Im Gegensatz zu den Behauptungen der Befürworter des Green New Deal und von Net Zero sind fossile Brennstoffe die grünsten Energieträger.

Erstens wird bei der Nutzung fossiler Brennstoffe CO2 freigesetzt, das die eigentliche Quelle des elementaren Bausteins Kohlenstoff ist, der in allen kohlenstoffbasierten Lebewesen, d. h. praktisch allem Leben auf der Erde, vorkommt, was unter den Energiequellen einzigartig ist.

Die zunehmende Amplitude des saisonalen Zyklus des atmosphärischen CO2 und satellitengestützte Instrumente zur Messung der sonneninduzierten Chlorophyllfluoreszenz von Pflanzen liefern direkte Beweise dafür, dass die globale photosynthetische Aktivität (oder Bruttoprimärproduktion, GPP, ein Maß für die Veränderung der globalen Biomasse) in den letzten Jahrzehnten zugenommen hat (Frankenberg et al. 2011; Graven et al. 2013). Die beobachteten Schwankungen (Campbell et al. 2017) des atmosphärischen CO2 in den letzten zwei Jahrhunderten stehen im Einklang mit einer steigenden Primärproduktivität. Andere Satellitenstudien zeigen ebenfalls, dass die Erde in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich grüner geworden ist (Zhu et al. 2016; Piao et al. 2020). Zweitens haben die von fossilen Brennstoffen abhängigen Technologien die landwirtschaftlichen Erträge direkt oder indirekt um mindestens 167 % erhöht (Goklany 2021). Dieser Anstieg der landwirtschaftlichen Produktivität ist auf den Einsatz von Technologien zurückzuführen, die von fossilen Brennstoffen abhängig sind, insbesondere Stickstoffdünger, Pestizide und Kohlendioxiddüngung, die aus den Emissionen fossiler Brennstoffe stammen. Dies hat es den Menschen ermöglicht, ihren Nahrungsmittelbedarf mit weniger Anbauflächen zu decken, wodurch wiederum Flächen für die übrige Natur frei werden. Ohne fossile Brennstoffe müsste also mindestens 167 % mehr Land bewirtschaftet werden, um die weltweite Nahrungsmittelproduktion auf dem derzeitigen Niveau zu halten. Das entspräche einer Erhöhung der derzeitigen Anbaufläche von 12,2 % der globalen Landfläche (FAO 2019) auf 32,7 %. Die Umwidmung von Lebensraum (Land) für die Landwirtschaft gilt jedoch schon jetzt als die größte Bedrohung für die weltweite biologische Vielfalt. Fossile Brennstoffe haben daher nicht nur die Produktivität von bereits umgewandeltem Lebensraum erhöht, sondern auch die Umwandlung von mindestens weiteren 20,4 % der globalen Landfläche verhindert.

Folglich leben heute zehnmal mehr Menschen auf der Welt (7,97 Milliarden) als zu Beginn der industriellen Revolution (786 Millionen im Jahr 1750), während gleichzeitig mehr Biomasse zur Verfügung steht.

Um die Auswirkungen der verschiedenen Energieoptionen auf den Lebensraum zu vergleichen, sollten wir außerdem den physischen Fußabdruck betrachten, der erforderlich ist, um mit jeder Option (Sonne, Wind und die verschiedenen fossilen Brennstoffe) eine gleichwertige Menge an Energie zu erzeugen. Zweitens: Damit Wind- und Solarenergie fossile Brennstoffe ersetzen können, müssen sie mit Batterien gekoppelt werden, um das Problem der Unterbrechung zu lösen, das erhebliche Mengen an Metallen und anderen Materialien erfordert, die abgebaut, geschmolzen und raffiniert werden müssen, was zwangsläufig zu einer Beeinträchtigung des Bodens führt.

Die Begrünung der Erde und die Zunahme der Biomasse

Auf der Grundlage von Satellitendaten fanden Zhu et al. (2016) heraus, dass zwischen 1982 und 2009 25-50 % der globalen Vegetationsfläche grüner geworden sind, während 4 % brauner geworden sind. Sie führten 70 % der Vergrünung auf die CO2-Düngung durch Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe zurück (die die Photosynthese und die Wassernutzungseffizienz (WUE) der meisten Pflanzen erhöht), 9 % auf die Stickstoffdeposition (ebenfalls durch die Verwendung von Düngemitteln aus fossilen Brennstoffen), 8 % auf den Klimawandel und 4 % auf die veränderte Landnutzung. Die ersten drei Faktoren, die kumulativ für 87 % der Begrünung verantwortlich sind, hängen mit der Nutzung fossiler Brennstoffe zusammen.

Chen et al. (2019) berichten, dass die globale Blattfläche zwischen 2000 und 2017 um 5,4 Millionen km2 zugenommen hat, was der Fläche des Amazonas-Regenwaldes entspricht (Piao et al. 2020). Anhand von MODIS-Daten stellten sie fest, dass 34 % des Globus ergrünt und 5 % verbräunt sind. Die Blattfläche nahm von 2000 bis 2017 mit einer Rate von 2,3 % pro Jahrzehnt zu. Auf China und Indien entfielen 25 % bzw. 6,8 % des weltweiten Nettozuwachses der Blattfläche, obwohl sie nur 6,6 % bzw. 2,7 % der globalen Vegetationsfläche ausmachen. Die Begrünung fand hauptsächlich in Wäldern und Ackerflächen in China und auf Ackerflächen (82 %) in Indien statt, was darauf hindeutet, dass die Begrünung auf Aufforstung und landwirtschaftliche Praktiken (z. B. Düngemittel und Mehrfachanbau) zurückzuführen ist.

Song et al. (2018) fanden heraus, dass entgegen der vorherrschenden Meinung die globale Baumbedeckung zwischen 1982 und 2016 um 2,24 Millionen km2 (+7,1 %) zugenommen hat. Ein Nettoverlust in den Tropen wurde durch Zunahmen in den Extratropen aufgewogen. Die kahle Bodenbedeckung nahm weltweit um 1,16 Millionen km2 (-3,1 %) ab, vor allem in den landwirtschaftlichen Regionen in Asien. 60 % aller Landnutzungs-/Bodenbedeckungsveränderungen wurden mit direkten menschlichen Aktivitäten und 40 % mit indirekten Faktoren wie dem Klimawandel in Verbindung gebracht, was auf eine Nettoaufforstung und eine Nettoentwüstung im Untersuchungszeitraum hindeutet, die teilweise auf den Klimawandel zurückzuführen ist. Die Aufforstung wurde wahrscheinlich durch die erhöhte Produktivität landwirtschaftlicher Flächen ermöglicht, die im Wesentlichen auf den Einsatz von aus fossilen Brennstoffen gewonnenen Düngemitteln und Pestiziden sowie auf die Zunahme der CO2-Düngung (indirekt durch den Einsatz fossiler Brennstoffe) zurückzuführen ist. Beide Faktoren zusammen haben dazu geführt, dass die Flächen für den landwirtschaftlichen Bedarf nicht mehr benötigt werden.

Unter Verwendung von Daten aus den Jahren 1982-2011 fanden Gao et al. (2019: 9) heraus, dass die Produktivität unter Verwendung des jährlichen maximalen Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) als Proxy in 45,8 % der weltweiten Grünlandflächen signifikant anstieg, während sie in 1,5 % signifikant zurückging.

Anhand von Daten aus den Jahren 1982-2011 fanden Cheng et al. (2017) heraus, dass die globale Bruttoprimärproduktivität (GPP) vor allem aufgrund der erhöhten WUE der Vegetation zunahm, eine erwartete, aber unterbewertete Folge der steigenden CO2-Konzentrationen. Trotz des großflächigen Auftretens von Dürren und Störungen während des Untersuchungszeitraums stieg die jährliche GPP um 0,6 ± 0,2 % pro Jahr. Etwa 65 % der bewachsenen Flächen wiesen signifikant positive Trends bei der GPP auf. Auch die WUE des Ökosystems nahm auf 78 % der bewachsenen Flächen deutlich zu.

In einem Übersichtsartikel über die globale Begrünung, der sich u. a. auf die oben genannten Studien stützt, stellen Piao et al. (2020) fest, dass:

„Die Begrünung ist in intensiv bewirtschafteten oder aufgeforsteten Gebieten wie in China und Indien ausgeprägt, was auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen ist. Eine starke Begrünung findet jedoch auch in Biomen mit geringem menschlichen Einfluss statt, wie z. B. in der Arktis, wo die Ursachen des globalen Wandels eine dominante Rolle spielen. Vegetationsmodelle deuten darauf hin, dass die CO2-Düngung die Hauptursache für die Begrünung auf globaler Ebene ist, während auf regionaler Ebene andere Faktoren eine Rolle spielen.

Von Satelliten abgeleitete empirische Trends der Begrünung von 1982 bis 2018, die den mittleren Blattflächenindex (LAI) der Vegetationsperiode (GS) als Surrogat verwenden, sind in Abbildung 1 dargestellt (Piao et al. 2020).

Schließlich schätzten Sun et al. (2020), dass die GPP von 2000 bis 2014 mit einer Rate von 0,16 % pro Jahr zunahm, was hauptsächlich auf die CO2-Düngung zurückzuführen ist. Kombiniert man diese Schätzung mit dem von Campbell et al. geschätzten Anstieg der GPP um 31 % im 20. Jahrhundert, ergibt sich ein kumulativer Anstieg von 34 % von 1900 bis 2014.

Die gesteigerte Produktivität aufgrund höherer Photosyntheseraten und WUE infolge höherer CO2-Konzentrationen bedeutet, dass die Biosphäre mehr Pflanzenmaterial produziert, d. h. mehr Nahrung für alle kohlenstoffbasierten Organismen, selbst unter wasserarmen Bedingungen, was die Erde außerdem in die Lage versetzt, eine höhere Biomasse zu erhalten, d. h. mehr Organismen und/oder eine größere Artenvielfalt, und gleichzeitig ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Trockenheit zu erhöhen, einem chronischen Zustand, der für die meisten Lebensformen schädlich ist (der jedoch trockenheitstolerante Arten begünstigen kann).

Durch die Nutzung fossiler Brennstoffe geretteter Lebensraum vor der Umstellung auf menschliche Nutzung

Die Nutzung fossiler Brennstoffe hat es den Menschen ermöglicht, 20,4 % der GLA für den Rest der Natur zu erhalten. Dies übersteigt sowohl den derzeit für Ackerland verlorenen Lebensraum (12,2 % der Bruttowertschöpfung) als auch die kumulierte globale Fläche, die derzeit reserviert oder als Schutzgebiete ausgewiesen ist (schätzungsweise 14,6 % der Bruttowertschöpfung) (Goklany 2021). Die Umwandlung von Lebensraum in dieser Größenordnung in landwirtschaftliche Flächen würde die globale Biodiversität eindeutig zerstören.

Die erhöhte landwirtschaftliche Produktivität ermöglichte in vielen Gebieten die Umwandlung von Ackerland in Wald oder eine andere nichtlandwirtschaftliche Nutzung. So nahm die Waldfläche zwischen 1990 und 2020 in den USA und Westeuropa um 2,4 % bzw. 10,1 % zu, obwohl die Bevölkerung um 30 % bzw. 11 % zunahm (FAOSTAT 2022).

Physischer Fußabdruck verschiedener Stromerzeugungsanlagen

Verschiedene Energiequellen haben einen unterschiedlichen Bedarf an Land. Abbildung 2 vergleicht den physischen Fußabdruck, der für den Standort eines 1-MW-Kraftwerks mit verschiedenen Energiequellen benötigt wird. Die dargestellten Schätzungen umfassen den direkten und indirekten Landbedarf auf der Grundlage der US-Praxis von 2015. Sie beinhalten Schätzungen des Flächenbedarfs für die Ressourcenproduktion, für Transport- und Übertragungsleitungen sowie für die Lagerung von Abfallstoffen. Es wurden sowohl einmalige als auch kontinuierliche Landnutzungsanforderungen berücksichtigt (Stevens et al. 2017).

Abbildung 2 zeigt, dass im Vergleich zu fossilen Brennstoffen für die Solarenergie mehr als dreimal so viel Land benötigt wird, für die Windenergie fünfmal so viel und für die Wasserkraft 25-mal so viel.

Benötigte Flächen für „saubere“ und fossile Energiesysteme

Um die Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen und Kernenergie zu ersetzen, müssten Wind- und Solarenergie mindestens mit einer Batterie gekoppelt werden, die rund um die Uhr Strom liefert. Für die Herstellung von Batterien, Solarzellen und Windturbinen werden jedoch relativ große Mengen an Metallen und Mineralien benötigt. Dies führt zwangsläufig zu einem ebenso umfangreichen Abbau und einer Beeinträchtigung des Bodens.

Obwohl der Bergbau zweifellos zunehmen würde, ist die geschätzte weltweite Fläche des Bergbaus im Vergleich zur Landwirtschaft sehr klein (5,7 Millionen Hektar gegenüber fast 5 Milliarden Hektar, von denen etwa ein Drittel Ackerland und der Rest Weideland und Wiesen für die Viehzucht sind) (Maus 2020, FAO 2019). Die zusätzliche Beeinträchtigung der Oberfläche dürfte also relativ gering sein. Denn während die Landwirtschaft im Wesentlichen von der Sonnenenergie abhängt, die von der Fläche der Solarpaneele oder Windräder abhängt, beinhaltet der Bergbau den Abbau und die Verarbeitung (einschließlich Transport, Schmelzen und Raffinieren) großer Mengen an Material (Massenbetrieb). Diese Vorgänge verbrauchen jedoch selbst viel Energie und verursachen erhebliche Luft- und Wasserverschmutzungen.

Die Internationale Energieagentur (2022) stellt fest, dass solar- und windbetriebene Energiesysteme in der Regel mehr Metalle und Mineralien benötigen als ihre mit fossilen Brennstoffen betriebenen Pendants. Sie stellt beispielsweise fest, dass ein typisches Elektrofahrzeug sechsmal mehr Mineralien benötigt als ein herkömmliches Auto und dass eine Onshore-Windkraftanlage neunmal mehr Mineralien benötigt als ein erdgasbefeuertes Kraftwerk, während Offshore-Windkraftanlagen fünfzehnmal so viel wie Erdgas benötigen.

Abbildung 3. Metallbedarf für saubere Energietechnologien im Vergleich zu anderen Stromerzeugungsquellen. Anmerkung: Stahl und Aluminium sind nicht enthalten. Die Werte für Offshore-Windkraft und Onshore-Windkraft basieren auf dem direktangetriebenen Permanentmagnet-Synchrongeneratorsystem (einschließlich Array-Kabel) bzw. dem doppelt gespeisten Induktionsgeneratorsystem. Die Werte für Kohle und Erdgas beruhen auf ultra-superkritischen Anlagen und Gas- und Dampfturbinen. Der tatsächliche Verbrauch kann von Projekt zu Projekt variieren, je nach gewählter Technologie, Projektgröße und Installationsumgebung. Anmerkung: Die Nachfrage nach Lithium ist in der Kategorie „Seltene Erden“ enthalten. Quelle: IEA 2022, The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions.

Aus Abbildung 3 geht hervor, dass fossile Brennstoffe (Erdgas und Kohle, in dieser Reihenfolge) einen wesentlich geringeren Bedarf an Metallen (und damit verbundener Landstörung) haben, gefolgt von Kernkraft, Solarenergie und schließlich Windkraft.

Abbildung 4 zeigt, dass fossile Brennstoffe und Kernenergie den geringsten Gesamtbedarf an Beton, Stahl und Aluminium haben, gefolgt von Solar-, Wind- und Wasserkraft (in dieser Reihenfolge). Auch hier zeigt sich, dass der Flächenverbrauch für erneuerbare Energien wesentlich höher ist als für fossile Brennstoffe und Kernenergie.

In Abbildung 4 ist auch die Nachfrage nach Beton, Aluminium und Stahl für Anlagen aufgeführt, in denen die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) in Kombination mit Kohle und Gas eingesetzt werden könnte, obwohl sich CCS selbst unter besonderen Umständen, in denen das CCS-Produkt in firmeneigenen Anlagen verwendet werden kann, z. B. zur verbesserten Ölgewinnung, nicht als wirtschaftlich tragfähig erwiesen hat. Der Vorteil von Kohle und Gas gegenüber der Kernenergie (hinsichtlich der Nachfrage nach diesen drei Energieträgern) verschwindet, wenn CCS eingesetzt wird. Es ist jedoch auch anzumerken, dass die wirtschaftliche Tragfähigkeit die politischen Entscheidungsträger heutzutage nicht zu beeinflussen scheint.

Schlussfolgerung

Die Verbrennung fossiler Brennstoffe hat die Menge an Kohlendioxid erhöht, die zur Begrünung der Erde zur Verfügung steht. Dies hat den größten Anteil an der ca. 34%igen Zunahme des GPP der Erde seit 1900, die die Erde buchstäblich grün gemacht hat. Zweitens haben die von fossilen Brennstoffen abhängigen Technologien durch die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität die Umwandlung von mindestens 20,4 % der weltweiten Landfläche in landwirtschaftliche Nutzflächen verhindert. Das sind 25 % mehr als die gesamte Fläche Nordamerikas. Bemerkenswerterweise übersteigt dies die Gesamtfläche, die derzeit weltweit sowohl für Ackerland (12,2 %) als auch für den Naturschutz (14,6 %) reserviert ist. Drittens haben fossile Brennstoffe im Vergleich zu erneuerbaren Energiequellen einen kleineren physischen Fußabdruck und eine geringere Nachfrage nach Metallen und anderen Mineralien. Letzteres schränkt den Bergbau und andere Eingriffe in den Boden erheblich ein. Eine solche Störung würde unweigerlich zu einer „Verbraunung“ des Bodens führen. Daher sind fossile Brennstoffe tatsächlich die grünsten Energiequellen. Aber „grünste“ bedeutet nicht unbedingt „sauberste“. Diese Unterscheidung muss vielleicht der Kernenergie vorbehalten bleiben, aber das ist ein anderes Thema.

Danksagungen

Ich danke Dr. Will Happer und Dr. Greg Wrightstone für ihre eindringlichen und konstruktiven Kommentare, die zu einem deutlich verbesserten Papier geführt haben. Für etwaige Fehler und Auslassungen bin ich jedoch selbst verantwortlich.

Quellenangaben

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Gao, Qingzhu, Mark Schwartz, Wenquan Zhu, Yunfan Wan, Xiaobo Qin, Xin Ma, Shuo Liu, Matthew Williamson, Casey Peters, and Yue Li. 2016. Veränderungen in der globalen Graslandproduktivität zwischen 1982 und 2011, die auf klimatische Faktoren zurückzuführen sind. Remote Sensing, 8(5): 384.

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Verfasst von Indur M. Goklany

Indur Goklany ist ein Mitglied der CO2-Koalition. Er ist Autor, Forscher und langjähriger Beamter. Er engagierte sich bereits vor der Gründung des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change). Seine Abschlüsse sind PhD und MS (Elektrotechnik und Systemwissenschaften) sowie Bachelor of Technology (Elektrotechnik).