VL04: Erneuerbare Ressourcen

Question 1

Nenne Bsp. für erneuerbare/regenerierbare Ressourcen.

Was ist ihr Hauptcharakteristikum?

Answer 1

Nachwachsende Rohstoffe
- Fische, Wälder (natürliches Wachstumsvermögen)

Regenerierbare Rohstoffe
- Wasser, Atmosphäre (Regenerierbarkeit)
- Acker- bzw. Weideland (Regenerierbarkeit)

Hauptcharakteristikum: natürliches Wachstumsvermögen (Bestand wächst) bzw. Regenerierbarkeit (Bestand erneuert sich)

Question 2

Was passiert bei übermäßiger Nutzung mit erneuerbaren Ressourcen?

Answer 2

Bei übermäßiger Nutzung kann auch der Bestand erneuerbarer Ressourcen irreversibel zerstört werden.

(Erklärung mit Schäfer-Modell liefern)

Question 3

Zeichne und erkläre das Schäfer-Modell.

Answer 3

vgl. Folie 84

x(X) = r * ( X) * (1 - X / Xmax)

• w (X) = jährliches Wachstum
• r = Wachstumsparameter
• Statisches Modell
• Für natürliche nachwachsende
  Ressourcen (natürlichem Wachstum)
  (Bsp. Wald- und Fischbestand, NICHT Agrarwirtschaft und EE, NICHT für Wasser)
  (Häufig Allmendegüter)
• Funktion, die Zusammenhang zwischen Wachstum und aktuellem Bestand abbildet
• Logistische Wachstumsfunktion (umgekehrte Parabel)
• x(Xmsy) = Ymsy = Maximum sustainable yield (nachhaltige Ernte)
• Entnahme > Wachstum → Bestand wird geschmälert

Question 4

Erkläre maximum sustainable yield im Schäfer-Modell.

Answer 4

Graphisch: maximale Wachstumsrate
x(Xmsy) = Ymsy = Maximum sustainable yield (nachhaltige Ernte)

Menge, die beim entsprechenden Bestand maximal entnommen werden kann ohne, dass sich der Bestand schmälert

Question 5

Zeichne und erkläre das Schäfer-Modell mit einem Schwellenwert Xmin.

Answer 5

x(X) = r * ( X - Xmin) * (1 - X / Xmax)

Xmin: Wenn der Bestand diesen Wert unterschreitet, stirbt die Population aus.
(Grund: negative Wachstumsrate)

vgl. Folie 6 (Nicht Wrap-Up)

Question 6

Was ist problematisch am Schäfer-Modell?

Answer 6

Vereinfachte Betrachtung:
a) Umwelteinflüsse (Bsp. Klimawandel) und deren Aspekte (Bsp. Schutzmaßnahmen) werden nicht berücksichtigt
b) Modell liefert ein statisches GG, dynamische Einflüsse werden nicht berücksichtigt

Question 7

Zwischen welchen zwei Biomassebegriffen wird unterschieden?

Answer 7

Ökologischer und energietechnischer Biomassebegriff

Question 8

Was beschreibt der ökologischer Biomassebegriff?

Answer 8

• Gesamtheit der Masse aller Pflanzen und Lebewesen
  (Stoffe mit organischer Herkunft, kein fossilen Ursprung)
• Angabe pro Volumen- / Flächeneinheit
• Unterscheidungen der Begriffsdefinitionen
  a) Nur lebende Biomasse vs. Lebende und abgestorbene Biomasse
  b) Gesamtmasse (inkl. Wassergehalt) vs. Trockene Biomasse (Abzug Wassergehalt)
• Eingrenzung: Nur biogene Rohstoffe
  (Biogene Rohstoffe: vom Menschen nutzbare Biomasse: Nahrungs- und Futtermittel, stofflich oder energetisch nutzbare Biomasse)

Question 9

Was beschreibt der energietechnische Biomassebegriff?

Gib Bsp. für energietechnische Biomasse

Answer 9

• Def. EE-Richtlinie (RED2) in EU
  („Biologisch abbaubare[r] Teil von Erzeugnissen, Abfällen und Reststoffen der Landwirtschaft […], der Forstwirtschaft […] sowie [der] biologisch [abbaubare] Teil von Abfällen aus Industrie und Haushalten“)
• Def. Biomasseverordnung in DE:
  („Biomasse […] sind Energieträger aus Phyto- und Zoomasse. Hierzu gehören auch […] Folge- und Nebenprodukte, Rückstände und Abfälle, deren Energiegehalt aus Phyto- und Zoomasse stammt.“)
• Im Grund wird der ökologischen Begriff durch Neben-, Rest und Abfallstoffe aus Biomasse konkretisiert
• Bsp. Pflanzen- und Tierbestandteile, Abfälle und Nebenprodukte pflanzlicher und tierischer Herkunft aus Land-, Forst- und Fischwirtschaft, Bioabfälle

Question 10

Wofür kann Biomasse generell verwendet werden?

Answer 10

Nahrungs- und Futtermittel

Stoffliche Nutzung

Energetische Nutzung
a) Wärme- / Stromerzeugung
b) Kraftstoffe

Question 11

Gib Anwendungsbeispiele für die stoffliche Nutzung von Biomasse.

Answer 11

Stoffliche Nutzung
- Holz- / Zellstoff (Bsp. Holz, Hanf)
- Fasern (Bsp. Hanf)
- Öle / Fette (Bsp. Raps)
- Farbstoffe (Bsp. Safran)
- Stärke (Bsp. Maisstärke)
- Zucker (Bsp. Zuckerrübe)

Question 12

Worin wird bei der energetische Nutzung von Biomasse unterschieden?

Answer 12

Energetische Nutzung
- Feste Biomasse (Bsp. Holzpellets)
–> Für a)
- Gasförmige Biomasse (Bsp. Biogas/Biomethan)
–> Für a) und b)
- Flüssige Biomasse (Bsp. Rapsöl, Biodiesel)
–> Für a) und b)

a) Wärme- / Stromerzeugung
b) Kraftstoffe

Question 13

Nenne die wesentlichen Limitationen
für die Nutzung von (Anbau-)Biomasse.

Answer 13

(Globale) Flächenverfügbarkeit

Question 14

Woraus resultieren generell Nutzungskonkurrenzen z. B. bei Biomasse?

Answer 14

• Begrenzte Potenziale
• Vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten

Question 15

Wie ist die Nutzung weltweiter Landflächen/Agrarflächen/Ackerflächen verteilt?

Answer 15

Weltweiten Landfläche
- 30 % Waldflächen
- 37 % Agrarflächen
- Rest: Städte, Wüste, Berge etc.

Weltweite Agrarflächen
- 67 % Weideland
- 33 % Ackerland

Weltweite Ackerflächen
- 20 % Nahrungsmittel
- 70 % Futtermittel
- 10 % Energetische und stoffliche Biomassenutzung

vgl. Folie 88

Question 16

Welcher Trend ist bei der Verteilung von Landflächen/Agrarflächen/Ackerflächen in den letzten Jahrzehnten zu beobachten?

Answer 16

Weltweite Zunahme an Agrarflächen und Abnahme an Waldfläche (ca. 3% p. a.)

Question 17

Nutzungskonkurrenzen und Nachhaltigkeitsdiskussion

Erkläre die „Tank gegen Teller“-Debatte.

Answer 17

• Anbauflächen für die Erzeugung von Biokraftstoffen stehen nicht mehr für den Anbau von Nahrungs- oder Futtermitteln zur Verfügung (Limitation: Flächenverfügbarkeit)
• Folgen Nutzungskonkurrenz:
  a) Rodung von Waldflächen zur Gewinnung neuer Anbauflächen (Bsp. Palmölplantagen)
  b) Erhöhung von Nahrungsmittelpreisen (Bsp. Mais)
• Substitutionsmöglichkeiten Biokraftstoffe sind gegeben (Bsp. E-Motor vs. Biodiesel)
• Ausblick: Verschärfung von Nutzungskonkurrenz bei Biomasse:
  a) Bevölkerungswachstum, Anstieg Kalorienaufnahme pro Kopf (Bis 2050 müssen ~70 % mehr Lebensmittel produziert werden als heute)
  b) Weltweiter Energieverbrauch steigt
• Politische Reaktion in Europa: verstärkte Nachhaltigkeitsanforderungen an Anbauflächen für die Erzeugung von Biokraftstoffen (Bsp. RED 2 in EU)
  → Flächenrestriktionen von Biomasse für energetische Nutzung

Question 18

Worum geht es bei der Kaskadennutzung?

Für welche Art Rohstoffe kann sie angewendet werden?

Answer 18

• Anwendbar bei nachwachsenden Rohstoffen
• Ablauf
  1) Stoffliche Nutzung so häufig, so lange und so effizient wie möglich (Wiederverwendung, Re- und Upcycling)
  2) Energetische Nutzung am Ende des Lebenszyklus
  (→ von hoher zu geringer Wertschöpfung)
• Aus Nachhaltigkeitsgesichtspunkten zu präferierende Nutzungsart
• Kaskadennutzung: Die „sequentielle Nutzung von biogenen Rohstoffen für stoffliche und energetische Anwendungen.“

1) Bereitstellung von nachwachsenden/biogenen Rohstoffen
2) Be- und verarbeitung
3) Stoffliche Nutzung
–> Wiederverwendung –> 3)
–> Up- bzw. recycling –> 2)
4) Energetische Nutzung

Question 19

Gib ein Bsp. für Kaskadennutzung.

Answer 19

Bsp. Holzkaskade:

1) Vollholzmöbel (Stoffliche Nutzung)
2) Spanplatte (Stoffliche Nutzung)
3) Recycled Spanplatte (Stoffliche Nutzung)
4) Holzbriketts (Energetische Nutzung)

Question 20

Wofür wird Biomasse weltweit am häufigsten verwendet?

Answer 20

Futter- und Nahrungsmittelproduktion

Question 21

Welcher Rohstoff wird in der stofflichen- und energetischen Biomasseverwendung weltweit mit Abstand(!) am häufigsten verwendet?

Answer 21

Holz

Question 22

Wahr oder falsch?

Die Potenzialschätzungen von Biomasse variieren sehr stark.

Answer 22

Wahr!

Question 23

Warum weichen die Bioenergiepotenzialschätzungen so stark ab?

Answer 23

• Bei Schätzungen wurden unterschiedliche Annahmen getroffen
  (Bsp. Nur landwirtschaftliche Flächen vs. Forstzuwachs und Reststoffe aus Land- und Forstwirtschaft)
• Die Auslegung des nachhaltigen Bioenergiepotenzials ist unterschiedlich
  (Bsp. Ist die Verwendung von Anbauflächen für die Erzeugung von Biokraftstoffen nachhaltig? (Tank vs. Teller))

Question 24

Wie sieht eine nachhaltige Nutzungsstrategie von Biomasse aus?

Answer 24

• Energetische Nutzung vs. Nahrungs- und Futtermittelproduktion
  –> „Tank gegen Teller“: Nutzung von Biomasse für Futter- und Nahrungsmittel soll ggü. energetischer Nutzung bevorzugt werden (EE-Richtlinie/RED 2: max. 7% Biokraftstoffe aus Futter- und Nahrungsmitteln)
• Energetische Nutzung
  –> Rest- und Abfallstoffen für die energetische Nutzung (in Deutschland werden nur ~70% vom tech. Biomasse-Reststoffpotential genutzt)
• Stoffliche und energetische Nutzung
  –> Kaskadennutzung: Die „sequentielle Nutzung von biogenen Rohstoffen für stoffliche und
  energetische Anwendungen.“ (von hoher zu niedriger Wertschöpfung)
• Generell
  –> Höhe der Entnahme von nachwachsenden Rohstoffen (NaWaRos) sollte dem maximum sustainable yield im Schäfer-Modell entstprechen
  (Menge, die beim entsprechenden Bestand maximal entnommen werden kann ohne, dass sich der Bestand schmälert)

(nochmal checken lassen)

Question 25

Wie groß ist das Potential von Rest- und Abfallstoffen für die stoffliche und energetische Nutzung in Deutschland?

Answer 25

Biomasse-Reststoffpotential für die stoffliche und energetische Nutzung in Deutschland
- Theoretisch: ~150 Mio. t Trockensubstanz
- Technisches: 65% vom theoretischen
- Genutztes tech. Potential: ~70% vom technischen
- Genutztes tech. Potential –> ~50% Stoffliche und ~50% energetische Nutzung

vgl. Folie 93

Question 26

Welche ungenutzten Biomasseenergiepotenzial hat Deutschland für 2050?

Answer 26

Energie aus Landwirtschaft
- Potential derzeit zu 2/3 ungenutzt
- Potential aus Landwirtschaft in Literatur umstritten

Energie aus Holz
- Potential derzeit zu Potential derzeit zu 1/3 ungenutzt

Energie aus Abfällen
- Potential derzeit fast ausgeschöpft

Question 27

Was versteht man unter BECCS?

Beschreibe das Vorgehen.

Answer 27

BECCS: bioenergy with carbon capture and storage

Generelle Definition:
- BECCS zielt darauf ab, CO2 aus Bioenergie-Anwendungen abzuscheiden und ein zu speichern, um neg. Netto-Emissionen zu erreichen

Vorgehen:
- Anbau von Energiepflanzen in großem Stil
–> Entzug von CO2 aus der Atmosphäre
- Nutzung in Biogasanlagen oder von Ethanolerzeugern
–> Dabei entstehendes CO2 wird aus Abgasstrom getrennt, anschließende Nutzung von CCS (carbon capture and storage)
- Mögliche Lagerstätten beim CCS: alte Lagerstätten für Erdöl oder –gas, ehemalige Salzwasserdepots

Question 28

Was ist die Kritik an BECCS?

Gehe dabei auf Rentabilität und Anreize bzgl. BECCS ein.

Answer 28

BECCS: bioenergy with carbon capture and storage

Generelle Definition:
- BECCS zielt darauf ab, CO2 aus Bioenergie-Anwendungen abzuscheiden und einzuspeichern (CCS), um neg. Netto-Emissionen zu erreichen

Kritik:
- Probleme von groß angelegter Energiepflanzenanbau
a) ökologischen Problemen (Bsp. Monokulturen –> neg. Auswirkungen Böden)
b) Potenziallimitation (Flächenverfügbarkeit) + “Tank vs. Teller”-Debatte

Rentabilität und Anreize
- Rentabilität: CCS erfordert sehr hohen Energieverbrauch + Tiefenbohrungen für den Speicher –> teuer
- Anreize: Aktuell gering, da CO2-Preis auf nicht ausreichendem Niveau und keine Vergütung von neg. Emissionen

Trotzdem
- BECCS Teil vieler 1,5°C Szenarien, trotz vieler Unsicherheiten und Annahmen

Question 29

Wieviel Biomasse wird in Deutschland jährlich genutzt?

Wofür und welchem Umfang wird diese hauptsächlich verwendet?

Answer 29

~270 Mio. t/Jahr Biomasse

Davon 110 Mio. t/Jahr als Futtermittel

Question 30

Wahr oder falsch?

Deutschland importiert einen großen Teil der direkt und indirekt genutzten Biomasse.

Answer 30

Wahr!

Question 31

Wo werden in Deutschland stofflich genutzte nachwachsende Rohstoffe werden vor allem eingesetzt?

Answer 31

In der chemischen Industrie

Question 32

In welchen Sektoren wird in Deutschland energetisch genutzte Biomasse vor allem eingesetzt?

Answer 32

Wärme (Bsp. Holzpelletheizungen)
- Anteil Biomasse an erneuerbarer Wärmebereitstellung > 85%

Strom (Bsp. Biomassekraftwerke)
- Anteil Biomasse an Stromerzeugung ~20%
- Anteil Biomasse wächst seit Jahren nicht mehr

Verkehr (Biokraftstoffe, Bsp. Biodiesel)
- Anteil Biomasse an Kraftstoffverbrauch ~6%

Question 33

Wie kann Klimaschutz im Landwirtschaft- und dem Biomasse- / Bioenergiesektor verbessert werden?

Answer 33

(- Über die Bewirtschaftungsstrategien)
- Über die (Reduktion der) Viehhaltung
- Über BECCS

Question 34

Warum ist Wasser ein zentraler Faktor des Klimasystems?

Answer 34

• Wärmekapazität des Ozeans
• Wolkenbildung beeinflusst Strahlungsbilanz der Erde

Question 35

Beschreibe die Wasserreserven der Erde

Answer 35

Wasserreserven der Erde
- Ozeane ~97 %
- Süßwasser ~2 %
- Salziges Grundwasser ~1%

Süßwasser
- Eis, Schnee und Permafrost
» Grundwasser
» Seen, Flüsse, Feuchtgebiete
» Atmosphäre

(Süßwasser
- Grundwasser 0,76 %
- Eis, Schnee und Permafrost 1,74 %
- Seen, Flüsse, Feuchtgebiete 0,007 %
- Atmosphäre 0,001 %)

Question 36

Beschreibe den Wasserverbrauch in verschiedenen Sektoren in Deutschland.

Answer 36

Gesamtverbrauch
159,5 Mrd. km3 pro Jahr
- ~70% Landwirtschaft
- ~10% Haushalte
- ~20% Industrie

Question 37

Wieviel Wasser verbraucht jede*r Deutsche direkt und indirekt pro Tag?
(inkl. Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft)

Wieviel Wasser verbraucht jede*r Deutsche direkt pro Tag?

Answer 37

Laut einer Studie des WWF aus dem Jahr 2009 verbraucht jede*r Deutsche direkt und indirekt knapp 7200 Liter am Tag

Direkter Wasserverbrauch pro Tag pro Kopf: 122l

Question 38

1) Was ist virtuelles Wasser?

2) Welche Kategorien von virtuellem Wasser gibt es?

Answer 38

1) Um die vom Menschen (für die Erzeugung unserer Produkte) benötigte Wassermenge zu berechnen, greifen Experten auf drei Kategorien zurück.

2) Kategorien

Grünes virtuelles Wasser
- Regenwasser, das im Boden gespeichert wird und den Pflanzen beim Wachstum zur Verfügung steht

Blaues virtuelles Wasser
- Fließt in Flüsse, Seen, Grundwasser und Gletscher
- 90% des „blauen Wassers“ wird durch den Menschen für die Herstellung von Produkten entnommen

Graues virtuelles Wasser
- Wurde so stark verschmutzt, dass es nicht mehr genutzt werden kann

Question 39

Welche Länder importieren am meisten virtuelles Wasser?

Answer 39

Europa, Mexiko, Japan

Question 40

Wie ist Wasserstress definiert?

Answer 40

Wasserstress = jährliche Wasserentnahme / jährliche Wasserverfügbarkeit

Question 41

Welche Einfluss hat der Klimawandel auf weltweite Wasserverfügbarkeit?

Answer 41

• Bei höheren Temperaturen hat die Luft eine höhere Aufnahmefähigkeit von Wasser – die Wasserverdunstung nimmt zu
• In vielen Regionen, insbesondere Entwicklungsländern, wird der Wasserstress zunehmen
• Dies führt zu einem verstärkten Auftreten von Dürren

Question 42

Welche Zweige innerhalb der Wasserwirtschaft gibt es?

Was ist die Aufgabe der Wasserwirtschaft?

Answer 42

• Wassermengenwirtschaft
• Wassergütewirtschaft (–> Wasserqualität)

Grundlegende Aufgaben der Wasserwirtschaft:
– Gleichmäßige Bereitstellung des Wassers
– Sicherung der Wasserqualität
– Nachhaltige Nutzung der Wasserressourcen

Question 43

Wo wird in Zukunft Wasserstress extrem zunehmen?

Answer 43

USA, Mexiko

MENA-Region
- Naher-Osten (Bsp. Irak)
- Nordafrika (Bsp. Libyen)

China, Indien

Australien

Südafrika

Chile

Question 44

Gib die Kategorisierung der globalen Wasserprobleme wieder.

Answer 44

A) Wasserknappheit
- Wassernachfrage (Entnahme)
* Bevölkerungswachstum
* Wirtschaftswachstum
* Urbanisierung
* Künstliche Bewässerung in der Landwirtschaft
- Wasserdargebot (Verfügbarkeit)
* Klimawandel
* Trockenheit
* Dürren
* Gletscherschmelze

B) Wasserverschmutzung
- Gefährdung der menschlichen Gesundheit
* Wasserknappheit
* Bakterien und andere pathogene Organismen
* Pestizide und andere Chemikalien
* Nitrat (NO3) im Grundwasser
- Störung der (Wasser-) Ökosysteme
* Wasserknappheit
* Organische Wasserverschmutzung
* Wasserverschmutzung durch Pestizide und andere Chemikalien
* Versauerung (Bsp. Weltmeere)
* Eutrophierung
(Anreicherung von Nährstoffen in ursprünglich nährstoffarmen Gewässern)

Question 45

Wie hat sich der private Wasserverbrauch in Deutschland mengenmäßig seit den 1990er verändert?

Answer 45

In Deutschland ist der private Wasserverbrauch seit den 1990ern stark gesunken.

Question 46

Privatisierungen vs. Rekommunalisierung von Wasserunternehmen in Deutschland. Was ist der vorherrschende Trend?

Answer 46

Es ist eine Zunahme der Rekommunalisierung von Wasserunternehmen zu beobachten.

Question 47

Def. Wasserentnahme
Auf Dauer oder vorübergehend abgeleitetes Wasser jeglicher Herkunft. Eine Grundwasserentnahme über einen beliebigen Zeitraum ist definiert als Differenz zwischen der aus den Aquiferen abgeführten Gesamtwassermenge und der Menge, die den Aquiferen künstlich zugeführt oder injiziert wird. Wasserentnahmen aus Niederschlägen (z. B. gesammeltes Regenwasser) sollten zu den Entnahmen aus dem Oberflächenwasser gezählt werden. Künstlich aufgefüllte oder injizierte Wassermengen zählen bei der Wasserressource als Entnahme, bei welcher sie ursprünglich entnommen wurden.

Wie ist die Wasserentnahme in Deutschland nach Wirtschaftsbereichen aufgeteilt?

Answer 47

In 2013

• Wärmekraftwerke ~50 %
  (hauptsächlich Kühlwasser)
• Bergbau und Industrie ~25 %
• Öffentliche Wasserversorgung ~25 %
• Landwirtschaftliche Beregnung ~ 1 %

Question 48

Wie hoch ist die Importquote bei Biomasse in Deutschland?

Answer 48

In Deutschland wird ~70 % der Biomasse direkt oder indirekt importiert.

Question 49

Wo wird Bioenergie in Deutschland genutzt?

Answer 49

In 2019:

• Anteil an Wärmebereitstellung aus EE: 85 % Biomasse
  (hauptsächlich: Holzpellets und Biogas)
• Anteil an EE Erzeugung: ~20 % Bioenergie
  (kein Ausbau sondern Bestandserhaltung ist geplant)
• Kraftstoffverbrauch in Deutschland: ~5 % Biokraftstoffe

Question 50

Wende das Hartwick Konzept auf Wassernutzung an. Gehe dabei speziell auf die Wasserdargebotsmenge und Wasserqualität ein.

Answer 50

Strike Nachhaltigkeit
- Wasserdargebotsmenge: Die Nutzungsrate soll die natürliche Regeneration nicht übersteigen
- Wasserqualität: Schadstoffbelastungen sollen sich im Rahmen der natürlichen Assimilationskapazität bewegen

Schwache Nachhaltigkeit
- Wasserdargebotsmenge: Abbau von Beständen ist zulässig sofern ein wirtschaftlicher Wert damit geschaffen wird
- Wasserqualität: Schadstoffbelastung darf über die natürlichen Assimilationskapazität hinausgehen sofern ein wirtschaftlicher Wert damit geschaffen wird

(Substitutionsmöglichkeiten: Wirtschaftlicher Wert wird durch Wasserverwendung generiert)

Question 51

Beschreibe den schematischen Weg des Trinkwassers.

Answer 51

1) Wassergewinnung: Rohwasser
- Grundwasser, Quellwasser etc.

2) Wasseraufbereitung
- Filterung, Oxidation, Entsäurung

3) Wasserförderung (/ Transport)
- Pumpen, Antriebsmaschinen etc.

4) Wasserspeicher
- Wassertürme etc.

5) Wasserverteilung
- Fernleitung, Versorgungsleitungen etc.

Question 52

Wahr oder falsch?

Wassernutzung in Deutschland
~82 % sind ungenutzt
~15 % nicht öffentliche Wasserversorgung
~3 % öffentliche Wasserversorgung

Answer 52

Wahr!

Question 53

Wahr oder falsch?

Viele nachwachsende und erneuerbare Rohstoffe sind/werden Allmendegüter. Dies führt ohne Regulierung häufig zu übermäßiger Nutzung der Ressource.

Bsp. Wald- und Fischbestände

Answer 53

Wahr!