden wichtige systemische Interaktionen im globalen Landsystem in Form von Szenarien abgebildet. Das Modell wurde in enger Abstimmung mit ForscherInnen entwickelt, die am IIASA-Modell GAINS arbeiten, insbesondere im Hinblick auf die Stickstoffflüsse. Auf Basis der Arbeiten im Projekt wurden 25 Artikel in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht und eine große Anzahl weiterer Outputs generiert. Diese zeigen deutlich auf, dass systemische Wechselwirkungen im Landsystem sehr weitreichende Auswirkungen auf die THG-Emissionen der Erzeugung biomassebasierter Produkte (wie etwa von Bioenergie) haben. Die generelle Annahme, Biomasseverbrennung sei CO2-neutral gegenüber der Atmosphäre, ist aufgrund der Projektergebnisse nicht mehr haltbar; vielmehr steigen die Emissionen pro Einheit Biomasse immer stärker an, je mehr Bioenergie produziert werden soll. Zudem wurde gezeigt, dass mögliche zukünftige Veränderungen in der menschlichen Ernährung sowie in der Nutztierhaltung (Haltungssysteme, Fütterung) massive Auswirkungen auf die THG- Emissionen aus dem Ernährungssystem haben werden, wohingegen Steigerungen der Erträge kein eindeutiges Signal produzieren. Zwar verringert sich bei einer Steigerung der Erträge der Flächenbedarf (was die Emissionen senken kann) , andererseits wird verschwenderisches Verhalten (etwa höhereVerlustein den Nahrungsmittelversorgungsketten oder mehr Fleischkonsum) möglich; zudem schlagen die THG-Emissionen durch die höheren Inputs (z.B. Dünger) zu Buche.