Wie sich das Klima ändertund wie wir es beeinflussen
Karl Steininger und Heimo TruhetzWegener 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-Westmit 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 Mon tagsakademie, Graz, 18. Mai, K. Steininger “Klimawandel und Krisenvorsorge – Realit äten zum Handeln, Sand in Taufers, Südtirol, 20. Okto ber,
Stefan Schleicher, Energiezukunft Österreich, Forum AlpbachWolf Grossmann, Langfristige Perspektive des Klimasch utzplan Steiermark, Graz, Oktober)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 1/•
Zunächst: Unser Kontext – das Wegener Zentrum…
Wegener Center: Forschung in den Bereichen Klima- un d Umwelt-Monitoring,Modellierung, Klimafolgen/Wirtschaft & Gesellschaft, Rolle des Menschen…
Globaler Klimawandel <> Regional <> Forschungsschwerpunk t Region Steiermark
• www.wegcenter.at
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 2/•
Was bisher geschah – mittleres Klima
Der bestimmende (geo)physikalische Zusammenhang
Wohin geht´s in Zukunft – Risiken weltweit
Emissionsminderung: die notwendigen Quantensprünge
Überblick
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 3/•
Die letzten 150 Jahre:
Anstieg der globalen Temperatur
Anstieg des Meeresspiegels
Abnahme der Schneedecke
(Quelle: IPCCC, 2007)
Was bisher geschah – mittleres Klima
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 4/•
Das ganze vergangene Jahrtausend:
Viel „Heiße Luft“ im wissenschaftlichen Diskurs aber unveränderte Quintessenz: die Erde bekommt graduell Fieber.
(Quelle: Jansen, Overpeck et al., 2005)
Was bisher geschah – mittleres Klima
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 5/•
Jahr
Kohlendioxid
CO
2[p
pm]
CH
4[p
pb]
N2O
[ppb
]
Kon
zent
ratio
n in
der
Atm
osph
äre
Ein
fluß
auf d
en S
trah
lung
shau
shal
t [W
/m2 ]
(Quelle: IPCC, 2001)
Methan
Lachgas
Treibhausgase 1000 – 2000,und die Jahrmillion davor…
(Quelle: EPICA, 2004)
Was bisher geschah – mittleres Klima
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 6/•
Quo Vadis, Erdklima?
Nach einer Million Jahren „braver“ Schwankungen Reise ins Unbekannte…
(Quelle: Hansen, 2005; auf Basis Petit et al., 1999)
?
?
Was bisher geschah – mittleres Klima
Es geht um das Klimasystem insgesamt, und wir Menschen sind für Klimatrends die wichtigste „treibende Kraft“ geworden.
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 7/•
[NOAA-ESRL, 2009] aktualisiert [CDIAC, 2011]
Aktuelle Emissionsstrends
~389 ppm
~1800 ppb
~323 ppb
~241 ppb
~534 ppb
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 8/•
Kontinentale/Regionale Ausprägungen:
Unterschiedliche Signale im Detail aber die „treibende Kraft“ dahinter klar erkennbar. Und unser menschlicherEinfluss 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)
Was bisher geschah – mittleres Klima
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Lokale Temperaturerhöhung
wesentlich stärker als globaler Durchschnitt
SO-Stmk: 0.70 °C/10a
Global: 0.15 °C/10a
Was bisher geschah – mittleres Klima
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 10/•
Globale Erwärmung ∆∆∆∆T(t) =Rückkopplungsfaktor rf( t) x
Trägheitsfaktor tf(∆∆∆∆t) xKlimasensitivität 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,…)
Der bestimmende Zusammenhang
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 11/•
Schlüssel-UnsicherheitNetto-Strahlungsantrieb Treibhausgase plus Luftvers chmutzung =>Erhöhtes Klimarisiko
[Hansen et al., 2008]
Strahlungsantrieb ∆S(t): THG ~3 W/m 2 +
Der bestimmende Zusammenhang
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 12/•
Vor allem Ozeanmodelle in Klimamodellen müssen noch verbessert werden, um tf(t) noch besser einzugrenzen;
und gute Ozeanbeobachtungen inkl. Tiefsee sind nöti g
Klimasensitivität KS: ~0.75 °C/(W/m 2)
Trägheitsfaktor tf(t): ~0.6-0.9/100Jahre - wichti ges Risiko
Der bestimmende Zusammenhang
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 13/•
Als Beispiel Eisschild-Abschmelzen… und Meeresspiege l
[Rahmstorf, 2008]
[IPCC, 2007]: 20 cm – 60 cm
[Rahmstorf et al., 2007]
Rückkopplungsfaktor rf(t): ~0.75 – 2 ?
Der bestimmende Zusammenhang
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 14/•
Globale Erwärmungin Zukunft...
Diagnose klar:die Erde bekommt Fieber.Die nächsten 10 bis 30 Jahreentscheiden wieviel.
(Synthese-Bild: Meehl, Stocker et al. 2005)
EuropaSommer
2003
Wohin geht´s in Zukunft?
Mittlerer Trend A1B: 0,25 °C/10a
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 15/•
Lokale saisonale AuswirkungenLokale saisonale AuswirkungenLokale saisonale AuswirkungenLokale saisonale Auswirkungen
Regional/saisonal: -20% bis +13%
Klimaänderung im Alpenraum aus ENSEMBLES2021-2050 minus 1961-1990; Szenario A1B; Mittel aus 17 Simulationen
Jahresmittel: ~1.5°C(0.25°C pro Dekade)
Winter
Sommer
Temperatur Niederschlag
(Heinrich, 2009)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 16/•
• Global –80% CO 2 bis 2050ist (stark erhärtet) angezeigt
[Schmidt and Archer, 2009][Meinshausen et al., 2009]
Wieviel Emissionen können wir uns für < ~20C noch erlauben?
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 17/•
Mögliche Kipp-Prozesse,„Überraschungen“:1. Arktisches Meereis2. Grönland-Eis3. Permafrostböden4. Nord. Nadelwälder5. Nordatl. Tiefenwasser6. Ozonloch Nordeuropa7. Schnee Tibet-Plateau8. Indischer Monsun9. Sahara-Sahelzone10. Westafrikan. Monsun11. Amanzonas-Regenw.12. Südpazif. Klimaoszill.13. Marine C-Pumpe14. Antarkt. Tiefenwasser15. Westantarktik-Eis16. Antarkt. Ozonloch
(Quelle: Schellnhuber/PIK, 2007)
bereits gekippt
auf der Kippe
noch stabil
Was kommen mag – Risiken weltweit
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 18/•
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 19/•
Voll-Umstellung Energieversorgung auf Erneuerbaren Strom
Energienachfrage heute je Sektor 2100
Energie-nachfrage
Strom
Energie-Nachfrage
ohne Strom Strom
≤ 1%
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 20/•
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 21/•
Die Ziele der G -20 für 2050Minus 80 Prozent Treibhausgase
Die Ziele der EU für 2020Minus 20 Prozent Treibhausgase
Anteil von 20 Prozent Erneuerbaren
Internationale Ziele
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 22/•
Nicht-energetisch
Beleuchtung, Elektronik, Motoren
910
17
28
21
15
2008
25
Hochtemperatur
Mobilität
Niedertemperatur
Verluste
510
15
1055
2050
9
Erneuerbare
Am Beispiel Österreich
Energiebilanz
Die notwendige Transformation 2050
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 23/•
Diese Energiezukunft ist schon verfügbar
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 24/•
Graz
Gutau
Welche Änderungen?
Von energie-autonomen zu Plus-Energie-Gebäuden
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 25/•
AKS DOMA SolartechnikSatteins
Solar-FabrikFreiburg
Null-Emissions-Strukturen in der Produktion
Welche Änderungen?
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 26/•
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
Plug-in Elektrofahrzeuge in extremer Leichtbauweise
Welche Änderungen?
Pedal Electric Cycles(Pedelecs)
• verdoppeln mögliche Pendeldistanzen•~ 80km Reichweite•ab ~1.500 €
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 27/•
• VW – Lichtblick
• 100.000 Anlagen = 2 AKW
• Wirkungsgrade > 90 %
• Wird gemietetErzeugt Tages-Spitzenstrom
• Smart Grid Einbindung
Mikro-Wärme-Kraft-Kopplung
Welche Änderungen?
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 28/•
Erneuerbare Energievon 29% (2008) auf 35,5% (2020)
Energieverbrauchauf dem Niveau von 2005 halten (2020)
Österreichische Ziele (Energiestrategie Österreich, 2010)
TreibhausgaseNicht Emissionshandels-Sektoren:
minus 16% (2020 geg. 2005)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 29/•
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 30/•
Wie? – Beispiel Rahmenbedingungen Land Steiermark
Restrukturierungsbedarf für die Zielerreichung
Referenz
Basisziel
Innovationsziel
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
1990 2000 2010 2020 2030
1.00
0. t
CO
2e
Schritt 1: Bestandsaufnahme Treibhausgase Zielszenarien 2020/2030 Referenzszenario 2020/2030
Schritt 2: Potenziale der Emissionsreduktion in den einzelnen Bereichen
Schritt 3: Maßnahmen und Maßnahmenbündel
Schritt 4: Konkreter Umsetzungsplan
Schritt 5: Begleitendes Monitoring
Schritt 1: Bestandsaufnahme Treibhausgase Zielszenarien 2020/2030 Referenzszenario 2020/2030
Schritt 2: Potenziale der Emissionsreduktion in den einzelnen Bereichen
Schritt 3: Maßnahmen und Maßnahmenbündel
Schritt 4: Konkreter Umsetzungsplan
Schritt 5: Begleitendes Monitoring
• Klimaschutzplan SteiermarkUmsetzung 2010-2020 und bis -2030
ETS 46%
Nicht-ETS54%
[Klimaschutzplan Steiermark, 2010]
(Nicht-ETS Anteil – Klimaschutzzielplanung)
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 31/•
Wie? – Rahmenbedingungen Handlungsfelder Steiermark
• Gebäude
[Klimaschutzplan Steiermark; WegCenter et al., 2010]
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 2023 2026 2029 2032 2035 2038 2041 2044 2047 2050
GW
h
Solarthermie
Erneuerbare
Gas
Öl
Kohle
Fernwärme
Strom
2020 (Gebäude):Endenergienachfrage bis -26%THG-Emissionen bis -53%
Energienachfrage
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 32/•
Wie? – Rahmenbedingungen Handlungsfelder Steiermark
• Mobilität
[Klimaschutzplan Steiermark; WegCenter et al., 2010]
2020 (Mobilität):Endenergienachfrage bis -14%THG-Emissionen bis -16%
CO2e- Emissionsreduktionspotenzial Verkehr
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
3.000.000
3.500.000
200
5
200
6
200
7
200
8
200
9
201
0
201
1
201
2
201
3
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4
201
5
201
6
201
7
201
8
201
9
202
0
202
1
202
2
202
3
202
4
202
5
202
6
202
7
202
8
202
9
203
0
CO
2e [t
]
CO2e - Emissionsreduktionspotenzial eff iziente RaumstrukturCO2e - Emissionsreduktionspotenzial ÖVCO2e - Emissionsreduktionspotenzial NMIVCO2e - Emissionsreduktionspotenzial Alternative AntriebeCO2e - Emissionsreduktionspotenzial GüterverkehrCO2e - Emissionsreduktionspotenzial Eff iziente TechnologienCO2e - Emissionsreduktionspotenzial Alternative TreibstoffeCO2e Emissionen ElektrizitätCO2e Emissionen Verkehr (excl. Elektrizität)
THG-Emissionen
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 33/•33/26
Veränderung der Emissionsniveaus 2030 geg. 2005 durch die geplanten Maßnahmenbündel
2005
2030 (Basisbündel)
2030 (Innovationsbündel)
0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000
THG Emissionen der Steiermark [kt CO2e]
Verkehr
Kleinverbrauch
Landwirtschaft
Sonstige
Klima und Energie, Deutschfeistritz und Rohbarch-Steinberg, 15. und 18. Februar 2011 34/•
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 35/•
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: 79 Mio t CO2
Konsumort Österreich: 114 Mio t CO2somit um 44% höher
◦ 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-Intensitä t suchen• Wettbewerbsvorteile für solche Produkte
[Munoz and Steininger, 2010, AUSTRIA'S CO2 RESPONSIBILITY AND THE CARBON CONTENT OF ITS INTERNATIONAL TRADE]
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