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Was Südafrika mit dem Golfstrom verbindet – neue Studie der GEOMAR Ozeanforscher

Donnerstag 2. Mai 2013 von birdfish

Wenn schmelzende Polkappen und Gletscher das Wasser des Nordatlantiks versüßen, könnte das den Golfstrom schwächen – so ein mittlerweile beinahe populäres Zukunftsszenario zu den Folgen des Klimawandels.

Strömungen um AfrikaSimulierte Temperaturen und Strömungen um Afrika – Simulation und Darstellung: GEOMAR

Für eine belastbare Abschätzung zukünftiger Klimaentwicklungen sollte der Nordatlantik allerdings nicht isoliert betrachtet werden. Dass vor allem auch die Entwicklung vor der Küste Südafrikas berücksichtigt werden muss, zeigt eine neue Studie des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, die jetzt in der internationalen Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ erschienen ist.

Bei dem Wort Meeresströmung denken die meisten Europäer wohl zunächst an den Golfstrom. Immerhin transportiert er so viel Wärme aus dem Golf von Mexiko in den Nordostatlantik, dass die Durchschnittstemperaturen in der Bretagne, in Irland und sogar in Südnorwegen deutlich milder sind als beispielsweise in Neufundland, dessen Hauptstadt St. John’s auf einer ähnlichen geographischen Breite liegt wie Paris. Veränderungen des Golfstromsystems infolge des globalen Klimawandels könnten also gravierende Konsequenzen für Europa haben.

Um derartige Veränderungen abschätzen zu können, reicht es aber nicht, den Golfstrom isoliert zu betrachten. Professor Arne Biastoch und Professor Claus Böning, Experten für Ozeanmodellierung am GEOMAR Helmholtz Zentrum für Ozeanforschung Kiel, zeigen in einer neuen Studie, dass sich Wind- und Strömungssysteme vor der Küste Südafrikas in den kommenden Jahrzehnten verändern werden. „Diese Ergebnisse sind wichtig für zukünftige Klimamodelle – auch für Europa“, erklärt Professor Biastoch. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift Geophysical Research Letters erschienen.

In ihrer Studie haben sich die Wissenschaftler mit dem Agulhasstrom beschäftigt. Dieser bewegt Wassermassen im Indischen Ozean entlang der ostafrikanischen Küste nach Süden und gehört ähnlich wie der Golfstrom zu den stärksten Strömungen im Weltozean. Südwestlich von Kapstadt vollzieht er eine abrupte Kehrtwende zurück in den Indischen Ozean. Dabei schnüren sich regelmäßig mächtige Wirbel von mehreren 100 Kilometern Durchmesser, die Agulhasringe, vom Hauptstrom ab. Diese bringen warmes und salzreiches Wasser aus dem Indischen Ozean in den Südatlantik.

„Es ist bekannt, dass diese Agulhasringe eine Schlüsselrolle für den Nachschub salzreichen Wassers in den Atlantik darstellen“, erklärt Professor Biastoch. Allerdings begrenzen starke westliche Winde im südlichen Ozean den Wasseraustausch zwischen dem Indischen und dem Atlantischen Ozean. Globale Klimamodelle, unterstützt von Messungen der vergangenen Jahre, sagen eine Verlagerung dieser Westwindzone nach Süden voraus. Dadurch würde ein breiterer Korridor entstehen, durch den Wassermassen aus dem Indik in den Atlantik strömen können. „Wir konnten in früherer Studien tatsächlich nachweisen, dass sich die Strömungsmuster in den vergangenen Jahrzehnten bereits verändert haben“, sagt Professor Böning.

Jetzt haben die beiden Kieler Forscher die Prognosen der globalen Klimamodelle auf ein hoch auflösendes Ozeanmodell übertragen, um detailliertere Erkenntnisse über die Entwicklung des Agulhasstroms in der Zukunft zu erlangen. „Danach könnte der Zustrom von warmem, salzhaltigem Wasser aus dem Indischen in den Atlantischen Ozean in diesem Jahrhundert um bis zu einem Drittel zunehmen“, erklärt Biastoch. Das würde zu einem Anstieg des Salzgehaltes im Südatlantik führen.

„Diese Entwicklungen scheinen weit weg zu sein, können aber Einfluss auf Europa haben“, betont Professor Böning. Denn der Antrieb für das globale Förderband der Meeresströmungen – auch für den Golfstrom – sind außer dem Wind auch unterschiedliche Wassertemperaturen und Salzkonzentrationen in bestimmten Wassermassen. Einige Klimamodelle sagen eine Abschwächung dieses System voraus, wenn rund um den Nordatlantik die Gletscher schmelzen, das arktische Meereis abnimmt und gleichzeitig Niederschläge zunehmen. Denn dabei gelangt Süßwasser in den Ozean, verändert so die Salzkonzentrationen, und schwächt dabei das Absinken von nordatlantischem Tiefenwasser, den Motor für das globale Förderband.

Der in der aktuellen Studie prognostizierte, zusätzliche Salznachschub von Süden könnte im nördlichen Nordatlantik den sich verstärkenden Niederschlägen und der Eisschmelze entgegen wirken. Ob die Änderungen im Agulhasstrom das Potenzial haben, die befürchtete starke „Aussüßung“ im Nordatlantik komplett zu neutralisieren, ist allerdings noch offen. „Die aktuelle Rechnung zeigt aber wieder deutlich, dass bei der Modellierung von zukünftigen Entwicklungen die Entwicklung im Südatlantik deutlich detaillierter als bisher berücksichtigt werden muss“, betont Professor Biastoch.

Arbeiten wie diese führen dazu, dass auch Veränderungen im Agulhasstrom und im Südatlantik stärker in den Fokus rücken. Das GEOMAR ist mit seiner hochauflösenden Ozeanmodellierung unter anderem über das EU-Projekt GATEWAYS und das geplante, vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt SPACES beteiligt und wird in den kommenden Jahren verstärkt den Einfluss von Zirkulationsänderungen südlich von Afrika auf das Golfstromsystem untersuchen.

Originalpublikation
Biastoch, A. and C. W. Böning, 2013: Anthropogenic Impact on Agulhas Leakage, Geophys. Res. Lett., 40, 1138-1143, http://dx.doi.org/10.1029/2012GL055037

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Ruß kann wärmend oder kühlend wirken: Unsicherheitsfaktor in Klimavorhersagen

Montag 22. April 2013 von birdfish

Die Verbrennung von fossilen und nachwachsenden Rohstoffen beeinflusst unser Klima durch die Entstehung von Ruß.

Schwarzer RauchRauch eines Feuers in extrem trockener Vegetation in australischer Wüste. Foto: C. Hadfield / NASA

Dieser kann – je nach Situation wärmend oder kühlend wirken. Viele Gründe machen es schwer, eine Bilanz der schwarzen Kohlenstoffpartikel zu ziehen, wie ein Artikel im Forschungsmagazin Science zeigt.

Vor einigen Monaten überraschte eine wissenschaftliche Publikation die Klimaforscher weltweit. Ein amerikanisches Forscherteam kam zu dem Schluss, dass der Beitrag, den Ruß an der weltweiten Klimaerwärmung liefert, etwa doppelt so groß ist, wie bisher angenommen. Rußpartikel entstehen bei der Verbrennung fossiler Energiequellen wie Kohle und Öl und auch bei der Nutzung von Biomasse wie Holz. Die Forscher um die Chemikerin Tami Bond stufen den schwarzen Kohlenstoff (Black Carbon), so der wissenschaftliche Sammelbegriff für Rußpartikel, in seiner Klimaschädlichkeit sogar höher ein als die des Treibhausgases Methan.

Wie es zu solch großen Differenzen in der Bewertung der Klimawirkung von Ruß kommen kann, beschreibt eine aktuelle Publikation im Wissenschaftsmagazin Science. Gemeinsam mit seinem kalifornischen Kollegen Veerabhadran Ramanathan erklärt Meinrat O. Andreae, Direktor am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, welche globalen und regionalen Klimaauswirkungen die schwarzen Partikel haben können. Ruß ist in der Erdatmosphäre die größte Absorptionsquelle von Sonnenstrahlung.

„Anders als die chemisch präzise definierten Treibhausgase sind Rußpartikel verschiedenartig aufgebaut und haben sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften. Allein das macht es schwierig, den Einfluss von Ruß auf das Klima genau zu bestimmen“, sagt der Mainzer Klimaforscher Prof. Andreae. „Eine konkrete Ursache, warum die Vorhersagen so weit auseinander liegen, sehen wir im sogenannten braunen Kohlenstoff.“ Diese Kohlenstoffpartikel entstehen auch bei der Verbrennung von Biomasse und durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre. Genau wie schwarzer absorbiert brauner Kohlenstoff Licht und Wärme – eine Tatsache, die bisher in den meisten Klimamodellen ignoriert wurde. Man nahm im Gegenteil an, dass brauner Kohlenstoff unser Klima sogar kühlt, da die Partikel mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren als sie an die Erde abgeben.

Für eine Klimabilanz muss man alle Wirkmechanismen von Ruß kennen

Ein weiterer Unsicherheitsfaktor liegt im Zusammenspiel der kühlenden und erwärmenden Eigenschaften von Ruß. Rußpartikel nehmen nicht nur besonders gut Wärme auf und geben sie an die Erdatmosphäre ab. Sie dienen auch als Keime für die Kondensation von Feuchtigkeit, was schließlich zur Wolkenbildung führt. Und Wolken wiederum reflektieren die Sonnenstrahlung. Um eine korrekte Bilanz für Ruß zu erstellen, muss man also alle klimarelevanten Mechanismen genau kennen – kühlende wie erwärmende.

Eine solche Bilanz erstellten die amerikanischen Wissenschaftler um Bond in ihrer Studie. Sie fassten dazu alle verfügbaren Simulationen und Beobachtungen zusammen und berechneten die Energiemenge, die die schwarzen Partikel aus der Sonnenstrahlung absorbieren und somit an das Klimasystem abgeben können. Der sogenannte Strahlungsantrieb (radiative forcing) liegt mit 1,1 Watt pro Quadratmeter doppelt so hoch wie der Wert, der 2011 in einer Studie des UN Umweltprogramms (UNEP) und der weltweiten Meteorologischen Organisation (WMO) zur Vorhersage der Erderwärmung genutzt wurde. Für Bond und ihre Kollegen ist Ruß also viel klimarelevanter als bisher angenommen.

Wie ist dieser große Unterschied zu früheren Berechnungen zu erklären? Andreae und sein Kollege Ramanathan vergleichen unterschiedliche Ansätze zur Herleitung des Strahlungsantriebs durch die Absorption von Licht durch Ruß. Der Klimaforscher Ramanathan hat ihn aus Absorptionsdaten von Satelliten und 140 Bodenmessstationen ermittelt. Die Bond-Studie leitet zunächst einen wesentlich kleineren Wert aus Emissionsinventaren und Atmosphärenmodellen her, und muss ihn dann hochskalieren um den abgeleiteten Wert in die Nähe des Werts aus den Messdaten zu bringen. Daraus folgern Andreae und Ramanathan, dass in den meisten Klimavorhersagen entweder eine wichtige Quelle für Ruß nicht berücksichtigt wurde oder dass Daten aus sogenannten Abschätzungen der weltweiten Emissionen nicht zuverlässig genug sind.

Ruß macht regionale Klimavorhersagen noch unsicherer

Noch größer werden die Unsicherheiten durch den Faktor Ruß auf regionaler Ebene – beispielsweise bei Niederschlagsvorhersagen. Dies rührt unter anderem daher, dass Ruß gegenläufige Effekte bei der Entstehung von Wolken hat. Bei kleinen Wolken verringern die Partikel die Niederschlagseffizienz, bei großen Wolken steigt sie an. Der Ruß in der Luft über dem indischen Ozean wirkt wie ein Sonnenschirm, so dass sich das Meerwasser weniger erwärmt und deshalb weniger Wasser verdunstet. Als Folge befürchten Forscher, dass sich beispielsweise die Monsun-Regenfälle in Südasien abschwächen – einer Region, in der zunehmend Biomasse verbrannt wird.

Außerdem erzeugt die Absorption von Sonnenstrahlung durch Ruß in der Atmosphäre Wärmegradienten, wodurch sich die Luftströmungen verändern. Das wird unter anderem für die bereits beobachtete Verschiebung des Tropengürtels nach Norden verantwortlich gemacht.

Wurde die Strahlungsabsorption von Ruß in bisherigen Vorhersagen tatsächlich so deutlich unterschätzt, wie die amerikanischen Forscher um Bond behaupten, muss man regionale Klimaeffekte neu bewerten, so Andreae und Ramanathan. Das wiederum erfordert genau definierte Beobachtungen im Klimasystem, von Satellitendaten bis zu mikrochemischen Messungen von Aerosolen.

Und schließlich bleibt die Frage offen, ob sich all die Anstrengungen, die Entstehung von Ruß zu vermindern, wirklich lohnen. Denn mit der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen auch Stoffe wie Schwefeldioxid, die unser Klima kühlen. Eine Gesamtbilanz für unser Klima wird dadurch umso schwieriger.

Warum wir dennoch alles daran setzen sollten, die Entstehung von Ruß so weit wie möglich zu verringern, liegt in seiner Schädlichkeit für die menschliche Gesundheit. Geschätzte 3,5 Millionen Menschen sterben jährlich durch die Luftverschmutzung mit Ruß und verwandten Feinstaubpartikeln in Haushalten, besonders in den Entwicklungs- und Schwellenländern, wo oft noch am offenen Feuer gekocht wird.

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Großes Forschungsprojekt will Westafrikas Ernährungssicherheit langfristig sichern

Donnerstag 11. April 2013 von birdfish

Der Klimawandel stellt in Westafrika eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar.

WASCAL-MessstationAufbau einer WASCAL-Messstation zur Erhebung von Klimadaten in Ghana. Foto: WASCAL

Daher stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 16 Millionen Euro für die weitere Förderung der internationalen Klimaforschungsinitiative am West African Science Service Center on Climate Change and Adapted Land Use WASCAL zur Verfügung. WASCAL erforscht die Folgen des Klimawandels für die Land- und Wassernutzung, um Strategien gegen klimabedingte Risiken zu entwickeln.

Koordiniert wird das WASCAL-Programm am Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn. „Wir wollen WASCAL helfen, staatenübergreifende Expertise zu bündeln und eine Forschungsinfrastruktur aufzubauen, die den westafrikanischen Staaten ermöglicht, langfristig Ernährungssicherheit für die Bevölkerung zu schaffen und ökologische Ressourcen zu schonen“, erklärt Dr. Manfred Denich, WASCAL-Koordinator am ZEF. Um wirksame Schutzmaßnahmen gegen klimabedingte Risiken in Westafrika zu entwickeln, geht WASCAL mehrere Wege: Seit 2012 wird ein Kompetenzzentrum in Ouagadougou (Burkina Faso) aufgebaut.

Ausbildung regionaler Klimaexperten
Von hier aus werden regionale Forschungsaktivitäten koordiniert und Daten gesammelt. Es dient regionalen Politikern, Praktikern und Experten als Ansprechpartner für Klimafragen. Eine weitere Maßnahme ist die Ausbildung regionaler Klimaexperten. Dazu wurde ein umfassendes Graduiertenprogramm ins Leben gerufen und innerhalb von zwei Jahren konnten bereits sechs Doktorandenprogramme und zwei Masterprogramme an regionalen Universitäten etabliert werden. Die Zahl der WASCAL-Studenten liegt derzeit bei über 110. Zwei weitere Masterprogramme starten im Oktober 2013.

Doktorand möchte Folgen des Klimawandels mildern
Stephen A. Adaawen, WASCAL-Doktorand aus Ghana und derzeit am ZEF, beobachtet die Folgen des Klimawandels in seiner Heimat. Seit seiner Kindheit in Nordghana verschieben sich die Regenzeiten und es wird heißer. Die Bevölkerung lebt größtenteils von der Landwirtschaft und ist vom Klima abhängig. „Mit meiner Forschung möchte ich einen Beitrag zur Lösung der Folgen des Klimawandels leisten, von denen mein Land und meine Familie direkt betroffen sind“, betont Adaawen.

Zehn westafrikanische Staaten sind an WASCAL beteiligt
WASCAL wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in Partnerschaft mit den Regierungen und Ministerien der beteiligten Mitgliedsländer initiiert und wird vom BMBF insgesamt mit 50 Millionen Euro gefördert. An WASCAL sind zehn westafrikanische Staaten beteiligt: Benin, Burkina Faso, Gambia, Ghana, Elfenbeinküste, Mali, Niger, Nigeria, Senegal und Togo. Die Koordination des Projektes liegt beim Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn. 2010 startete die Planungs- und 2012 die Umsetzungsphase. Neben den westafrikanischen Partnern sind Forschungseinrichtungen aus ganz Deutschland beteiligt.

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Tiere und Pflanzen – Gewinner und Verlierer des Klimawandels

Mittwoch 10. April 2013 von birdfish

Allgemein

Klimawandel hat Europa bereits spürbar verändert – Lebensräume und Arten bedroht

Der Klimawandel hat umfangreiche Auswirkungen auf Gesellschaft und Umwelt in ganz Europa.
Zu diesem Ergebnis kommt eineStudie der Europäischen Umweltagentur (EEA), die mit potenziellen Schäden in beträchtlicher Höhe rechnet und daher Mitgliedstaaten aufruft, mehr für die Anpassung zu tun.
Mit drastischen Auswirkungen rechnen die Forscher auch für die Artenvielfalt. Ein Fünftel der Lebensräume und jede zehnte europäische Art sind durch den Klimawandel bedroht.[...]
Kompletter Artikel vom 29.11.2012


Klimawandel: Biologische Vielfalt könnte stärker schwinden als bisher angenommen

Wenn die Klimaerwärmung wie erwartet fortschreitet, könnten weltweit nahezu ein Drittel aller Tier- und Pflanzenarten aussterben.
Wie Wissenschaftler des Biodiversität und Klima Forschungszentrums und der Senckenberg Gesellschaft für Naturkunde herausfanden, muss die Rate des tatsächlichen Biodiversitätsverlusts möglicherweise deutlich nach oben korrigiert werden: Bis zum Jahr 2080 könnte in bestimmten Organismengruppen über 80% der genetischen Vielfalt innerhalb von Arten verschwinden, so die Forscher in der Titelstory des Fachjournals „Nature Climate Change“. Die Studie ist die erste weltweit, die den Verlust der biologischen Diversität auf Basis der genetischen Vielfalt quantifiziert.[...]
Kompletter Artikel vom 30. August 2011


Einzelne Ökosysteme

Übersäuerung der Meere: Weichkorallen könnten Steinkorallen verdrängen

Die Übersäuerung der Meere verändert die Zusammensetzung von Korallenriffen, warnen japanische Forscher. Bis zum Ende des Jahrhunderts könnten Weichkorallen die in maritimen Lebensräumen wichtigen Steinkorallen mehr und mehr verdrängen. [...]
Kompletter Artikel in SPIEGEL Online, 25.03.2013


Zukunftsprognose: Gewinner und Verlierer des Klimawandels in unseren Bächen und Flüssen

Fließgewässer sind empfindliche Ökosysteme. Wie werden sie sich unter dem Einfluss des Klimawandels verändern? Und was bedeutet das für die darin lebenden Tierarten? Die jetzt im Fachmagazin Global Change Biology erschienene Studie eines internationalen Teams um den am Biodiversität und Klima Forschungszentrum arbeitenden Wissenschaftler Dr. Sami Domisch zeigt, dass neben den an Kälte angepassten Arten vor allem Endemiten Verlierer des Klimawandels sein werden. Diese kleinräumig verbreiteten und auf besondere Lebensräume spezialisierten Arten reagieren sehr empfindlich auf klimatische Veränderungen.[...]
Kompletter Artikel vom 7. Januar 2013


Fauna

Versauerung lässt Miesmuscheln kalt

Ausreichend Futter kann Nachteile von saurem Wasser zum Teil ausgleichen – noch
Für viele schalentragende Tiere ist die Versauerung der Meere fatal. Doch zumindest eine der häufigsten Muscheln der Ostsee tangiert dies wenig: Solange die Miesmuschel genügend Futter findet, wächst sie auch im sauren Wasser. Ihre Jungtiere bilden selbst dann noch erfolgreich Schalen, wenn der Anteil an gelöstem Kohlendioxid im Wasser aktuelle Werte deutlich übersteigt.
Zur Meldung des GEOMAR vom 6. Mai 2013


Schildkröten sind die Verliererinnen des Klimawandels und vom Aussterben bedroht

Deutsche Wissenschaftler untersuchen den Einfluss des Klimawandels auf globale Biodiversitätsmuster und ermitteln dadurch mögliche Verlierer und Gewinner der Veränderungen. Acht Wissenschaftler der herpetologischen Arbeitsgruppe des Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig Bonn (ZFMK), Deutschland, präsentierten in der Fachzeitschrift Global Change Biology die Ergebnisse einer umfangreichen Studie, wie die globale Verbreitung und die Artenvielfalt der Schildkröten in naher Zukunft durch den Klimawandel beeinflusst werden könnten. [...]
Kompletter Artikel vom 24. Februar 2012


Schlechte Anpassung: Schmetterlinge und Vögel “flattern” dem Klimawandel hinterher

Vögel und Schmetterlinge können offenbar mit dem Klimawandel nicht mithalten. Die Temperaturen haben sich in den letzten beiden Jahrzehnten in Europa schneller erhöht als beide Tiergruppen sich anpassen konnten. Sie sind damit langsamer nach Norden gewandert als es ihre klimatischen Erfordernisse für nötig erscheinen lassen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, die das Fachmagazin Nature Climate Change veröffentlicht hat. Im statistischen Mittel lägen demnach Schmetterlinge 135 und Vögel sogar 212 Kilometer gegenüber der Temperaturerhöhung und der Verschiebung ihrer Lebensräume nordwärts zurück.[...]
Kompletter Artikel vom 2. Februar 2012


Flora

Klimawandel: Mehr CO2 in der Atmosphäre kommt Mais und Sorghum bei Trockenheit zugute

In einem groß angelegten Freilandexperiment haben Wissenschaftler des Thünen-Instituts für Biodiversität in Braunschweig untersucht, wie sich eine erhöhte Konzentration an Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre, die im Zuge des Klimawandels erwartet wird, auf das Wachstum von Mais und Sorghum-Hirse auswirkt. Fazit: Mais und Hirse gehören zu den Gewinnern des Klimawandels.
Komplette Pressemeldung des Thünen-Instituts vom 17. April 2013


Wie reagieren Bäume auf den Klimawandel? Forscher sind dem Waldsterben auf der Spur

Wie reagieren Bäume auf den Klimawandel? Und wieso wird trockenheitsbedingtes Waldsterben nicht nur in wasserarmen, sondern auch in feuchten Gebieten beobachtet?
Eine internationale Forschergruppe um Dr. Steven Jansen von der Universität Ulm und Dr. Brendan Choat (University of Western Australia, Sydney) hat in dreijähriger Arbeit mehr als 226 Arten an 81 Standorten weltweit untersucht.
Ihre einmalige Datensammlung birgt erstaunliche Ergebnisse: „Bäume passen sich optimal an ihren Standort an indem sie das verfügbare Wasser effizient nutzen. Ändern sich die Umweltbedingungen, sind sie anfällig für trockenheitsbedingte Sterblichkeit.[...]
Kompletter Artikel vom 28. November 2012


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Forscher stellen virtuelles Kraftwerk vor – stabiler Strom aus Erneuerbaren Energien

Donnerstag 28. März 2013 von birdfish

Der Zusammenschluss vieler kleinerer Stromerzeuger kann konventionelle Kraftwerke ersetzen.

Kombikraftwerk 2

Wie mit Erneuerbaren Energien die Stromversorgung ohne erhöhtes Risiko für ein Blackout heute und in Zukunft möglich ist, zeigt das Forschungsprojekt Kombikraftwerk2. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel stellen das Projekt auf der Hannover Messe vom 8.-12. April 2013 (Halle 27, Stand N71) vor.

»Jede Energiequelle – sei es Wind, Sonne oder Biogas – hat ihre Stärken und Schwächen. Wenn wir die unterschiedlichen Charaktere der regenerativen Energien geschickt kombinieren, können wir die Stromversorgung in Deutschland sicherstellen«, prognostiziert Dr. Kurt Rohrig, stellvertretender Institutsleiter des IWES. Das Kombikraftwerk zeigt: es ist technisch möglich, dass jeder einzelne Produzent seinen Strom ins Netz einspeisen kann und das Netz dabei stabil bleibt. Damit das funktioniert haben IWES-Forscher und Kollegen vom Siemens-Konzern in der E-Energy-Initiative des Bundes eine Softwareplattform entwickelt, mit der nach dem Motto »gemeinsam sind wir stark« viele kleinere Erzeuger zusammen als »virtuelles Kraftwerk« agieren können.

Virtuelles Kraftwerk im Praxistest:

Seit Januar 2011 erproben die Forscher in der Regenerativen Modellregion Harz (RegModHarz) ein solches Kraftwerk – mit sehr guten Ergebnissen. Sie haben hier 25 Anlagen mit einer Nennleistung von 120 Megawatt über das Internet und als simulierte Speicher ein Pumpspeicherkraftwerk und Elektrofahrzeuge zusammengeschaltet. Eine zentrale Steuerung sorgt dafür, dass die Nachteile der erneuerbaren Energien gemildert werden. Denn die Sonne scheint nicht immer, und auch der Wind weht nicht kontinuierlich. Wenn aber viele kleine Erzeuger zusammenarbeiten, kann man regionale Unterschiede bei Wind und Sonne durch das Stromnetz oder regelbare Biogasanlagen ausgleichen. Weiter lässt sich überschüssiger Strom speichern oder in Wärme umwandeln. Es entsteht ein leistungsfähiges Netzwerk, das dezentral organisiert ist, aber nach außen hin – etwa an Strombörsen – als größere Gesamtheit auftreten kann. Damit das funktioniert, übernimmt die Leitwarte zwei Rollen gleichzeitig: Als »Energieanlagenmanager« verwaltet und überwacht sie die im virtuellen Kraftwerk zusammengeführten Anlagen. Und als »Poolkoordinator« vermarktet sie gleichzeitig die erzeugte Energie. Die Software des virtuellen Kraftwerks aus dem Harz wird für das Kombikraftwerk2 teilweise übernommen und um Netzstabilisierungsfunktionen erweitert.

Erneuerbare Energien können das Netz stabilisieren

An manchen Tagen des Jahres übernimmt die Elektrizitätserzeugung aus Sonne, Wind, Biomasse, Wasser und Geothermie bereits heute in Deutschland schon mehr als die Hälfte der anfallenden Last. »Dass der Strom auch künftig zuverlässig mit einer Spannung von 230 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz beim Nutzer ankommt, dieser Herausforderung müssen sich die Erneuerbaren künftig stellen«, sagt Kaspar Knorr, Leiter des Forschungsprojekts Kombikraftwerk2 am IWES. Die erneuerbaren Energiequellen müssen auch vermehrt zu den Systemdienstleistungen beitragen. Im bisherigen, auf wenige zentrale Produzenten ausgelegten System sorgten vor allem konventionelle Kraftwerke für diese Voraussetzungen. Wie das Stromversorgungssystem der Zukunft aussehen und wie die einzelnen Anlagen über Deutschland verteilt sein könnten, modellieren die Wissenschaftler detailliert in ihrem Projekt. Sie ermitteln auch den Bedarf an Systemdienstleistungen wie Frequenz- und Spannungshaltung, Schwarzstartfähigkeit und Momentanreserve, damit der erneuerbare Strom stabil beim Verbraucher ankommt.

»Schon heute können die Erneuerbaren durch ihren dezentralen Charakter und innovative Entwicklungen dazu beitragen, das Stromversorgungsystem zu stabilisieren. Wir können mit dem Kombikraftwerk2 zeigen, vor welchen Veränderungen unsere Stromversorgung steht. Und wir demonstrieren, wie die Erneuerbaren diese Aufgabe meistern und auch in Zukunft für stabilen Strom sorgen können«, betont Knorr.

Forschungsprojekt und Partner:

Das auf drei Jahre angelegte Forschungsprojekt »Kombikraftwerk2« untersucht, wie ein rein regeneratives Stromversorgungssystem funktionieren könnte und welchen Bedarf es an Systemdienstleistungen geben wird. Zugleich ermitteln die Experten Möglichkeiten, wie die Anlagen für erneuerbare Energien diese zur Netzstabilität notwenigen Dienstleistungen erbringen können. Die Lösungsansätze werden an realen Anlagen untersucht. Die Partner des Konsortiums sind: CUBE Engineering GmbH, Deutscher Wetterdienst, ENERCON GmbH, Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), ÖKOBIT GmbH, Fachgebiet Elektrische Energieversorgung der Leibniz Universität Hannover, Siemens AG, SMA Solar Technology AG, SolarWorld AG und die Agentur für Erneuerbare Energien. Das Projekt wird vom Bundesumweltministerium gefördert und schließt an das schon 2007 begonnene Projekt Kombikraftwerk1 an, das unter anderem die Machbarkeit einer vollständig auf regenerativen Quellen aufbauenden Stromversorgung aufzeigte.

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Studie: Treibhausgase im Verkehrssektor bis 2050 um 60 Prozent senken können

Mittwoch 27. März 2013 von birdfish

Das europäische Weissbuch für den Verkehr gibt als Ziel bis 2050 eine Reduktion der Treibhausgase um mindestens 60 Prozent gegenüber 1990 vor.

LKW belasten Straßen mehr als andere Fahrzeuge
Bei LKWs durch Effizienztechnologien bis 2025 bis zu 40 Prozent einsparen – Foto: Erika Hartmann / Pixelio

Diese Reduktion kann auch tatsächlich erreicht werden, wie das vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI koordinierte europäische Forschungsprojekt GHG-TransPoRD aufzeigt. Notwendig ist dafür eine Kombination aus technischen Verbesserungen und geändertem Verhalten, die beide durch Anreize in Form von preispolitischen Instrumenten unter Berücksichtigung von sozial- und haushaltspolitischen Rahmenbedingungen erreicht werden könnten.

Im Straßenverkehr können laut Studie die größten Mengen an Treibhausgasen eingespart und auch am schnellsten erzielt werden. Dies gilt insbesondere für den Bereich der PKW und leichten Nutzfahrzeuge. Durch den Einsatz zahlreicher, bereits heute verfügbarer Technologien würden sich für den Verbraucher zwar leicht höhere Fahrzeugpreise ergeben, aber durch den sinkenden Verbrauch kann auf Dauer sogar Geld gespart werden.

Die wichtigste Maßnahme zur Realisierung dieser Einsparungen ist die ambitionierte Setzung von CO2-Flottengrenzwerten für Neuwagen. Wichtig dabei ist vor allem, die richtige Balance zwischen Fortschritten bei der Effizienz fossil betriebener Fahrzeuge und dem Umstieg auf alternative Energieträger wie Strom und Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien zu wahren. Obwohl die Automobilindustrie über die größten Forschungsbudgets in Europa verfügt, können nicht auf beiden Gebieten gleichzeitig die vollen Potenziale ausgeschöpft werden. Kurzfristig ist daher aus Klimaschutzsicht der Fokus auf Effizienztechnologien zu legen, ohne die Reifung und Markteinführung von alternativen Antrieben zu vernachlässigen. Für Dr. Wolfgang Schade, Projektleiter am Fraunhofer ISI, steht fest, „um 2030 dürfte die Verbesserung der Effizienz für fossil betriebene PKW ausgereizt sein. Spätestens dann müssen die alternativen Antriebe einen zuverlässigen und bezahlbaren Ersatz bieten. Dafür müssen sie aber bereits zehn bis 15 Jahre früher in den Markt eingeführt werden, um ihre Kosten zu senken und den Verbraucher damit allmählich vertraut zu machen“.

Die wichtigste Maßnahme zur Realisierung dieser Einsparungen ist die ambitionierte Setzung von CO2-Flottengrenzwerten für Neuwagen. Unter Anrechnung von Elektromobilen mit Null-Emission sind für 2020 Ziele von 70 bis 90 gCO2/km erreichbar. „Damit stellt die europäische Zielsetzung für PKW von 95 gCO2/km für 2020 eine realistische Zielsetzung dar, wie uns auch während unserer Workshops von den Akteuren bestätigt wurde“, so Dr. Wolfgang Schade.

Auch im LKW-Bereich sind durch Effizienztechnologien bis 2025 bis zu 40 Prozent Einsparungen zu erzielen, ergab die Studie. Die übrigen Verkehrsträger Luft, Wasser und Schiene weisen alle lange Erneuerungszyklen ihrer Flotten auf, so das kurz- bis mittelfristig vor allem operative Maßnahmen relevante Einsparungen leisten können. So dürfte beispielsweise für den Luftverkehr mittel- bis langfristig die verbreitete Einführung von nachhaltig erzeugtem Bio-Kerosin den größten Beitrag liefern. Die Entwicklung des Bio-Kerosins erfordert aber Unterstützung seitens des Staates für Forschungs- und Entwicklungsmaßnahmen (FuE). Ansonsten sollte für den Luftverkehr der Grundstein politisch vorbereitet werden, um marktwirtschaftliche Instrumente wie etwa Energiesteuern einzuführen beziehungsweise die Wettbewerbsnachteile anderer Verkehrsträger durch eine Erhebung der Mehrwertsteuer auf internationale Flüge auszugleichen.

Im Schiffsverkehr stellt kurzfristig die Absenkung der Fahrgeschwindigkeit die effektivste Einsparmaßnahme dar. Mittel- und langfristig sind auch hier FuE-Förderungen hinsichtlich schrittweiser Verbesserungen am Antrieb und bei der Einführung Erneuerbarer Energien wie Wind notwendig sowie zur Einleitung von Technologiesprüngen durch neue Designs der Schiffshüllen und -strukturen.

Der Bahnverkehr muss in die Lage versetzt werden, zusätzlichen Verkehr aufzunehmen. Im Güterverkehr bedeutet dies eine Erweiterung der Infrastrukturen durch weitere Gleisanschlüsse und Umschlagterminals sowie spezielle Gütergleise zur Beseitigung von Engpässen und Konfliktstellen mit dem Personenverkehr.

Zur Erreichung des Klimaschutzzieles von 60 Prozent weniger Treibhausgasemission im Verkehr bis 2050 im Vergleich zu 1990 können neue Technologien ungefähr einen Beitrag von 60 Prozent leisten. Änderungen im Verhalten der Verbraucher durch neue Mobilitätskonzepte oder Nutzung von effizienteren Verkehrsmitteln würden 40 Prozent ausmachen. Vor diesem Hintergrund kann der Verkehr gegenüber 2010 bis 2020 eine Treibhausgasreduktion von zehn bis 20 Prozent erzielen, bis 2030 eine Reduktion von 40 bis 50 Prozent und bis 2050 von 70 bis 90 Prozent. Voraussetzung ist dabei aber, dass im Jahr 2050 die Elektrizitätserzeugung zu mindestens 80 Prozent auf Erneuerbare Energien umgestellt ist.

Hier die komplette Studie (PDF, engl.)

Weitere Informationen

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NABU zum Reformbeschluss der Agrarminister: Umweltauflagen sind bürokratische Papiertiger

Donnerstag 21. März 2013 von birdfish

Der NABU hat den aktuellen Beschluss der EU-Agrarminister zur Reform der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) als Armutszeugnis kritisiert.

Landwirtschaft
Landwirtschaft – Foto: Dagmar Struß

„Die EU-Agrarminister haben das ‚Greening‘ der Agrarpolitik durch die Schaffung zahlloser Ausnahmen so stark verwässert, dass es aus Umweltsicht nahezu wirkungslos wird“, sagte NABU-Präsident Olaf Tschimpke.

Durch die Anrechnung sämtlicher Agrarumweltmaßnahmen und anspruchsloser Produktionsmethoden auf die Quote der ökologischen Vorrangflächen verkämen die Umweltauflagen zu einem bürokratischen Papiertiger. Zudem hätten die Minister zahlreiche geltende Umweltstandards gestrichen sowie die Vorgabe eines Mindestbudgets für Agrarumweltmaßnahmen in Höhe von 25 Prozent der ländlichen Entwicklung aufgehoben. Angesichts dessen sei die Erhöhung der Mindestquote für ökologische Vorrangflächen, die für den Schutz von Wasser, Boden und biologischer Vielfalt unerlässlich sind, von drei auf fünf Prozent allenfalls ein symbolischer Erfolg.

Nach Auffassung des NABU macht das Ergebnis deutlich, dass die Agrarminister sich immer noch vorrangig der Agrarlobby verpflichtet fühlen und nicht der gesamten Gesellschaft. Dies sei ein Armutszeugnis für die Agrarpolitik und stelle deren Zukunftsfähigkeit grundlegend in Frage. Der NABU appellierte an Bundesagrarministerin Ilse Aigner, ihre Blockadehaltung aufzugeben und sämtliche Möglichkeiten für eine Nachbesserung auf nationaler Ebene zu nutzen. „Sofern es in den kommenden Monaten nicht gelingt, die Agrarpolitik auf eine nachhaltigere Basis zu stellen, ist eine Debatte über die vollständige Streichung sämtlicher Direktzahlungen überfällig“, so Tschimpke.

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Forschungsprojekt ‘SIGNAL’ – Klimawandel vorbeugen, Grünland in Europa erhalten

Dienstag 19. März 2013 von birdfish

Die ökologische Leistungsfähigkeit, die Artenvielfalt und auch die landschaftliche Schönheit des Grünlands in Europa zu schützen – mit diesem Ziel haben sich Hochschulen und Forschungseinrichtungen aus acht europäischen Ländern im Forschungsprojekt “SIGNAL” zusammengeschlossen.

Wissenschaftlerinnen aus acht europäischen Ländern tagten zum KlimawandelWissenschaftler/innen aus acht europäischen Ländern tagten zum Klimawandel. Foto: Dr. Jürgen Dengler / Uni Bayreuth

Die Koordination des Gesamtprojekts, das von der EU mit 1,5 Millionen Euro gefördert wird, liegt bei Prof. Dr. Anke Jentsch, Professorin für Störungsökologie an der Universität Bayreuth und Mitglied des Bayreuther Zentrums für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER). Zur Auftaktveranstaltung Mitte März 2013 waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Partnereinrichtungen nach Bayreuth gekommen.
Die Projektpartner teilen die Einschätzung, dass der Klimawandel in Europa extreme Wetterereignisse verursachen und die Stabilität des europäischen Grünlands nachhaltig gefährden könnte – vor allem im Zusammenhang mit dem Vordringen invasiver Arten. Die Schönheit des Landschaftsbildes, die Neubildung von Grundwasser, die Filterung von Schadstoffen, die Speicherung wertvoller Nährstoffe und die Bereitstellung von Grünfutter sind zentrale Funktionen des Grünlands, das immerhin rund die Hälfte aller landwirtschaftlich genutzten Flächen in Europa ausmacht. Umso schwerwiegender wären die Folgen, wenn diese ökologischen Serviceleistungen infolge langanhaltender Dürreperioden oder einwandernder Pflanzen dauerhaft gestört würden.

“Derartige Entwicklungen sind aber kein unvermeidliches Schicksal”, erklärt Projektleiterin Anke Jentsch. “Im Projekt SIGNAL wollen wir vorbeugende Konzepte und Maßnahmen erarbeiten, die geeignet sind, drohende ökologische Schäden abzuwenden oder jedenfalls abzuschwächen. Große Hoffnungen setzen wir dabei auf das Potenzial der Artenvielfalt. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer unseres ersten Arbeitstreffens waren alle hochmotiviert, sich dieser Herausforderung zu stellen. Dabei geht es letztlich darum, auf der Basis verlässlicher wissenschaftlicher Erkenntnisse Handlungsempfehlungen zu erarbeiten, die sich an staatliche Behörden auf europäischer, nationaler oder regionaler Ebene oder an Nichtregierungsorganisationen richten. Damit wollen die Projektpartner eine aktive Öffentlichkeitsarbeit verbinden und Möglichkeiten zu Handlung und Verantwortung aufzeigen. Die Menschen sollten besser als bisher darüber informiert werden, was in der Land- und Forstwirtschaft oder im Umwelt- und Naturschutz vorbeugend getan werden kann, um die Lebensqualität in Europa unter den Bedingungen des Klimawandels möglichst zu erhalten.”

Vorbeugende Maßnahmen, die künftig im SIGNAL-Projekt entwickelt werden, konzentrieren sich vor allem auf drei Faktoren: die Entwicklung der Biodiversität auf den Grünlandflächen; die Rolle von stickstofffixierenden Hülsenfrüchten und invasiven Arten; schließlich auch landwirtschaftliche Techniken, die womöglich alte Formen der Landnutzung auf neue Weise realisieren. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die bei SIGNAL mitarbeiten, bringen zahlreiche Erfahrungen aus internationalen Projekten zur Klimawandelforschung mit. Sie kommen aus acht europäischen Ländern, auf die besonders hohe Anteile der europäischen Grünlandflächen entfallen: aus Belgien, Bulgarien, Deutschland, Frankreich, Italien, der Schweiz, der Türkei und Ungarn.

An der Universität Bayreuth werden insbesondere die Experimente zur Biodiversität und Klimawandel konzipiert, die für das SIGNAL-Projekt von zentraler Bedeutung sind. Diese Untersuchungen wären nicht möglich ohne die Forschungsflächen im Ökologisch-Botanischen Garten auf dem Bayreuther Campus. Hier können extreme Wetterereignisse mit hoher Genauigkeit simuliert und auf ihre Folgen hin analysiert werden. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer an der Bayreuther Auftaktveranstaltung zeigten sich beeindruckt von dieser Infrastruktur, die im Rahmen von SIGNAL auf andere europäische Länder übertragen werden soll. Sie wird einen gewichtigen Beitrag zur Erforschung von Klimawandelfolgen leisten.

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