4000 Szenarien für die Klimawende
Mit einer umfangreichen Computer-Simulation von Klima, globaler Wirtschaft
und globalem Energiesystem haben Forschende des PSI gemeinsam mit Kollegen
aus den USA, China, Irland, Finnland und Schweden unterschiedliche
Möglichkeiten für eine Klimawende analysiert.
Derzeit stösst die Menschheit 42 Milliarden Tonnen Kohlendioxid pro Jahr
aus. Nur noch rund 300 bis 600 Milliarden Tonnen dürfen laut Berechnungen
des Weltklimarates IPCC seit 2020 noch dazu kommen, sonst wird das Ziel,
die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu beschränken, kaum noch
erreichbar sein. Dieser Schlussfolgerung schliesst sich auch Evangelos
Panos vom Labor für Energiesystemanalysen des PSI an: «Es könnte knapp
werden, denn in 70 Prozent unserer Szenarien überschreitet die Welt in den
nächsten fünf Jahren die 1,5-Grad-Celsius-Marke.».
Welche Klima-Massnahmen haben den grössten Erfolg?
Vor dem Hintergrund des Klimawandels sind zahlreiche politische,
wirtschaftliche und gesellschaftliche Entscheidungen zu treffen. Diese
sind allerdings mit zahlreichen Unsicherheiten behaftet. Verständlich,
wenn Verantwortliche nach belastbaren Grundlagen für beispielsweise eine
der zentralen Fragen suchen: Welche Massnahmen haben den grössten Effekt
und sind zudem ökonomisch vorteilhaft, um das Netto-Null-Emissionsziel zu
erreichen, wie es sich etwa die Schweiz vorgenommen hat? Antworten liefert
nun eine grosse Computer-Simulation, die zu diesem Thema entwickelt wurde.
Sie koppelt Klimamodelle mit ökonomischen Modellen und 1200 Technologien
zur Bereitstellung und zur Nutzung von Energie sowie zur Reduktion der
Emission von Treibhausgasen. Ein Supercomputer berechnete im Rahmen der
Studie 4000 Szenarien für 15 Regionen der Erde und berücksichtigte dabei
jeweils die möglichen Entwicklungen in Zehnjahresschritten bis ins Jahr
2100. «Dafür braucht es ausgefeilte Datenanalyse- und
Visualisierungstechniken», ergänzt Mitautor James Glynn, Leiter der
Analyseplattform für die Modellierung von Energiesystemen an der Columbia
University in den USA. Die finale Datei umfasst 700 Gigabyte. Der
Forschungsartikel dazu ist jetzt im Fachmedium Energy Policy erschienen.
Was die Arbeit von Evangelos Panos und den Co-Autoren so besonders macht:
Ihre integrierten Bewertungsmodelle berücksichtigen erstmals viele der
Unsicherheiten, die in den Modellen stecken. Bisherige Szenarien gehen in
der Regel davon aus, dass alle Parameter für die Zukunft bekannt wären,
etwa, wann welche Technologien zur Verfügung stehen und was sie kosten
oder wie gross die Ausbaupotenziale für erneuerbare Energien sind.
Berechnungen des IPCC fokussieren zudem allein auf Technologieoptionen,
also auf die Frage, welche Auswirkungen die Wahl bestimmter Technologien
für das Klima hat. Die Unsicherheiten in Klimamodellen und wie das Klima
auf das Wirtschaftswachstum reagiert, bleiben dabei ebenso aussen vor wie
viele weitere Unsicherheiten, etwa bezüglich Bevölkerungsentwicklung oder
politischer Massnahmen. «Der wichtigste Beitrag unserer Forschungsarbeit
besteht darin, dass er die politischen Entscheidungsträger in die Lage
versetzt, konkrete Entscheidungen über Klimamassnahmen zu treffen, und
zwar in voller Kenntnis der bestehenden Unsicherheiten», betont Mitautor
Brian Ó Gallachóir vom University College Cork.
18 Unsicherheitsfaktoren und 72 000 Variablen
Wenn Forschende Szenarien durchrechnen wollen, die viele Variablen und
Unsicherheiten enthalten, greifen sie oft zur sogenannten Monte-Carlo-
Methode. Die Monte-Carlo-Methode sagt nicht die Zukunft voraus. «Sie
spannt vielmehr eine Art Datenlandkarte mit Was-wäre-wenn-
Entscheidungspfaden auf», so Evangelos Panos. So auch in der aktuellen
Studie: Das Team variierte für jedes Szenario 72 000 Variablen. «Wir haben
18 Unsicherheitsfaktoren berücksichtigt, darunter das Bevölkerungs- und
Wirtschaftswachstum, die Klimasensitivität, das Ressourcenpotenzial, die
Auswirkungen von Veränderungen in der Land- und Forstwirtschaft, die
Kosten für Energietechnologien und die Entkopplung von Energiebedarf und
wirtschaftlicher Entwicklung», erläutert James Glynn von der Columbia
University.
Fundierte Basis für nationale Pfade zur Energiewende
Um einzelne Szenarien mit Fokus auf politische und ökonomische Fragen auf
die unterschiedlichen nationalen Pfade zur Energiewende herunter zu
brechen, müssen zusätzliche, nationalspezifische Parameter berücksichtigt
werden. «Ein Energiesystem, das den Übergang zu einer kohlenstofffreien
Wirtschaft ermöglicht, ist kapitalintensiv und erfordert die Mobilisierung
von Ressourcen aller Akteure», resümiert Panos. Dafür seien
massgeschneiderte Analysen auf nationaler Ebene erforderlich: »Unsere
Studie liefert hierfür eine fundierte Basis.»
Text: Bernd Müller
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Über das PSI
Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und
komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und
internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene
Forschungsschwerpunkte sind Zukunftstechnologien, Energie und Klima,
Health Innovation und Grundlagen der Natur. Die Ausbildung von jungen
Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel
unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende.
Insgesamt beschäftigt das PSI 2200 Mitarbeitende, das damit das grösste
Forschungsinstitut der Schweiz ist. Das Jahresbudget beträgt rund CHF 420
Mio. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Zürich und die
ETH Lausanne angehören sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL.
(Stand 05/2023)
