Wie%20viel%20Kohlenstoff%20braucht%20der%20Mensch?

1
Wie viel Kohlenstoff braucht der Mensch?

• DPG-Frühjahrstagung Berlin 25.-30.03.12
• Hermann Pütter
• Gesellschaft Deutscher Chemiker

2
Ein typisches deutsches Frühstück
Wärme
Nahrungsmittel
Papier
Stahl
Strom
Baustoffe
Kraftstoffe
Kunststoffe
Textilien
Glas
Davon Kohlenstoff 12 kg/Tag
Gesamtmaterial-einsatz pro Kopf 0,21 t/Tag
Herstellung unserer Verbrauchs-güter
Direkter Material-verbrauch 57 kg/Tag
Rucksäcke 0,15 t/Tag
Davon Kohlenstoff 8 kg/Tag
Quellen Umweltbundesamt, Texte 02/08,
Ressourcenverbrauch von Deutschland aktuelle
Zahlen und Begriffsbestimmungen AGEB
Energiebilanzen für Deutschland
3
Wie viel Kohlenstoff brauchte der Mensch?
..the energy input of hunter-gatherers is in the
order of magnitude of about 10 GJ/(capy). H.Haber
l , Energy 31(2006), 89
Dies entspricht einem täglichen Kohlenstoffbedarf
von 0,8 kg C/Kopf
4
Wo beginnt die Kohlenstoff-Adipositas?
100 kg C
Täglicher pro Kopf Verbrauch
Kritische Grenze?
Deutschland
Welt 2050
10 kg C
Welt heute
Welt 2050
Jäger Sammler
1 kg C
Kopfzahl
10 Mio
100 Mio
10 Mrd.
1 Mrd.
5
Das Konzept der Dekarbonisierung Abschied vom
fossilen Kohlenstoff
Dekarbonisierung (decarbonisation) ? Low Carbon
Economy LCE
Effizienz Suffizienz Erneuerbare Energien
Kohlen-stoff in Erdöl, Erdgas, Kohle
Energie
Effizienz
Materialien (Petrochemie)
Der Strukturwandel in Richtung einer
kohlenstoffarmen Wirtschaft muss konsequent
vorangetrieben werden. Bundeskanzlerin, Dr.
Angela Merkel Regierungserklärung 25. 03.10
Kohlenstoff in klima-relevanten
Mineralien (Rohstoffe für Zement, Stahl,)
6
Der globale Kohlenstoffkreislauf
Atmosphäre 750 Mrd. t
Atmung, Zersetzung 100 Mrd.t/a
Diffusion 90 Mrd.t/a 92 Mrd.t/a
Vulkanismus 0,1 Mrd.t/a
Waldvernichtung, Bodennutzung 2,2 Mrd.t/a
Energie Industrie 6,3 Mrd.t/a
Photosynthese 100 Mrd.t/a
Pflanzen Vegetation 550 Mrd. t Boden 1500 Mrd. t
Ozeane (Oberfläche) 800 Mrd. t
Kohle, Öl, Gas 5000 Mrd. t
50 Mrd. t/a
Mischung /- 35 Mrd. t
Ozeane (Tiefe) 40000 Mrd. t
Sedimente 100.000.000 Mrd. t
nach M. Latif Bringen wir das Klima aus dem
Takt, Fischer Taschenbuch Verlag, Frankfurt
2007, ISBN 978-3-596-17276-4, S. 65 Klimadaten
zwischen 1990 und 1999 Siehe z.B auch DOE
Simplifield Global Carbon Cycle, oder N.
Armaroli, V. Balzani, Chem. Asian J. 2011,6, 771
7
Dekarbonisierung Beitrag der Biomasse
Atmosphäre 750 Mrd. t
Atmung, Zersetzung 100 Mrd.t/a
Diffusion 90 Mrd.t/a gt92 Mrd.t/a
Vulkanismus 0,1 Mrd.t/a
Waldvernichtung, Bodennutzung 2,2 Mrd.t/a
Energie Industrie gt6,3 Mrd.t/a
Photosynthese 100 Mrd.t/a
Pflanzen Vegetation 550 Mrd. t Boden 1500 Mrd. t
Ozeane (Oberfläche) 800 Mrd. t
Kohle, Öl, Gas 5000 Mrd. t
50 Mrd. t/a
Mischung /- 35 Mrd. t
Ozeane (Tiefe) 40000 Mrd. t
Sedimente 100.000.000 Mrd. t
nach M. Latif Bringen wir das Klima aus dem
Takt, Fischer Taschenbuch Verlag, Frankfurt
2007, ISBN 978-3-596-17276-4, S. 65 Klimadaten
zwischen 1990 und 1999 Siehe z.B auch DOE
Simplifield Global Carbon Cycle, oder N.
Armaroli, V. Balzani, Chem. Asian J. 2011,6, 771
8
Zersetzung im globalen Kohlenstoffkreislauf
Atmosphäre 750 Mrd. t
Atmung, Zersetzung 100 Mrd.t/a
Diffusion 90 Mrd.t/a 92 Mrd.t/a
Vulkanismus 0,1 Mrd.t/a
Waldvernichtung, Bodennutzung 2,2 Mrd.t/a
Bioenergie Biomasse
Energie Industrie 6,3 Mrd.t/a
Photosynthese 100 Mrd.t/a
Pflanzen Vegetation 550 Mrd. t Boden 1500 Mrd. t
Ozeane (Oberfläche) 800 Mrd. t
Kohle, Öl, Gas 5000 Mrd. t
50 Mrd. t/a
Mischung /- 35 Mrd. t
Ozeane (Tiefe) 40000 Mrd. t
Sedimente 100.000.000 Mrd. t
nach M. Latif Bringen wir das Klima aus dem
Takt, Fischer Taschenbuch Verlag, Frankfurt
2007, ISBN 978-3-596-17276-4, S. 65 Klimadaten
zwischen 1990 und 1999 Siehe z.B auch DOE
Simplifield Global Carbon Cycle, oder N.
Armaroli, V. Balzani, Chem. Asian J. 2011,6, 771
9
Kohlenstoffbilanz der Menschheit heute
Jährlich durch Photosynthese gebunden 100 Mrd.
t C
Erfasste Treibhaus-gase 9 Mrd. t C
Nahrung, Holz,. moderne Bioenergie
Fossile Quellen
9 Mrd. t C
1) aus H. Haberl et al. PNAS, 104 (2007), 12943
Gute Einführung in das Thema Biomasseverbrauch
http//www.eoearth.org/article/Global_human_approp
riation_of_net_primary_production_(HANPP)
(29.04.10)
10
Kohlenstoffbilanz der Menschheit heute
oberirdisch 34 Mrd. t C
Jährlich durch Photosynthese gebunden 100 Mrd.
t C
Erfasste Treibhaus-gase 9 Mrd. t C
terrestrisch
Ozeane
Nahrung, Holz,. moderne Bioenergie
Fossile Quellen
9 Mrd. t C
1) aus H. Haberl et al. PNAS, 104 (2007), 12943
Gute Einführung in das Thema Biomasseverbrauch
http//www.eoearth.org/article/Global_human_approp
riation_of_net_primary_production_(HANPP)
(29.04.10)
11
Der Kohlenstoffmetabolismus in Deutschland
Biomasse
Fossile Energieträger
Importe 30 Mio. t C
Importe 170 Mio. t C
Erzeugung 100 Mio. t C
Gewinnung 60 Mio. t C
Gesamteinsatz 360 Mio. t C
Treibhausgase 220 Mio. t C laut Bilanz

• Nicht bilanzierte Treibhausgase
• Langlebige Güter

Exporte 50 Mio. t C
Nicht verwertete Biomasse 150 Mio. t
C Rucksäcke fossiler Energieträger 80 Mio. t C
Gesamter deutscher Kohlenstoffumsatz 0,6 Mrd. t
C

Angaben in Jahreswerten Daten berechnet aus 1)
Umweltbundesamt, Texte 02/08, Ressour-cenverbrauch
von Deutschland aktuelle Kennzahlen und
Begriffsbestimmungen (Biomasse) 2) AGEB
Energiebilanz Deutschland 2007 (Fossile
Energieträger) 3) Öko Institut 2004
Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen
Nutzung von Biomasse
Siehe auch. H. Pütter, Praxis der
Naturwissenschaften - Chemie in der Schule 5/60,
Juli 2011,5-10
12
Der Kohlenstoffmetabolismus in Deutschland
Biomasse
Fossile Energieträger
Importe 30 Mio. t C
Importe 170 Mio. t C
Erzeugung 100 Mio. t C
Gewinnung 60 Mio. t C
Gesamteinsatz 360 Mio. t
Treibhausgase 220 Mio. t C laut Bilanz

• Nicht bilanzierte Treibhausgase
• Langlebige Güter

Exporte 50 Mio. t C
Nicht verwertete Biomasse 150 Mio. t
C Rucksäcke fossiler Energieträger 80 Mio. t C
Gesamter biogener Kohlenstoffbedarf 0,3 Mrd. t
C

Angaben in Jahreswerten Daten berechnet aus 1)
Umweltbundesamt, Texte 02/08, Ressour-cenverbrauch
von Deutschland aktuelle Kennzahlen und
Begriffsbestimmungen (Biomasse) 2) AGEB
Energiebilanz Deutschland 2007 (Fossile
Energieträger) 3) Öko Institut 2004
Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen
Nutzung von Biomasse
Siehe auch. H. Pütter, Praxis der
Naturwissenschaften - Chemie in der Schule 5/60,
Juli 2011,5-10
13
Deutschlands Weg in Richtung Nachhaltigkeit
Verbrauch Mio. t 1994 2005 2009 1994 ?
2009 Inländische Produkte 1) Energieträger
278 228 199 - 28 Biomasse 211
246 265 26 Importe1) Energieträger
270 305 290 8 Biomasse
61 93 104 70 1) jeweils ohne
Rucksäcke
Bioenergie im Energiekonzept der
Bundesregierung Die Bioenergie soll als
bedeutender erneuerbarer Energieträger in allen
drei Nutzungspfaden Wärme, Strom und
Kraftstoffe weiter ausgebaut werden. Die
heimischen Biomassepotenziale sind vor allem
durch Nutzungskonkurrenz sowie im Hinblick auf
Naturschutz und die Biodiversität begrenzt.
Darüber hinaus wird Deutschland zunehmend auf den
Import von nachhaltigen Bioenergieträgern
angewiesen sein. (S.10) 1) BMWi, BMU
Energiekonzept für eine umweltschonende,
zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung,
28.09.10
Werte nach Statistisches Bundesamt,
Umweltnutzung und Wirtschaft, Tabellenband 2011
S. 23,24, 33-36
14
Quintessenz aus der Leitstudie 20101)für
Bioenergie
Energieversorgung Deutschland PJ/a Basisszenario
2010 A 2005 2020 Endenergie 92402) 8630 Beitra
g EE 625 1725 davon Biomasse 436 932
Senkung der jährlichen Treibhausgas-Emissionen um
36 Mio. t C von 2005 bis 2020 durch ?kohlenstofff
reie Energien ?und Bioenergie
Durch den Beitrag der EE vermiedene CO2-Emissionen
Mio t/a 2005 2020 862) 217 Entspricht
C 23,5 59,2

• Zusatzangebot an Bioenergie 500 PJ/a

• Zusatzbedarf an Kohlenstoff3) 15 Mio. t/a

1) Leitstudie 2010, Tabellen 1, 10-4 (S. 6, 188)
2) Leitszenario 2009, Tabelle 1, S. 8
3) 1 GJ entspricht 0,06 t Biomasse (trocken),
bei 50 C-Anteil sind dies 0,03 t C/GJ.
15
Quintessenz aus der Leitstudie 20101)für
Bioenergie
Energieversorgung Deutschland PJ/a Basisszenario
2010 A 2005 2020 Endenergie 92402) 8630 Beitra
g EE 625 1725 davon Biomasse 436 932
Senkung der jährlichen Treibhausgas-Emissionen um
36 Mio. t C von 2005 bis 2020 durch ?kohlenstofff
reie Energien ?und Bioenergie
Durch den Beitrag der EE vermiedene CO2-Emissionen
Mio t/a 2005 2020 862) 217 Entspricht
C 23,5 59,2

• Zusatzangebot an Bioenergie 500 PJ/a

• Zusatzbedarf an Kohlenstoff3) 15 Mio. t/a

? Zusatzbedarf an Kohlenstoff in Biomasse 60
Mio. t/a
1) Leitstudie 2010, Tabellen 1, 10-4 (S. 6, 188)
2) Leitszenario 2009, Tabelle 1, S. 8
3) 1 GJ entspricht 0,06 t Biomasse (trocken),
bei 50 C-Anteil sind dies 0,03 t C/GJ.
16
Unsere Kohlenstoff-Adipositas
According to the Global Footprint Network, the
world now consumes resources that would take 1,5
earths to produce. If we all lived like the
Americans, we would need 5,4 earths. Most other
global assessments tell similar tales of an
overexploited planet. mahnt der
Nobelpreisträger Yuan T. Lee in einem Editorial
der Angewandten Chemie Y.T. Lee, A. W.-C. Yang,
Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 10260-10261
17
Der ökologische Fußabdruck
1987 Brundtland-Kommission Prinzip der
Nachhaltigkeit definiert 1992 Umwelt-Konferenz
in Rio Agenda 21 Sustainable Development 1990-19
94 M. Wackernagel, W. Rees Konzept des
ökologischen Fußabdrucks, Buch 1996 (deutsch
1997) 1997 Klimakonferenz in Kyoto
(Kyoto-Protokoll)
2
heute 1,6?
2007 1,51
Ecol. Footprint Biocapacity
1
1961 0,63
1960 1990 1995 2000 2005 2011
Daten Global Footprint Network 2010
18
Unsere Konsequenzen
1987 Brundtland-Kommission Prinzip der
Nachhaltigkeit definiert 1992 Umwelt-Konferenz
in Rio Agenda 21 Sustainable Development 1990-19
94 M. Wackernagel, W. Rees Konzept des
ökologischen Fußabdrucks, Buch 1996 (deutsch
1997) 1997 Klimakonferenz in Kyoto
(Kyoto-Protokoll)
1995 E.U. v. Weizsäcker et al. Buch Faktor Vier
2010 E.U. v. Weizsäcker et al. Buch Faktor Fünf
2
heute 1,6?
2007 1,51
Ecol. Footprint Biocapacity
weiche Landung
1
Durch Technik unterstützte Änderung unseres
Lebensstils
1961 0,63
1960 1990 1995 2000 2005 2011
Daten Global Footprint Network 2010
19
Unsere Konsequenzen
1987 Brundtland-Kommission Prinzip der
Nachhaltigkeit definiert 1992 Umwelt-Konferenz
in Rio Agenda 21 Sustainable Development 1990-19
94 M. Wackernagel, W. Rees Konzept des
ökologischen Fußabdrucks, Buch 1996 (deutsch
1997) 1997 Klimakonferenz in Kyoto
(Kyoto-Protokoll)
1995 E.U. v. Weizsäcker et al. Buch Faktor Vier
2010 E.U. v. Weizsäcker et al. Buch Faktor Fünf
2
heute 1,6?
2007 1,51
Ecol. Footprint Biocapacity
Rasche und durchgreifende Änderung unseres
Lebensstils
1
1961 0,63
1960 1990 1995 2000 2005 2011
Daten Global Footprint Network 2010
20
Unsere Konsequenzen
1987 Brundtland-Kommission Prinzip der
Nachhaltigkeit definiert 1992 Umwelt-Konferenz
in Rio Agenda 21 Sustainable Development 1990-19
94 M. Wackernagel, W. Rees Konzept des
ökologischen Fußabdrucks, Buch 1996 (deutsch
1997) 1997 Klimakonferenz in Kyoto
(Kyoto-Protokoll)
Ein Drittel des globalen Wachstums ist heute mit
ökologischem Kredit finanziert das heißt, es ist
nicht nachhaltig. Paul Donovan, Chefvolkswirt der
USB, FAZ 10.09.11
1995 E.U. v. Weizsäcker et al. Buch Faktor Vier
2010 E.U. v. Weizsäcker et al. Buch Faktor Fünf
2
heute 1,6?
2007 1,51
Ecol. Footprint Biocapacity
Rasche und durchgreifende Änderung unseres
Lebensstils
1
Wenn wir nichts an unserer Lebens- und
Produktionsweise ändern, brauchen wir in Zukunft
die Ressourcen von annähernd drei Erden, um die
Menschheit zu versorgen. Kurt Bock, BASF-Chef,
Rheinpfalz, 30.11.11
1961 0,63
1960 1990 1995 2000 2005 2011
Daten Global Footprint Network 2010
21
Was ist zu tun?Yuan T. Lee Changing Course
First, everyone must accept this cold hard truth
the path by which Europe and the USA attained
their riches is not to be emulated. In truth,
any society that develops by destroying the very
natural basis of that development is
over-developed, and should be seen as such.
Going back to the sun We must re-establish the
central role of the sun in human development.
We simply must dedicate much more RD and
deployment resources toward this area.
Science and technology for community Evidently,
ever-growing population and individual
consumption equal ecological disaster. So we have
to begin building technology and infrastructure
to benefit groups rather than individuals.
We must tap into the wisdoms of our forbearers.
They lived for thousands of years in relative
harmony with their environment. The good news
is, all countries have rich cultures and
traditions, and all can do better than to blindly
follow the developed world.

• Science remains an indispensable force in human
  development. But it must transform itself
• More focused on shared global problems
• Better at integrating diverse disciplines and
  knowledge systems
• More effective at working together with the rest
  of society

22
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
23
(No Transcript)
24
Wie verlässlich sind die Angaben?
Beispiel Holz 1)
World Roundwood 2007 3603155305,00 CUM
FAOSTAT
Data Quality Aggreates may include official
data, semi-official data or estimates
CUM 0,6 t/m³ (nicht 0,5 t/m³)

• Kohlenstoffgehalt in der Trockenmasse
• ger. 0 H2O?
• 10,15 H2O?

Wassergehalt? Erntezeitpunkt? Lagerverluste?
1) Siehe dazu auch FNR Leitfaden Bioenergie,
Datensammlung ISBN 3-00-015389-6
25
Von der Biomasse zur Endenergie
Anbau
Ernte
Verarbeitung
Ernteverluste
Lagerverluste
Wasser
Erosion
Humusbilanz
Nebenprodukte, Rückführungen
Bodenfruchtbarkeit
Wirkungsgrade
Fossiler Kohlenstoff für Dünger, Transporte,
Hilfsenergien etc.
Korn/Stroh-Verhältnis 1)
1) M. Kaltschmitt, D. Merten, N. Fröhlich, M.
Nill, WBGU-Materialien, Energiegewinnung aus
Biomasse, Berlin, Heidelberg 2003, Volltext
verfügbar unter www.wbgu.de/wbgu_jg2003_ex04.pdf
26
Von der Biomasse zur Endenergie
Anbau
Ernte
Verarbeitung
Ernteverluste
Lagerverluste
Wasser
Erosion
Humusbilanz
Nebenprodukte, Rückführungen
Bodenfruchtbarkeit
Wirkungsgrade
Fossiler Kohlenstoff für Dünger, Transporte,
Hilfsenergien etc.
Korn/Stroh-Verhältnis 1)
1) M. Kaltschmitt, D. Merten, N. Fröhlich, M.
Nill, WBGU-Materialien, Energiegewinnung aus
Biomasse, Berlin, Heidelberg 2003, Volltext
verfügbar unter www.wbgu.de/wbgu_jg2003_ex04.pdf
27
NATURE IS OVERTIME, March 12, 2012, 56-58
Little is left untouched by humans and that
demands a rethink of environmentalism Bryan Walsh
28
NATURE IS OVERTIME, March 12, 2012, 56-58
Little is left untouched by humans and that
demands a rethink of environmentalism Bryan Walsh
Humans have had a direct impact on more than
three quarters of the ice-free land on earth.
Almost 90 of the world's plant activity now
takes place in ecosystems where people play a
significant role.
Braunkohletagebau bei Cottbus, Im Hintergrund
Kraftwerk Jänschwalde
Over So heißt auch ein Photoband über die
Zerstörung der amerikanischen Umwelt. Alex
MacLean, Over Der Amerikanische Way of Life
oder Das Ende der Landschaft Schirmer/Mosel ,
München 2008, ISBN 978-3-8296-0383-6
29
Spannweite von Annahmen
2005
2020
nach Abb. 2-4, S. 26 Energietechnologien 2050
Schwer-punkte für Forschung und
Entwicklung Fraunhofer Institut für System- und
Innovationsforschung ISI, Fraunhofer Verlag 2010,
ISBN 978-3-83960084-9
2050
Davon Biomasse
Mrd. toe
Gesamtprimärenergieverbrauch
10
20
Einige weitere Bioenergie-Szenarien
Biomasse Potenziale für Energie im Jahre
2050 WEA1) 94 EJ/a 280 EJ/a IPCC2) 52 EJ/a
193 EJ/a Berndes3) 35 EJ/a 450 EJ/a IEA 4) 33
EJ/a 1500 EJ/a IPCC5) 50 EJ/a 500 EJ/a
Global durch Photo-synthese fixierte Energie
2800 EJ/a F. Schüth, P.Gruss, (Hrsg.), Die
Zukunft der Energie, Nützliche Zahlen in der
Energiediskussion, Klappentext
1) UNDP 2000 World Energy Assessment Energy and
the challenge of Sustainability, S. 222 2) IPCC
2000 Special Report Emission Scenarios 3) G.
Berndes et al., Biomass and Bioenergy 25, (2003)
1-28 4) IEA, Sustainable Production of Second
Generation Biofuels, Feb. 2010, S. 45 5) IPCC,
Special Report Renewable Energy Sources (SRREN),
09.05.11
30
(No Transcript)
31
(No Transcript)