Quo vadis - Mensch ?

Lassen Sie uns einige, in der öffentlichen Meinungsbildung  nur selten im Zusammenhang gesehene Gedanken in Relation zueinander setzen:

• Die anthropologische Entwicklung zum (einigermaßen) selbstwechselwirkenden Säugetier hat Millionen Jahre gedauert. Aber noch vor einigen hundert Jahren erzeugten wir Alltags-Energie ausschließlich durch Holzverbrennung, maßen die Zeit mit dem Nürnberger Ei und erzeugten Licht mit dem Kienspan. Außer Pferdkutschen nichts gewesen? Endlose dumpfe Kriege, Seuchen, Schutzlosigkeit vor uns selbst - trotz Aristoteles, Jesus, Karl dem Großen oder Newton. Es war eben erst, als wir die meisten Kontinente der Erde nicht mal in ihren groben Umrissen kannten.
• Jetzt - einen historischen Augenblick später - gibt es Internet, Raumfahrt und (trotz aller erschütternder Konsequenzlosigkeit) ein gewisses Maß an wachsender internationaler Solidarität im Umgang miteinander. Die zur Globalisierung neigende Wirtschaftsentwicklung (kulturelle Verständigung hinkt hier hoffnungslos hinterher) hat uns jedoch die Endlichkeit unseres Planeten (hinsichtlich Platz, Ressourcen usw.) deutlich gemacht.
• Wendet man naturwissenschaftliche Erkenntnisse auf den Fortgang dieser exponentiell schnell verlaufenden gesellschaftlicher Entwicklungen an, so gelangt man zwingend zur sogenannten "Systemtheorie". (Beispiel-Aussage dazu könnte sein: "Das Ganze ist mehr, als die einfache Summe seine Bestandteile."). Die theoretische Grundlage für die komplexen Wechselwirkungen zwischen Systemen und ihren Subsystemen legen die mathematischen "Chaos-Theoreme". 
• Wie beherrschen die Menschen die Dynamik ihrer sozialer Systeme - mit Diktaturen oder mit medialer Massen-Verblendung, mit Ideologien oder Religionen? Bei demnächst 9-10 Mrd. denkenden Einzelwesen bleibt es vorrangig, religiöse und ideologische Gruppierungen vom Übel des Fanatismus zu heilen - durch einen Wettstreit der Ideen und nicht durch den der Gewalt.
• Mittlerweile leben wir in einer vernetzten Welt, deren Beziehungen zwischen Strukturen und ihren Unterstrukturen sich einer gefährlichen Sensibilität nähern. Charakteristische Kennzeichen dieser komplexen sozialen Systeme sind die Ausprägungen des (im physikalischen Sinne) raumzeitlichen Transports von:

                    - Material;

                    - Information;

                    - Energie; 

                    - Personen.

• Deren schnelle und sichere Verteilung entwickelt sich momentan sehr unterschiedlich: Bei den Information erleben wir derzeit einen unglaublichen Boom (Wissenssysteme, Internet, Funksysteme, Geoinformationssysteme, Sachinformationen, Bilder, persönliche Botschaften) hinsichtlich sowohl der Quantität als auch der Qualität. Beim Material-, Energie- oder Personentransport jedoch scheinen wir (symbolisch) im Mittelalter zu verharren.
• Die aus diesem Missverhältnis resultierenden Verteilungskämpfe sind immer wieder Ursache von Kriegen. Wir sollten also um Ausgleich bemüht sein, anstatt es stillschweigend zu tolerieren, dass Wenige immer mehr anhäufen. Dabei geht es zuvorderst um materielle Grundlagen. Dieser Planet ist durchaus in der Lage, allen Menschen genug Nahrung und ein würdevolles Dasein zu ermöglichen, vorausgesetzt, die Verteilung stimmt. Wichtig aber ist auch die Überwindung einer breiter werdenden Kluft zwischen gesellschaftlichem Mittelmaß einerseits und humanen  - sowohl moralischen als auch technologischen - Spitzenmöglichkeiten andererseits.

Vor dem Hintergrund der angeführten Gedanken will ich im folgenden zur Problematik "Ökosystem-Wandel und Personentransport" beitragen:

Essay zum Klimawandel

1.        Definitionen

2.        Umwelt- und Klimaschutzprobleme und Herausforderungen

2.1.     Globale Probleme und Herausforderungen

2.2.     Regionale und lokale Probleme und Herausforderungen

2.2.1.  Umweltbelastungen

2.2.2.  Lokale Herausforderungen

2.2.3   Regionale Herausforderungen

3.         Reale und prognostizierte Auswirkungen

3.1.     Globale Auswirkungen

3.1.1.  Globale Erwärmung und mögliche Folgen

3.1.2.  Weltwasserkrise

3.1.3.  Globale Kosten

3.2.     Regionale und lokale Auswirkungen

4.        Ziele und grundsätzliche Wege zur Problemlösung

4.1.     Globale Wege und Ziele

4.2.     Regionale und lokale Wege und Ziele

Quellen

1.        Definitionen

Einleitend seien einige Begriffe definiert, die in den folgenden Ausführungen eine zentrale Rolle spielen:

Umwelt

Nach derzeitiger Auffassung wird unter dem Begriff "Umwelt" (1921 durch v.Uexküll als Ausdruck der Ökologie eingeführt) hauptsächlich die Umwelt des Menschen verstanden. Der Mensch mit seinem Handeln nimmt ständig Einfluss auf seine Umwelt und ist umgekehrt den Rückwirkungen der Umwelt ausgesetzt. Diese anthropozentrische Sicht lässt die Definition von drei, zwar sehr unterschiedlichen, aber für den Menschenwichtigen Umwelt-Teilbereichen zu:

- die physische Umwelt

- die psychische Umwelt

- die sozioökonomische Umwelt

Alle drei Teilbereiche sind Gegenstand der weiteren Ausführungen, wobei hier jedoch im engeren Sinn auf die physische Umwelt, d.h. auf die uns dinglich betreffenden Umgebungsparameter des Ökosystems der Biosphäre und ihrer Flora und Faun eingegangen wird [1].

Umweltbelastungen

Umweltbelastungen sind Grenzwertüberschreitungen hinsichtlich gegenständlicher oder nichtgegenständlicher Umgebungsparameter. Zu den gegenständlichen Umgebungsparametern zählen die Medien

- Luft,

- Wasser,

- Boden;

zu den nichtgegenständlichen Umgebungsparametern lassen sich abstraktere Einflussgrößen wie z.B.:

- Flächennutzung

- Wettergeschehen

- Anteil der durch den Menschen manipulierten Naturkomponenten usw.

zusammenfassen.

Daneben kann eine weitere Klassifizierung von Umweltbelastungen nach Belastungsarten vorgenommen werden:

chemisch: Vor allem durch Konzentration von Stoffen, die sich negativ auf das gesamte Ökosystem, auf die gegenständlichen Umgebungsparameter oder auf Mensch, Tier oder Pflanze auswirken (z.B. Gifte, Bodensalz, Düngemittel, atmosphärische Gase),

physikalisch: Dazu zählen z.B. Lärm, elektromagnetischer Smog, Radioaktivität, Staub und Nanopartikel,

biologisch: In der Hauptsache Gentechnik, Hormonwirkstoffe, Verbreitung von Krankheitserregern, Anteil biologisch nicht abbaubarer Abfälle, Algenbefall in Gewässern, Schädlingsbefall in Agrar- und Forstwirtschaft,

geologisch: Mit Einflüssen wie z.B. Bodenerosion, Tagebau-Landschaften, örtliche Konzentration unterirdischer Bauwerke,

systemisch: Mit Beispielen wie Begradigung von Flussläufen, Oberflächenversiegelung, monokulturelle Forstwirtschaft, extensiver Tourismus.

Umweltschutz

Umweltschutz ist die Gesamtheit aller Maßnahmen, welche die Umwelt vor nachteiligen, durch die Tätigkeit des Menschen bedingten Veränderungen schützen und dadurch dem Menschen dauerhaft eine lebenswerte Umwelt erhalten soll.

Klima

Das Wort Klima, das aus dem Griechischen stammt, bedeutet soviel wie "sich neigen". In seiner ursprünglichen Form (Hippokrates, Aristoteles) bezieht sich dies auf die Neigung der Erdachse gegen die Ekliptik (Rotationsebene des Sonnensystems) und meint somit die Abhängigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung. Heute wird Klima definiert als die Häufigkeitsverteilung atmosphärischer Zustände und Vorgänge während eines hinreichend langen Bezugszeitraumes. Dieser Bezugszeitraum (meist in einer Größenordnung von etwa 30 Jahren) muss so gewählt werden, dass er den typischen Verhältnissen am Bezugsort gerecht wird. Hieraus resultiert die Abgrenzung zu den Begriffen Wetter bzw. Witterung, die sich auf entsprechend kürzere Zeiträume beziehen. Des weiteren ist auch die räumliche Dimension des Klima-Begriffes gegeben: Der Begriff Klima bezieht sich zunächst nur auf lokale Regionen und ist nicht a priori mit einem "globalen Weltklima" gleichzusetzen. In dieser Einschränkung setzt sich Klima aus (auch räumlich) unterschiedlichen Klimasystemen zusammen, die erst unter Benutzung von Auswertungszeiträumen historischer Dimension und bei Einführung globaler Mittelwerte der Beobachtungsgrößen (wie Temperatur, Niederschlagsmenge etc.) zu einem konsistenten Klimabegriff zusammengefasst werden. Dabei ist jedoch im Auge zu behalten, dass Veränderungen des dieserart definierten Weltklimas keineswegs repräsentativ für regionale klimatische Schwankungen sein können und umgekehrt [2].

Klimaschutz

Unter Klimaschutz werden alle Maßnahmen zusammengefasst, die geeignet sind, die Auswirkungen anthropogener (d.h. vom Menschen ausgehender) Einflüsse auf das Klimasystem zu beschränken mit dem Ziel, dass die für Mensch und Umwelt notwendigen Parameterwerte des Klimasystems ihre natürlichen Schwankungsbreiten nicht über- bzw. unterschreiten.

Nachhaltigkeit

Der Begriff der Nachhaltigkeit stammt ursprünglich aus der Forstwirtschaft und bedeutete hier, dass nur soviel Holz geerntet werden darf, wie in dem jeweiligen Anbaugebiet nachwächst. Mittlerweile gilt dieser Begriff als Leitbild für eine zukunftsfähige Entwicklung (sustainable development) der Menschheit. Er nimmt in diesem Bedeutungszuwachs aber hinsichtlich seiner Verwendung inzwischen inflationäre Züge an. Grundsätzlich kann Nachhaltigkeit als eine Handlungsstrategie definiert werden, die die ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Lebensgrundlagen dauerhaft tragfähig erhält und entwickelt. Damit umfasst dieser Begriff - je nach Kontext - solche Komponenten wie Langfristigkeit, Systemstabilität, Abkehr von Problemverlagerung, Ganzheitlichkeit (komponentenübergreifende Sichtweise) usw.

Mobilität

Das Adjektiv "mobil" bedeutet soviel wie "beweglich" bzw. "nicht an einen festen Standort gebunden" und wurde im 18.Jahrhundert zuerst in der Militärsprache aus dem französischen "mobile" (beweglich, marschbereit) abgeleitet. Mobilität umfasst mehrere Kontextebenen, wie z.B. geografische Mobilität, psychische Mobilität, berufliche Mobilität usw. In der hier verwendeten Bedeutung ist die geografische Mobilität gemeint, also die Fähigkeit oder Bereitschaft, durch Ortsveränderung Interessen zu realisieren. Sie muss somit von "Verkehr", der tatsächlich durchgeführten Ortsveränderung unterschieden werden. Sie beinhaltet die zwei grundsätzlichen Bestandteile "Personenmobilität" und "Gütermobilität". Die Bedürfnisse der Menschen nach Mobilität haben Personenverkehr zur Folge und unsere Lebensstile beeinflussen die Wirtschaft mit der daraus abgeleiteten Nachfrage nach Gütermobilität und dem so resultierenden Güterverkehr.

Ökologie

Der Begriff "Ökologie" stammt aus dem Griechischen und bedeutet einzeln "oikos" - Wohnung und "logos" - Lehre. Er kann übersetzt werden mit "Lehre vom Zusammenleben" bzw. "Lehre vom Haushalt der Natur". Ökologie war nach erster Definition durch Ernst Haeckel um 1866 ein Teil der Biologie. Sie stellt sich aber heute als eine eigene, fachübergreifende Naturwissenschaft dar, die sich in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts etablierte. Der erste Lehrstuhl für Ökologie wurde 1963 in Kiel geschaffen.

Ökologischer Fußabdruck

Unter dem Ökologischen Fußabdruck wird die Fläche auf der Erde verstanden, die notwendig ist, den Lebensstil und Lebensstandard eines Menschen (unter Fortführung heutiger Produktionsbedingungen) dauerhaft zu ermöglichen. Das schließt - neben dem Flächenbedarf für die grundlegenden Bedürfnisse Wohnen, Ernähren und Bewegen - auch Flächen ein, die zur Produktion seiner Kleidung und Nahrung oder zur Bereitstellung von Energie, aber z.B. auch zum Abbau des von ihm erzeugten Mülls oder zum Binden des durch seine Aktivitäten freigesetzten CO₂ benötigt werden [59]. Natürlich ist dieser Flächenverbrauch in den Weltregionen extrem unterschiedlich [Bild 1].

Bild 1: Ökologischer Fußabdruckausgewählter Länder (in ha pro Person) [44]

Bei gegenwärtigem Verbrauch werden weltweit durchschnittlich pro Person 2,2 ha beansprucht, es stehen allerdings lediglich 1,8 ha zur Verfügung. Die weltweit verfügbare Fläche zur Erfüllung der menschlichen Bedürfnisse wird damit bereits derzeit um insgesamt 23% überschritten [3], mit zunehmender Bevölkerung und steigenden Ansprüchen vergrößert sich diese Differenz in Zukunft weiter.

Unter Verwendung dieser Definitionen sind bei der Betrachtung von Aspekten des Umwelt- und Klimaschutzes die globalen bzw. regional-lokalen Dimensionen von unterschiedlicher Bedeutung. Als global werden zunächst Problemstellungen mit Staatsgrenzen überschreitenden Auswirkungen (Internationalität) verstanden. Regional-lokale Problemstellungen dagegen sind auf begrenzte Gebiete wie Städte und Landschaften bezogen, können in Einzelfällen aber ebenfalls Landesgrenzen überschreitende Wirkungen ausüben.

Globale und regional-lokale Probleme sind eng miteinander verflochten und bedingen sich gegenseitig. Globale Umweltprobleme haben ihre Ursachen teilweise in regionalen oder lokalen Verwerfungen und umgekehrt. Dabei gibt es Überlagerungseffekte in beiden Richtungen, die sich nicht nur in sozialen, ökonomischen oder politischen Faktoren niederschlagen können, sondern auch systemischen (und damit kaum prognostizierbaren) Charakter tragen.

Oft sind lokale Umweltprobleme Sache der betroffenen Region. Es obliegt den Regierungen der jeweiligen Länder oder Städte, in Absprache mit der lokalen Bevölkerung umweltpolitische Ziele zu definieren und durch geeignete Maßnahmen umzusetzen. Eine globale Umweltpolitik ist an dieser Stelle meist weder erwünscht noch sinnvoll möglich. Dennoch kann es hilfreich sein, den Regionen unter wohlverstandener Interpretation des Subsidiaritätsprinzips aus zentral erarbeiteten globalen Strategien abgeleitete Umsetzungen mit lokaler Anwendbarkeit anzubieten, weil diese die Gewähr dafür bieten, das vernünftige Zusammenspiel einzelner Regionalmaßnahmen sicherzustellen.

Im Verhältnis globaler und regionaler Umweltproblematiken spielt auch deren politische Dimension eine nicht zu unterschätzende Rolle. Zum einen können örtlich begrenzte Umwelt-Verwerfungen in benachbarten (Welt-) Regionen durchaus als eine Art "Sicherheitsbedrohung" empfunden werden und so unter Umständen zu ihrer Konfliktlösung der internationalen Diplomatie bedürfen. Zum anderen muss eine Militarisierung der Umweltproblematik (z.B. durch Einsatz extremer Umweltbelastungen zu terroristischen Zwecken) bzw. ihre Demagogisierung (z.B. durch kollidierende "Entsorgungs- oder Erschließungsansprüche" auf internationalem Gebiet) verhindert werden [4]. Nicht zuletzt sind globale und regionale Umweltaspekte auch über die derzeit allgemein praktizierte (räumliche und zeitliche) Problemverlagerung miteinander vernetzt.

Bezüglich der im Folgenden ausgeführten Zusammenhänge sei bereits an dieser Stelle betont, dass Betrachtungen und Diskussionen zum Klimawandel und der aus ihm notwendig zu ziehenden Schlussfolgerungen für den Umwelt- und Klimaschutz entideologisiert werden müssen und mit dem Anspruch an Objektivität zu führen sind. Es geht weder um Dramatisierung, noch um Bagatellisierung, wie sie zuweilen durch Negierung des menschlichen Einflusses, durch Erklärungsversuche der Erderwärmung unter Zuhilfenahme ausschließlich astronomischer Einflüsse, aber auch durch Zeichnen apokalyptischer Szenarien usw. von jeweils wirtschaftlich Begünstigten polemisiert werden. Hier geht es ausschließlich um eine Interessengruppen unabhängige Ableitung zwingend erforderlicher Handlungsschritte für die Zukunft.

2.        Umwelt- und Klimaschutzprobleme und Herausforderungen

2.1.     Globale Probleme und Herausforderungen

Die Industriegesellschaft steht am Anfang des 21. Jahrhunderts vor immensen Herausforderungen. Aufgrund der viele Jahrzehnte währenden Sorglosigkeit um Umgang mit den zur Verfügung stehenden Stoff- und Energiequellen rücken nunmehr der Erhalt und die Ressourcen schonende Nutzung unserer Umwelt zwingend in den Mittelpunkt menschlichen Interesses. Obschon sowohl in der Politik als auch in der Wirtschaft allenthalben Bemühungen sichtbar werden, dem bevorstehenden Klimawandel in seinen negativen Auswirkungen entgegenzutreten, verläuft der Prozess der Umsetzung beginnender Einsicht in aktives und wirksames Handeln zur Zeit wesentlich langsamer, als der Veränderungsprozess unserer Umwelt selbst. Seit mehr als 20 Jahren sind die Probleme bekannt, doch die aktuelle globale Situation stellt sich schlechter dar denn je. Dieser existenziellen Problematik läuft man seit geraumer Zeit mit immer größer werdendem Abstand hinterher.

Sowohl Gesellschaft, Ökosystem und unbelebte Natur als auch die Interaktionen zwischen ihnen stellen hochkomplexe Wechselwirkungssysteme dar. Solche nichtlinearen, offenen Systeme sind unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass das zeitliche Verhalten des Gesamtsystems bei minimalen Störungen seine Komponenten zu völlig unterschiedlichen und kaum vorhersehbaren Phasenübergängen führen kann. Eingriffe oder willkürliche Veränderungen von Randbedingungen führen dabei rasch zu einer Reihe von Folgereaktionen (Domino-Effekt), deren Ergebnisse sich jedoch nicht aus der isolierten Analyse einzelner Systemkomponenten erklären lassen. Vor diesem komplizierten Hintergrund ergaben sich in der Vergangenheit weltweit unter anderem folgende Kausalen Entwicklungen:

Bevölkerungszunahme

Die Weltbevölkerung unterliegt einem rapiden Zuwachs. Die prognostizierte Bevölkerungszunahme [5]

wird auch durch Angaben der UN aus dem Jahr 2007 [Bild 2] unter Zugrundelegung unterschiedlicher Entwicklungen der Geburtenraten in ihrem Mittelwert bestätigt.

Bild 2: Entwicklung der Weltbevölkerung bis 2050 [6]

Diese Entwicklung zieht unmittelbar eine dazu proportionale, deswegen numerisch aber nicht unbedeutsame, direkte Steigerung des Gesamtbedarfs an allen Versorgungsmitteln nach sich. Unabhängig von Wohn- und Lebensraum und gemittelt über die regionalen Unterschiede hinsichtlich des jeweils vorherrschenden Lebensstandards und der mit ihm einhergehenden Ansprüche müssen Nahrung, Kleidung, alle Güter des sozio-kulturellen Bedarfs usw. produziert und transportiert werden. Dies führt im günstigsten und einfachsten Fall zu einer den Zuwachszahlen mindestens linear folgenden Steigerung des Energiebedarfs.

Zunehmende Industrialisierung, Urbanisierung und Motorisierung

Parallel dazu ist weltweit eine zunehmende Industrialisierung zu verzeichnen. Dies betrifft nicht nur die etablierten Industriestaaten der nördlichen Hemisphäre, sondern auch eine zunehmende Zahl an sogenannten Schwellenländern, wie China, Indien, Brasilien usw. Dabei haben sowohl Globalisierungseffekte (z.B. Verlagerung von Industriestandorten in Billiglohn-Regionen) als auch Urbanisierungseffekte (z.B. Flucht der Landbevölkerung in die Städte) zu einem weltweiten Anstieg der Mobilitätsnachfrage und hier vor allem des motorisierten Individualverkehrs geführt.

Steigerung des Energieverbrauchs

Beides, der Anstieg der Weltbevölkerung und der Anstieg der Mobilitätsnachfrage zogen eine rapide Steigerung des globalen Primärenergieverbrauchs nach sich und diese Entwicklung hält weiter an. Als äußerst problematisch hat sich dabei der Umstand erwiesen, dass die energetische Basis der menschlichen Gesellschaft in ihrer technologischen Entwicklung dem industriellen Wachstum nicht folgen konnte. Es gibt grundsätzliche Defizite in Gewinnung, Speicherung, Transport und Umwandlung von Energie. Die derzeitige Hauptenergiequelle des Menschen ist die Verbrennung fossiler Energieträger. Hierbei handelt es sich im wesentlichen Kohle, Erdgas und Erdöl, in denen die im Verlauf von Jahrmillionen auf die Erde eingestrahlte Sonnenenergie gespeichert ist. Allerdings werfen diese fossilen Energieträger im wesentlichen zwei Probleme auf: Sie sind endlich und ihre Verbrennung erzeugt Kohlendioxid.

Endliche Vorkommen fossiler Brennstoffe

Vorkommen zählen zu den "Reserven", falls sie geologisch sicher bestätigt sind (z.B. durch Bohrungen) und mit heutiger Technik rentabel gefördert werden können. Anderenfalls werden Vorkommen "Ressourcen" genannt. Aus "Ressourcen" können "Reserven" werden, wenn z.B. durch verbesserte Fördertechnik oder durch Anstieg der Preise solche Vorkommen, deren Förderung bisher nicht rentabel war, förderwürdig werden. Die derzeitigen und nach aktuellem technischen Stand wirtschaftlich erschließ- und nutzbaren Erdölquellen versiegen in etwa in 40-60 Jahren. Es gibt mittlerweile eine große Zahl seriöser Untersuchungen zu diesem Thema, die sich in der Beantwortung der Frage, dass das Maximum der weltweiten Erdölförderung ("peak oil") etwa 2010 zu erwarten ist, ziemlich nahe kommen. Bild 3 zeiht den prognostizierten Verlauf der weltweiten Fördermengen.

Bild 3: Maximum der Erdölförderung etwa 2010 [10]

Erdgas und Kohle reichen - bei der momentanen Verbrauchsgeschwindigkeit - noch etwas länger. Beispielhaft soll dies zunächst für das Erdgas anhand einer Abschätzung erläutert werden:

Dazu werden die Begriffe "statische Reichweite" und "dynamische Reichweite" herangezogen. Nach Angaben der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) aus dem Jahr 2007 belaufen sich die relevanten Mengenangaben für Erdgas (in Milliarden m³ = Gm³) auf:

Mit diesen Werten wird die statische Reichweite = Reserven / Verbrauch mit etwa 58 Jahren bestimmt.

Die dynamische Reichweite dagegen geht nicht von einem konstanten, sondern von einem (in diesem Modell) exponentiellen Wachstum der Nachfrage mit eine konstanten jährlichen Wachstumsrate p aus Die Verbräuche V(1)....V(n) einzelner Jahre bilden eine geometrische Folge, deren Ergebnisgleichung mit n = ln ( 1 + s*p ) / ln ( 1 + p ) bestimmt ist. Dabei bezeichnet s die statische Reichweite Das Einsetzen der Werte 0,5% bis 4,0% für p und s = 58 liefert dann die folgenden dynamischen Jahres-Reichweiten:

Für die weltweiten Kohlevorkommen (getrennt nach Braunkohle und Steinkohle) lassen sich auf gleiche Weise die folgenden Werte finden:

Im Vergleich zu Erdöl und Erdgas ist die statische Reichweite von Kohle groß. Aber für den Fall exponentiellen Verbrauchsanstiegs verkürzen sich die Reichweiten erheblich. Je größer die statische Reichweite ist, um so höher fällt der Verkürzungseffekt aus. Für Steinkohle halbiert sich die Reichweite bei einer jährlichen Wachstumsrate von 2%, für Braunkohle bereits bei rund 0,9% [9].

Wenn gelegentlich behauptet wird, die fossilen Brennstoffe und insbesondere auch Erdöl seien noch "im Überfluss" vorhanden, so beruht dies darauf, dass nicht allein auf die Reserven, sondern - zumindest teilweise - auch auf die Ressourcen Bezug genommen wird. Dies aber bedeutet in jedem Fall Verteuerung. Außerdem wird Erdöl auch dringend als wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie benötigt.

Verteuerung fossiler Energien

Aufgrund der zunehmenden Verknappung der fossilen Energien ergibt sich noch eine weitere Entwicklung, die sich heute bereits abzeichnet: die damit einhergehenden deutlichen Preissteigerungen. Dies betrifft nicht nur das Erdöl und seine Derivate wie Kraftstoffe und Schweröle, sondern vor allem auch die aus dem Erdöl und dem Erdgas gewonnene Energie (Preiskopplung); etwas abgeschwächt sogar auch die Energie aus Kohle. Bild 4 zeigt die Energiepreisentwicklung zwischen 1995 und 2008.

Bild 4: Preisentwicklung für Strom, Gas, Heizöl und Fernwärme [8]

Zunehmende CO₂-Emissionen

Fossile Energieträger bestehen aus hochmolekularen Kohlenwasserstoffketten. Damit sind zwei Eigenschaften verbunden: Einerseits werden diese hochmolekularen Kohlenwasserstoffein der chemischen Industrie, Pharmazeutik usw. benötigt, für die nach dem Wegfall des Erdöls bisher keinerlei vergleichbare Alternativen bekannt sind. Andererseits heißt "Verbrennen" in diesem Zusammenhang immer die Oxidation der Kohlenwasserstoffe mit dem Sauerstoff der Atmosphäre, was zwangsläufig zur Entstehung von CO₂ führt. Das heißt, bei jeder Verbrennung sowohl von Kohle, Eröl als auch Erdgas, sei es in Kraftwerken zur Energiegewinnung, sei es zum Heizen in Privathaushalten oder sei es als Kraftstoff zum Betrieb von Verbrennungsmotoren, wird CO₂ freigesetzt und in die Atmosphäre entlassen.

Über Jahrzehnte wurde geglaubt, dieser vom Mensch erzeugte Anteil des Kohlendioxids könnte im Mengenverhältnis zum in der Atmosphäre sowieso bereits enthaltenen Kohlendioxid  keinen Schaden anrichten. Doch die weltweiten Messdaten sprechen eine andere Sprache. Die vom Menschen erzeugten Kohlendioxidmengen sind derart schnell angestiegen, dass irreversible  Schäden am Ökosystem bereits jetzt schon nicht mehr ausgeschlossen werden können. Setzt man die Werte von 1990 auf 100%, dann betrug die weltweite Gesamtemission 2006 mehr als 130%.

Allein China stieß im Jahr 2009 rund 1,8 Milliarden Tonnen CO₂ aus fossilen Brennstoffen aus, die USA kamen auf 1,59 Milliarden Tonnen. Russland lag mit 432 Millionen Tonnen auf Platz drei, dicht gefolgt von Indien. Zur Veranschaulichung: 1 Tonne CO₂ entspricht (je nach Temperatur und Luftdruck) etwa 500m³. 

Seit 2000 liegt die Wachstumsrate der CO2-Emissionen vier Mal höher als noch in den 1990er Jahren, nämlich bei durchschnittlich 3,5% pro Jahr gegenüber 0,9% [Bild 5]. Damit bewegen sich die aktuellen Emissionen noch oberhalb der pessimistischsten IPCC-Szenarien. 2007 wurden dem Bericht zufolge 8,5 Gigatonnen CO₂ aus fossilen Brennstoffen in die Atmosphäre freigesetzt.

Bild 5: Das Wachstum der weltweiten Kohlendioxid-Emissionen hat sich seit 2000 vervierfacht [11].

Der weltweite Anstieg der CO₂-Emissionen ist als besonders dramatisch zu bewerten, weil:

- er sich trotz der etwa seit Mitte der 90er Jahre vielerseits postulierten Anstrengungen zu seiner Minderung dennoch weiterhin verschärft;

- er sich durch die - ebenfalls weiterhin zunehmende - Abholzung tropischer und subtropischer Regenwälder noch verstärkt;

- er zu einer immer schneller voranschreitenden globalen Erwärmung führt.

Die Abholzung tropischer Regenwälder hat großen Einfluss auf den Anstieg der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre. Das CO₂ wird durch die pflanzliche Fotosynthese in Biomasse umgewandelt, zugleich werden molekularer Sauerstoff und Wasser freigesetzt. Jeder Hektar intakter Regenwald kann nach Angaben des WWF zwischen 90 und 545 kg CO₂ pro Jahr aus der Atmosphäre ziehen. Jährlich werden etwa 170.000 km² Regenwald durch Kahlschlag, Brandrodung oder Straßenbau vernichtet.

Globale Erwärmung

Die Wirkungsweise des atmosphärischen Kohlendioxids ist aus folgenden Gründen gefährlich: Die "Durchlässigkeit" eines Mediums (hier der Atmosphäre) für elektromagnetische Strahlung hängt von deren Wellenlänge ab. Die Atmosphäre ist für Sonnenlicht - bis auf kleine Wellenlängenbereiche - durchlässig. Für die von der Erde abgegebene Wärmestrahlung (infraroter Wellenlängenbereich >3µm) ist sie aber nur bedingt durchlässig und zwar abhängig vom Anteil sogenannter Treibhausgase, zu denen u.a. Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan zählen. Deren Moleküle besitzen jeweils typische Strukturen mit spezifischen quantenphysikalischen Anregungsenergien. Trifft nun ein Strahlungsquant auf ein Molekül mit der "passenden" Anregungsenergie, wird es absorbiert und seine Energie in kinetische Energie des Moleküls (d.h. Wärme) umgewandelt. Die Anregungsenergie des CO₂-Moleküls entspricht dem infraroten (Wärme-) Wellenlängenbereich.

Die globale Erwärmung ist vor allem darauf zurückzuführen, dass eine zunehmende Anzahl Menschen mit jeweils steigenden Energiebedarf immer mehr fossile Rohstoffe verbrennt. Zwar würden sich in einer postfossilen Ära die Kohlendioxid-Probleme und damit auch die Auswirkungen auf die globalen Temperaturen quasi "von selbst lösen", aber dies würde nicht nur einen schlicht viel zu langen Zeitraum erfordern, sondern auch die dargestellte Energieproblematik ungelöst belassen.

2.2.     Regionale und lokale Probleme und Herausforderungen

2.2.1.  Umweltbelastungen

Während sich die globalen Betrachtungen im wesentlichen auf die naturwissenschaftlichen Parameter und Systembedingungen der Biosphäre unseres Planeten bzw. auf die generelle Verfügbarkeit grundlegender Ressourcen bezieht, spielt im Bereich regional-lokaler Herausforderungen der Begriff der "Umweltbelastung" eine wesentliche Rolle (siehe Definitionen).

Diese Definition der Umweltbelastung als Grenzwertüberschreitung von Umgebungsparametern zieht die Frage nach der Höhe der jeweiligen Grenzwerte nach sich. Wie in allen offenen, sich selbst regelnden Systemen variieren auch die Parameter des Ökosystems mit bestimmten Bandbreiten, innerhalb derer der Gesamtzustand des Systems als Ausgangszustand oder "Normalzustand" definiert werden kann. Die Problematik besteht nun darin, solche Ober- bzw. Untergrenzen zu finden, außerhalb derer die jeweiligen Parameter:

- für den Menschen direkt gesundheitsschädigende Folgen haben,

- Flora und Faun beeinträchtigen oder

- sich anderweitig negativ verändernd auf das Ökosystem auswirken.

Angesichts der Vielzahl von Umgebungsparametern, Belastungsarten und damit verbundenen Zielrichtungen wird verständlich, warum es bereits eine Fülle an Richtlinien, Normen und Beschränkungen gibt, die einerseits oft als bürokratische Hürden und Überregulierungen empfunden werden, andererseits jedoch bisher nur einen Bruchteil dessen abdecken, was eine Gesellschaft an Umwelt schädigenden Aktivitäten hervorbringen kann.

Darüber hinaus sind Grenzwerte vielschichtig aufeinander abzustimmen, da in der Realität zumeist nicht einzelne Faktoren, sondern ganze Faktorkomplexe wirken. Das kann z.B. zur Folge haben, dass im Verbund wirksame Umweltbelastungen strenger zu reglementieren sind, als dies für jeden ihrer Faktoren im Einzelnen notwendig wäre.

Im folgenden werden regionale und lokale Herausforderungen aufgeführt, anhand derer einerseits einige mögliche Kombinationen von Belastungsmedium und Belastungsart exemplarisch verdeutlicht und andererseits die Komplexität selbst nur der lokalen Problematiken veranschaulicht werden sollen.

2.2.2.  Lokale Herausforderungen

Flächenverbrauch durch Verkehr

Mobilität (sowohl von Personen als auch von Gütern) wird als Potential verstanden und durch Verkehr realisiert. Dazu spielen komplexe Transportketten, bestehend aus Fernverkehr (oberhalb 100km) und Sammel- und Verteilverkehre eine tragende Rolle. Mit der wachsenden Mobilitätsnachfrage ergaben die Prognosen des Bundesverkehrswegeplanes (Berlin, 2003) bis 2015 einen 18%igen Zuwachs des Personenverkehrs und einen 60%igen Zuwachs des Güterverkehrs. Wenn diese Prognosen auch nur annähernd eintreffen, dann werden die Grenzen des Verkehrswachstums schnell erreicht, denn die zur Realisierung dieses Wachstums notwendige Ressource "Infrastruktur" beinhaltet die immer knapper werdende Komponente "Fläche". Bei einem derzeitigen täglichen (!) Zuwachs an Flächenverbrauch von ca. 90 ha in Deutschland beträgt der Verkehrswegeanteil 5%. Dieser Anteil erscheint zwar gering, aber der kontinuierliche, absolute Flächenverbrauch von Verkehrswegen (zunehmend als Teil der Raumplanung) ist in Form der Trassenverfügbarkeit ein Indikator für die Endlichkeit dieser Ressource.

Neben dem direkten Flächenverbrauch durch die Verkehrstrassen spielt der Zerschneidungseffekt, der zu einem Verlust an freien Kernflächen führt, eine wesentliche Rolle. So hat z.B. ein Verkehrsweg mit 0,2 ha direkter Fläche bei einem betrachteten Areal von 100 ha (inklusive Schutzzonen) einen rein rechnerischen Verlust von 29 ha Kernfläche zur Folge [12].

Die - auch und vor allem im innerstädtischen Bereich - zunehmende Flächenknappheit zieht einige direkte Folgen nach sich: Mangelndes Platzangebot und die zusätzliche Wohnraumnachfrage durch eine schleichende Auflösung des klassischen Familienverbandes (starke Zunahme von Single-Haushalten in Ballungsräumen) führen zu ansteigenden Immobilienpreisen, die ihrerseits den Trend zu billigeren Randlagen verstärken (Wohnen außerhalb der Stadt, Einkaufen "auf der grünen Wiese"). Dieser Trend zur Stadtrandbesiedelung  und Umlandzersiedelung führt zu räumlich voneinander getrennten Gebieten mit geringer Bevölkerungsdichte. Die sich daraus ergebende Trennung von Wohnort, Arbeitsstätte und Freizeiteinrichtungen führt zu einer Steigerung der Verkehrsnachfrage. Die geringere Bevölkerungsdichte in Randgebieten erschwert es, Lösungen für den öffentlichen Verkehr in ausreichender Qualität anzubieten [13]. Aus innerstädtischer Platznot resultiert also eine Umlandbesiedelung, die ihrerseits die Mobilitätsnachfrage ankurbelt und damit zu einem weiteren (auch innerstädtischen) Flächenverbrauch führt. Dabei spielen aber nicht nur die Trassen eine Rolle, sondern vor allem auch im Bereich des motorisierten Individualverkehrs (MIV) große Stellflächen für den ruhenden Verkehr und die damit einhergehenden Oberflächenversiegelungen städtischer Umgebung.

Aus diesem sich selbst verstärkenden Kreislauf entstehen weiter zunehmender Energieverbrauch und steigende Luft- und Lärmbelastungen. Neben der physikalischen Belastung durch Schall und Erschütterungen handelt es sich hierbei für das Medium Luft um chemische Belastungen, einerseits durch Giftgase wie Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NO_x), andererseits durch Feinstaubpartikel.

Feinstaubproblematik

Bei Feinstaub handelt es sich um Partikel mit einem Durchmesser von 0,01 µm bis 10 µm, die man zu ihrer Klassifizierung mit den entsprechenden Bezeichnungen PM_0,01 - PM₁₀ benennt. Kleinstpartikel bis PM_0,1 ("Nanopartikel") dringen in die Lunge ein, Grobstaub (ab PM_2,5) schädigt vor allem die oberen Atemwege. Ab 2010 gilt für Partikel PM₁₀ der Grenzwert, dass eine Konzentration von 50 µg/m³ nicht häufiger als 7x pro Jahr überschritten werden darf [14]. Dennoch ist in den letzten Jahren der prozentuale Anteil derjenigen Messstationen, die eine derartige Grenzwertüberschreitung gemessen haben, kontinuierlich gestiegen.

Neben dem Straßenverkehr sind die Hauptemissionsquellen für Feinstaub Industrie- und Hausfeuerungsanlagen.

Verkehrsbedingte Feinstaubbelastungen sind neben den Partikelemissionen im Abgas der Dieselfahrzeuge aber auch Brems-, Reifen- und Straßenabrieb sowie die Wiederaufwirbelung von Staubpartikeln durch die Turbulenz der Fahrzeuge.

Stickoxidbelastungen

Neben dem Feinstaub sind Stickoxide eine hauptsächlich in urbanen Bereichen (Städten, Ballungsgebieten) auftretende Umweltbelastung. Auch Stickoxide entstehen bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Stickoxide werden in der Atmosphäre mittels fotochemischer Reaktionen und unter Einbeziehung langkettiger Kohlenwasserstoffe umgewandelt in Aldehydgruppen  und Ozonmoleküle (deren Rolle im nächsten Punkt angesprochen wird).

Diese Vorgänge sind die chemische Grundlage der über Ballungsgebieten häufig zu beobachtenden  (auch als Fotosmog bezeichneten) Dunstglocken. Dieser Fotosmog entsteht bei hohen Emissionsraten an Stickstoffoxid und gleichzeitig verstärkter Emission von in Kolbenmotoren unverbrannten Kohlenwasserstoffen während sogenannter "Inversionswetterlagen", während derer höhere Luftschichten wärmer sind als bodennahe Luftschichten. Die schadstoffreiche Abluft von Ballungszentren kann dann nicht abziehen und es stellt sich wegen des fehlenden vertikalen Luftaustausches eine ständig wachsende Schadstoffkonzentration ein [17].

Die Entstehung von Stickoxiden ist hauptsächlich dem Verkehrssektor anzulasten und wird dabei zu einem großen Teil speziell vom motorisierten Fernverkehr emittiert. Dadurch ergibt sich für die urbane Stickoxid-Belastung immer eine regional bedingte und witterungsabhängige Hintergrundbelastung. Zusätzlich erschweren lokale innerstädtische Luftströmungen die Messung und Überwachung dieser Belastungsart.

Ozonbelastungen

Eine weitere Folge emittierter Stickoxide ist das während ihrer fotolytischen Umwandlung entstehende Ozon. Bei Ozon handelt es sich um sogenannten dreiwertigen Sauerstoff, dessen Besonderheit darin besteht, für den Menschen sowohl positive als auch negative Bedeutung zu besitzen.

Ozon ist natürlicherweise in der Atmosphäre enthalten. Er bildet in einer Höhe von 16 - 32km eine Schicht, die den Menschen vor dem ultravioletten Anteil der Sonneneinstrahlung schützt [Bild 6].

Zwar hatten sich durch unkontrollierten Ausstoß von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), die noch bis zum Montreal-Protokoll 1987 als Kühlmittel oder Treibgas für Aerosole eingesetzt worden sind sowie durch den Ausstoß von Brom- und Halogenverbindungen, über den Polbereichen der Erde große Areale mit in dieser Höhe zu geringer Ozonkonzentration ("Ozon-Loch") gebildet. Diese Entwicklung konnte jedoch in den letzten Jahren gestoppt werden. Das Ozon-Loch wuchs nach 2002 nicht mehr wesentlich an.

Ozonmoleküle bilden sich in dieser Höhe der Stratosphäre durch die Einwirkung ultravioletter Strahlung mit einer Wellenlänge von 240 - 320 nm (ultraviolette Strahlung Bereich B = "UV-B") auf die vorhandenen Sauerstoffmoleküle.

Bild 6: Aufbau der Atmosphäre mit ihrer Ozonschicht [19]

Das jedoch in Bodennähe durch Stickoxid-Reaktionen entstehende Ozon ist für den Menschen gefährlich. Es wird nach dem Einatmen vom Hämoglobin des Blutes vorrangig vor Sauerstoff im Körper angenommen und transportiert, taugt aber nicht zur Nahrungsverbrennung innerhalb unseres Stoffwechsels. Daher führt eine erhöhte Ozon-Konzentration in der Atemluft zum Fehlen von Sauerstoff im Blut, zu einem schnellen Leistungsverfall und damit zu bedrohlichen Kreislaufstörungen.

Lärm und Erschütterungen

Auch die Belastung der Menschen durch Lärm und Erschütterungen ist eine Folge der weiter steigenden Mobilitätsnachfrage. Schallemissionen mit einem Schallleistungspegel von mehr als 80 dB(A) entstehen nicht nur im innerstädtischen Bereich (Hauptverkehrsstraßen mit aus Platzgründen direkt heran reichender Wohnbebauung, Kurvenquietschen von Straßenbahnen, Baustellenlärm usw.), sondern auch in den umgebenden regionalen ländlichen Gebieten (Autobahnen, Fernstrecken der Bahn mit schnellen ICE oder nächtlichen Güterzügen, Fluglärm im Umfeld großer Airports, Motordröhnen von Lastkähnen auf Wasserstraßen usw.). Bei der Bewegung aller Arten von Transportmitteln entstehen dynamische Kräfte, die sowohl die bewegten Strukturen als auch die tragenden System in Schwingungen versetzen. Dabei geht es nicht nur um hörbare Geräusche mit Frequenzen von 100Hz - 20000Hz (Primär- und Sekundärschall), sondern auch um tieffrequente Erschütterungen unterhalb von 100Hz. Direkt von der Quelle emittierter Schall höherer Frequenz wird Primärschall genannt. Von der Quelle ausgehende Erschütterungen niedrigerer Frequenz können sich über Bodenstrukturen, Gebäudeteile usw. ausbreiten und an anderer Stelle ihre Schwingungsenergie erneut in hörbare Geräusche, den sogenannten Sekundärschall, umwandeln [20].

Eine Besonderheit der akustischen Umweltbelastung ist die Tatsache, dass Geräusche vom Menschen nicht wertungsfrei aufgenommen werden. Man unterscheidet demnach in der Wahrnehmungspsychologie die Begriffe "Schall" als von subjektiven Wertungen freien, physikalischen Schwingungsvorgang und "Lärm" als störendes, belästigendes oder sogar gefährdendes, also unerwünschtes Geräusch. Wann Geräusche als unerwünscht eingeschätzt werden, hängt von der emotionalen Situation des Betroffenen ab und ist nicht objektiv bestimmbar. Dennoch gibt es bestimmte Geräuschgruppen, die generell als unangenehm empfunden werden: Nach Angaben des Umweltbundesamtes von 2006 fühlen sich z.B. 62% der Bürger durch Straßenverkehrslärm gestört oder belästigt [21].

Auswirkungen von Lärm sind u.a. Schlafstörungen, Kopfschmerzen, Aggressionen sowie die Abnahme der körperlichen und geistigen Leistungsfähigkeit. Bei dauerhafter Belastung oberhalb von 90 - 100 dB können bereits Kreislaufstörungen eintreten.

2.2.3   Regionale Herausforderungen

Nachdem bisher einige lokale Probleme aus dem urbanen europäischen Umfeld anhand des Begriffs der Umweltbelastung dargestellt wurden, sollen nun einige ausgewählte Beispiele für regionale Herausforderungen genannt werden. Hierbei spielen zwar auch Landesgrenzen überschreitende Wirkungen eine Rolle, dennoch handelt es sich um vorwiegend gebietsbezogene, d.h. auf spezielle geografische Bereiche beschränkte Herausforderungen, die nicht unmittelbar globale Wirkungen ausüben. Dies zeigen mit Bezug auf Städte und deren umgebende Regionen die folgenden Beispiele.

Smog über den Megacitys

Größtes Problem der Megacitys hinsichtlich der Luftverschmutzung ist Smog. Hierbei handelt es sich um ein Kunstwort aus dem Englischen ("smoke" + "fog", also Nebel und Rauch), um bestimmte Formen der Luft-Kontamination zu beschreiben. Unterschieden wird zwischen dem sogenannten Wintersmog (auch "London-Typ" genannt: kalte Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit und Rußbelastung) und dem Sommersmog mit hoher Ozon- und Schadstoffbelastung ("Los Angelos - Typ"). während Wintersmog besonders belastend für die Atemwege ist, führt Sommersmog häufig zu starken Kopfschmerzen.

Bild 7: Smog über Peking [63]

In Deutschland herrschen recht strenge Emissionsregelungen, welche meist auch eingehalten werden. In vielen anderen Ländern existieren diese - wenn überhaupt - nur auf dem Papier. Nicht nur der verkehr ist eine Verschmutzungsquelle in Megacitys. Meist sind diese Städte zugleich wirtschaftlicher Knotenpunkt eines Landes, weshalb sich dort im Umfeld viel Schwerindustrie angesiedelt hat. Hinzu kommen Schadstoffe aus den Schornsteinen unzähliger Privathaushalte und aufgrund privater Müllverbrennung. In den Slums vieler Megacitys wird oft noch über dem offenen Feuer gekocht und mangels Alternative jegliches brennbares Material verwendet - ohne Rücksicht auf mögliche giftige Dämpfe. Mexico-Stadt beispielsweise überschreitet laut einer UN-Studie die internationalen Richtwerte für Schwefeldioxid, Mikropartikel, Kohlenstoffmonoxid und Ozon  um mehr als das Doppelte.

Erinnert sei in diesem Zusammenhang auch an Maßnahmen der chinesischen Regierung, mit denen im Vorfeld der Olympischen Spiele 2008 in Peking eine Verbesserung der dort normalerweise katastrophal schlechten Luftqualität erreicht werden sollte. Während ansonsten die Pekinger im normalen Alltag oft nur mit Atemschutz ihre Häuser verlassen, verfügte man aus Anlass der Olympiade für etwa 2 Millionen Fahrzeuge ein Fahrverbot, stellte in ganz Peking 40 Millionen Blumenkübel auf, legte 12.000 ha Wiesen-, Wald- und Parkflächen an und unterbrach in hunderten Fabriken und Betrieben die Produktion. Das brachte zwar für den Zeitraum der Maßnahmen einen kurzfristigen Erfolg - da derartige Eingriffe aber nicht ständig aufrecht erhalten werden können, führen sie im Sinne der Nachhaltigkeit nicht zu einer befriedigenden und dauerhaften Wirkung.

Waldsterben durch sauren Regen

Schwefeldioxid und Stickoxide wie Lachgas oder Stickstoffdioxid standen schon früh im Verdacht, massive Erkrankungen an Bäumen auszulösen. Wichtigste "Produzenten" dieser Gase und Stäube sind Kraftwerke, Industriebetriebe und der Verkehr. Besonders gefährlich wird es für den Wald dann, wenn Schwefeldioxid und Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen in Wolken mit Wassermolekülen in Kontakt kommen. Dann entstehen stark ätzende Schwefel- und Salpetersäuren, die den Regen sauer machen. Während der pH-Wert von unbelastetem Regen bei 5,6 liegt, haben Forscher im Freiland oft Werte zwischen 4,0 und 4,5 gemessen. Wenn dieser saure regen zu Boden fällt, kann er einerseits Blätter und Nadeln massiv schädigen und andererseits auch den pH-Wert von Waldböden und Grundwasser beeinflussen [29].

Korallensterben  aufgrund von Massentourismus

Zahlreiche Umweltfaktoren bedrohen die einmaligen Korallenriffe und das Ökosystem. Zum Beispiel ist am Roten Meer die Anzahl der Touristen in den letzten 20 Jahren von wenigen Hunderttausend auf vier Millionen jährlich gestiegen. An Stellen, wo noch vor 20 Jahren unberührte Buchten und Riffe lagen, sind heute touristische Hochburgen mit zehntausenden Betten (vor allem z.B. in den Regionen Sharm El-Sheikh und Hurghada) angesiedelt. Die Besucherzahlen steigen jedes Jahr um fast 10%, der zahlenmäßige Anstieg von Tauchern macht sich an erheblichen Schäden in den Korallenriffen deutlich bemerkbar [26].

Küstenverschmutzungen nach Öltanker-Havarien

Die Auswirkungen zeigen sich in Häfen oder im Umfeld großer Städte sowie in Naturschutzgebieten. Stellvertretend seien einige Beispiele aus der Chronik der Tanker-Havarien genannt [25]:

24. März 1989 - Die "Exxon Valdez" havariert im Prinz-William-Sund vor Alaska, 41.000 Tonnen Öl verschmutzen ein Naturschutzgebiet vor der Küste.

3. Dezember 1992 - Der griechische Tanker "Aegean Sea" läuft bei der Einfahrt in den nordspanischen Hafen La Coruna auf felsigen Grund und bricht auseinander. Etwa 81.000 Tonnen Öl laufen ins Meer.

5. Januar 1993 - Der liberianische Tanker "Braer" läuft vor den Shetland-Inseln auf ein Riff. 98.000 Tonnen Rohöl fließen in die Nordsee.

16. Februar 1996 - Der Tanker "Sea Empress" läuft vor der Südwestküste von Wales auf Grund und schlägt leck. Rund 70.000 Tonnen Öl fließen ins Meer.

27. Juli 2003 - Der im Sturm vor der pakistanischen Küste gestrandete Tanker "MT Tasman Spriti" verliert rund 25.000 Tonnen Rohöl.

Ökologische Probleme und militärische Konflikte

Im Krieg um Kuwait sind bis Januar 1991 durch die Bombardierung von Ölförderanlagen etwa 1,5 Milliarden Liter Öl ausgeflossen, 40x soviel wie wie bei dem Tankerunglück der "Exxon Valdez". Der Ölteppich im Golf von Saudi-Arabien war zeitweise bis zu 900 km² groß. Es brannten bis zu 50 Ölquellen gleichzeitig, deren Abgase wochenlang in der gesamten Region den Himmel verdunkelten und eine Gefahr für den Monsunregen über Indien darstellten [23].

3.         Reale und prognostizierte Auswirkungen

Die erläuterten Umwelt- und Klimaschutzprobleme und -herausforderungen globaler wie auch regional-lokale Bedeutung sind nicht als für sich allein stehende Fakten zu sehen, sondern ziehen eine ganze Reihe weiterer Folgen nach sich. Wie unter 2.1. aufgezeigt, sind Gesellschaft, Ökosystem und unbelebte Natur interagierende, hochkomplexe Wechselwirkungssysteme. Eingriffe oder willkürliche Veränderungen von Randbedingungen führen in solch sensiblen Systemen rasch zu eine Kette von Folgereaktionen, deren Ergebnisse sich jedoch nicht aus der isolierten Analyse einzelner Systemkomponenten heraus erklären lassen. Vielmehr ergibt sich erst aus ganzheitlicher Betrachtungsweise eine Sicht auf möglich Konsequenzen. Dabei sollen bisher bereits eingetretene Klima- und Umweltschäden als "reale Auswirkungen", zukünftig zu erwartende Konsequenzen als "prognostizierte Auswirkungen" bezeichnet werden.

Reale Auswirkungen sind beobachtbare Effekte, die "nur noch" in den zutreffenden kausalen Kontext eingeordnet werden müssen. Prognosen hingegen sind das Ergebnis wissenschaftlicher Simulationsmodelle und bedürfen in aller Regel einer vorsichtigen und alle Randbedingungen berücksichtigenden Bewertung. Auch reale und prognostizierte Auswirkungen der aktuellen Klimaschutzproblematik sollen zunächst in ihrer globalen und danach in ihrer regional-lokalen Dimension betrachtet werden.

3.1.     Globale Auswirkungen

3.1.1.  Globale Erwärmung und mögliche Folgen

Die bisherigen Feststellungen führten unter globaler Sichtweise vom weltweiten Bevölkerungswachstum über steigenden Gesamtenergieverbrauch bis hin zu den wachsenden CO₂-Emissionen und zu der mit ihnen verbundenen globalen Erwärmung. Diese globale Erwärmung ist eindeutig durch den Menschen verursacht und in ihrer derzeitigen Entwicklung nicht auf natürliche klimatische Systemschwankungen reduzierbar. Der Temperaturverlauf der letzten 10000 Jahre [Bild 8] zeigt deutlich, dass alle in der Vergangenheit aufgetretenen Variationsbreiten mittlerweile überschritten sind und damit zyklische Schwankungen sowie astronomische Ursachen für die derzeit beobachtete Erwärmung seit Beginn des industriellen Zeitalters ausgeschlossen werden können.

Bild 8: Verlauf der globalen Durchschnittstemperatur während der letzten 10000 Jahre [30]

Der zweite Ausgangspunkt war die Energiebasis des Menschen, die derzeit hauptsächlich in der Verbrennung der in einem Zeitraum von 50 (Erdöl) und 150 (Braunkohle) Jahren zu Ende gehenden fossilen Energieträger besteht. Die relativ kurzfristig knapper werdende Ressource Erdöl führt einerseits zu einer (strittigen) Renaissance der Energiegewinnung durch Kernspaltung und andererseits zu einem Rückgriff auf Kohle, die hinsichtlich ihrer CO₂-Bilanz noch schlechter abschneidet als Erdöl.

Damit verstärkt sich der globale Erwärmungseffekt und es wird die Bedeutung verschiedener Prognosemodelle deutlich, die auf Basis unterschiedlicher Ausgangsannahmen den weiteren Anstieg der globalen Erwärmung vorhersagen. Dabei befinden sich alle Rechenmodelle mit den realen Messwerten der jüngeren Vergangenheit in Übereinstimmung und gehen nur für die Zukunft z.B. von unterschiedlichen Wirtschaftswachstumsraten, unterschiedlichen Emissionsminderungen usw. aus. Entsprechend gibt es optimistische Prognosen, die bis zum Jahr 2100 eine globale Erwärmung von 2°C vorhersagen aber auch pessimistische Prognosen, die bis zum Ende dieses Jahrhunderts eine durchschnittliche Erwärmung von bis zu 5,5°C als wahrscheinlich errechnen.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, mit welchen Auswirkungen jedenfalls minimal zu rechnen ist. Nach Auswertung verschiedener (ausschließlich offiziell anerkannter) Quellen sind folgende Auswirkungen mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit zu erwarten:

Verringerte Biodiversität und veränderte Verbreitungsgebiete

Die Erwärmung verläuft (bereits heute) derart schnell, dass die Generationsfolge vieler Lebewesen nicht mehr zu einer evolutionären Anpassung an veränderte Umgebungsbedingungen führen kann. Die damit verbundene starke Abnahme der Artenvielfalt (Biodiversität) wird eine Unterbrechung der Nahrungsketten an vielen Stellen des bisher weitgehend unerforschten Flora-Fauna-Systems zur Folge haben. Derart veränderte klimatische Grundbedingungen ziehen mit hoher Wahrscheinlichkeit auch veränderte Verbreitungsgebiete von Tieren, Pflanzen, Bakterien und Viren nach sich (z.B. Malariamücke in Europa, Grippeviren in Südamerika). Der Ausbruch von Pandemien / Seuchen mit entsprechenden Todesopfern ist vor dem Hintergrund eines weltweit immer dichter werdenden Reisegeschehens nur eine Frage der Zeit, da sich auch das menschliche Immunsystem nicht schnell genug an die veränderten Verbreitungsbedingungen anpassen kann. Die Anfang 2009 von Mexiko ausgegangenen Viren H1N1 der sogenannten Schweinegrippe sind für eine solche weltweite Verbreitung ein beredtes Beispiel. 

Freisetzung von Methan

Methan (CH₄) stammt zum einen aus der Umsetzung pflanzlicher Substanzen durch anaerobe Bakterien und andererseits aus Pflanzlichen und tierischen Stoffwechselvorgängen (Reisanbau und Rinderhaltung) in der Landwirtschaft. Methan ist ein gefährliches und äußerst klimarelevantes Treibhausgas. 

Schon der bisher eingetretene durchschnittliche Temperaturanstieg führt zusätzlich zum Auftauen der borealen Permafrostböden der nördlichen Erdhalbkugel, was die Freisetzung der großen, dort im Verlauf der Erdgeschichte oberflächlich eingelagerten Mengen giftiger Methangase nach sich zieht.

Veränderte Wasserkreisläufe

Das bereits beobachtete Abtauen des Polareises wird sich beschleunigen. So werden nicht nur Flächen minimiert, an denen Sonnenlicht reflektiert wird, anstatt sich am Boden in aufheizende Infrarotstrahlung umzuwandeln, sondern es werden auch die bedeutenden Trinkwasservorräte des Grönlandeises verringert. Im Unterschied zum Polareis besteht das Grönland-Schelf aus Süßwasser, dessen Abfließen zu einer signifikanten Abnahme des Salzgehaltes  der Ozeane führen würde.

Bild 9: Abschmelzen des arktischen Polareises zwischen 1979 und 2003 [35]

Ein veränderter Salzgehalt der großen Ozeane kann zu einem völlig veränderten Meeresströmungssystem führen. Neben der Temperatur ist der Salzgehalt entscheidend für die Dichte des Meerwassers und gerade diese unterschiedliche Dichte zieht vertikale Konvektionsströmungen nach sich, aus denen die globalen Meeresströmungen entstehen. Die Verdünnung des Meerwassers mit Süßwasser kann den nordatlantischen Tiefenstrom  vor Grönland so beeinflussen, dass dessen Zirkulation innerhalb weniger Jahre zum Stillstand kommt, was das regionale Wettergeschehen  - zusätzlich zu den bisher bereits prognostizierten Klimaänderungen - radikal beeinflussen würde [36].

Ansteigen des Meeresspiegels

Sowohl das Abschmelzen des Festlandeises als auch die thermodynamische Ausdehnung des Wassers bei Erwärmung führen zu einem Ansteigen des Meeresspiegels. Vor allem niedrig liegende Küstenregionen werden hiervon betroffen sein. Global liegen etwa 2 Millionen km² Land weniger als 2m über der mittleren Hochwasserlinie. Gerade diese Grenzzone zwischen Land und Meer  ist durch besonders artenreiche Ökosysteme ausgezeichnet. Hier hat sich auch der Mensch bevorzugt angesiedelt.1995 lebten ca. 60 Millionen Menschen auf Landflächen, die weniger als 1m über dem Meeresspiegel lagen und 275 Millionen in weniger als 5m. Acht der zehn größten Städte der Welt befinden sich gegenwärtig in niedrigen Küstenbereichen, in denen zugleich die Wachstumsrate der Bevölkerung doppelt so hoch wie im globalen Durchschnitt ist. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts werden wahrscheinlich 130 Millionen Menschen in den tiefen Küstenbereichen bis zu 1m und 410 Millionen bis 5m über dem Meer leben [37].

Der Klimabereicht des IPCC (Intergovernment Panel on Climate Change) 2007 gibt - je nach Emissionsszenario - einen Anstieg des mittleren Meeresspiegels um 18 - 59cm bis zum Jahr 2095 an. Allerdings ist dabei die Unsicherheit über die Schnelligkeit der Abnahme der Kontinentaleismassen (Küstenschelf, Gletscher) nicht enthalten, da eine seriöse obere Grenze dafür nicht abgeschätzt werden kann. Zudem wurde nicht berücksichtigt, dass die verwendeten Prognose-Modelle bereits den vergangenen Meeresspiegelanstieg deutlich unterschätzt hatten. Insgesamt ist die Unsicherheit im Meeresspiegelanstieg daher größer, als die Spanne 18 - 59cm es suggeriert.

Bis zum Jahr 2100 ist daher ein Anstieg bis zu einem Meter nicht auszuschließen, im schlimmsten Fall vielleicht sogar noch darüber hinaus [38].

Weltwasserkrise

Eine um nur wenige Grad gestiegene durchschnittliche Lufttemperatur wird sowohl über den kontinentalen Landmassen als auch über den Ozeanen Verdunstungsmechanismen in Gang setzen, die die natürlichen Wasserkreisläufe empfindlich beeinträchtigen oder sogar unterbrechen.

Der Mensch nutzt derzeit etwa ein Drittel alle zugänglichen Süßwasservorräte. Stellt man diesen Nutzungsgrad der exponentiell wachsenden Weltbevölkerung gegenüber und berücksichtigt zusätzlich den überproportionalen Anstieg des Wasserverbrauchs (im 20.Jahrhundert gab es eine Versechsfachung des Verbrauchs bei einer Verdreifachung der Weltbevölkerung.), so wird deutlich, warum zunehmend von einer Weltwasserkrise gesprochen wird.

Mit Flächen differenzierenden hydrologischen Modellen lässt sich die temperaturbedingte Umverteilung von Verdunstungs-, Niederschlags- und Abflussmengen prognostizieren [43]. In der Folge solcher Umverteilungen und der signifikanten Abnahme der Wasserverfügbarkeit können überall auf der Erde großflächige Gebiete vertrocknen und versanden. Wüsten und Savannen können Wälder und landwirtschaftliche Nutzflächen verdrängen. Flächenbrände, Missernten und Hungersnöte sind weitere mögliche Konsequenzen.

Für einige Länder Afrikas prognostiziert das IPCC bis 2020 einen Rückgang landwirtschaftlicher Erträge von bis zu 50% [11]. Aus diesem Konfliktpotenzial heraus wird die Wahrscheinlichkeit von Flüchtlingsströmen und regionalen militärischen Auseinandersetzungen als sehr hoch eingeschätzt. In Gebieten, in denen bereits bisher Wassermangel herrschte, ist der Ausbruch von Epidemien zu befürchten

3.1.3.  Globale Kosten

Die globalen Auswirkungen des Klimawandels werden es notwendig machen, einen erheblichen Teil der gesamten menschlichen Produktiv- und Wirtschaftskraft in die direkte Schadensbehebung und -begrenzung, in die Anpassung und Modifikation von Technologien und Organisationsformen und weitere Präventionsmaßnahmen zu investieren. Die damit verbundenen Kosten, die sich zusammensetzen aus:

- Schadenskosten (Ertragsverluste, Nutzenverringerung);

- Reparaturkosten (Wiederherstellungs- bzw. Sanierungskosten);

- Anpassungskosten (Vermeidung, Vorsorge, Prävention);

sind noch nicht absehbar. Bereits die extremen Hitzephänomene und Regenfälle der Jahre 2002 und 2003 in Mitteleuropa verursachten Schäden, die sich allein in Deutschland auf 9,2 Milliarden Euro beliefen. Insgesamt können die wirtschaftlichen Schäden der Hitzewelle des Jahres 2003 auf etwa 17 Milliarden Euro geschätzt werden. Die Schäden des Hurrikans "Katrina" in den USA werden mit etwa 200 Milliarden US-Dollar beziffert [39].

Unter Berücksichtigung der genannten Faktoren würden allein auf Deutschland in den nächsten 50 Jahren Ausgaben in Höhe von 800 Milliarden Euro für Begebung von Klimaschäden, Anpassungsmaßnahmen und gestiegene Energiekosten zukommen. der ehemalige Chefökonom der Weltbank, Sir Nicholas Stern hat die Kosten der Erderwärmung 2006 in einem Bericht in Zahlen gefasst: Auf bis zu 5,5 Billionen Euro könnten sich die Schäden summieren, wenn die Menschheit weiter so viele Treibhausgase wie derzeit produziert. Das entspricht etwa 20%  der weltweiten Wirtschaftskraft, der Verlust der biologischen Vielfalt würde sich bereits im Jahre 2050 auf 6,3% des Weltbruttosozialproduktes summieren [41].

Ein weiterer, stark vom Klimawandel betroffener Sektor ist das Gesundheitswesen. In der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts wird eine deutliche Zunahme der Hitzebelastungen erwartet, infolge derer zusätzliche Gesundheitskosten in Höhe von etwa 56 Milliarden Euro auftreten können.

Insgesamt werden die volkswirtschaftlichen Schäden als sehr viel höher und ihre Entwicklung als sehr viel progressiver eingeschätzt, als dies unter Realisierung von Anpassungs- und Vermeidungsmaßnahmen und den mit ihnen verbundenen, geringeren Kosten der Fall wäre.

3.2.     Regionale und lokale Auswirkungen

Die regionalen Auswirkungen des globalen Klimawandels hängen stark von den spezifischen Besonderheiten  einer betroffenen Region ab. Für verschiedene Welt-Regionen sowie auch für den europäischen Kontinent können die regionalen Auswirkungen des Klimawandels folgendermaßen zusammengefasst werden:

- Gletscherschwund in Gebirgsregionen durch Temperaturanstieg

  (Verlust an Süßwasser, Zunahme von Steinschlag, eingeschränkter Ski-Tourismus);

- Auftauen des Permafrostbodens in Tundragebieten

  (Entweichen von Methangas, Boden-Versumpfung);

- Landverlust in Küstenregionen und Flussmündungen durch Ansteigen des Meeresspiegels

  (Hochwasser, Küstenerosion, Verlust an urbaner Bebauung, Hafenanlagen usw.);

- Häufigere und stärkere Schwankungen des Wettergeschehens

  (diskontinuierliche Ernteerträge, heftigere Winterhochwasser, Zunahme der Gesundheitsschäden

   durch Hitzewellen, Zunahme der Verletzlichkeit von Transportsystemen, Dürreperioden);

- Hohe lokale Temperaturspitzen in der mediterranen Region

  (Waldbrände, Zunahme der Häufigkeit heftiger Wirbelstürme).

Der Klimawandel berührt die einzelnen Sektoren der Volkswirtschaft  in unterschiedlicher Art und Weise. Durch die Zunahme von extrem heißen Sommern wird die Forstwirtschaft künftig verstärkt durch Waldbrände gefährdet sein, zu dem kann Wassermangel die Wachstumsbedingungen verschlechtern und die Schädlingsverbreitung begünstigen. 

Bild 10: Satellitenaufnahme der Waldbrände in Griechenland im Jahr 2007 [45]

Es wird wahrscheinlich eine Umkehr von den Monokulturen der Nadelbäume hin zu den gegen Klimaschwankungen resistenteren Laubwäldern geben. Im Frühjahr und Winter kann es aufgrund von starken Niederschlägen insbesondere in flussnahen Gebieten und an den Küsten zu Überflutungen kommen. Die dadurch hervorgerufenen Immobilien- und Infrastrukturschäden werden auf bis zu 10 Milliarden Euro geschätzt.

Etwa die Hälfte der mitteleuropäischen Wintersportgebiete werden keinen Schnee mehr erwarten können, was zu erheblichen wirtschaftlichen Einbußen in der Tourismusbranche führt. Gleichwohl kann mit einer Zunahme des Tourismus an Nord- und Ostsee gerechnet werden.

Mit höheren Temperaturen können in Europa Krankheiten auftreten, die bisher ausschließlich in tropischen oder subtropischen Gebieten vorkamen. Zudem beeinträchtigen hohe Temperaturen die Leistungsfähigkeit der Menschen und führen in einer alternden Gesellschaft zu erhöhter Anfälligkeit gegenüber Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung hat für Nordrhein-Westfalen die Auswirkungen des Klimawandels in den einzelnen Regionen dieses Bundeslandes untersucht. Es kommt zum Ergebnis einer in einige Bereichen schnell steigenden Belastung der Menschen durch zunehmende Temperaturen.

Die Energieinfrastruktur kann durch Stürme, Hagel oder extreme Eislasten beeinträchtigt werden. In extremen Hitzeperioden kann durch niedrige Pegelstände in Flüssen nicht genügend Wasser vorhanden sein, um Kraftwerke ausreichend mit Kühlwasser zu versorgen. Zudem kann es in den Sommermonaten zu einer gesteigerten Nachfrage nach Kühlung kommen, was einen erhöhten Energieverbrauch nach sich zieht. Vom VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) wurde eine Forschungsarbeit in Auftrag gegeben, die am Beispiel der Schweiz aufzeigt, bei welchen Temperaturanstiegen mit wie viel zusätzlichem Energiebedarf für Klimatisierung zu rechnen ist [54]. Demnach wird das Bedürfnis nach Klimatisierung in den erwarteten längeren und heißeren Sommern stärker. Ohne technische und bauliche Verbesserungen ergibt demnach ein von Juni bis August um durchschnittlich 4°C wärmerer Sommer einen Mehrverbrauch von 150 GWh/a (GigaWattstunden pro Jahr).

Diese Effekte verursachen weitere Energiekosten, da eine mögliche Angebotsverknappung die Energiepreise sprunghaft ansteigen lässt. Als Folge davon wird der Verkehrssektor direkt durch zusätzliche Kostenbelastungen betroffen sein. Zudem können witterungsbedingt schwankende Luftströmungsverhältnisse den Luftverkehr beeinträchtigen, die Binnenschifffahrt kann durch Hoch- oder Niedrigwasser Nachteile erleiden und der trassengebundene Verkehr kann durch Schäden an der tragenden Infrastruktur beeinträchtigt werden [39].

Dies betrifft nicht nur die Leistungsfähigkeit des straßengebundenen Verkehrs, sondern vor allem auch den Personen- und Güterverkehr auf der Schiene. Hier sind empfindliche Störungen der Transportketten  durch

- hochwasserbedingte Gleisverwerfungen und Unterspülungen;

- unwetterbedingte Oberleitungsschäden;

- eine hohe Anzahl von Sanierungsbaustellen usw.

möglich. Ein Beispiel hierfür sind die Schäden, die durch das Hochwasser 2002  in Dresden entstanden sind. Durch das Wasser des kleinen Flüsschens Weißeritz wurden zunächst nur einzelne Bereiche von Freital, Tharandt und Dresden unter Wasser gesetzt. Am 16.08.2002 überschritt dann der Pegel der Elbe seinen bisherigen Höchststand von 8,77m. Mit einem historischen Rekordpegel vom 9,40m wurden weite Teile Dresdens überflutet, u.a. auch Hauptbahnhof, Semperoper und Zwinger. Rund 33.000 Menschen wurden evakuiert. Die Maßnahmen der Hochwasserschadensbeseitigung für die kommunale Infrastruktur der Landeshauptstadt Dresden umfassten insgesamt 458,2 Millionen Euro, von denen ca. 48% für Straßenbau und ÖPNV verwendet werden mussten [53].

So dramatisch die aufgezählten Folgen eines weltweit veränderten Klimas auch erscheinen mögen - so realistisch sind sie leider auch. Viele der dargestellten Kausaleffekte lassen sich bereits heute beobachten. Zwangsläufig stellt sich somit die Frage, was getan werden kann, um solch verhängnisvollen Entwicklungen wirksam zu begegnen.

4.        Ziele und grundsätzliche Wege zur Problemlösung

4.1.     Globale Wege und Ziele

Grundsätzlich müssen zwei Probleme gelöst werden, die eng miteinander verbunden sind. Die Verbrennung von Erdöl (und seinen Derivaten), Kohle und Erdgas muss zunehmend durch andere Quellen zur Gewinnung von Energie ersetzt werden, weil diese Ressourcen Knapper werden und die verbleibenden Mengen bei der stofflichen Weiterverarbeitung von Kohlenwasserstoffen auch zukünftig eine wichtige Rolle spielen. Eine weltweit drastische Senkung der CO₂-Emissionen ist dringend erforderlich, um die Ökosphäre (oberer Bereich des Erdmantels und untere Atmosphärenschichten) der Erde in einem für die Umwelt und das Überleben von Menschen, Tieren und Pflanzen notwendigen Zustand zu erhalten.

Langfristiges Ziel muss es daher sein, eine energetische Basis zu schaffen, die sowohl den mit der wachsenden Weltbevölkerung und der zunehmenden Industrialisierung steigenden Bedarf an Primärenergie deckt als auch über eine insgesamt ausgeglichene Kohlendioxid- und Umwelt-Bilanz verfügt.

Der Weg zur Problemlösung auf diesem Gebiet kann nur aus einem Bündel von Maßnahmen bestehen, die schrittweise und über einen längeren Zeitraum umgesetzt werden.

Für die Energie-Erzeuger lauten die Zielsetzungen:

- Emissionsminderung und Erhöhung des Wirkungsgrades bei der konventionelle Energiegewinnung;

- Erhöhung des Anteils an CO₂-neutralen Energien im Gesamtenergiemix;

- zunehmende Substitution fossiler Brennstoffe.

Begleitet werden muss dies bei den Energie-Verbrauchern durch Maßnahmen zur

- Steigerung der Nutzungseffizienz und der

- generellen Nachfragesenkung.

Bild 11 zeigt, welchen Beitrag einzelne Technologien im Zeitraum 2005 bis 2030 zur Senkung der weltweiten CO₂-Emissionen leisten können.

Bild 11: Mögliche Absenkungen der CO₂-Emissione bis 2030 [46]

Emissionsminderung bei konventioneller Energiegewinnung 

Die Minderung vom Emissionen bei der konventionellen Energiegewinnung  setzt zum einen bei der Realisierung der Kraft-Wärme-Kopplung an. Durch Nutzung des hohen Anteils Abwärme (z.B. als Fernwärme zu Heizzwecken)  steht hier bei gleicher Emissionsrate eine höhere Energieausbeute zur Verfügung. Gleichzeitig kann die Erhöhung des Wirkungsgrades der zur Energieumwandlung eingesetzten Maschinen und Anlagen eine relative Emissionsminderung pro erzeugter Energieeinheit bewirken. Zum anderen kann durch die Auswaschung des Kohlendioxids aus den Abgasen der Wärmekraftwerke mithilfe von Chemikalien (z.B. mittels Natriumhydroxid) eine Minderung erreicht werden. Das auf diese Art separierte CO₂ ist danach in gebundener Form (z.B. als Kalk) oder in ungebundener Form (ggf. unter Druck verflüssigt) zu lagern. Dabei muss sichergestellt werden, dass auch in Zukunft keine unkontrollierte Rückführung in den Kohlenstoff-Kreislauf der Biosphäre erfolgt.

Diese CO₂-Endlagerung wird als Sequestrierung oder auch CCS (Carbon Capture and Storage) bezeichnet. Für die Verpressung in aufnahmefähige unterirdische oder unterseeische Gesteinsschichten wird seit einiger Zeit intensiv nach geeigneten geologischen Formationen und entsprechenden Technologie geforscht. Auch ausgebeutete Erdgaslagerstätten kommen dafür in Betracht.

Die Nachteile dieses Verfahrens liegen in den hohen Kosten für die Abgasreinigung und im danach erforderlichen Transport zu den Enlagerstätten. Die CCS-Technologie löst nicht das Problem der knapper werdenden fossilen Energieträger.

CO₂-neutrale Energien

Zu den CO₂-neutralen Energiequellen werden hier im Wesentlichen die sogenannten erneuerbaren Energien (Windenergie, Solarenergie, "nachwachsende" Biomasse, Geothermie, Gezeitenkraftwerke, Wasserkraft) sowie die Kernenergie (Kernspaltung, Kernfusion) gezählt.  Dabei bezieht sich der Begriff "CO₂-neutral" nur auf des Umwandlungsprinzip, nicht aber auf den Lebenszyklus der dabei verwendeten Maschinen und Anlagen.

Die Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien am Gesamtenergiemix wird seit vielen Jahren vorangetrieben. Dennoch machen sie weltweit immer noch einen relativ kleinen Anteil aus (17,9%) und werden vor allem von der Wasserkraft dominiert (16%). Auch in Deutschland machten 2007 die erneuerbaren Energien erst 6,7% am Primärenergieverbrauch aus, derzeit noch deutlich dominiert von der Energieerzeugung aus Biomasse (Wasserkraft spielt hier eine untergeordnete Rolle.). Es bestehen somit sowohl weltweit als auch in Deutschland für erneuerbare Energien noch große Verbesserungs- und Ausweitungspotenziale, vor allem die Geothermie wird gegenwärtig völlig unterschätzt und kaum forciert.

Da jedoch die erneuerbaren Energien nicht alle gleichermaßen grundlastfähig sind und sie selbst bei verstärktem Ausbau nicht in der Lage sein werden, kurzfristig den Gesamtbedarf an Energie zu decken, wird diskutiert, während der nächsten Jahre auf dem Weg zu einer CO₂-neutralen Energieversorgung auf die Kernenergie nicht zu verzichten.

Ersetzung fossiler Brennstoffe

Für die Substitution dezentral oder ortsunabhängig eingesetzter fossiler Brennstoffe bieten sich als Energieträger biogene Brennstoffe und Wasserstoff an, wobei eine emissionsmindernde Wirkung bei der Verwendung von Wasserstoff nur erreichbar ist, wenn dieser mit Hilfe nicht-konventionell erzeugter Energie gewonnen wurde.

Bei der Ersetzung zentral (d.h. z.B. in Kraftwerken) verwendeter fossiler Brennstoffe kann zukünftig auch die Tiefen-Geothermie (Nutzung der Erdwärme tieferer Schichten der Erdhülle zwischen 400 und 5000m ) eine immer größere Rolle spielen. Dabei wird der Temperaturanstieg von etwa 3°C pro 100m Tiefe im Erdinnern genutzt. Geothermische Energie ist quasi unbegrenzt und ständig verfügbar, grundlastfähig und völlig ohne stoffliche Abprodukte gewinnbar.

Nachfragesenkung und Effizienzsteigerung

Neben verbesserten Technologien zur Gewinnung, Speicherung und Verteilung von Energie auf der Erzeugerseite müssen auch auf der Verbraucherseite Methoden und Verfahren zur generellen Nachfragesenkung entwickelt werden. Dabei leisten sowohl Verbrauchsminimierung als auch Effizienzsteigerung bei der Nutzung ihren jeweiligen Anteil. Auf diesen Gebieten sind in der Vergangenheit bereits erhebliche Fortschritte erzielt worden. Von den Gütern des täglichen Bedarfs (z.B. Niedrigtemperatur  bei thermisch arbeitenden Haushaltgeräten, Energiesparlampen usw.) bis hin zu industriellen Verfahren ( z.B. Einsatz von Mikrowellen, Laser und Lichtbögen bei der Herstellung und Bearbeitung von Stahl, verbesserte Antriebssysteme in Produktion und Transport usw.) konnte nicht nur der Bedarf an Energie verringert, sondern auch der Wirkungsgrad ihres Einsatzes oft erheblich verbessert werden.

Für die Zukunft wird mit weiteren Fortschritten - beispielsweise bei der Energieverteilung durch Hochspannungsgleichstromübertragung (Sie ist verlustärmer als die derzeit angewendete Wechselspannungsübertragung.) oder bei der Supraleitung in Elektromotoren (Widerstandslos fließender Strom wird auf der Basis neuer Materialien bereits bei wirtschaftlich erreichbaren Niedrigtemperaturen möglich.) gerechnet.

Neben diesen rein technischen Methoden kommen aber auch organisatorische Maßnahmen wie die Verschlankung von Produktionsprozessen oder die Optimierung von Warenumschlag und Logistik (z.B. Vermeidung von Lehrfahrten im Transportwesen) mit dem Ziel der Verbrauchssenkung zunehmend zur Anwendung. Allerdings ist zu konstatieren, dass die erwähnten technischen und organisatorischen Entwicklungen bisher allein noch keine ausreichende Wirkung zur nachhaltigen Senkung der weltweiten CO₂-Emissionen entfaltet haben. Technologischer Fortschritt bei der Energieeffizienz wurde allzu oft vom Gesamtwachstum des betreffenden Bereiches aufgezehrt, sodass bezüglich der Emissionsbilanzen keine wesentlichen Verbesserungen eintraten. Dennoch muss die Zielstellung einer drastischen Senkung der globalen CO₂-Emissionen aufrecht erhalten bleiben. Dazu hat der "Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen" folgende Empfehlungen gegeben [48]:

- Reduktion der CO2-Emissionengegeüber 1990 bis 2020 um 20%, bis 2050 um 50%;

- Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien bis 2020 auf20%, bis 2050 auf 50% und bis 2100 auf 85%.

Emissionshandel

Zur Schaffung finanzieller Anreize für die Umsetzung dieser ehrgeizige Ziele ist 2005 der Handel mit Emissionsrechten eingeführt worden. Dabei werden Obergrenzen setzende Emissionszertifikate (bisher zum großen Teil von etwa 90-95% kostenlos, ab 2013 jedoch nur noch per Verkauf) an Unternehmen vergeben. Übersteigen die tatsächlichen Emissionen des Unternehmens diese Obergrenze, müssen sie reduziert oder weitere Zertifikate, von anderen Unternehmen (die weniger emittierten und dadurch verkaufen können) erworben werden.

Bei diesem Handel gibt es Spotgeschäfte (mit sofortiger Vertragserfüllung, Emissionsberechtigungen werden direkt nach Geschäftsabschluss übertragen) oder Termingeschäfte (sofortige Festlegung der Geschäftskonditionen, aber erst spätere Übertragung der Emissionsrechte). 

Dieser Mechanismus soll letztlich die Einführung energiesparender Technologien unterstützen und so einen senkenden Einfluss auf die weltweiten CO₂-Emissionen ausüben.

Der Emissionshandel hat jedoch seit seiner Einführung in der Energiewirtschaft 2005 zunächst lediglich zu einer signifikanten Steigerung der Endverbraucherpreise am Strommarkt geführt.

Ein großes Problem für den Emissionshandel ergibt sich aus der Überversorgung mit Emissionsrechten. Nach Statistiken der EU wurden im Jahr 2006 für insgesamt 1,865 Millionen Tonnen Kohlendioxid Emissionsrechte ausgegeben, aber nur 1,835 Millionen Tonnen davon genutzt. Durch dieses Überangebot sanken die Preise pro emittierter Tonne von mehr als 30 Euro im April 2006 innerhalb eines Jahres auf rund 1 Euro im April 2007. Dadurch werden Investitionen in den Klimaschutz unattraktiv [57].

Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Ausnahmeregelungen und nicht alle CO₂-emittierenden Branchen  nehmen teil - der Luftverkehr beispielsweise für internationale Flüge erst ab 2012.

Die Einnahmen aus den Versteigerungen von Emissionszertifikaten sollen gemäß CDM ("Clean Development Mechanism") internationalen, umwelt- und klimaschutzrelevanten Projekten zugute kommen. Diese Verteilermechanismen haben sich allerdings in der Praxis als viel zu kompliziert erwiesen und in vielen Projekten auch Fehlinvestitionen den Weg geebnet.

Strukturelle Maßnahmen

Trotz der technologischen Fortschritte und finanziellen Anreize zeigt sich allerdings, dass Nachfragesenkungen am Energiemarkt allein nicht ausreichen, sondern nur zusammen mit strukturellen Anpassungen (wie z.B. der Stärkung regionaler Wirtschaftskreisläufe oder der Verbesserung des Emissionshandels) und der Kohlendioxidspeicherung zu einer nennenswerten Emissionsminderung führen. Allerdings muss man bedenken, dass CCS frühestens 2020 technologisch einsetzbar ist und eine signifikante Emissionssenkung erst mit einem zeitlichen Verzug von etwa 20 Jahren erwartet werden darf.

Diese Ausführungen verdeutlichen, dass selbst sofort eingeleitete und sehr schnell umgesetzte globale Maßnahmen zur Senkung der CO₂-Emissionen im Ökosystem erst zeitlich stark verzögert zu entsprechenden Verbesserungen führen werden. Im Rahmen der derzeit für realistisch erachteten grundsätzlichen Möglichkeiten liegt der kurzfristige "Wirkungshorizont" bei etwa 20 - 50 Jahren, der "mittelfristige" bei 80 - 100 Jahren. Das veranschaulicht aber auch: Grundsätzliche globale Ansätze müssen sehr viel radikaler ausfallen und reichen nicht aus, weil sie nicht schnell genug wirksam werden. Sie müssen vielmehr um ein Bündel schnell umsetzbarer und wirksamer regionaler bzw. lokaler Maßnahmen ergänzt werden. Gerade durch diese sind letztendlich auch die Menschen von der Notwendigkeit und Dringlichkeit des Umwelt- und Klimaschutzes zu überzeugen.

4.2.     Regionale und lokale Wege und Ziele

Die globalen Ziele müssen zwangsläufig auf Länder, Regionen und Städte "heruntergebrochen" werden. Das bedeutet: Der globale Effekt setzt sich letztendlich zusammen aus einer Fülle einzelner, aufeinander abgestimmter Maßnahmen (-Bündel). Diese wiederum vollziehen sich in zeitlich gestaffelten Abläufen.

Beispielsweise stellt in der gesamten menschlichen (Arbeits-, Wohn- bzw. Sozial-) Umgebung das Thema "Beleuchtung" einen Sektor mit hohem Energieverbrauch dar. Bei möglichen Ansätzen zum Energiesparen auf diesem Gebiet geht es nicht nur um den vermehrten Einsatz energiesparender Lichtemittenten (beispielsweise mittels der LED-Technologie), sondern auch um die Frage, wo und zu welchen Zeiten in unserer Umgebung welche Lichtquellen in welcher Helligkeit notwendig sind. Die Bedeutung dieser Frage wird deutlich, wenn man sich vergegenwärtigt, dass die nächtlichen Beleuchtungen großer Ballungsräume und Metropolen der nördliche Hemisphäre selbst aus dem Orbit zu beobachten sind. 

Bild 12: Nächtliche Beleuchtung der nördlichen Hemisphäre (oben), des Ballungsraumes

Tokio (links unten) und der Metropole Las Vegas (rechts unten) [49]

Vor diesem Hintergrund hat sich die Stadt Kassel in einer Untersuchung ihrer Straßenbeleuchtung der Frage von Energiesparmöglichkeiten angenommen. Um die vorhandenen Straßenbeleuchtungsanlagen stärker bedarfsorientiert zu betreiben, wurde die Möglichkeit der elektronischen Leistungsabsenkung in den Nachtstunden getestet. Mit den Methoden der Effektivwertreduzierung und Frequenzerhöhung der Betriebsspannung konnten Leistungsabsenkungen von bis zu 65% ohne mit dem Auge wahrnehmbare Helligkeitsminderung erreicht werden [50]. Solche Möglichkeiten gilt es umfassender als bisher zu nutzen.

Was - im Gegensatz dazu - an Maßnahmen nicht hilft, hat die Automobilbranche gezeigt: Entgegen vielen Ankündigungen haben sich neue Motortechnologien, bessere Kraftstoffe und andere Neuerungen insgesamt bisher nicht in dem Maße auf die Reduzierung der Treibhausgase ausgewirkt, wie es erforderlich gewesen wäre. Vor allem wurden erzielte Fortschritte bereits durch die bloße Zunahme de Verkehrsaufkommens in städtischen Gebieten  kompensiert.

Quellen

[  1]   Umweltforum der Universität Dortmund: Der Begriff Umwelt; www.ufodo.uni-dortmund.de

[  2]   Claussen, M: "Physik des Klimasystems", Potsdam-Institut für Klimafolgen-Forschung

[  3]   Global Footprint Network  und  European Environment Agency

[  4]   Interview der ARD-Tageschau mit H. Welzer vom 14.04.2009

[  5]   www.geohive.com

[  6]   UN: World Population Prospects, New York, 2007

[  7]   Bundeszentrale für politische Bildung: Soziale Probleme der Globalisierung, www.bpb.de, 2009

[  8]   Müller-Hellmann, A. :"Die UITP-Charta für nachhaltige Entwicklung", Hannover, 2007

[  9]   Bildungsserver NRW: www.agenda21-treffpunkt.de, "Daten/Statistiken", 2009

[10]   Newsletter by Association for the Study of Peak Oil and Gas (ASPO)

[11]   Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC-Graphics, 2009

[12]   Kuhla, E.: "Ressourcensicherung für die postfossile Mobilität", ETR 12/2007

[13]   Bericht der Europäischen Umweltagentur: "Urban sprawl in Europe - the ignored challenge", 2006

[14]   Richtlinie 1999/30/EG für Partikel (PM₁₀) in der Atemluft

[15]   UPI - Umwelt- und Prognose-Institut e.V., Heidelberg, www.upi.institut.de

[16]   Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Gesundheit

[17]   www.umweltdatenbank.de

[18]   Pütz, R.: "Neue Antriebe und Kraftstoffe im ÖPNV", Hannover, 2007

[19]   www.oekorecherche.de

[20]   Krüger, F.: "Schall- und Erschütterungsschutz im Schienenverkehr", Expert-Verlag, 2001

[21]   Umweltbundesamt, 2006

[22]   Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, 2009

[23]   FAZ vom 29.01.1991

[24]   Schellnhuber, Sprinz: "Umweltkrisen und internationale Sicherheit"

[25]   www.sueddeutsche.de, Panorama: Chronik Tanker-Havarien

[26]   SEC - Sinai Environmental College, Zoologie auf www.uni-stuttgart.de

[27]   Rheinische Post vom 29.04.2009

[28]   Reisemedizinisches Zentrum der Universität Hamburg, www2.bni.uni-hamburg.de

[29]   www.geowissenschaften.de

[30]   Canadian Environmental Assessment Agency, www.ceaa-acee.gc.ca

[31]   Gerike, R.: "Die Klimakosten des Straßen- und Schienenverkehrs", Hannover, 2007

[32]   Schweizer Bundesamt für Umwelt BAFU, "Gesamtstatistik Biodiversität", www.kbnl.ch

[33]   Umweltbundesamt: "Permafrost" (aus: ACIA, 2004)

[34]   Baier, A.: "Aspekte zur Klimakatastrophe", hier: Angaben von Berner & Streif, 2001

[35]   "The climate time machine", California Institute of Technology, http://climate.jpl.nasa.gov

[36]   www.geowissenschaften.de

[37]   Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung, 2006: http://www.wbgu.de/wbgu_sn2006.pdf

[38]   Rahmstorf, S.: "A semi-empirical approach...", Science (express) 10.1126, 14.12.2006

[39]   Aus Politik und Zeitgeschichte (APuZ 47/2007)

[40]   Münchener Rück, www.munichre.com

[41]   Stern, N.: "The economics of climate change", Cambridge, 2006

[42]   Kemfert, C.: "Klimawandel kostet...", DIW-Wochenbericht 11/2007, S. 165-170

[43]   Kunstmann, H.: "Regionale Auswirkung der Klimaänderung...", www.hu-berlin.de

[44]   www.oekosystem-erde.de

[45]   www.earthobservathory.nasa.gov

[46]   www.umwelt-online.de

[47]   BMU: Erneuerbare Energien in Zahlen, Stand Juni 2008

[48]   WBGU: "Welt im Wandel - Energiewende zur Nachhaltigkeit", Springer-Verlag, 2003

[49]   www.earthobservathory.nasa.gov, de.dreamstime.com

[50]   Wetekam, H.: "Energieeinsparung an der Straßenbeleuchtung Kassel...", Diplomarbeit, 2007

[51]   Allianz pro Schiene 17.04.2009, Statistical Pocketbook 2009

[52]   UPI - Umwelt- und Prognose-Institut e.V., Heidelberg, www.upi.institut.de

[53]   www.dresden-online.de

[54]   VDE: bulletin200807-raumkuehlung.pdf auf www.vde.com/de

[55]   UITP: "Mit dem ÖPNV in eine kohlenstoffarme Zukunft", Brüssel, Januar 2007

[56]   www.greentechnolog.com

[57]   Uhlenbrock, K.: Infoblatt Emissionshandel, Geographie Infothek Klett-Verlag

[58]   Müller-Hellmann, A.: "Die Energieversorgung .... ", Ringvorlesung RWTH Aachen, 2008

[59]   Pfeiffer, U. M.: "Der Weg zu Eco-Excellence...", Siemens AG, Berlin und Erlangen 2009

[60]   UBA: "Nachhaltige und rationelle Nutzung von Wasser und Energie", 05.05.2009

[61]   WBGU: "Erneuerbare Energien für eine nachhaltige Entwicklung", Berlin, 2004

[62]   UBA: Energieverbrauch nach Energieträgern, Stand Februar 2009

[63]   http://allabouttheworld.files.wordpress.com

(C) 2010 Detlef Amende, Alle Rechte vorbehalten