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Klima und Landnutzung Uwe A. Schneider Forschungsstelle Nachhaltige Umweltentwicklung KlimaCampus, Universität Hamburg.

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Präsentation zum Thema: "Klima und Landnutzung Uwe A. Schneider Forschungsstelle Nachhaltige Umweltentwicklung KlimaCampus, Universität Hamburg."—  Präsentation transkript:

1 Klima und Landnutzung Uwe A. Schneider Forschungsstelle Nachhaltige Umweltentwicklung KlimaCampus, Universität Hamburg

2 Gliederung Wechselwirkungen zwischen Klima und Landnutzung Wechselwirkungen zwischen Klima und Landnutzung Strategien zur Emissionsminderung von Treibhausgasen durch Landnutzung Strategien zur Emissionsminderung von Treibhausgasen durch Landnutzung Methodik für integrierte ökonomische Analyse Methodik für integrierte ökonomische Analyse Einsparpotenziale von Treibhausgasen Einsparpotenziale von Treibhausgasen

3 Landnutzung

4 Gesellschaft Klima (Umwelt)

5 Klima ► Landnutzung Pflanzliche Produktionspotenziale Pflanzliche Produktionspotenziale Maximalertrag (Licht, Temperatur, CO 2 ) Maximalertrag (Licht, Temperatur, CO 2 ) Wasserangebot Wasserangebot Schadorganismen Schadorganismen Bodenqualität Bodenqualität Erosion Erosion Humusgehalt Humusgehalt Nährstoffgehalt Nährstoffgehalt

6 Landnutzung ► Klima Treibhausgasemissionen Treibhausgasemissionen Abholzung, Biomasseverbrennung Abholzung, Biomasseverbrennung Tierhaltung, Maschinen, Agrarchemie, Transport Tierhaltung, Maschinen, Agrarchemie, Transport Treibhausgassenken Treibhausgassenken Bodenkohlenstoff und lebende Biomasse Bodenkohlenstoff und lebende Biomasse Treibhausgasentlastungen Treibhausgasentlastungen Biokraftstoffe und Biomaterialien Biokraftstoffe und Biomaterialien Wasserverdunstung Wasserverdunstung Lichtreflexion Lichtreflexion

7 Gesellschaft ► Landnutzung Nachfrage (Märkte & Politik) nach Hochwertigen Nahrungsmitteln (ganzjährig) Hochwertigen Nahrungsmitteln (ganzjährig) Erneuerbaren Energien und Industrierohstoffen Erneuerbaren Energien und Industrierohstoffen Umweltschonender Produktion (Wasser, Boden, Luft, Klima, Tierschutz, Artenschutz) Umweltschonender Produktion (Wasser, Boden, Luft, Klima, Tierschutz, Artenschutz) Land-, Wasser-, und Energieeffizienz Land-, Wasser-, und Energieeffizienz Bewahrung von Kultur- und Naturlandschaften, Ländliche Entwicklung Bewahrung von Kultur- und Naturlandschaften, Ländliche Entwicklung

8 Gesellschaft ► Landnutzung Klimaschutz eines von vielen Interessen und Ansprüchen Klimaschutz eines von vielen Interessen und Ansprüchen Synergien Synergien Konflikte Konflikte Begrenztheit der Ressourcen (Land)

9 Klimawandel ► Landnutzung Änderung der Produktionskosten (Angebot) Änderung der Produktionskosten (Angebot) Änderung der Marktpreise (Nachfrage) Änderung der Marktpreise (Nachfrage) Änderung der politischen Instrumente (Subventionen, Steuern, Verbote, etc.) Änderung der politischen Instrumente (Subventionen, Steuern, Verbote, etc.) Anpassung

10 Warum Landnutzungsstrategien für Treibhausgasminderung? Geringe Kosten Geringe Kosten Win-Win Strategien Win-Win Strategien Zeitgewinnung Zeitgewinnung Wedges Wedges

11 Landnutzungsstrategien zur Minderung der Treibhausgasemissionen a) Reduzierung des fossilen Energieverbrauchs (Gesellschaft) Biomasse für Wärme und Elektrizität Biomasse für Wärme und Elektrizität Biokraftstoffe (Ethanol, Biodiesel, …) Biokraftstoffe (Ethanol, Biodiesel, …) Biomaterialien (Öle, Biopolymere, …) Biomaterialien (Öle, Biopolymere, …)

12 Landnutzungsstrategien zur Minderung der Treibhausgasemissionen b) Reduzierung des fossilen Energieverbrauchs (Landnutzung) Verbesserung der Input-Output Verhältnisse Verbesserung der Input-Output Verhältnisse Standortgerechte Produktion Standortgerechte Produktion Präzisionslandwirtschaft Präzisionslandwirtschaft

13 Landnutzungsstrategien zur Minderung der Treibhausgasemissionen c) Bodenkohlenstoffspeicherung Zwischenfruchtanbau Zwischenfruchtanbau Pfluglose Bodenbearbeitung Pfluglose Bodenbearbeitung Ödlandrestaurierung Ödlandrestaurierung Anhebung des Wasserspiegels, Wiedervernässung von Mooren Anhebung des Wasserspiegels, Wiedervernässung von Mooren Terra Preta (Holzkohle, Dung, Kompost) Terra Preta (Holzkohle, Dung, Kompost)

14 Landnutzungsstrategien zur Minderung der Treibhausgasemissionen d) Verringerung von Methan- und Lachgasemissionen Alternative Düngungssysteme (Einarbeitung, Menge, Typ, Inhibitoren) Alternative Düngungssysteme (Einarbeitung, Menge, Typ, Inhibitoren) Fütterungsumstellung von Wiederkäuern Fütterungsumstellung von Wiederkäuern Stalldung- und Güllebehandlung (Abdeckung, Vergasung) Stalldung- und Güllebehandlung (Abdeckung, Vergasung) Reismanagement Reismanagement

15 Landnutzungsstrategien zur Minderung der Treibhausgasemissionen e) Kohlenstoffspeicherung in Biomasse Verhinderung der Abholzung Verhinderung der Abholzung Aufforstung Aufforstung Durchforstung Durchforstung f) Technischer Fortschritt anwendbar auf alle Landnutzungsstrategien anwendbar auf alle Landnutzungsstrategien

16 Landnutzungsstrategien zur Minderung der Treibhausgasemissionen g) Veränderung der Nachfrage und der Konsumentenpräferenzen Weniger Fleisch Weniger Fleisch Mehr saisonale Produkte Mehr saisonale Produkte Mehr lokale Produkte Mehr lokale Produkte Weniger Verarbeitung Weniger Verarbeitung

17 Strategien zur Emissionsvermeidung Heterogen (Ressourcen, Technologien, Strategien) Heterogen (Ressourcen, Technologien, Strategien) Komplex (Abhängigkeiten durch Begrenztheit von Land – keine einfache Addierung, Externe Effekte) Komplex (Abhängigkeiten durch Begrenztheit von Land – keine einfache Addierung, Externe Effekte) Dynamisch (C-Sättigung, gesellschaftliche Entwicklung) Dynamisch (C-Sättigung, gesellschaftliche Entwicklung) Globale Wechselwirkungen (Handel, Emissionslecks, Klimawirkungen) Globale Wechselwirkungen (Handel, Emissionslecks, Klimawirkungen)

18 Potentiale der Emissionsvermeidung Wichtig für politische Verhandlungen und Zielsetzungen Wichtig für politische Verhandlungen und Zielsetzungen Abschätzung erfordert neutrale, integrierte, und interdisziplinäre Analyse sonst werden die Lösungen von Heute das Problem von Morgen Abschätzung erfordert neutrale, integrierte, und interdisziplinäre Analyse sonst werden die Lösungen von Heute das Problem von Morgen

19 Potentiale der Emissionsverminderung Basieren auf Kosten-Nutzen- Analyse Kosten-Nutzen- Analyse Erlöse ≥ Kosten Erlöse ≥ Kosten ÖkonomischTechnisch Basieren auf Verfügbarkeit von Ressourcen Verfügbarkeit von Ressourcen Wirkungsgrad der Technologien Wirkungsgrad der Technologien

20 Forst- und Agrarsektor- Optimierungsmodell (FASOM) US (1993-) … Texas A&M Universität US (1993-) … Texas A&M Universität EU (2004-) … Universität Hamburg EU (2004-) … Universität Hamburg Global (2006-) … Internationales Institute für angewandte Systemanalyse Global (2006-) … Internationales Institute für angewandte Systemanalyse

21 Forst- und Agrarsektor- Optimierungsmodell (FASOM) Partielles Gleichgewichtsmodell, Bottom- Up Design Partielles Gleichgewichtsmodell, Bottom- Up Design Maximiert Summe der Konsumenten und Produzentenrenten Maximiert Summe der Konsumenten und Produzentenrenten Restriktionen durch Technologien, Ressourceverfügbarkeit, Politiken Restriktionen durch Technologien, Ressourceverfügbarkeit, Politiken Räumlich gegliedert, Dynamisch Räumlich gegliedert, Dynamisch Integriert und internalisiert externe Effekte Integriert und internalisiert externe Effekte Mathematisch programmiert in GAMS Mathematisch programmiert in GAMS

22 Mathematische Programmierung Bis zu 6 Millionen Variablen, 1 Million Gleichungen

23 Marktgleichgewicht Nachfrage Angebot Preis Menge P* Q* Produzenten Rente Konsumenten Rente

24 Marktgleichgewicht Marktgleichgewicht WaldinventarLandverfügbarkeit Wasserangebot Arbeitskräfte Andere InputsImportangebot Verarbeitung Tierproduktion Produktnachfrage Exportnachfrage KR PR

25 FASOM Struktur Ressourcen Landnutzungs- Technologien Verarbeitungs- Technologien ProdukteMärkte Inputs Grenzen Angebots- Funktionen Grenzen Nachfrage- Funktionen, Handel Kapazitäts- grenzen Einflüsse auf Umwelt

26 EUFASOM Modellsystem EUFASOM Crop & Tree Simulation Models Spatial Analysis Tools Farm level & GIS Data Viable Population Analysis Systematic Wetland Conservation Planning Engineering Equations Other Economic Models Climate Models

27 Interdisziplinarität Räumliche Heterogenität Geographie KlimawirkungenNaturwissenschaften Landnutzung Ökologie, Landwirtschafts-, und Forstwirtschaftswissenschaften Technologien Ingenieurwissenschaften Globale Märkte Ökonomie Politische Instrumente Rechts- und Politikwissenschaften

28 Altitude: 1.< 300 m m m 4.>1100 m Texture: 1.Coarse 2.Medium 3.Medium-fine 4.Fine 5.Very fine Soil Depth: 1.shallow 2.medium 3.deep Stoniness: 1.Low content 2.Medium content 3.High content Slope Class: 1.0-3% 2.3-6% % % 5.… Heterogenität DE13 DE12 DE11 DE14

29 Wettbewerb

30 “The production of biomass for energy purposes may lead to competition with production of food, building materials, energy supply and medicines. This involves competition for production factors such as raw materials, land, water and labor. This must be avoided wherever possible. The translation of this theme into criteria and indicators is uncharted territory, so far it has not been included in any of the existing certification systems (Cramer Commission 2007).” Quelle: Eingereichtes Manuskript für Artikel in Forest Policy and Economics (May 2009)

31 Einsparpotenziale von Treibhausgasen durch Landnutzungsänderung

32 1 USFASOM Simulationen Schneider, U.A., McCarl, B.A., and Schmid, E. (2007). Agricultural sector analysis on greenhouse gas mitigation in US agriculture and forestry. Agricultural Systems 94: Schneider, U.A., McCarl, B.A., and Schmid, E. (2007). Agricultural sector analysis on greenhouse gas mitigation in US agriculture and forestry. Agricultural Systems 94: Lee, H.C., U.A. Schneider, McCarl, B.A., and Chen, C.C. (2007). Leakage and comparative advantage implications of agricultural participation in greenhouse gas emission mitigation. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12(4): Lee, H.C., U.A. Schneider, McCarl, B.A., and Chen, C.C. (2007). Leakage and comparative advantage implications of agricultural participation in greenhouse gas emission mitigation. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12(4): Schneider, U.A. and McCarl, B.A. (2006). Appraising agricultural greenhouse gas mitigation potentials: Effects of alternative assumptions. Agricultural Economics. 35(3): Schneider, U.A. and McCarl, B.A. (2006). Appraising agricultural greenhouse gas mitigation potentials: Effects of alternative assumptions. Agricultural Economics. 35(3): Schneider, U.A. and McCarl, B.A. (2005). Implications of a carbon-based energy tax for US agriculture. Agricultural and Resource Economics Review 34(2): Schneider, U.A. and McCarl, B.A. (2005). Implications of a carbon-based energy tax for US agriculture. Agricultural and Resource Economics Review 34(2): Schneider, U.A. and McCarl, B.A. (2003). Economic potential of biomass based fuels for greenhouse gas emission mitigation. Environmental & Resource Economics 24(4): Schneider, U.A. and McCarl, B.A. (2003). Economic potential of biomass based fuels for greenhouse gas emission mitigation. Environmental & Resource Economics 24(4): McCarl, B.A. and Schneider, U.A. (2001). Climate change - Greenhouse gas mitigation in US agriculture and forestry. Science 294(5551): McCarl, B.A. and Schneider, U.A. (2001). Climate change - Greenhouse gas mitigation in US agriculture and forestry. Science 294(5551):

33 Vermeidungspotentiale Kohlenstoffpreis (USD/tce) Treibhausgasminderung (mmtce) Technisches Potential Wettbewerbs Potential

34 Treibhausgasminderung (mmtce) Endogene Preise Konstante Flächen Konstante Preise und Flächen Endogene Preise und Flächen Konstante Preise Endogene Flächen Kohlenstoffpreis (USD/tce)

35 Produktionsintensit ä ten Intensität in Prozent Kohlenstoffpreis (USD/mtce) Stickstoffdüngung Pflugbearbeitung Bewässerung

36 Landwirtschaftliche Märkte Fisher index Kohlenstoffpreis (USD/tce) Nutzpflanzenpreise Tierproduktpreise Tierproduktion Pflanzenproduktion Getreide- Exporte

37 Milliarden USD Kohlenstoffpreis (USD/tce) Wohlfahrtseffekte Produzenten (Brutto) Emissions- Zahlungen Produzenten (Netto) Konsumenten

38 Bioenergie Emissionsminderung Kohlenstoffpreis ($/tce) Emissionsreduzierung (mmtce) Technisches Potential Ökonomisches Potential Wettbewerbs Potential

39 Kohlenstoffsenke – Pfluglose BB Kohlenstoffpreis ($/tce) Bodenkohlenstoffspeicherung (mmtce) Technisches Potential Ökonomisches Potential Wettbewerbs- Potential

40 Vermeidungsstrategien Kohlenstoffpreis (USD/tce) Emissionsminderung (mmtce) CH4 N2O Pfluglose Bearbeitung Aufforstung Bioenergie

41 Andere Umwelteinflüsse Veränderung (%/Hektare) N-Grundwasser N-Schichtwasser Bodenerosion P-Verluste Kohlenstoffpreis (USD/tce)

42 Emissions-Lecks Fisher Index Kohlenstoff (USD/tce) Annex I Länder Alle Länder Nettoexporte von Nahrungsmitteln aus Nicht- Annex I Ländern für Treibhausgaspolitiken in:

43 2 EUFASOM Simulationen Jantke, K. and U.A. Schneider (2009), Opportunity costs in conservation planning – of the case of European wetland species, prepared for Conservation Letters Jantke, K. and U.A. Schneider (2009), Opportunity costs in conservation planning – of the case of European wetland species, prepared for Conservation Letters Link, P.M., C.I. Ramos, U.A. Schneider, E. Schmid, J. Balkovič and R. Skalský (2008), The interdependencies between food and biofuel production in European agriculture - an application of EUFASOM, submitted to Biomass and Bioenergy. Link, P.M., C.I. Ramos, U.A. Schneider, E. Schmid, J. Balkovič and R. Skalský (2008), The interdependencies between food and biofuel production in European agriculture - an application of EUFASOM, submitted to Biomass and Bioenergy. Schleupner, C. and U.A. Schneider (2008), Evaluation of European wetland restoration potentials by considering economic costs under different policy options, FNU-158, Hamburg University and Centre for Marine and Atmospheric Sciences, Hamburg. Schleupner, C. and U.A. Schneider (2008), Evaluation of European wetland restoration potentials by considering economic costs under different policy options, FNU-158, Hamburg University and Centre for Marine and Atmospheric Sciences, Hamburg. Schneider U.A., J. Balkovič, S. De Cara, O. Franklin, S. Fritz, P. Havlík, I. Huck, K. Jantke, A.M.I. Kallio, F. Kraxner, A. Moiseyev, M. Obersteiner, C.I. Ramos, C. Schleupner, E. Schmid, D. Schwab, R. Skalský (2008), The European Forest and Agricultural Sector Optimization Model – EUFASOM, FNU-156, Hamburg University and Centre for Marine and Atmospheric Sciences, Hamburg. Schneider U.A., J. Balkovič, S. De Cara, O. Franklin, S. Fritz, P. Havlík, I. Huck, K. Jantke, A.M.I. Kallio, F. Kraxner, A. Moiseyev, M. Obersteiner, C.I. Ramos, C. Schleupner, E. Schmid, D. Schwab, R. Skalský (2008), The European Forest and Agricultural Sector Optimization Model – EUFASOM, FNU-156, Hamburg University and Centre for Marine and Atmospheric Sciences, Hamburg.

44 2010 EU Bioenergie Ziele 21% Elektrizität aus Biomasse 21% Elektrizität aus Biomasse ≈ 610 Tausend GWh ≈ 300 Millionen t Biomasse 5.75% Biokraftstoffe 5.75% Biokraftstoffe

45 2010 EU Biodiversitätsziele 2001: European Council committed to ‘halt the decline of biodiversity by 2010’ in Europe 2001: European Council committed to ‘halt the decline of biodiversity by 2010’ in Europe 2002: EU joined about 130 countries in agreeing ‘to significantly reduce the rate of biodiversity loss by 2010‘ worldwide 2002: EU joined about 130 countries in agreeing ‘to significantly reduce the rate of biodiversity loss by 2010‘ worldwideABER Biodiversitätsverluste steigen immer noch Biodiversitätsverluste steigen immer noch Schutz oft ad hoc und unkoordiniert Schutz oft ad hoc und unkoordiniert 2010 ist in einem Jahr 2010 ist in einem Jahr

46 8 69 Feucht- gebiets- arten EUFASOM Biodiversität

47 Mindestfläche in Millionen Hektare Lebensfähige Populationen Moore Feuchtwälder Feuchtwiesen Flussränder Gewässer All Feuchtgebiete

48 EU25 Bioenergie Potentiale Marginale Biomasse Kosten in Euro/ton Europäische Biomasse Produktion in Millionen Tonnen 10 Mha 30 Mha Feuchtgebiete = 40 Mha

49 3 Global FASOM Simulationen Havlík, P., U.A. Schneider, E. Schmid, H. Böttcher, S. Fritz, R. Skalský, Kentaro A., S. de Cara, G. Kindermann, F. Kraxner, S. Leduc, I. McCallum, A. Mosnier, T. Sauer, and M. Obersteiner (2009), Global land-use implications of first and second generation biofuel targets, submitted to Energy Policy. Havlík, P., U.A. Schneider, E. Schmid, H. Böttcher, S. Fritz, R. Skalský, Kentaro A., S. de Cara, G. Kindermann, F. Kraxner, S. Leduc, I. McCallum, A. Mosnier, T. Sauer, and M. Obersteiner (2009), Global land-use implications of first and second generation biofuel targets, submitted to Energy Policy. Schneider U.A., P. Havlík, E. Schmid, M. Obersteiner, T. Sauer, R. Skalský, S. Fritz (2009) Food production impacts of alternative global development scenarios, submitted to Population and Environment. Schneider U.A., P. Havlík, E. Schmid, M. Obersteiner, T. Sauer, R. Skalský, S. Fritz (2009) Food production impacts of alternative global development scenarios, submitted to Population and Environment. Sauer, T.P. Havlík, U.A. Schneider, G. Kindermann, M. Obersteiner (2009), Agriculture and resource availability in a changing world - the role of irrigation, revised for Water Research. Sauer, T.P. Havlík, U.A. Schneider, G. Kindermann, M. Obersteiner (2009), Agriculture and resource availability in a changing world - the role of irrigation, revised for Water Research. Schneider, U.A., C. Llull, and P. Havlík (2008), “Modeling Income Effects in a Partial Equilibrium Model”, The XIIth EAAE Congress, Ghent, Belgium, August 26-29, Schneider, U.A., C. Llull, and P. Havlík (2008), “Modeling Income Effects in a Partial Equilibrium Model”, The XIIth EAAE Congress, Ghent, Belgium, August 26-29, Sauer, T.P. P. Havlík, U.A. Schneider, G. Kindermann, and M. Obersteiner (2008), “Agriculture, Population, Land and Water Scarcity in a changing World – The Role of Irrigation”, The XIIth EAAE Congress, Ghent, Belgium, August 26-29, Sauer, T.P. P. Havlík, U.A. Schneider, G. Kindermann, and M. Obersteiner (2008), “Agriculture, Population, Land and Water Scarcity in a changing World – The Role of Irrigation”, The XIIth EAAE Congress, Ghent, Belgium, August 26-29, 2008.

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53 Schlussfolgerungen Landnutzung wichtig für Klimaschutz Landnutzung wichtig für Klimaschutz Klimaschutzbeitrag mit anderen Zielen koordinieren Klimaschutzbeitrag mit anderen Zielen koordinieren Landnutzungswettbewerb kein vermeidbares Übel Landnutzungswettbewerb kein vermeidbares Übel Globale Wechselwirkungen beachten Globale Wechselwirkungen beachten Emissionsorientierte Politikinstrumente Emissionsorientierte Politikinstrumente Globaler Altwaldschutz Globaler Altwaldschutz Kombinierte Landnutzungstechnologien Kombinierte Landnutzungstechnologien Everything is related with everything


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