Zwei Verwirklichungen von Paris-KompatibilitŠt

Zusammenfassung

Paris-KompatibilitŠt
In der Umsetzung des Pariser Klimaabkommens bewertet man die CO2-Emissionen mit einem Verfahren, das weiten Handlungsspielraum lŠsst. Es stŸtzt sich auf den 5. Sachstandsbericht (AR5) der Arbeitsgruppe 3 (WG3) des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) und besteht aus 2 Teilverfahren.

  1. einem Klimamodell. Das gibt uns an, wieviel CO2 global noch emittiert werden darf.
  2. einer Aufteilung des globalen CO2-Budgets.

Zu (1) Klimamodell
Mit der Angabe des global noch verfŸgbaren CO2-Budgets liefern Klimamodelle die beste Orientierung, die wir zur Zeit bekommen kšnnen. Wir mŸssen dabei aber ihre Begrenzungen berŸcksichtigen.

  • Insbesondere fehlen in Teilen von ihnen mangels besseren Wissens nichtlineare Prozesse. Wir reparieren die Klimamodelle dort z. Zt. durch patches, also Zusatzannahmen, wie die Annahme von Kipppunkten.
  • DarŸberhinaus liefern die Klimamodelle so unscharfe Ergebnisse, dass man mit informed guessing unter den Ergebnissen auswŠhlen muss.

Zu (2) Aufteilung
Das ungelšste Problem der gerechten Aufteilung des globalen CO2-Budgets auf z.B. Staaten oder weiter herab auf uns einzelne Menschen diskutiert die WG3 des IPCC im AR5. Weil es fŸr uns die gŸnstigste Lšsung ist, folgen wir IndustrielŠnder einer Andeutung der WG3 und verteilen das CO2-Budget gleichmŠ§ig auf alle Menschen der Erde (Equal-per-Capita VerteilungsschlŸssel, EPC). Dabei lassen wir uns die Freiheit zu entscheiden, wieviel von unseren bereits emittierten CO2-Mengen wir in Rechnung stellen. Das ist problematisch, weil wir jŠhrlich mehr CO2 emittieren als der globale Durchschnitt oder als uns nach EPC zustŠnde.

Klimakompetenz

Wegen der UnschŠrfe (1) und (2) kann Paris-KompatibilitŠt nur Orientierung auf unsicherem Terrain geben. Dementsprechend haben sich wiederum zwei wahrscheinlich gleichwertige Wege zur Paris-KompatibilitŠt herausgebildet.

  1. persšnliches Engagement
    Aus dem breiten Spektrum, das (1) und (2) anbieten, wŠhlen wir aus und reduzieren entsprechend unsere individuellen CO2-Emissionen, beteiligen uns an CO2-Reduktionsprojekten und wenden uns an unsere Legislative und Exekutive.
  2. Engagement der Wirtschaft
    Aus dem breiten Spektrum, das (1) und (2) anbieten, wŠhlt die Wirtschaft aus und plant entsprechend ihre Entwicklung hin zur KlimaneutralitŠt. Weil Deutschland nur zu etwa 2% an den globalen CO2-Emissionen beteiligt ist, wird ihr Hauptanliegen dabei sein, konkurrenzfŠhige Produkte und Verfahren zu entwickeln, die in der Klimakrise nachgefragt werden.

    • Paris-KompatibilitŠt ist somit ein Orientierungsrahmen dafŸr, welches Tempo dabei global vorgelegt wird.
    • Deutschland kšnnte als beta-Tester zeigen, wie eine hochindustrialisierte Gesellschaft die Klimakrise bewŠltigen kann.
    • Wenn unsere Politik die von der Wirtschaft seit einigen Jahren geforderten Rahmenbedingungen setzt, wŸrde Deutschland das Schaufenster sein, in dem zukunftsfŠhige Produkte ausgestellt werden.
    • BŸrger und Politik in Deutschland kšnnten aber aus wohlgemeinter Klima-Besorgnis alle Wirtschaftssektoren auf einen gleich steilen, aber ineffizienten Reduktionspfad zwingen. Dann fŸhrte Deutschland vor, wie schwer sich eine intelligente Gesellschaft trotz aller wirtschaftlicher Kompetenz tut, angemessen auf eine globale Bedrohung zu reagieren.

Offensichtlich laufen diese beiden Wege zur Paris-KompatibilitŠt nicht auf demselben Reduktionspfad - sie brauchen es wegen der UnschŠrfe (1) und (2) bei der Festlegung von Paris-KompatibilitŠt auch nicht. Die Pfade werden sich je nach unseren individuellen FŠhigkeiten bzw. den FŠhigkeiten der wirtschaftlichen Akteure stark unterscheiden.

Meine Hypothese
Je mehr wir auf die Kompetenz aller vertrauen kšnnen und selbst Kompetenz zeigen, desto zielfŸhrender wird die gesellschaftlich Diskussion bei der Auslegung von (1) und (2), und desto besser wird uns der gemeinsame beta-Test gelingen.

1. Klimamodell zur Berechnung des globalen CO2-Budgets

Die erste UnschŠrfe im Begriff "Paris-KompatibilitŠt" stammt aus dem Klimamodell, mit dem man das Paris-Ziel (1.5 ... 2 °C) in eine noch zur VerfŸgung stehende globale CO2-Emission Ÿbersetzt. Meist wird jetzt das TCRE-Modell benutzt (IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5¡C above pre-industrial levels ... (SR15, Chapter 2, Seite 105) (Abbildung 1). Es bringt Šhnliche Ergebnisse wie das Equilibrium Climate Sensitivity-Modell (ECS).

Danach ist die Global Mean Surface Temperature (GMST) eine lineare Funktion der kumulativen CO2-Emissionen. Die Steigung dieser linearen Funktion nimmt man willkŸrlich als um einen Mittelwert μ mit einer Breite σ normalverteilt an. Mit einem solchen FŠcher gibt das TCRE-Modell die Bandbreite der globalen ErwŠrmung GMST als Funktion der kumulativen CO2-Emissionen wieder, welche die Earth System Models (ESMs) liefern.

Der Einfluss von anderen Treibhausgasen wird zuweilen nŠherungsweise durch eine geringe vertikale Verschiebung des TCRE-FŠchers berŸcksichtigt. Dem folge ich hier: Wenn Reduktionspfade nur pauschal fŸr CO2eq angegeben werden, verschiebe ich der Figure 2.3 im SR15 folgend den TCRE-FŠcherursprung vertikal um 0.058 °C.


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Reproduktion der Originalabbildung auf Seite 105 von SR15 Chapter 2

Abb. 1: Die 15 Earth System Models (ESMs) und 5 Earth System Models of Intermediate Complexity (EMICS) liefern zu jeder kumulativen CO2-Emission einen Bereich, in dem die Global Mean Surface Temperature (GMST) liegt. Das TCRE-Modell stellt die Ergebnisse der Earth System Models nŠherungsweise mit einem FŠcher dar.

Die Steigungen der FŠchergeraden werden dazu als normalverteilt angenommen: Unterhalb der p%TCRE-Linie liegen p% der ESM-Ergebnisse.

GrŸnde fŸr die breite Fahne, in der GMST liegt, sind methodischer Art und die Parameter-Unsicherheiten. Die ESMs und EMICs unterscheiden sich in ihren Modellannahmen, die nach heutigem Wissensstand alle gleichberechtigt sind.

Nach meinem VerstŠndnis reprŠsentiert jede FŠcherlinie ein Spektrum von mšglichen Klimaprozessen, wie sie in den Earth System Models dargestellt werden.

  • Die FŠcherlinien unterscheiden sich nicht nur in der Auswahl der Klimaprozesse, die in den ESMs in Betracht gezogen werden, sondern auch in der StŠrke, mit der sie beitragen.
  • Unsere menschengemachten CO2-Emissionen kšnnen also ein Spektrum von Prozessen auslšsen, und jede Prozess-Kombination erzeugt seine eigene globale ErwŠrmung GMST.
  • In diesem Sinn ist die CO2-Emission fŸr die Erde so etwas wie eine Infektion eines Lebewesens: sie kann -je nach der Art und StŠrke des Immunsystems- eine Reihe von Symptomen und Krankheiten und daraus folgenden Fiebertemperaturen auslšsen.
  • In diesem Vergleich wŠre das Kohlenstoffkreislaufmodell ein Teil von Gaias Immunsystem.
  • Im Pariser-Klimaabkommen haben sich die IndustrielŠnder bei der Entwicklung von "Infektionsschutzma§nahmen" synchronisiert.

Die schwarze Linie mit schwarzen Punkten stellt den mittleren jŠhrlichen Verlauf dar, den die ESMs und EMICs liefern (nicht den beobachteten Verlauf). Sie setzt sich fort in der roten Linie gleicher Dicke, die den mittleren von ESMs/EMICs vorhergesagten Verlauf angibt. Die Vorhersage gilt fŸr den Representative Concentration Pathway RCP8.5, wobei 8.5 die durch menschengemachte Emissionen im Jahr 2100 erzeugte specific radiative forcing in Watt/m2 angibt (8.5 Watt/m2).

Bg(1.5C,33%) ist das globale CO2-Budget im Jahr 2010, das mit 33% TCRE-Wahrscheinlichkeit die globale ErwŠrmung ΔGMST bei 1.5 °C hŠlt. (TCRE-Wahrscheinlichkeit bezieht sich auf die angenommene Normalverteilung der TCRE-Modellergebnisse Ÿber den TCRE-FŠcher. Sie macht keine Aussage Ÿber die Wahrscheinlichkeit, mit der ΔGMST = Tlim = 1.5 °C nach einer kumulativen CO2-Emission Bg(1.5C,33%) eintritt).

Figure 2.3 | Temperature changes from 1850Ð1900 versus cumulative CO2 emissions since 1st January 1876.

  • Solid lines with dots reproduce the globally averaged near-surface air temperature response to cumulative CO2 emissions plus non-CO2 forcers as assessed in Figure SPM10 of WGI AR5, except that points marked with years relate to a particular year, unlike in WGI AR5 Figure SPM.10, where each point relates to the mean over the previous decade.
  • The AR5 data was derived from 15 Earth system models and 5 Earth system models of Intermediate Complexity for the historic observations (black) and RCP 8.5 scenario (red), and
  • the red shaded plume shows the range across the[se] models as presented in the AR5.
  • The purple shaded plume and the line are indicative of the temperature response to cumulative CO2 emissions and non-CO2 warming adopted in this report.
  • The 2010 observation of surface temperature change (0.97¡C based on 2006Ð2015 mean compared to 1850Ð1900, Chapter 1, Section 1.2.1) and cumulative carbon dioxide emissions from 1876 to the end of 2010 of 1,930 GtCO2 (Le QuŽrŽ et al., 2018) is shown as a filled purple diamond.
  • The value for 2017 based on the latest cumulative carbon emissions up to the end of 2017 of 2,220 GtCO2 (Version 1.3 accessed 22 May 2018) and a surface temperature anomaly of 1.1¡C based on an assumed temperature increase of 0.2¡C per decade is shown as a hollow purple diamond.
  • The thin blue line shows annual observations, with CO2 emissions from Le QuŽrŽ et al. (2018) and estimated globally averaged near-surface temperature from scaling the incomplete coverage and blended HadCRUT4 dataset (in Chapter 1).
  • The [vertical] thin black line shows the CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, YouTube video), multimodel mean estimate with CO2 emissions also from (Le QuŽrŽ et al., 2018).
  • The dashed thin black line shows the GMST historic warming trends from Chapter 1, which give lower temperature changes up to 2006Ð2015 of 0.87¡C and would lead to a larger remaining carbon budget.
  • The [vertical] black lines illustrate the remaining carbon budget estimates for 1.5¡C given in Table 2.2.
  • Note these remaining budgets exclude possible Earth system feedbacks that could reduce the budget, such as CO2 and CH4 release from permafrost thawing and tropical wetlands (see Section 2.2.2.2 on page 105 of SR15).

Quelle: SR15 Chapter 2, Seite 105


Mit dem TCRE-Modell berechnet man den Bereich, in dem das global verbleibende CO2-Budget liegen muss, wenn man die GMST zwischen 1.5 und 2 Grad Celsius halten will (Abbildung 2).


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Abb. 2: Das globale CO2-Budget Bg hŠngt vom Klimamodell ab, insbesondere davon, welche TCRE-FŠcherlinie man beliebig auswŠhlt.

ZusŠtzlich zur Fahne in Abbildung 1 ist hier nach Fig. 2.3, Seite 63 von Climate Change 2014, Synthesis Report eine zweite, Ÿberlappende Fahne eingezeichnet. WŠhrend die untere (die aus Abbildung 1) die Ergebnisse der ESMs/EMICs enthŠlt, wenn nur CO2 berŸcksichtigt wird, enthŠlt die obere die Ergebnisse der ESMs/EMICs, wenn alle Treibhausgase berŸcksichtigt werden.

Das im Jahr 2020 global zur VerfŸgung stehende CO2-Budget ist nur sehr unscharf vorhersehbar.

  • WŠhlt man die 50%TCRE-Linie, ist das CO2-Budget Bg(1.5°C, 50%TCRE) = 620 GtCO2
  • WŠhlt man die 67%TCRE-Linie, ist das CO2-Budget Bg(1.5°C, 67%TCRE) = 500 GtCO2
  • WŠhlt man die 90%TCRE-Linie, ist das CO2-Budget Bg(1.5°C, 90%TCRE) = 330 GtCO2

Zum Vergleich: (620 - 330) GtCO2 /(37 GtCO2) = 7.8, wobei 37 GtCO2 die globalen CO2-Emissionen im Jahr 2018 sind.

1.1 Resultat

Der TCRE-FŠcher ist sehr breit. Mir scheint, es gibt nur eine vage Vorstellung davon, welche unter den FŠcherlinien mehr VerlŠsslichkeit bieten (zur Erinnerung: im Argument von Bg(1.5°C, x%TCRE) gibt x den Prozentsatz von Modellergebnissen an, die GMST ≤ 1.5°C liefert. Ich verstehe x nicht als absolute Wahrscheinlichkeit fŸr GMST ≤ 1.5°C). Damit liegt das CO2-Budget Bg in einem UnschŠrfebereich, der Hunderte von GtCO2 umfasst. Zum Vergleich: 2018 wurden global 10 GtC = 37 GtCO2 emittiert.

2. Aufteilung des globalen CO2-Budgets

Die zweite Quelle fŸr die UnschŠrfe des Begriffs "Paris-KompatibilitŠt" ist die Aufteilung des globalen Budgets Bg auf die Weltbevšlkerung. IPCC WG3 AR5 (Chapter 6, Abschnitt 6.3.6.6 Regional mitigation costs and effort-sharing regimes, Seiten 458 ff (im Cache) gibt 3 grundlegende Modelle dafŸr, wie das globale CO2-Budget Bg unter den einzelnen Nationen verteilt werden kšnnte. Keines der Modelle kommt einer Verteilungsgerechtigkeit nahe (Kapitel 3 und Abschnitt 4.6.2 in IPCC WG3 AR5).


Die Industrienationen scheinen das Equal-Per-Capita-Modell zu bevorzugen. Es ist fŸr sie unter den 3 Modellen das vorteilhafteste.

3. Resultat: Paris-KompatibilitŠt

Berechnungsverfahren und Zusammenfassung

3.1 Fiktive Paris-KompatibilitŠt eines einzelnen Deutschen

Nach dem Equal-per-Capita-Modell steht jedem Menschen ein CO2-Budget Bg / (8 Milliarden) zur VerfŸgung. Aus Abbildung 2 kann man sein individuelles CO2-Budget ablesen, indem man die Werte GtCO2 auf der x-Achse durch 8 Milliarden Personen teilt. Beispiel: Paris-KompatibilitŠten mit 90%TCRE-Wahrscheinlichkeit.

Zum Vergleich: Im Jahr 2020 emittierte

3.2 Verschiedene Reduktionspfade

Im folgenden werden die Reduktionen der deutschen jŠhrlichen CO2-Emissionen thgx(t) (mit x = n oder d und t im Zeitraum 2020 bis 2060) auf Paris-KompatibilitŠt untersucht, die sich auf verschiedenen Reduktionspfaden ergeben.

3.2.1 Reduktionspfade nach Klimaschutzgesetz und nach VorschlŠgen aus Wirtschaft und Gesellschaft

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Abb. 3a: Gesetzlich vorgeschriebene und von Wirtschaft und Gesellschaft vorgeschlagene Reduktionspfade

KSG: Klimaschutzgesetz, FFF: Fridays For Future, BDI: Bundesverband der Deutschen Industrie, dena: dena-Leitstudie "Aufbruch KlimaneutralitŠt", CED: Circular Economy Deutschland.

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Abb. 3c: Modell-basierte Paris-KompatibilitŠt der Reduktionspfade des Klimaschutzgesetzes (KSG) und von Fridays For Future (FFF)

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Abb. 3b: Gesetzlich vorgeschriebene und von Wirtschaft und Gesellschaft vorgeschlagene Reduktionspfade Ÿberlagert mit dem TCRE-FŠcher fŸr ΔGMST = 1.7°C. (†berlagerungen mit TCRE-FŠchern fŸr ΔGMST = 1.5°C, ... 2.7°C)

  • Die FlŠche unter dem Reduktionspfad FFF
    Cn(FFF) = 100 Σti[thgFFF(ti)], mit ti = 2020, 2021, ... 2060
    ist ebenso gro§ wie die FlŠche
    Bg(1.5°C, 90%TCRE) unter der FŠcherlinie 90%TCRE. (Abb. 3c)
  • Die deutschen kumulativen Emissionen (nach FFF) entsprechend dem EPC-Modell mit dem Faktor 8 Milliarden Personen / (80 Millionen Personen) = 100 multipliziert fŸhren auf der 90%TCRE-FŠcherlinie bis 1.7 °C (Abb. 3c). Daher nennt man den FFF-Reduktionspfad "mit 90%TCRE-Wahrscheinlichkeit 1.7-Grad-kompatibel".

  • Analoges gilt fŸr die anderen Reduktionspfade.
    • KSG ist wegen
      Cn(KSG) = 100 Σti[thgKSG(ti)] = Bg(t°C, x%TCRE) unter der FŠcherlinie x%TCRE mit
      • x = 65%TCRE-Wahrscheinlichkeit t = 1.7-Grad-kompatibel (er hŠlt die 1.7-Grad-Grenze mit 65%TCRE-Wahrscheinlichkeit ein)
      • x = 90%TCRE-Wahrscheinlichkeit t = 1.9-Grad-kompatibel
    • dena ist mit
      • 50%TCRE-Wahrscheinlichkeit 1.7-Grad-kompatibel
      • 90%TCRE-Wahrscheinlichkeit 2.1-Grad-kompatibel
    • CED ist mit
      • 40%TCRE-Wahrscheinlichkeit 1.7-Grad-kompatibel.
      • 90%TCRE-Wahrscheinlichkeit 2.2-Grad-kompatibel
    • BDI95 ist mit
      • etwa 50%TCRE-Wahrscheinlichkeit 1.7-Grad-kompatibel.
      • 90%TCRE-Wahrscheinlichkeit 2.1-Grad-kompatibel
    • BDI80 ist mit
      • etwa 40%TCRE-Wahrscheinlichkeit 1.7-Grad-kompatibel.
      • 90%TCRE-Wahrscheinlichkeit 2.5-Grad-kompatibel


3.2.2 Reduktionspfade eines einzelnen Deutschen (CO2-Rechner des Umweltbundesamts) nach Klimaschutzgesetz

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Abb. 4: Reduktionspfade fŸr individuelle CO2-Emissionen (6.8 tCO2eq/(Person a). Zum Vergleich: FFF-Pfad.

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Abb. 4a1: Modell-basierte Paris-KompatibilitŠt des durchschnittlichen Deutschen besteht nicht. (Reduktionspfad)

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Abb. 4a2: Reduktionspfad nach Klimaschutzgesetz, Emissionsrate im Jahr 2020 nach Uba-CO2-Rechner fŸr durchschnittlichen Deutschen (9.6 tCO2eq/(Person a), zusammen mit modellbasierten Paris-konformen Pfaden (20%TCRE bis 90%TCRE) fŸr 2.1°C

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Abb. 4b1: Modell-basierte Paris-KompatibilitŠt eines Deutschen mit reduziertem CO2-Fu§abdruck besteht. (Reduktionspfad)

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Abb. 4b2: Reduktionspfad nach Klimaschutzgesetz, Emissionsrate im Jahr 2020 nach Uba-CO2-Rechner fŸr Deutschen mit 7.3 tCO2eq/(Person a), zusammen mit modellbasiert Paris-konformen Pfaden (20%TCRE bis 90%TCRE) fŸr 1.6°C

Das Umweltbundesamt beziffert die Aufteilung unseres individuellen Beitrags auf Lebensbereiche. Danach haben die folgenden AktivitŠten den gleichen CO2-Fu§abdruck:

Jede einzelne Position in dieser Liste ist zusammen mit einer durchschnittlichen individuellen CO2-Bilanz in den restlichen Lebensbereichen Paris-kompatibel. Dasselbe gilt fŸr eine Kombination mit entsprechend reduzierten Werten (z.B. 100 Euro "sonstiger Konsum", 250 Liter/Jahr Kraftstoffbrauch, 0 Flug- und Schiffreisen).

Mšglichkeit 2: Paris-KompatibilitŠt der Wirtschaft

Damit die deutsche Wirtschaft auf dem Weltmarkt bestehen und zur globalen KlimaneutralitŠt beitragen kann, kšnnte Deutschland als sog. beta-Tester vorfŸhren, dass sogar ein hochentwickeltes Industrieland klimaneutral werden kann. Die Wirtschaft hat technisch-wirtschaftlich erreichbare Reduktionsziele vorgelegt, mit denen sie glaubt, einen Platz im globalen Wettbewerb um klimaneutrale Produkte zu erreichen.


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Abb. 5.1: THG-Minderungen nach der Leitstudie "Aufbruch KlimaneutralitŠt" (2021) der Deutschen Energie-Agentur (dena). Die CO2-Reduktionen sind identisch mit denen im Klimaschutzgesetz (2021)

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Abb. 5.2: Der THG-Minderungspfad nach dena-Leitstudie "Aufbruch KlimaneutralitŠt" (2021) zusammen mit modellbasiert Paris-konformen Pfaden (20%TCRE bis 90%TCRE) fŸr 1.9°C



Version: 21.10.2021

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