Wie lange reicht die Ressource Wasser? · Es gibt keine goldenen Weg! Aber mehrere Optionen bis...
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Mut zur Nachhaltigkeit BoKu Wien 10.12.09
Wie lange reicht die Ressource Wasser?
Prof. Dr. Wolfram MauserLudwig-Maximilians-Universität München
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Globale Wasserknappheit 2025
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Die Erde ist der Wasserplanet
OceanSalzwasser
96.5%Eisschilde
und Gletscher
1.77%
Grundwasser1.7%
3.5%
Bodenwasser,Feuchtgebiete,
Permafrost,und
Flüsse0.03%
0.03%Atmosphäre0.001%
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Komponenten des Wasserkreislaufs
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Der Wasserkreislauf ist dynamisch
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Die Biosphäre folgt dem Regen
0.01 0.05 0.2 0.5 1. 2. 3. 5. 10. 20. 50.Ocean: Chlorophyll a Concentration [mg/m³]
Maximum MinimumLand: Normalized Difference Vegetation Index
0.01 0.05 0.2 0.5 1. 2. 3. 5. 10. 20. 50.Ocean: Chlorophyll a Concentration [mg/m³]
0.01 0.05 0.2 0.5 1. 2. 3. 5. 10. 20. 50.Ocean: Chlorophyll a Concentration [mg/m³]
Maximum MinimumLand: Normalized Difference Vegetation Index
Maximum MinimumLand: Normalized Difference Vegetation Index
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Die Biosphäre steuert den C-Kreislauf
Die Verteilung der Netto-Primärproduktion:in g C/m²
CO2-Konzentration in der Atmosphäre inAbhängigkeit von Breitenkreis und Zeit:•Differenz Nord- und Südhalbkugel•Allgemeiner Anstieg der Konzentration
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Beide steuern die Temperatur der Erde!
Ohne Leben besitzt die Erde wegen ihrer Wasservorkommens zwei stabile Zustände:1. bei etwa -80 Grad Durchschnittstemperatur2. bei etwa +320 Grad DurchschnittstemperaturDas Leben hat einen dritten, empfindlichen Gleichgewichtszustand geschaffen:3. bei etwa +15 Grad Durchschnittstemperatur
C*dT/dt = - dU/dT mit
U(T) = I*a(T) – s*T4*b(T)
C = Wärmekapazität der OberflächeI = Sonneneinstrahlungs*T4 = langwellige Emission1-a(T) = planetare Albedo1-b(T) = planetarer Treibhauseffekt
Gorshkov et.al.(2000)
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Die Schwankungen im 3. Gleichgewicht
Quelle: Petit et al., (1999) Nature 399
IPCC Projektionen
Jahr 2100 CO2 (450-1100)CH4 (1500-3700)
heute->
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Wie nutzt die Erde das Wasser?
Das Konzept des grünen und blauen Wassers
• grünes Wasser: wird von der Vegetation verdunstet (Einmalnutzung)• blaues Wasser: fliesst in Flüssen und Seen (Mehrfachnutzung)
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Grüner Wasserstromin die Atmosphäre
Blauer Wasserstrom in Flüssen/Seen
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Wasser und die Menschen
Menschen leben dort, wo es Wasser gibt!
Niederschlag [mm/a] Bevölkerungsdichte [pro km²]
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Bevölkerungswachstum
1. Wir werden mehr – Wachstum mit Grenzen?07/01/09 6,768,167,712 08/01/09 6,774,705,647 09/01/09 6,781,243,583 10/01/09 6,787,570,618 11/01/09 6,794,108,55412/01/09 6,800,435,588 01/01/10 6,806,973,524 02/01/10 6,813,511,460 03/01/10 6,819,416,692 04/01/10 6,825,954,628 05/01/10 6,832,281,663 06/01/10 6,838,819,599 07/01/10 6,845,146,634
2009:Zeitschritt Geburten Todesfälle Zunahme-------------------------------------------------------------Jahr 134,434,533 56,622,740 77,811,793 Monat 11,202,878 4,718,562 6,484,316 Tag 368,314 155,131 213,183 Stunde 15,346 6,464 8,883 Minute 256 108 148 Sekunde 4.3 1.8 2.5 ------------------------------------------------------------- /
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Wie nutzt der Mensch das grüne Wasser?
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Wie nutzt der Mensch das grüne Wasser?
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Fazit:• Landnutzungsänderungen finden zur Sicherung der
Nahrungsmittelproduktion statt• Sie bestehen fast ausschließlich in Entwaldung zugunsten von
Ackerland
• Sie haben fast ausschließlich dazu geführt, dass der Fluss an grünemWasser reduziert und der Fluss an blauem Wasser vergrößert wurde.
-> Reduzierung der Dienstleistungen des Lebenserhaltungssystems zugunsten der Nahrungsmittelproduktion
Wie verändert der Mensch die Nutzung des grünen Wassers?
Land
nutz
ung
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Grünes Wasser und Landwirtschaft
Wasser und CO2 benutzen die gleichen Diffusionspfade
enge Beziehung zwischen grünem Wasserstrom und Kohlenstofffixierung
400 – 700Roggen
250 – 550Weizen
300 – 400Mais
400 – 600Hafer
350 – 450Zuckerrübe
250 – 500Kartoffel
Transpirationskoeffizient (l/kg Trockenmasse)
Nutzpflanze
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Ertragssteigerung im Getreideanbau
Resultat von Sortenwahl, Düngung und Pestiziden
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Ertragssteigerung im Getreideanbau
Die Produktionssteigerung hat im Wesentlichen mit dem Bevölkerungswachstum Schritt gehalten …oder….Die Produktionssteigerung wurde im Wesentlichen vom Bevölkerungswachstum aufgezehrt
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Stickstoff als Treiber des Wasserkreislaufs heute
• In der Natur herrscht Nährstoffmangel, der Mensch tut alles, um ihn zu beheben!
• ca. 70% des globalen Stickstoffkreislauf wird z.Zt. vom Menschenbestimmt
• Spielregeln geändert: von Stabilität nach Prodiktivität
in Tg N pro Jahr, Kroeze(1998)
N2 FixationRice, Soybeans,
Alfalfa43
SyntheticFertilizer
78
Combustion ofFossil Fuels
21
Lightning<3
BiologicalN2 Fixation
90-130
N2 FixationRice, Soybeans,
Alfalfa43
SyntheticFertilizer
78
Combustion ofFossil Fuels
21
Lightning<3
BiologicalN2 Fixation
90-130
Green (2002)
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Wie nutzt die Erde das Wasser?
Das Konzept des grünen und blauen Wassers
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• grünes Wasser: der Mensch nutzt heute bereits 67% der Weltreserven
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Wofür nutzen Menschen das Wasser?
Globaler durchschnittlicher Wasserverbrauch pro Tag:
Blaues Wasser:Trink-, Sanitär- und Industriewasser
Grünes Wasser:Nahrung 2400 kcal pflanzlich
600 kcal tierisch
1200 Literpflanzlich
2300 Litertierisch
Die globale Wasserknappheit steht in enger Beziehung zur Frage der Nutzunggrünen Wassers für die Nahrungsmittelproduktion!!
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Erstes Fazit
Wir nutzen heute global:mehr als 9000 km³/a Verdunstungswasser durch die agrarischen Nutzpflanzen.Davon werden:
• 2500 km³/a im Bereich der Bewässerungslandwirtschaft• 6900 km³/a im Bereich des Regenfeldbaus
genutzt
• Das macht, wenn man es durch die Bevölkerung der Erde dividiert einen grünen Wasserverbrauch von :
1200 m³/a und Person
• Das steht in Beziehung zu ca.
36 m³/a und Person
an blauem Wasserverbrauch.
Die Frage, ob Wasser knapp wird oder ist, ist also eine Frage, ob grünes Wasser knapp wird!
Fazi
t
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Wieviel grünes Wasser steckt in unseren Grundnahrungsmitteln?
4,800 l => 1 kg 6,100 l => 1 kg
3,900 l => 1 kg
1,300 l => 1 kg 900 l => 1 kg
1,000 l => 1 l 3,400 l => 1 kg
Der Wasser (grün oder blau), das für die Produktion von Nahrungsmittelngebraucht wird, wird als “virtuelles Wasser” bezeichnet
900 l => 1 kg
16 000 l => 1 kg
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Virtuelles Wasser in Produkten
80001 Paar Schuhe
24001 Hamburger (150 g)
1401 Tasse Kaffee (125 ml)
751 Glas Bier (250 ml)
251 Kartoffel (100 g)
101 Tomate (70g)
Gehalt an virtuellem Wasser [Liter]
Produkt
155001300Global
11681619Niederlande
211672421Italien
377621066Mexiko
11019734Japan
169611616Brasilien
171121588Australien
14818-Indonesien
210282375Russland
164821654Indien
12560690China
13193849USA
Rind[l/kg]
Getreide[l/kg]
Land
Fazit:• Wenns nach dem virtuellen Wasser
geht ist ein Glass Bier allemalbesser als eine Tasse Kaffee!
• Für den Gehalt an virtuellemWasser ist es wichtig wo (und wie) Nahrung produziert wird!
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Warum steigt der virtuelleWasserverbrauch?
Der Verbrauch an virtuellem Wasser ist eng verbunden mit Lebensstilen und Essgewohnheiten
500Indien
700China
1700Deutschland
2400USA
Verbrauchgrünen Wassers
[m³/P/Jahr]
Land
Jahr
Restaurants
Länder
Anz
ahl d
er M
cDon
alds
Res
taur
ants
wel
twei
t Anzahl der Länder m
it McD
onalds Restaurants
Jahr
Restaurants
Länder
Anz
ahl d
er M
cDon
alds
Res
taur
ants
wel
twei
t Anzahl der Länder m
it McD
onalds Restaurants
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Wie stark sind wir heute vom Handel mitvirtuellem Wasser abhängig?
82164Niederlande734.61.7Jordanien705122UK649452Japan536760Deutschand363460Spanien304298Mexiko22931Südafrika191356Ägypten1028242Indonesien
Abhängigkeit vomImport grünen
Wassers %
Externer GrünerWasser-Verbrauch
(109 m³/yr)
Interner GrünerWasser-Verbrauch
(109 m³/yr)
Land
Handel mit realen Produkten ist zugleich Handel mit virtuellem Wasser
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Was bringt die Zukunft?
Szenarien zukünftiger Entwicklung bis 2050:
• Anwachsen der Erdbevölkerung auf 9.5 Milliarden Menschen
• Mehr Autos
• Anstieg des Erdtemperatur um 1.2 bis 5 Grad (IPCC). • Auftauen von Permafrostböden in Kanada, Skandinavien und Sibirien, • Reduzierung der Niederschläge im Mittelmeerraum • Ausweitung der Wüsten um 50 000 km²/Jahr (~ Fläche Bayerns)
• Moderate Veränderungen des Niederschlags in Mitteleuropa
• Anstieg des Lebensstandards in China und Indien mit Erhöhung des Fleischkonsums in China und Indien
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Zukunftsperpektive Land:knapp und ist nicht vermehrbar!
• Wo liegt das Dilemma?
• 70 Mio. mehr Menschen pro Jahr auf der Erde brauchen jedes Jahr 3 Mio. Hektar mehr Landwirtschaftsfläche. Bis 2050 sind das ungefähr120 Mio. Hektar mehr. Das ist doppelt so viel, wie die gesamteAgrarfläche der EU.
• Jedes Auto braucht zwischen 0.07 Hektar (USA) und 0.02 Hektar(Europa, Indien) zum Parken und zum Fahren.
• Eine Million neue Autos (z.B. in Indien) verwandeln 20 000 Hektar Land in versiegelte Flächen, verhindern damit 75 Mio m³ Verdunstung von grünem Wasser pro Jahr damit 50 000 Tonnen Weizen.
• Mit 50 000 Tonnen Weizen kann man ungefähr 250 000 Menschenernähren.
• Hochgerechnet werden bis 2050 weitere 60 Mio. Hektar Land für Autos gebraucht, die gesamte Landwirtschaftsfläche der EU.
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Zukunftsperpektive Land:knapp und ist nicht vermehrbar!
• Wo liegt das Dilemma?
• 70 Mio. mehr Menschen pro Jahr auf der Erde brauchen jedes Jahr 3 Mio. Hektar mehr Landwirtschaftsfläche. Bis 2050 sind das ungefähr120 Mio. Hektar mehr. Das ist doppelt so viel, wie die gesamteAgrarfläche der EU.
• Jedes Auto braucht zwischen 0.07 Hektar (USA) und 0.02 Hektar(Europa, Indien) zum Parken und zum Fahren.
• Eine Million neue Autos (z.B. in Indien) verwandeln 20 000 Hektar Land in versiegelte Flächen, verhindern damit 75 Mio m³ Verdunstung von grünem Wasser pro Jahr damit 50 000 Tonnen Weizen.
• Mit 50 000 Tonnen Weizen kann man ungefähr 250 000 Menschenernähren.
• Hochgerechnet werden bis 2050 weitere 60 Mio. Hektar Land für Autos gebraucht, die gesamte Landwirtschaftsfläche der EU.
Dallas/Fort Worth 1983 1993 2003
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Zukunftsperspektive Wasser
13 900Total3 900Nahrungsmittel für 3 Milliarden Menschen2 200Auslöschung des Hungers7 800Nahrungsmittelversorgung heute
Grüne Wasserflüsse weltweit2050
[km³/Year]
Zweck
Wenn im Jahr 2050
• jeder Mensch genügend zu Essen und sauberes Trinkwasser haben soll• und sich gleichzeitig die Konsumgewohnheiten in den industrialisierten
Ländern nicht ändern• und die Art, wie wir Nahrungsmittel produzieren nicht ändert
dann brauchen wir 6000 km³ mehr grünes Wasser pro Jahr
Woher nehmen?
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Es gibt keinen goldenen Weg!
Niederschlag [mm/a] Bevölkerungsdichte [pro/km²]
Aber mehrere Optionen bis 2050:• Ausweitung der Agrarflächen zur Nutzung von mehr grünem Wasser:
Keine wirkliche Option, weil fast alles schon genutzt wird!
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Auf einer Erde, die nicht größer wird besteht der Kernkonflikt im globalenund regionalen Wassermanagement zwischen:
• einer notwendigen Erweiterung der Nahrungsmittelproduktion zur Sicherung der Existenz der Menschen auf der Erde
• dem Schutz der Wasserressourcen für die natürlichen Ökosysteme zur Sicherung der Funktionstüchtigkeit des Lebenserhaltungssystems der Erde
Mehr grünem Wasser für eine erweiterte Landwirtschaft beiGesichertem blauen Wasser für die aquatischen Ökosysteme
Die Antwort der Vergangenheit:„Flächenausweitung“
geht nicht mehr!
Zweites Fazit
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Es gibt keine goldenen Weg!
Aber mehrere Optionen bis 2050:• Ausweitung der Bewässerung: möglich auf bis zu etwa 150 %
der heutigen Fläche
• Wasser effizienter nutzen:
– More crop per drop = Reduzierung der Wasserverluste in derLandwirtschaft durch verbesserte Produktionsweisen
– Verbesserte Wassernutzungseffizienz der Pflanzen durchZüchtung (genetisch oder konventionell)
– Wasser sparen durch den Handel mit virtuellem Wasser– Änderung der Lebensstile und Konsummuster
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More Crop per Drop
Gewaltige Potentiale für Effizienzsteigerung:
• Weltweit liegt der Maisertrag bei ca. 1 Tonne pro Hektar• In Europa liegt der durchschnittliche Maisertrag bei ca. 8 Tonnen pro Hektar• Die theoretische Grenze liegt bei 20 Tonnen pro Hektar
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Handel mit virtuellem Wasser spartreales Wasser
Bespiel Mexiko:• Mexiko importiert Getreide, Mais und Hirse aus den USA. Es braucht dort 7.1 Milliarde
m³ grünes Wasser pro Jahr, um zu wachsen,• wenn Mexiko die importierten Güter im Land produzieren würde, würde das dort 15.6
Milliarden m³ grünes Wasser pro Jahr benötigen• aus globaler Sicht hat der Handel virtuellen Wassers zwischen USA to Mexiko in Form
von Getreiden 8.5 Milliarden m³ grünes Wasser gespart!
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Ein paar Gedanken
Wassernutzung in einer globalisierten Welt: effizient, nachhaltig undgerecht
• Das globale Umgang mit den Wasserressourcen ist z.Zt. nicht nachhaltig! • Der globale Wasserkreislauf würde zusammen brechen, wenn jeder Menschauf der Erde
das Wasser wie ein Europäer oder Amerikaner nutzen würde (USA: 2400 m³/Jahr, China: 700 m³/Jahr)
• Der Handel mit virtuellem Wasser kann dazu beitragen, Wasserresssoucen in den Trockengebieten zu schützen (z.B. Jordanien, das 4x so viel virtuelles Wasser importiert, wie es auf seinem eigenen Staatsgebiet verbraucht)
• Allerdings: der Schutz der Naturressourcen erzeugt eine erhöhte Abhängigkeit von importierten Wasser (z.B. virtuelles Wasser für reales Öl im Sudan und im Tschad!)
• Die Abhängigkeit von importiertem virtuellem Wasser steigt in den Industrieländern durchwasserintensive Lebensstile (Deutschland importiert 53% des verbrauchten virtuellenWassers)
• Dabei ist das eigentliche Problem für die Nachhaltigkeit: die Schäden bei der Nutzungvon virtuellem Wasser zur Erzeugung von importierten Futtermitteln entstehen in Regionen, von denen wir keine Ahnung haben (Externalisierung).
• Der beste Schutz der regionalen Wasserressourcen in den Trockengebieten ist Import von Nahrungsmitteln und Export von Energie d.h. Intensivierung des Welthandels
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Ein paar Notwendigkeiten für die Zukunft
Wassernutzung in einer globalisierten Welt: effizient, nachhaltig undgerecht
Wir brauchen globale institutionelle Übereinkommen um:
• die Kleinfarmer weltweit darin zu unterstützen, grünes Wasser zu sparen
• uns auf auf den maximale zulässgen nachhaltigen Wasserverbrauch pro Person zueinigen,
• uns auf eine globale Preispolitik für Wasser zu einigen. Sie muß die vollen Kosten fürdie Wassernutzung abdecken (Investitionen, Betrieb, Wartung, Wasserknappheitsaufschläge, Kosten für Umweltschäden)
• auf minimale Wasserrechte für jeden Menschen zu einigen:
– Zugang zu sauberem Drinkwasser– Minimaler Anteil an den grünen Weltwasserreserven für jeden Menschen
• auf handelbare Wasser-Verbrauchsrechte zu einigen
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Drittes Fazit
Wie wertvoll ist Wasser?
Ein intakter globaler wie regionaler Wasserkreislauf und ein daraufaufbauendes funktionierendes Lebenserhaltungssystem der Erde istökonomisch so „wertvoll“, wie
• Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Sauerstoff-Maschine • Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen CO2-Fress-Maschine • Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Denitrifizierungs-Maschine• ...... • .....• ..
Wie lange reicht die Ressource Wasser?• bei funktionierendem Lebenserhaltungssystem der Erde ewig!• Voraussetzung: wir lernen als Teil der Erde mit dem Wasserkreislauf und
seiner Begrenzung umzugehen
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Danke für die Aufmerksamkeit!