Globale und Regionale Auswirkungen des Klimawandels „GloReA“ für Deutschland (3) SCHULE+plus Projekt: Jugend forscht John Niemann, Björn Bonin, Peter Gülzow, Projektleiter Dr. Ronald Eixmann Seewetterstation Bootshafen Kühlungsborn Einführung Regenerative Energien- Deutschland Gegenwart Zukunft Seit der Erfindung der Dampfmaschine von James Watt im Jahre 1769 ist der Mensch in der Lage, die über Jahrmillionen hinweg als fossile Brennstoffe auf der Erde gespeicherte Sonnenenergie für sich nutzbar zu machen. Die Folge war eine schnell wachsende Industrialisierung in Mitteleuropa ab 1850 bis zur Gegenwart. Deutschland und viele andere führende Industrienationen der Welt waren folglich maßgeblich an der anthropogenen Erhöhung der mittleren Temperatur um ca. 1 °C beteiligt. Deutschland kommt somit in Sachen Klimawandel eine besondere Rolle zu: zum einen ist Deutschland wie die gesamte weltweite Staatengemeinschaft vom Klimawandel betroffen, zum anderen besitzt Deutschland aber das notwendige Know-how, um die Entwicklung zur Nutzbarkeit regenerativer Energien maßgeblich voranzutreiben. Deutschland im (Klima-)Wandel „Regelwerk“ zur Klimapolitik Deutschland führende Industrienation (Innovation, Know-How, Geschichte) Deutschland vom Klimawandel betroffen (zunehmend Dürre, Überschwemmungen usw.) Deutschland: Bemühungen zum Kampf gegen den Klimawandel ( Umstellung auf erneuerbare Energien, Eintritt in Klimaschutzprogramme) Windenergie Biomasse Wasserkraft Geothermie Solarenergie Abb. A1: Hochwasserkatastrophe 2006 in Deutschland 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 [°C] 1,50 1,83 2,17 2,50 2,83 [°C] 1,50 1,83 2,17 2,50 2,83 [°C] Abb. C1: Tagesdurchschnitts-temperatur im Winter für den Zeitraum 1961 bis 1990 (blau geringe, rot hohe Temperaturen) Abb. C4: Szenario A1B Abb. C7: Szenario B1 Änderung der Temperaturen [in °C] für den Zeitraum 2071 bis 2100 verglichen mit dem klimatologischen Mittelwert 1961 bis 1990 (gelb geringe, dunkelrot starke Zunahme der Temperatur) Das regionale Klimamodell (REMO, Wettreg) resultiert aus dem globalen Problem des Klimawandels. Das MPI übernimmt dabei die Aufgabe der Modellentwicklung, die in Deutschland vom UBA gestellt wurde. Regenerative Energien- Weg in die Zukunft Erneuerbare Energien hatten an der deutschen Elektrizitätsversorgung im Jahr 2007 einen Anteil von 14 Prozent und sind damit zu einer tragenden Säule der Energiewirtschaft geworden. Sie leisten einen erheblichen Beitrag zum deutschen Klimaschutz, denn im Jahr 2007 haben sie den Ausstoß von knapp 110 Millionen Tonnen des Klimagases CO2 verhindert. Die Bundesregierung hat ambitionierte Ziele: bis 2020 soll der Anteil am Primärenergieverbrauch mindestens 10 Prozent (2007: 6,6%) betragen und an der Strombereitstellung mindestens 20 Prozent. bis 2050 soll mindestens die Hälfte des deutschen Primärenergieverbrauchs aus regenerativen Quellen stammen. Deutschland ist im Bereich der regenerative Energien weltweit die Nr.1 Umsatz von 22,9 Milliarden €, Export in Höhe von mehr als 8 Milliarden €, Arbeitsmarkt, bestehend aus 235.000 hervorragend ausgebildeten Kräften Investitionen in Höhe von 8,7Milliarden €. Regenerative Energien bezeichnen Energieformen aus Quellen, die sich in natürlichen Prozessen selbst regenerieren und unerschöpflich sind. Das Grundprinzip ihrer Nutzung besteht in der Abzweigung von Energie aus den in der Umwelt stattfindenden Prozessen und der Zuführung dieser in technische Verwendungen. Regenerativ stammt aus dem Englischen und bedeutet erneuerbar. Neben regenerativen Energien gibt es noch fossile Energieträger und nukleare Energie. Die fossilen Energieträger sind feste, flüssige oder gasförmige Kohlen- wasserstoffverbindungen, die aus Überresten von Lebens- formen entstanden sind. Zu den fossilen Energieträgern zählen Kohle, Erdöl und Erdgas. Im Gegensatz zu den regenerativen Energien sind diese Brennstoffe begrenzt. 100 300 500 700 900 [mm] -90,0 -50,0 -10,0 30,0 70,0 [%] -90,0 -50,0 -10,0 30,0 70,0 [%] Abb. C5: Szenario A1B Abb. C8: Szenario B1 Abb. C2: mittlere Nieder-schläge im Winter für den Zeitraum 1961 bis 1990 (gelb geringe, grün hohe Nieder-schläge) Änderung der Niederschläge [in %] für den Zeitraum 2071 bis 2100 verglichen mit dem klimatologischen Mittelwert 1961 bis 1990 (rot Abnahme, blau Zunahme der Niederschläge) Bioenergie ist die Energie von Biomasse. Zur Biomasse zählen Holz, Stroh, Mais, Getreide, Zuckerrüben, Raps, Biogas, Pflanzenöle, Bioabfälle, Exkremente, aber auch Algen. Die Energie kann dabei durch Verbrennung, Pyrolyse, alkoholische - und Methangärung gewonnen werden. Arten der Energie Formen (Anwendungsbeispiele) Bioenergie (aus Biomasse bzw. Energiepflanzen) Holz Pflanzenöl („Pöl“) Fettsäuremethylester (Biodiesel) BtL-Kraftstoffe (Bio-)Ethanol und Zellulose-Ethanol Biogas (Biogasanlage) Biowasserstoff (Dampfreformierung) Geothermie Tiefe Geothermie Oberflächennahe Geothermie Solarenergie Photovoltaik (Photovoltaikanlage) Solarthermie (Sonnenkollektor, Sonnenwärmekraftwerk) Solarchemie Thermik (Thermikkraftwerk) Wasserkraft Gezeitenkraft Strömungsenergie des Meeres Meereswärme Staudämme und Staumauern Osmosekraftwerk (Unterschiedlicher Salzgehalt von Süß- und Salzwasser) Wellenenergie des Meeres Windenergie (Windmühlen bzw. Windenergieanlage) Aufwind- oder Thermikkraftwerk -90,0 -50,0 -10,0 30,0 70,0 [%] -90,0 -50,0 -10,0 30,0 70,0 [%] Die Geothermie (Erdwärme) ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste ge- speicherte Wärme. Dabei handelt es sich um nutzbare, in der Erde gespeicherte Energie. Sie kann sowohl direkt benutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt (Wärmepumpenheizung), als auch indirekt zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in einer Kraft-Wärme-Kopplung. 100 300 500 700 900 [mm] Abb. C6: Szenario A1B Abb. C9: Szenario B1 Abb. C3: mittlere Nieder-schläge im Sommer für den Zeitraum 1961 bis 1990 (gelb geringe, grün hohe Nieder-schläge) Änderung der Niederschläge [in %] für den Zeitraum 2071 bis 2100 verglichen mit dem klimatologischen Mittelwert 1961 bis 1990 (rot Abnahme, blau Zunahme der Niederschläge) Abb. B1: Beschäftigte im Bereich der erneuerbaren Energien in Deutschland (2004 und 2006) Abb. B2: Leistung der regenerativen Energien in Deutschland (1900 bis 2006) Die Abbildungen C1 bis C3 (linke Seite: Gegenwart) zeigen den Ist-Zustand für die mittlere Temperatur (ganzjährig) sowie die Niederschlagsverteilung (Sommer- und Winterhalbjahr) für Deutschland. Beide meteorologische Parameter ändern sich in den nächsten 100 Jahren signifikant! Für das Klimaszenario A1B („business as usual“, Abb. C4 bis C6) sind die Folgen des Klimawandels sehr viel drastischer abzuschätzen als ein für das Szenario B1 (Menschheit verwendet auf globaler Ebene Umwelttechnologien, die Erdbevölkerung wächst kontrolliert, Abb. C7 bis C9). Trotz eines aktiven Klimaschutzes kann eine Veränderung des globalen Klimas in den nächsten Dekaden nur verringert, aber nicht verhindert werden, auch nicht für Mitteleuropa (Deutschland). Das deutsche Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (EEG) Es fördert den Ausbau von Energieversorgungsanlagen auf der Grundlage der Nutzung regenerativer Energien zur Stromproduktion. Bereits 47 Staaten (!) haben dieses Gesetz in den Grundsätzen übernommen. Grundgedanke ist ein fester Vergütungssatz für den erzeugten Strom, der sich an den Erzeugungskosten der jeweiligen Erzeugungsart orientiert, um so einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlagen zu ermöglichen. Gefördert wird die Erzeugung von Strom aus Wasserkraft, Deponiegas, Klärgas und Grubengas, Biomasse, Geothermie, Windenergie sowie solarer Strahlungsenergie. Solarenergie (Sonnenenergie) ist die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die als elektromagnetische Strahlung (Strahlungs- energie) zur Erde gelangt. Ein geringer Teil der Strahlung wird in der Atmosphäre reflektiert, ein weiterer absorbiert und in Wärme um- gewandelt. Die restliche (größter Anteil) Strahlung gelangt bis zur Erd- oberfläche. Dort wird die Strahlungsenergie in viele verschiedene Energieformen umgewandelt (Photosynthese, Photothermik oder Photovoltaik usw.). Nationale Klimaschutzinitiative des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Seit Beginn 2008 stehen dem BMU aus Verkauf von Emissionshandelszertifikaten bis zu 400 Mio. € für eine Klimaschutzinitiative zur Verfügung. Diese besteht aus nationalem Teil (280 Mio. €) und internationalem Teil (120 Mio. €). Im Fokus der Nationalen Klimaschutzinitiative stehen dabei Verbraucher, Wirtschaft, Kommunen sowie soziale und kulturelle Einrichtungen. Die Förderprogramme und Einzelprojekte sollen verfügbare klimafreundliche Technologien gezielt voranbringen. Zukunftsweisende Klimaschutztechnologien werden anhand von Modellprojekten demonstriert und verbreitet, außerdem werden Hemmnisse, die die Umsetzung von Klimaschutzmaßnahmen bisher verhindert haben, identifiziert und abgebaut. Literaturverzeichnis Wasserkraft (Hydroenergie) ist die Strömungs-energie von fließendem Wasser, die in ver-schiedene Energieformen umgewandelt wird. Früher wurde hauptsächlich die mechanische Energie aus Wasserkraft in Mühlen genutzt. Heutzutage erfolgt die Umwandlung in elektrische Energie in Wasserkraftwerken. - Deutsches Klimarechenzentrum - DKRZ - Intergovernmental Panel on Climate Change Report - IPCC - Max-Planck-Institut für Meteologie Hamburg - Umwelt Bundes Amt - UBA - Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit - BMU - nähere Informationen zu Posterfamilie „GloReA“ unter www.schulzentrum-kborn.de