GIS-gestützte Analyse der Energieeinspar- und Klimaschutzpotentiale der Gebäudetypologie der Stadt Freiburg i. Br.

Vorwort und Dank

Vorwort und Dank

Zu Beginn möchte ich mich bei einigen Personen bedanken, die wesentlich zum Entstehen dieser Arbeit beigetragen haben.

In erster Linie möchte ich Prof. Dr. Rüdiger Glaser und Prof. Dr. Gaby Zollinger für die Betreuung dieser Arbeit danken.

Desweiten danke ich Frau Iris Basche vom Amt für Umweltschutz der Stadt Freiburg, sowie den Mitarbeitern des Vermessungs-, Statistik- und Stadtbauamtes der Stadt Freiburg für die zur Verfügung gestellten Daten und Informationen.

Auch möchte ich Dipl.-Ing (FH) G. Fraunhoffer, Energieberater Ch. Dittrich und Dipl. Ing. S. Osterloh für die zur Verfügung gestellten Energieausweise zur Prüfung der Ergebnisse dieser Arbeit danken.

Weiterhin bedanke ich mich bei meinen Freunden und Kommilitonen für ihre Hilfe und so manchen hilfreichen Tipp.

Dank gilt auch meinen Eltern, die mir das Studium ermöglicht und mich jederzeit unterstützt haben.

Ein besonderer Dank gilt meiner lieben Freundin Olga Kroll. Sie hielt mir während des gesamten Bearbeitungszeitraumes den Rücken frei und brachte viel Verständnis für die vielen Stunden am Schreibtisch, aber auch Interesse, verbunden mit vielen hilfreiche Tipps, für diese Arbeit auf.

Inhaltsverzeichnis 3

  Inhaltsverzeichnis  

  Vorwort und Dank  2

  Inhaltsverzeichnis  3

  Abbildungsverzeichnis  6

Tabellenverzeichnis   7

  Verzeichnis der Anhänge  7

  Abkürzungsverzeichnis  8

1  Einleitung  10

2  Klimavariabilität und globale Erwärmung  12

2.1  Treibhauseffekt als Teil des Energiehaushaltes  12

2.1.1  Strahlungsbilanz  12

2.1.2  Treibhauspotential  14

2.2  Variabilität des Klimasystems  15

2.2.1  Natürliche Variabilität  16

2.2.2  Anthropogen verursachte Veränderung  16

2.3  Klimawandel in Baden-Württemberg  19

2.3.1  Prognosen  19

2.3.2  Auswirkungen  21

3  Klimaschutzpolitik  23

3.1  Internationaler Klimaschutz  23

3.1.1  Klimarahmenkonvention  23

3.1.2  Konferenzen der Vertragsstaaten  24

3.1.3  Kyoto Protokoll und flexible Mechanismen  24

3.1.4  Zwischenstaatlicher Sachverständigenrat für Klimaänderung (IP)CC  25

3.1.5  Internationaler Klimaschutz im Rahmen der EU  25

3.2  Nationaler Klimaschutz  26

3.2.1  Ziele der Bundesregierung  26

3.2.2  Nationales Klimaschutzprogramm  26

3.2.3  8 Punkte-Plan  27

3.2.4  Integriertes Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung  28

Inhaltsverzeichnis 4

3.3  Kommunaler Klimaschutz in Freiburg  28

4  Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz  31

4.1  Energie als Schlüssel zum Klimaschutz  31

4.1.1  Veränderung des Kohlenstoffkreislaufes  31

4.1.2  Verfügbarkeit fossiler Energieträger  33

4.2  Endenergiebedarf  35

4.3  Wärmebedarf von Wohngebäuden  37

4.4  Bauliche Möglichkeiten zur Reduktion des Wärmebedarfes  38

4.4.1  Wärmedämmung  39

4.4.2  Kompakte Bauweise  42

4.4.3  Passive Nutzung von Sonnenenergie  43

4.5  Heizsysteme auf Basis regenerativer Energien  44

4.5.1  Solarthermische Kollektorsysteme  44

4.5.2  Geothermie  45

4.5.3  Biomasse  47

4.6  Effizienzgesteigerte Heizsysteme  48

4.6.1  Brennwerttechnik  48

4.6.2  Kraft-Wärme Kopplung (KWK)  49

4.6.3  Fernwärme  49

4.7  Politische und gesetzliche Rahmenbedingungen  49

4.7.1  Wärmeschutzgesetze verordnungen und normen  50

4.7.2  Einführung von Energieausweisen  52

4.7.3  Förderungen für Wohngebäude  54

5  Methodisches Vorgehen  57

5.1  Auswahl relevanter Merkmale zur Analyse des Gebäudebestandes  57

5.2  Datenverfügbarkeit  58

5.3  Erstellung einer Gebäudetypologie für Freiburg i. Br  60

5.3.1  Gebäudeart  61

5.3.2  Gebäudetypen  61

5.3.3  Baualtersklassen  63

5.4  Heizwärmebedarf  66

Inhaltsverzeichnis 5

5.4.1  Klimabereinigung des Heizwärmebedarfes  70

5.4.2  CO 2 Äquivalent-Emissionen  73

5.5  Verwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS)  75

6  Ergebnisse  80

6.1  Freiburger Gebäudetypologie  81

6.1.1  Gebäudeart  81

6.1.2  Gebäudetypen  82

6.1.3  Baualtersklassen  84

6.1.4  Beziehungen zwischen Gebäudetypen und Baualtersklassen  88

6.2  Heizwärmebedarf  89

6.2.1  Heizwärmebedarfskennwerte  89

6.2.2  Heizwärmebedarf eines unsanierten historischen Gebäudebestandes  91

6.2.3  Heizwärmebedarf eines sanierten Gebäudebestandes  95

6.3  Heizwärme-Einsparpotentiale  97

6.4  Kohlendioxidemissionen  100

7  Diskussion der Ergebnisse  105

7.1  Methodische und rechnerische Fehlerquellen  105

7.2  Übertragbarkeit der Gebäudetypologie in den tatsächlichen Gebäudebestand  108

7.3  Heizwärmebedarf und Einsparpotentiale  116

7.4  Kohlendioxidemissionen  119

7.5  Kohlendioxidkompensationsflächen  121

7.6  Übertragbarkeit der Methode auf andere Regionen  122

8  Zusammenfassung  123

  Literatur  126

Anhang 133   

Abbildungsverzeichnis 6

  Abbildungsverzeichnis  

  Abbildung 1: Energiehaushaltsschema der Erde  13

  Abbildung 2: Strahlungsabsorption wichtiger atmosphärischer Gase  14

  Abbildung 3: Bandbreiten des global gemittelten Strahlungsantriebs  18

  Abbildung 4: Verfügbarkeit foss. Energieträger und hauptsächlicher Verwendungszweck  34

  Abbildung 5: Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der Emissionen  35

  Abbildung 6: Verteilung der Endenergie auf Verbrauchergruppen und Energieträger  36

  Abbildung 7: Verlust an Heizwärme in kWh pro Jahr ohne Dämmung und mit Dämmung  40

  Abbildung 8: Typische A V-Verhältnisse unterschiedlicher Gebäudetypen  43

  Abbildung 9: Entwicklung des maximal zulässigen Heizwärmebedarfs von Gebäuden  51

  Abbildung 10: Zeitliche Entwicklung der Anforderungen zur Energieeffizienz von Gebäuden  52

  Abbildung 11: Ausschnitt aus der Eingabemaske zur Analyse des Gebäudebestandes  59

  Abbildung 12: Ausschnitt der ausgegebenen Ergebnisse  60

  Abbildung 13: Ermittlung der Gebäudezahl je Gebäudetyp und Baualtersklasse pro Stadtteil  62

  Abbildung 14: Einteilung der Baualtersklassen mit Angabe des Wärmeschutzstandards  64

  Abbildung 15: Systematik der Klassifizierung des Freiburger Gebäudebestandes  66

  Abbildung 16: Wohnflächenberechnung je Gebäudetyp Baualtersklasse und Stadtbezirk  68

  Abbildung 17: Ausschnitt aus der Gebäudetypologie Dortmund  69

  Abbildung 18: Verteilung der Energieträger zur Bereitstellung der Heizwärme in Freiburg  74

  Abbildung 19: Schema der Layerstruktur in ArcGIS  77

  Abbildung 20: Verteilung der Gebäudearten in Freiburg  81

  Abbildung 21: Verteilung der Gebäudetypen in Freiburg  82

  Abbildung 22: Verteilung der Wohnfläche (inkl. Nutzfläche) bezogen auf die Gebäudetypen  83

  Abbildung 23: Verteilung der Baualtersklassen nach der Gebäudeanzahl  84

  Abbildung 24: Verteilung der Baualtersklassen nach Wohnfläche  85

  Abbildung 25: Vergleich des Heizwärmebedarf in kWh m a zwischen Freiburg und Hamburg  89

  Abbildung 26: Heizwärmebedarfswerte der Freiburger Gebäudetypologie  90

  Abbildung 27: Heizwärmebedarfswerte unter Annahme eines opt. Gebäudebestandes  91

  Abbildung 28: Heizwärmebedarf des unsanierten Gebäudebestandes  92

  Abbildung 29: Heizwärmebedarf eines optimierten Gebäudebestandes  95

  Abbildung 30: Stadtbezirksbezogene Heizwärme-Einsparpotentiale eines san. Gebäudebest  98

  Abbildung 31: Wohnflächenbez. Heizwärme-Einsparpotent eines san. Gebäudebestandes  99

  Abbildung 32: CO 2 Einsparung pro Stadtteil durch Optimierung des Gebäudebestandes  101

  Abbildung 33: CO 2 Einsparung pro m Wohnfl. durch Optimierung des Gebäudebestandes  103

  Abbildung 34: Blick nach Norden auf den Stadtbezirk Altstadt-Ring  109

  Abbildung 35: Blick nach Norden auf den Stadtbezirk Unter-Wiehre Süd  110

  Abbildung 36: Große Mehrfamilienhäuser im Stadtbezirk Haslach-Egerten  111

  Abbildung 37: Blick nach Norden auf den Stadtteil Mundenhof  112

  Abbildung 38: Blick von Osten auf den Stadtteil Landwasser  106

  Abbildung 39: Blick in Richtung Norden auf Rieselfeld  115

  Abbildung 40: Gebäudetypenhäufigkeit nach Baualtersklassen  116

  Abbildung 41: Waldflächenbedarf zur Kompensation der Kohlendioxidemissionen  121

Tabellenverzeichnis 7

  Tabellenverzeichnis  

Tabelle 1:  Entwicklung der CO 2 Emissionen verschiedener Sektoren in Deutschland  27

Tabelle 2:  12 Punkte-Programm zur Klimapolitik der Stadt Freiburg  30

Tabelle 3:  Übersicht Förderungen für Wohngebäude  55

Tabelle 4:  Gebäudetypenabgrenzung nach Anzahl der Wohnungen im Gebäude  62

Tabelle 5:  Mittlerer Heizwärmebedarf in kWh m a nach Baualtersklasse und Gebäudetyp  70

Tabelle 6:  Mittlere Gradtagszahlen (1997 2007)  72

Tabelle 7:  Emissionsfaktoren in kg kWh  75

Tabelle 8:  Gliederung des Stadtgebietes  78

Tabelle 9:  Gebäudetyp und BAK nach Anzahl und Wohnfläche für die Gesamtstadt Freiburg  88

Tabelle 10:  Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf im unsanierten Zustand  93

Tabelle 11:  Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf pro Wohnfläche im unsanierten  

  Zustand  94

Tabelle 12:  Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf im sanierten Zustand  96

Tabelle 13:  Rangfolge des Heizwärmebedarf des sanierten Gebäudebestandes bezogen auf die  

  Wohnfläche  97

Tabelle 14:Absolute  und relative Heizwärmebedarfseinsparungen durch Optimierung des  

  Gebäudebestandes  100

Tabelle 15:  Ranking der CO 2 Emissionen je Stadtbezirk nach Einsparung CO 2 in t pro Jahr  102

Tabelle 16:  Ranking der CO 2 Emissionen je Stadtbezirk. nach Einsparung pro Wohnfläche  104

Tabelle 17:  Zeitspanne der Baualtersklassen in Jahren  106

Tabelle 18:  Heizwärmebedarf aus Energieausweisen verschiedener Gebäudetypen  108

Tabelle 19:  Gegenüberstellung der Rangfolgen der relativen und absoluten  

  Heizwärmeeinsparung  118

Tabelle 20:  Gegenüberstellung der Rangfolgen der relativen und absoluten CO 2 Einsparung  120

  Verzeichnis der Anhänge  

Anhang 1:  Häufigkeit der Gebäudearten nach Gebäudeanzahl je Stadtbezirk  134

Anhang 2:  Absolute und relative Verteilung der Gebäude nach Typen je Stadtbezirk  135

Anhang 3:  Absolute und relative Verteilung der Gebäude nach BAK je Stadtbezirk  136

Anhang 4:  Heizwärmebedarf u. CO 2 Emissionen bezogen auf Stadtbezirke u. Wohnfläche  137

Anhang 5:  Beispiel Energieausweis für Wohngebäude  138

Abkürzungsverzeichnis 8  

Abkürzungsverzeichnis

BAK Baualtersklasse  

CO 2 e CO 2 -Äquivalent  

EFH Einfamilienhaus  

EnEV Energie-Einspar-Verordnung  

GMFH Großes Mehrfamilienhaus  

GWP Engl.: Global Warming Potential, Greenhouse Warming Potential  

HH Hochhaus  

KWK Kraft-Wärme-Kopplung  

MFH Mehrfamilienhaus  

WSV Wärme-Schutz-Verordnung  

ZFH Zweifamilienhaus  

Einheiten:  

Kd/a Kelvin days per anno  

ppm parts per million  

GWh/a Gigawattstunden pro Jahr  

kWh/m²a Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr  

k Kilo = 10³  

Mega = 10 6  

M  

Giga = 10 9  

G  

Tera = 10 12  

T  

Peta = 10 15  

P  

Exa = 10 18  

E  

Stadtbezirke:  

A.-Betz. Alt-Betzenhausen  

A.-R. Altstadt-Ring  

A.-M. Altstadt-Mitte  

A.-Stühl. Alt-Stühlinger  

Betz.-Bisch. Betzenhausen-Bischofslinde  

Brühl-Ind. Brühl-Industriegebiet  

H.-N. Herdern-Nord  

Herd.-S. Herdern-Süd  

Hasl.-H. Haslach-Haid  

Hasl.-Gt. Haslach-Gartenstadt  

Hasl.-Eg. Haslach-Egerten  

Hasl.-Sch. Haslach-Schildacker  

M.-Wh. Mittel-Wiehre  

Mundenh. Mundenhof  

Landw. Landwasser  

Abkürzungsverzeichnis

Moosw.-W. Mooswald-West Moosw.-O. Mooswald-Ost Neub. Neuburg O.-Wh. Ober-Wiehre Stühl.-B.

Stühl.-E. U.-Wh.-N. Unter-Wiehre-Nord U.-Wh.-S. Unter-Wiehre-Süd Vaub. Vauban Waltersh. Waltershofen Weing. Weingarten

Einleitung

1 Einleitung

Eine nachhaltige Gesellschaft deckt ihre heutigen Bedürfnisse ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu schmälern. Das Denken und Handeln in Deutschland und in vielen Teilen der industrialisierten Welt entsprechen bei weitem nicht diesem Leitbild. Diese Gesellschaften leben auf Kosten ihrer Nachkommen. Am deutlichsten zeigt sich dieses Verhalten an den anthropogenen CO 2 -Emissionen. Die Verbrennung fossiler Energien ist nach wie vor für den größten Teil des Kohlendioxid-Ausstoßes verantwortlich. Drastische Klimaänderungen sind die Folge. Die Reduktion dieser Emissionen erachtet das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) und viele weitere Wissenschaftler und Politiker weltweit als die vordringlichste Aufgabe auf dem Weg zu einer nachhaltigen Gesellschaft.

Desweiteren eröffnet sich vor dem Hintergrund zur Neige gehender fossiler Energien das Problemfeld der zukünftigen Energieversorgung. Der heutige Umgang mit Energie basiert auf einem Gerüst, das zu Zeiten der unbegrenzt und billig verfügbaren Energie entstand und nun zunehmend ins Wanken gerät. Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauches sind somit besonders in denjenigen Sektoren sinnvoll anzusiedeln, welche sowohl einen hohen Energieverbrauch als auch hohe Einsparpotentiale aufweisen.

Abgesehen von den hohen Verlusten bei der Energieerzeugung und -gewinnung, benötigt der Haushaltssektor noch vor Industrie, Verkehr und GHD (Gewerbe, Handel, Dienstleistung) mit 29 % den größten Teil der Endenergie. Alleine 75 % dieser Energie wird zur Bereitstellung der Raumwärme in Wohngebäuden verwendet. Es ist aber nicht nur die große Energiemenge, die diesen Sektor für den Klimaschutz so bedeutend und interessant macht. Der Wohngebäudesek-tor birgt überdies sehr hohe Potentiale zur Reduktion des Energieverbrauchs, welche sowohl aus technischer als auch aus ökonomischer Sicht effizient umsetzbar sind. Infolge der meist hohen Lebensdauer von Bauwerken haben einmal getroffene Entscheidungen und Maßnahmen eine langfristige Wirkung, sodass hier unter dem Aspekt einer „lost opportunity“ ein besonderer Handlungsbedarf besteht. Hinzu kommt, dass die prognostizierte zeitliche Reichweite nicht erneuerbarer Energieträger wie Erdgas und Erdöl dabei geringer ist, als die zu erwartende Lebensdauer vieler Gebäude.

Vor dem globalen Hintergrund der Klima- und Ressourcenverknappungsproblematik stellt sich die Frage, welche lokalen Handlungsoptionen bestehen und wie diese umgesetzt werden können. Ob und inwiefern der Gebäudebestand der Stadt Freiburg einen Beitrag zur Lösung dieser Problematik leisten kann, soll in dieser Arbeit unter Beantwortung der folgenden Fragen geklärt werden:

1. Welche charakteristischen Merkmale weist der Freiburger Gebäudebestand auf?

2. Wie viel Heizwärme benötigt Freiburg auf Grund dieser typischen Gebäudestruktur?

3. Welchen Beitrag kann der Freiburger Gebäudebestand durch Ausschöpfung der Energie-und CO 2 -Einsparpotentiale zum Klimaschutz leisten?

Bevor die Klärung dieser Fragen in Angriff genommen wird, werden einleitend zunächst die Ursachen und Folgen des Klimawandels dargestellt, gefolgt von den Zielen und Rahmenbedin-

Einleitung

gungen, welche die Politik zum Schutz es Klimas geschaffen hat. Im darauf folgenden Kapitel wird dargestellt, welche Bedeutung der Gebäudesektor auf Grund seines Energiebedarfs und seiner immensen sowohl baulichen, als auch technischen Potentiale zur Reduktion des Energiebedarfs birgt. Im methodischen Teil werden die Vorgehensweise und die nötigen Berechnungsschritte zur Analyse des Freiburger Gebäudebestandes, dessen Heizwärmebedarf im unsanierten und sanierten Zustand, sowie die Einsparpotentiale hinsichtlich des Wärmebedarfes und der Kohlendioxidemissionen ausführlich beschrieben (Kap. 5). In Kapitel 6 folgt die Darstellung der Ergebnisse, welche im abschließenden Kapitel 7 bewertet und diskutiert werden.

Klimavariabilität und globale Erwärmung

2 Klimavariabilität und globale Erwärmung

Mit der Vorlage des vierten Sachstandberichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimafragen der Vereinten Nationen (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) im Jahr 2007 über die Ursachen und Folgen der globalen Erwärmung sowie Handlungsoptionen zu deren Begrenzung, sind die wissenschaftlichen Befunde eindeutig: Der größte Teil des Anstiegs der mittleren globalen Temperatur seit Mitte des 20. Jahrhunderts geht mit einer Wahrscheinlichkeit von 90 % auf den Anstieg der vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen zurück (IPCC 2007).

Die Fragestellung, ob sich das globale Klima verändert, ist somit in vielfältiger Weise wissenschaftlich festgestellt und dokumentiert worden. Das Klima ändert sich, allerdings nicht überall in gleicher Art und Weise, sondern regional sehr differenziert und mit unterschiedlichen Folgen. Ein wichtiges Ziel ist daher nicht nur die Anpassung an die veränderten Umstände, die aus einer Klimaveränderung resultieren, sondern vor allem auch das weitere Fortschreiten und Ausprägen der „Klimakatastrophe“ so weit wie möglich abzuschwächen.

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts ist die globale Jahresmitteltemperatur um mehr als 0,7 Grad gestiegen. Der Anstieg in Deutschland lag dabei knapp über 0,9 Grad. Dieser Anstieg erfolgte nicht gleichmäßig, sondern hat sich in den vergangenen 50 Jahren beschleunigt. Das Jahr 2007 gehört mit einer weltweiten Mitteltemperatur von 14,4 °C zu den zehn wärmsten seit 1860. In Deutschland war es mit 9,9 °C das zweitwärmste Jahr seit Beginn der deutschen Messreihen im Jahre 1901 (Deutscher Wetterdienst 2008).

Auch wenn einzelne regionale Abweichungen aus den globalen Temperaturmittelwerten keine klimatologische Beweiskraft haben, so wurden dennoch viele der wärmeren Jahre in den Dekaden des Jahrhundertwechsels verzeichnet und passen insofern gut in das Bild einer sich allmählich erwärmenden Erdatmosphäre.

2.1 Treibhauseffekt als Teil des Energiehaushaltes

2.1.1 Strahlungsbilanz

Der „Motor“ des Klimasystems ist die Strahlungsenergie der Sonne. Etwa die Hälfte der Strahlungsenergie liegt im kurzwelligen ¹ , sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums, die andere Hälfte verteilt sich zum größeren Teil auf den Spektralbereich des nahen Infrarot und der restliche Anteil auf das Ultraviolett. Die Verteilung der Energieströme ist in Abbildung 1 dargestellt. Ohne Berücksichtigung der Atmosphäre erhält jeder Quadratmeter Erdoberfläche pro Sekunde im Schnitt 342 W/m² solare Energie ² . Von dieser Strahlung wird jedoch 31 % (107 W/m²) durch Wolken und Aerosole in der Atmosphäre, durch Schnee- und Eisflächen der Polarzonen sowie durch die Landoberflächen direkt wieder in den Weltraum reflektiert. Weitere

¹ Um das irdische und solare Spektrum prägnant zu unterscheiden, wird das terrestrische Spektrum (ca. 3 – 60 µm, Max. bei 10 µm) als langwellig, das solare Spektrum (ca. 0 – 3 µm, Max. bei 0,5 µm) als

kurzwellig bezeichnet (Häckel 1999, S. 181).

² Die Strahlungsenergie, die am Rande der Atmosphäre pro Sekunde auf 1 m² senkrechte Fläche fällt, beträgt rund 1360 W/m². Um das räumlich-zeitliche Mittel der Solarkonstanten für die rotierende Erde

zu bestimmen, wird diese Solarkonstante von der senkrecht zur Solarstrahlung stehenden Kreisfläche

auf die Erdkugel umgerechnet, d.h. 342 W/m² (Malberg 2002, S. 38).

Klimavariabilität und globale Erwärmung

20 % werden von der Atmosphäre absorbiert. Der größere Anteil von 168 W/m² (fast 50 %) dringt durch atmosphärische Streuung und Reflexion, zu etwa 30 % auch als direkte Strahlung bis zur Erdoberfläche vor, wo sie Landoberflächen und Ozeane erwärmt. Demzufolge findet an der Erdoberfläche eine energetische Umwandlung statt, bei der die eintreffende kurzwellige Solarstrahlung in langwellige Wärmestrahlung, fühlbare und latente Energie umgewandelt wird (Häckel 1999, S. 175), (Houghton 2001, S. 89). Die Erde wird dadurch selbst zum Strahler mit einer langwelligen Ausstrahlung von 390 W/m². Im Vergleich zu der einstrahlenden Sonnenenergie von 342 W/m² legt die terrestrische Strahlung die Vermutung nahe, dass die Erde mehr Strahlung abgibt, als sie von der Sonne empfängt. Dass der Strahlungshaushalt aber ausgeglichen ist, zeigt folgende Überlegung: Von der Erdoberfläche werden etwa 50 % (168 W/m²) ab-sorbiert. Diese Energie wird in Form von langwelliger Strahlung wieder emittiert. Diesem Wellenlängenbereich gegenüber verhält sich die Atmosphäre jedoch völlig anders: alle Wellenlängen größer als 3 µm werden fast restlos absorbiert, das heißt aus dem Innern des „Treibhauses“ gelangt praktisch keine langwellige Strahlung nach außen, die Atmosphäre erwärmt sich zunehmend und gibt nun ihrerseits verstärkt langwellige Wärmestrahlung sowohl ins Weltall, als auch in Richtung der Erdoberfläche ab. Nur in sogenannten Fensterbereichen, insbesondere im „großen atmosphärischen Fenster“ im Wellenlängenbereich von 8 bis 13 µm, kann die Infrarotstrahlung vom Boden teilweise direkt in den Weltraum entweichen. Da die Erdoberfläche durch die atmosphärische Gegenstrahlung einen zusätzlichen Energiegewinn erhält und aufgeheizt ³ wird (324 W/m²; 95 % der solaren Einstrahlung) und ihr 7 % für fühlbare und 25 % für latente Wärme verloren geht, emittiert die Erdoberfläche nun 114% (etwa 390 W/m²) der solar eingestrahlten Energie (51 % + 95 % - 25 % - 7 %) in Form von langwelliger Strahlung. Insgesamt verbleiben 70 % an kurzwelliger Strahlung im System Erde-Atmosphäre, und ebenfalls 70 % werden in Form von langwelliger Strahlung wieder an das Weltall abgegeben, so dass sich die Erde im Strahlungsgleichgewicht befindet (Häckel 1999, S. 184).

Abbildung 1: Das Energiehaushaltsschema von Erde und Atmosphäre stellt das Mittel über das ganze Jahr und

über die gesamte Erde dar. Zahlenangaben in W/m²s (Kiehl, Trenberth 1997, S. 197).

³ Ein energetischer Gleichgewichtszustand kann sich nur einstellen, wenn die Bodentemperatur sich erhöht und damit nach dem Planckschen Gesetz eine erhöhte Abstrahlung möglich wird.

Klimavariabilität und globale Erwärmung

Fände der Prozess der Wärmeabsorption in der Atmosphäre nicht statt und würde die abgestrahlte Wärme direkt in den Weltraum entweichen, läge die mittlere Oberflächentemperatur der Erde bei etwa -19 °C. Erst der Beitrag der Treibhausgase ermöglicht die hohe atmosphärische Gegenstrahlung von 324 W/m², also fast 95 % der ursprünglichen solaren Einstrahlung. Aus der atmosphärischen Gegenstrahlung resultiert eine mittlere Temperaturerhöhung von 33 °C wodurch eine mittlere Oberflächentemperatur von 14 °C lebensfreundliche Bedingungen auf der Erde schafft (Houghton 2001, S. 89).

2.1.2 Treibhauspotential

Der Beitrag eines Gases am Treibhauseffekt hängt im Wesentlichen von drei Faktoren ab: Der Emissionsrate (pro Zeiteinheit freigesetzte Gasmenge), dem Absorptionsvermögen des Gases im relevanten Wellenlängenbereich und seiner Verweildauer in der Atmosphäre. Als relatives, stoffabhängiges Maß wurde das Treibhauspotential (Engl.: Global Warming Potential, Greenhouse Warming Potential, GWP) oder CO 2 -Äquivalent (CO 2 e) festgelegt. Es wird bezogen auf ein Kilogramm Kohlendioxid und beschreibt das mittlere Erwärmungsvermögen in einem bestimmten, anzugebenden Zeitraum. Beispielsweise ergibt das CO 2 -Äquivalent für Methan den Wert 25 bezogen auf einen Zeithorizont von 100 Jahren (IPCC, S. 33). Damit entspricht die Treibhauswirkung von einem Kilogramm Methan der Wirkung von 25 Kilogramm CO 2 .

Atmosphärische Fenster

Die Erklärung für die Zunahme der atmosphärischen Gegenstrahlung liegt in der Veränderung im so genannten „großen atmosphärischen Fenster“. Atmosphärische Fenster sind diejenigen Bereiche im Absorptionsspektrum, in welchen fast keines der Atmosphärengase Strahlung ab-sorbiert. In diesem Wellenlängenbereich kann die Ausstrahlung der Erde die Atmosphäre fast ungehindert passieren.

Abbildung 2: Strahlungsabsorption wichtiger atmosphärischer Gase und der gesamten Atmosphäre (Spektrum

Akademischer Verlag 2008).

Klimavariabilität und globale Erwärmung

Das „große atmosphärische Fenster“ bezeichnet denjenigen infraroten Spektralbereich, in dem die Hauptabsorber Wasserdampf und Kohlendioxid nur sehr gering absorbieren – entsprechend Abbildung 2 in den Wellenlängenbereichen zwischen 8 und 13 µm. Zwei weitere kleine Fenster befinden sich zwischen 3,4 und 4,1 µm bzw. bei 18 µm. Das Wasserdampffenster (vor allem im Bereich zwischen 10,5 und 12,5 µm) ermöglicht nach dem Planck-Strahlungsgesetz ⁴ die Bestimmung der Oberflächentemperaturen von Erde und Wolken durch Messung der infraroten Ausstrahlung mittels Satellit und Flugzeug. Auf Grund der Konzentrationszunahme der Treibhausgase erhöht sich die Absorption im Bereich der 15 µm CO 2 -Bande und der 7,63 µm CH 4 , bzw. 7,78 µm N 2 O-Bande, wodurch das große atmosphärische Fenster eingeengt wird. Die Durchlässigkeit des Fensters nimmt also ab, wenn die Absorption in den Banden des Ozons, der FCKW und des CO 2 (10,4 µm-Bande) innerhalb des Fensters zunimmt. Als Folge kann die Erdoberfläche weniger Energie an den Weltraum abgeben und muss sich, um ein neues energetisches Gleichgewicht zu erreichen, erwärmen (Deutsche Meteorologische Gesellschaft 2004).

Die Erwärmung der Atmosphäre ist jedoch nicht alleine durch die verminderte Durchlässigkeit der atmosphärischen Fenster bedingt. Im restlichen infraroten Spektralbereich, außerhalb der Fenster, emittiert die Atmosphäre selbst infrarote Strahlung. Diese kann aber nur dann in den Weltraum entweichen, wenn zwischen dieser emittierenden Atmosphärenschicht und der Exosphäre nur noch eine gewisse Anzahl der im betrachteten Spektralbereich absorbierenden Moleküle vorhanden ist. Die Menge dieser Moleküle, und damit die Höhe der hauptsächlich emittierenden Atmosphärenschicht, hängt von der Stärke des Absorptionskoeffizienten im betrachteten Spektralbereich ab. Bei einer Konzentrationszunahme der absorbierenden Gase und damit einer stärkeren Absorption verschiebt sich dieses Emissionsniveau in der Atmosphäre nach oben. In der Troposphäre (ca. 0-10 km Höhe) bedeutet dies wegen der Temperaturabnahme mit der Höhe, dass in dem entsprechenden Spektralbereich zunächst weniger Infrarotstrahlung an den Weltraum abgegeben werden kann und ein Gleichgewichtszustand eine höhere Temperatur der zugehörigen Atmosphärenschicht erfordert (Deutsche Meteorologische Gesellschaft 2004).

Zusammengefasst bedeutet dies, dass eine erhöhte Konzentration an Treibhausgasen in der Atmosphäre sowohl eine Verengung des großen atmosphärischen Fensters, als auch eine Höhenverlagerung des emittierenden Niveaus bewirkt, wodurch nicht nur die Erdoberfläche sondern auch die Troposphäre erwärmt wird. Die Änderungen in der atmosphärischen Konzentration von Treibhausgasen haben demnach eine massive Veränderung der Energiebilanz des Klimasystems zur Folge.

2.2 Variabilität des Klimasystems

„Das begrenzte menschliche Gedächtnis sorgt dafür, dass wir das Klima als mehr oder weniger konstant annehmen. Es ist Winter gewesen, und nun kommt der Frühling. Die Unterschiede von einem Jahr zum anderen fallen zwar manchmal auf, sie bleiben aber klein.“ (van Andel 1992,

⁴ Das plancksche Strahlungsgesetz beschreibt die Intensitätsverteilung der Energie in Abhängigkeit von

der Wellenlänge, die von einem schwarzen Körper – einer idealen Strahlungsquelle – bei einer be-

stimmten Temperatur abgestrahlt werden.

Klimavariabilität und globale Erwärmung

S. 59). Wird der Blick jedoch nicht nur auf den letzten Frühling und die letzten Jahre fokussiert, treten auffällige Merkmale in der klimatologischen Geschichte der Erde hervor. Seit Beginn der Erdgeschichte, also seit etwa 4,6 Milliarden Jahren, ändert sich das Klima, und das in unterschiedlicher Art und aus unterschiedlichen Gründen. Als Teil des Klimasystems ist die Biosphäre von günstigen Klimabedingungen abhängig. Veränderungen im Klima können daher gravierende ökologische und sozioökonomische Folgen haben (Gebhardt et al. 2007, S. 246).

2.2.1 Natürliche Variabilität

Natürliche Klimaveränderungen können durch verschiedene äußere Einwirkungen auf das Klimasystem hervorgerufen werden. Ein externer orbitaler Faktor ist der Milankovic-Zyklus, ein zeitvariantes Veränderungsmuster der Präzession der Erdrotationsachse („trudelnder Kreisel“), der Erdschiefe und der Exzentrizität ⁵ , durch welche die auf die Erde auftreffende Sonnenstrahlungsintensität über das Maß der jährlichen Schwankung hinaus variiert. Ein weiterer Faktor ist die Schwankung der Sonnenstrahlungsstärke, welche in Zusammenhang mit dem elfjährigen Zyklus der Sonnenflecken steht.

Weitere Ursachen, der in der Erdgeschichte weit zurückreichenden natürlichen Klimaänderungen, können beispielsweise Veränderungen in der Land-Meer-Verteilung (Plattentektonik) sowie in der Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosphäre sowie atmosphärische Aerosolanreicherung durch Vulkanausbrüche sein. Diese internen Faktoren führen durch großskalige Wechselwirkungen zwischen Ozean, Landfläche und Atmosphäre zu Klimavariabilitäten. Eine auch heute wirksame interne Klimaschwankung und zugleich das klassische Beispiel einer großskaligen Ozean-Atmosphäre-Wechselwirkung ist die „El Niño Southern Oscillation“ (ENSO). Typisch ist das Ungleichgewicht (Nicht-Linearität) der Klimakomponenten, sowie deren Schwankungen (Toniazzo 2006).

2.2.2 Anthropogen verursachte Veränderung

Das Klima wird von einer Vielzahl verschiedener Faktoren beeinflusst. Bereits der berühmte "Flügelschlag eines Schmetterlings" (engl.: butterfly effect), eine bildhafte Metapher des Meteorologen Edward N. Lorenz, kann weitreichende und unvorhersehbare Folgen auf Wetter und Klima mit sich bringen. Ein solches Schmetterlingssystem besitzt die Eigenschaft, dass sich kleine Abweichungen in den Anfangsbedingungen im Laufe der Zeit exponentiell verstärken, sie also sensibel abhängig von den Ausgangswerten sind (Lorenz 1963, S. 19f).

Der menschliche Einfluss auf die Zusammensetzung der Atmosphäre hat sich während der letzten zwei Jahrhunderte zunehmend vergrößert, vor allem während des letzten Jahrhunderts. Durch die Kombination von zunehmender Industrialisierung, Ausweitung des Transportwesens und Intensivierung der Landwirtschaft wurde die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre sehr viel schneller verändert, als es ohne anthropogene Einflüsse der Fall gewesen wäre (Steffen 2005, S. 101).

⁵ Exzentrizität: Variation des Radius der Erdumlaufbahn um die Sonne mit einem Zyklus von etwa 100.000 Jahren.

Klimavariabilität und globale Erwärmung

Entwicklung der CO 2 -Konzentration

Im Jahre 1958 wurde auf dem Gipfel des Mauna Loa (Hawaii), fern von jeglichen anthropogenen atmosphärischen Einträgen, von dem Chemiker Charles David Keeling eine Forschungsstation eingerichtet, deren Messgeräte seither fast lückenlos den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre verfolgen. "Ohne seine Arbeit wäre unser Wissen über den Klimawandel heute um 10 bis 20 Jahre weniger weit fortgeschritten, als sie es ist", zitiert die BBC Andrew Manning vom britischen Wetterservice Met Office (BBC 02.12.2007).

Aus der tabellarischen Meßreihenaufzeichnung der National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA 2008) vom Mauna Loa lässt sich zu Beginn der Konzentrationsmessung im Jahre 1958 als Anteil der CO 2 -Moleküle in trockener Luft der Wert 315,71 ppm auslesen. 50 Jahre später, im April 2008, ist der Wert um über 71 ppm auf 387,19 ppm gestiegen – ein Anstieg von fast 22,5 %.

Lufteinschlüsse in Eisbohrkernen aus Grönland und der Antarktis beinhalten die zuverlässigsten Daten, um aktuelle Klimaveränderungen mit der globalen Klimageschichte zu vergleichen. Aus diesen Eisbohrkernen lässt sich die Bandbreite der natürlichen atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen der letzten 650.000 Jahre bestimmen, welche zwischen 180 und 280 ppm lag, also mindestens 35 ppm geringer als bei den ersten Messungen. Vor dem Zeitalter der Industrialisierung (1000-1750) lag der Wert etwa bei 275-285 ppm. Folglich ist seit den letzten 250 Jahren die CO 2 -Konzentration der Atmosphäre global um über 100 ppm (36 %) angestiegen (IPCC 2007, S. 137). In den 1970er Jahren, also etwa 200 Jahre nach Beginn des industriellen Zeitalters, wies die CO 2 -Konzentration erstmals 50 ppm über dem vorindustriellen Wert auf. Dreißig Jahre später lag die Konzentration um weitere 50 ppm über dem ursprünglichen Wert. Zwischen 1995 und 2005 stieg die Konzentration in 10 Jahren um weitere 19 ppm an, die höchste durchschnittliche Wachstumsrate seit Beginn der CO 2 -Konzentrationsmessung. Während des gesamten Zeitraumes ist der Wachstumstrend der CO 2 -Konzentration pro Jahr stetig gestiegen. Die jährliche Zuwachsrate überstieg 1965 erstmals die Zuwachsrate von 1 ppm pro Jahr; 1977 waren es bereits 2 ppm pro Jahr und 1998 erstmals 3 ppm pro Jahr. Die aktuelle Zuwachsrate von 2007 liegt etwas darunter bei 2,14 ppm (NOAA 2008).

Strahlungsantrieb

Um das Verhältnis des Kohlendioxids zu den übrigen Treibhausgasen zu verdeutlichen, soll im Folgenden der Strahlungsantrieb der wichtigsten Atmosphärengase dargestellt werden. Der Strahlungsantrieb (engl.: radiative forcing) ist ein Maß für den Einfluss, den ein Faktor auf die Änderung des Gleichgewichts von einfallender und abgehender Energie im System Erdoberfläche-Atmosphäre hat, und ist ein Index für die Bedeutung eines Faktors als potentieller Mechanismus einer Klimaänderung. Ein positiver Antrieb führt tendenziell zur Erwärmung der Erdoberfläche, während ein negativer Antrieb tendenziell zu einer Abkühlung führt (IPCC 2007, S. 2). Der Strahlungsantrieb ist somit ein Maß für die vom Menschen zusätzlich verursachte Strahlungsenergie, die der Erdatmosphäre hinzugefügt wird. Die Werte für den Strahlungsantrieb (Abb. 3) sind für das Jahr 2005, bezogen auf vorindustrielle Werte im Jahr 1750, definiert und werden in Watt pro Quadratmeter (W/m²) angegeben.

Klimavariabilität und globale Erwärmung

Abbildung 3: Schätzungen und Bandbreiten des global gemittelten Strahlungsantriebs (SA) im Jahr 2005 für

anthropogenes Kohlendioxid (CO 2 ), Methan (CH 4 ), Lachgas (N 2 O) und andere wichtige Faktoren und Mecha-

nismen (IPCC 2007, S. 4; Böde et al. 1999, S. 4).

Der Verbrauch fossiler Brennstoffe ist die Hauptquelle der erhöhten atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration. Einen weiteren signifikanten, aber kleineren Beitrag liefern Landnutzungsänderungen. Der gesamte Strahlungsantrieb aufgrund des Anstiegs von Kohlendioxid-, Methan-und Lachgas beträgt +2,30 W/m². Seit dem Industriezeitalter nimmt die Wachstumsrate fortlaufend zu. Der Strahlungsantrieb durch Kohlendioxid ist zwischen 1995 und 2005 um 20 % gestiegen, was die größte Änderung innerhalb eines Jahrzehnts während mindestens der letzten 200 Jahre darstellt.

Die anthropogenen Beiträge zu den Aerosolen (vor allem Sulfat, organischer Kohlenstoff, Ruß, Nitrat und Staub) erzeugen einen kühlenden Effekt, mit einem gesamten direkten Strahlungsantrieb von -0,5 W/m² und einem indirekten Strahlungsantrieb durch die Albedo der Wolken von etwa -0,7 W/m². Aerosole beeinflussen auch die Lebensdauer von Wolken und die Niederschläge (Böde et al. 1999, S. 4).

Zwischen 1970 und 2004 stiegen die weltweiten, nach globalem Erwärmungspotential (GWP) gewichteten Emissionen, von CO 2 , CH 4 , N 2 O, H-FKWs, FKWs und SF 6 um 70 % von 28,7 auf 49 Gigatonnen Kohlendioxidäquivalente (Gt CO 2 -Äq.) an. Die Emissionen dieser Gase nahmen in unterschiedlichem Maße zu. Vor allem die CO 2 -Emissionen stiegen zwischen 1970 bis 2004 um etwa 80 % (28 % zwischen 1990 und 2004) und entsprachen 77 % der gesamten anthropogenen Treibhausgas-Emissionen im Jahr 2004. Den größten Zuwachs an weltweiten Treibhausgasemissionen zwischen 1970 und 2004 verzeichnete der Energieversorgungssektor mit

Klimavariabilität und globale Erwärmung

einem Anstieg von 145 %. Der Anstieg direkter Emissionen ⁶ in diesem Zeitraum betrug für den Verkehr 120 %, für die Industrie 65 % und für Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft 40 %. Von 1970 bis 1990 stiegen die direkten Emissionen aus der Landwirtschaft um 27 % und aus Gebäuden um 26 % an. Da der Gebäudesektor jedoch einen hohen Stromverbrauch hat, ist die Summe direkter und indirekter Emissionen in diesem Sektor viel höher (75 %) als die direkten Emissionen (IPCC 2007, S. 42).

Die Emission großer Mengen von Treibhausgasen durch anthropogene Aktivitäten verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt, was eine zusätzliche Erhöhung der mittleren Temperatur zur Folge hat. Insbesondere die Konzentration von CO 2 und Methan wurde vom Menschen vor allem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe drastisch erhöht. Hinzu kommen künstliche Gase, wie teil- und vollhalogenierte Kohlenwasserstoffe HFKWs bzw. FCKWs, sowie Schwefelhexaf-luorid (SF 6 ) und Distickstoffoxid (N 2 O), welche durch industrielle Prozesse entstehen. Durch diese, im Protokoll von Kyoto ⁷ genannten klimawirksamen Gase, wird dem natürlichen Treibhauseffekt ein zusätzlicher anthropogener Treibhauseffekt überlagert, welcher zu einer verstärkten atmosphärischen Gegenstrahlung und damit zur Erwärmung der Atmosphäre führt.

2.3 Klimawandel in Baden-Württemberg

2.3.1 Prognosen

Das Sachverständigen-Gremium „Intergovernmental Panel on Climate Change“ der Vereinten Nationen (IPCC) geht davon aus, dass sich infolge des anthropogen verursachten Treibhauseffektes bis zum Jahr 2099 die mittlere globale Temperatur zwischen 1,8°C und 3,13°C erhöhen wird. Vor diesem globalen Hintergrund ist auch in Süddeutschland ein beschleunigter Wandel des regionalen Klimas zu erwarten. Die vom Land Baden-Württemberg getragenen Forschungsprojekte „KLIWA“ und „KLARA“ zeigen nach dem derzeitigen Kenntnisstand die ersten Ergebnisse zu künftigen Klimaveränderungen in Süddeutschland sowie möglicher Auswirkungen.

Bei der Ermittlung und Bewertung des Ausmaßes der zukünftigen Klimaentwicklung im regionalen Maßstab bestehen noch methodische Unsicherheiten. Jedoch weisen die regionalen Prognoseergebnisse für die wichtigsten klimatologischen Größen bei unterschiedlichen Modellen in die gleiche Richtung und stehen in Einklang mit bereits im Verlauf des 20. Jahrhunderts eingetretenen Veränderungen. Für Baden-Württemberg ist im Szenariozeitraum bis ca. 2050 mit folgenden Entwicklungen des regionalen Klimas im Vergleich zum Ist-Zustand zu rechnen (Um-weltbundesamt 2005, S. 12; Stock 2005; Landesanstalt für Umwelt 2006; Regionalverband Südlicher Oberrhein 2006):

⁶ Direkte Emissionen berücksichtigen nicht die Vorketten. Sie beinhalten weder die Emissionen aus dem Stromsektor für den verbrauchten Strom in den Sektoren Gebäude, Industrie und Landwirtschaft noch die Emissionen aus Raffinerievorgängen, die Treibstoff für den Verkehrssektor liefern.

⁷ Im Protokoll von Kyoto verpflichten sich die Industriestaaten, ihre gemeinsamen Emissionen der wichtigsten Treibhausgase im Zeitraum 2008 bis 2012 um mindestens 5% unter das Niveau von 1990 zu senken. Dabei haben die Länder unterschiedliche Emissionsreduktionsverpflichtungen akzeptiert (UNFCCC 05.2008).

Klimavariabilität und globale Erwärmung

 Temperatur

o Anstieg der mittleren Temperaturen

o Veränderung der Temperaturextreme

 Wasserhaushalt

o Veränderungen der Niederschläge

o Veränderungen im Abflussregime der Fließgewässer

⁸ Tage mit Höchsttemperaturen ≥ 25 °C.

⁹ Tage mit Höchsttemperaturen ≥ 30 °C.

¹⁰ Minimaltemperaturen < 0 °C.

¹¹ Höchsttemperaturen < 0 °C.

Klimavariabilität und globale Erwärmung

2.3.2 Auswirkungen

Nach dem derzeitigen Stand der Forschung ergeben sich in Baden-Württemberg und vor allem im Oberrheingebiet durch die Klimaveränderungen für den Menschen, für die Biodiversität und Ökosysteme sowie für Landnutzungen in den kommenden Jahrzehnten folgende Auswirkungen (Landesanstalt für Umwelt 2006; Umweltbundesamt 2005, S. 12):

 Die Zunahme von Extremereignissen (Hochwasser, Stürme) wird vor allem durch den Anstieg der Intensität der Ereignisse zu einer verstärkten Gefährdung von Leben und Gesundheit der Bevölkerung führen. Zudem wird eine Zunahme des Umfangs von Sachschäden befürchtet.

 Auch die prognostizierte steigende Häufigkeit und Intensität von sommerlichen Hitzewellen, sowie der Anzahl von Hitzetagen wird eine zunehmende Gesundheitsgefahr darstellen. Die Vulnerabilität der Bevölkerung durch Wärmebelastungen wird landesweit um ca. 20 % zunehmen.

 Durch die Erwärmungstendenz sind erhebliche Auswirkungen auf die heimischen Tier-und Pflanzenarten, ihre Populationen sowie auf die natürlichen Ökosysteme insgesamt zu erwarten. Den zu erwartenden Verlusten bei heimischen Arten steht eine verstärkte Einwanderung und Ausbreitung gebietsfremder, vor allem wärmeliebender Arten, gegenüber.

 Für die Landwirtschaft sind durch den Klimawandel teils günstige, teils nachteilige Wirkungen zu erwarten: Generell werden durch die Erwärmung die Voraussetzungen für den Maisanbau im Oberrheingebiet verbessert, während der zunehmende sommerliche

Klimavariabilität und globale Erwärmung

Trockenstress bei Weizen regional zu Ertragseinbußen führen kann. Im Bereich des Obstbaus ist zu befürchten, dass ein milderes Klima zu einer vermehrten Anfälligkeit gegenüber Schädlingen führt, während im Weinbau grundsätzlich eine Verbesserung der Anbaubedingungen zu erwarten ist. Erhöhte landwirtschaftliche Ertragsgefährdungen gehen allerdings von der erwarteten Zunahme extremer Wetterereignisse aus.  Für die Forstwirtschaft werden aufgrund der sich im Jahresmittel wenig ändernden Niederschlagssummen bislang insgesamt weniger gravierende Änderungen der Produktivität erwartet. Allerdings wird mit einem Anstieg der Risiken durch Schädlinge und Wetterextreme gerechnet.

 Durch den zu erwartenden Klimawandel werden im Gegensatz zum Wintertourismus für den Sommertourismus in Baden-Württemberg eher positive Wirkungen prognostiziert. So ist im Schwarzwald mit einer Zunahme von Tagen mit günstigen Wetterverhältnissen für den Wandertourismus zu rechnen.

Bei diesen bislang vorliegenden Ergebnissen der regionalen Klimaforschung ist zu berücksichtigen, dass sie sowohl methodisch als auch hinsichtlich der einbezogenen Randbedingungen (z.B. zur künftigen Emissionsentwicklung der Treibhausgase) Unsicherheiten beinhalten. Diese betreffen in erster Linie die Dimension künftiger Änderungen, nicht aber deren Tendenz.

Klimaschutzpolitik

3 Klimaschutzpolitik

Das Feld der Klimaschutzpolitik umfasst alle politischen Maßnahmen, die darauf abzielen, der anthropogenen globalen Erwärmung entgegen zu wirken, ihre Folgen für Mensch und Umwelt zu mindern oder zu verhindern. Diese Maßnahmen können auf internationaler, nationaler oder lokaler Ebene angesiedelt sein.

3.1 Internationaler Klimaschutz

Im Folgenden werden die politischen Rahmenbedingungen, Maßnahmen und Ziele auf internationaler Ebene zusammengefasst.

3.1.1 Klimarahmenkonvention

Die Klimarahmenkonvention (UNFCCC), die 1992 auf der Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Zusammenarbeit (UNCEP) in Rio de Janeiro von fast allen Staaten unterzeichnet wurde und 1994 in Kraft getreten ist, hat laut Artikel 2 des Vertrages durch eine Stabilisierung der Treibhausgaskonzentration eine nachhaltige Anpassung der Ökosysteme an die Klimaänderungen zum Ziel, ohne dass die Nahrungsmittelerzeugung bedroht und die wirtschaftliche Entwicklung auf nachhaltige Weise fortgeführt werden kann (UNFCCC 1992, S. 5). Wie aus dieser Zielformulierung deutlich wird, legt die Konvention aus Rio de Janeiro lediglich eine allgemeine Verständigung über die internationalen Ziele fest. Konkrete Angaben, mit welchen Instrumenten die Ziele zu erreichen sein sollen, beinhaltet die Rahmenkonvention nicht. Über die genaue Ausgestaltung wird auf den UN-Klimakonferenzen verhandelt.

Die Klimarahmenkonvention stützt sich auf das Prinzip der gemeinsamen Verantwortung, welche in unterschiedliche Verantwortlichkeiten unterteilt ist. Die Vertragspartner wurden zu diesem Zwecke entsprechend ihrer CO 2 -Emissionen und wirtschaftlichen Stärke in drei Kategorien unterteilt: Annex I beinhaltet die Industriestaaten, Annex II fasst die OECD-Staaten ¹² aller Industriestaaten zusammen. Annex III umfasst die Entwicklungs- und Schwellenländer. Die Staaten, die im Annex I und Annex II aufgelistet sind, tragen als die großen CO 2 -produzierenden, wirtschaftlich starken Staaten auch eine größere Verantwortung als diejenigen, die im Annex III aufgeführt sind. Da China und Indien zu den Annex III-Staaten zählen, sie jedoch über eine sehr starke und emissionsintensive Industrie verfügen, entstand in jüngster Zeit die Diskussion, ob der Status des Schwellenlandes noch zutreffend ist. Dementsprechend gibt es Bemühungen, den Status dieser beiden Staaten schnellstmöglich zu ändern.

Als Ziel der Klimarahmenkonvention wurde folgendes festgelegt:

"Das Endziel dieses Übereinkommens (...) ist es, (...) die Stabilisierung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau zu erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems verhindert wird." (UNFCCC 1992, S. 5). Eine genaue Definition des Begriffes "gefährliche Störung des Klimasystems“ lässt die Konvention ebenfalls offen.

¹² Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) ist eine Internationale

Organisation mit 30 Mitgliedsländern, die sich Demokratie und Marktwirtschaft verpflichtet fühlen. Die

meisten OECD-Mitglieder gehören zu den Ländern mit hohem pro-Kopf-Einkommen und gelten als

entwickelte Länder.

Klimaschutzpolitik

Um das Ziel der Klimarahmenkonvention zu erreichen, haben sich alle Unterzeichner verpflichtet, Klimaschutzmaßnahmen einzuleiten: "Jede der Vertragsparteien beschließt nationale Politiken und ergreift entsprechende Maßnahmen zur Abschwächung der Klimaänderungen, indem sie ihre anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen begrenzt und ihre Treibhausgassenken und -speicher schützt und erweitert.“ (UNFCCC 1992, S. 7).

3.1.2 Konferenzen der Vertragsstaaten

Mit der Unterzeichnung der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen im Jahre 1992 in Rio de Janeiro wurde auf internationaler Ebene ein kontinuierlicher Verhandlungsprozess zum Schutz des Klimas ins Leben gerufen. Im Rahmen dieses fortlaufenden Prozesses werden jährlich im Rahmen einer Konferenz aller Vertragsstaaten (engl.: Conference of the Parties, COP) vielfältige Aspekte der internationalen Klimapolitik erörtert und dementsprechende Entscheidungen getroffen.

Bei der ersten Vertragsstaatenkonferenz (COP 1) im Jahre 1995 in Berlin wurde anerkannt, dass die freiwillige Selbstverpflichtung der Industrieländer unzureichend für einen effektiven Klimaschutz ist. Daher sollte in einem Protokoll vereinbart werden, in welchem Umfang und auf welche Art die Länder ihre Treibhausgasemissionen reduzieren sollen. Bei der zweiten Vertragsstaatenkonferenz 1996 in Genf erklärten die dort vertretenen Umweltminister, dass die Ziele zur Reduktion bzw. zur Begrenzung von Treibhausgasen in diesem Protokoll rechtlich verbindlich ausgestaltet werden sollen. Aus diesem Verhandlungsprozess entstand schließlich 1997, auf der dritten Vertragsstaatenkonferenz, das Kyoto-Protokoll (Bundesumweltministerium 2007).

Mit der im Dezember 2007 durchgeführten Konferenz (COP 13) auf Bali wurden weitere Schritte zur Reduzierung der Erderwärmung unternommen. Wenn auch konkrete Ziele einer Treibhausgasreduzierung lediglich in den Fußnoten der Abschlusserklärung festgehalten und nicht verbindlich vereinbart werden konnten, so wurde doch zumindest ein Fahrplan zu einem neuen Klimaschutzvertrag bis 2009 beschlossen werden (Bundesumweltministerium 2007).

3.1.3 Kyoto – Protokoll und flexible Mechanismen

Auf der dritten Vertragsstaatenkonferenz im Jahr 1997 in Kyoto wurde für 35 Industrieländer eine Reduktion der CO 2 -Emissionen um insgesamt 5,2 % bis 2012 im Vergleich zum Referenzjahr 1990 festgelegt. Für die teilnehmenden Länder wurden, entsprechend den Emissionsbeiträgen, unterschiedliche Reduktionszahlen festgelegt. Im Rahmen einer EU-internen Lastenverteilung (Burden Sharing) haben die EU-Umweltminister für Deutschland eine Reduktionsquote von 21% festgelegt. Mit der Ratifizierung des Kyoto-Protokolls auch durch Russland konnte das Protokoll am 16. Februar 2005 völkerrechtlich in Kraft treten. Alle Industriestaaten, die das Protokoll ratifiziert haben, müssen die zugesagten Treibhausgasreduktionen in der ersten Verpflichtungsperiode von 2008-2012 völkerrechtlich verbindlich umsetzten.

Klimaschutzpolitik

Allen Annex-B ¹³ -Ländern ist für die erste Verpflichtungsperiode eine zulässige Emissionsmenge an Treibhausgasen zugewiesen. Laut Artikel 17 ist es erlaubt, dass Annex-B Länder ihre Emissionsmenge selbst aufbrauchen oder Teile davon mit anderen Annex-B-Ländern handeln (Sekretariat der Klimarahmenkonvention 1997).

Das Instrument der Joint Implementation, in Artikel 6 des Kyoto-Protokolls festgelegt, ermöglicht es Annex-B-Ländern, gemeinsam Klimaschutz-Projekte durchzuführen. Dabei wird das Projekt, z.B. die Errichtung einer Windkraftanlage, zwar in Land A durchgeführt, aber von Land B finanziert. Die in Land A vermiedenen Emissionen darf das Land B in der Verpflichtungsperiode zusätzlich emittieren oder sich als Emissionsguthaben gutschreiben lassen. Land A wird eine entsprechende Menge an Emissionsrechten abgezogen (Sekretariat der Klimarahmenkonvention 1997).

Der CDM ("Mechanismus für umweltverträgliche Entwicklung"), in Artikel 12 des Kyoto-Protokolls festgelegt, ermöglicht es Industrie- und Entwicklungsländern, gemeinsam Klimaschutzprojekte in den Entwicklungsländern durchzuführen. Dabei wird das Projekt vom Indust-rieland finanziert. Die hierdurch im Entwicklungsland vermiedenen Emissionen darf das Indust-rieland in der Verpflichtungsperiode entweder zusätzlich emittieren oder sich als Emissionsguthaben gutschreiben lassen. Ein Teil der Finanztransfers im Rahmen der CDM-Projekte ("Share of proceeds") soll in einen Fonds zugunsten der am meisten vom Klimawandel betroffenen Staaten (insbesondere kleiner Inselstaaten) fließen (Sekretariat der Klimarahmenkonvention 1997).

Die Grundidee dieser Mechanismen ist, dass es zweitrangig ist, wo Emissionen abgebaut werden. Entscheidend ist nur, dass sie abgebaut werden.

3.1.4 Zwischenstaatlicher Sachverständigenrat für Klimaänderung (IPCC) Die Entwicklungen in der Klimapolitik werden begleitet durch das IPCC-Expertengremium. Das IPCC wurde 1988 gegründet und legt seitdem regelmäßig Sachstandberichte vor, die als wissenschaftliche Basis die internationalen Klimaverhandlungen unterstützen. Die Ergebnisse des

4. Sachstandberichtes verdeutlichen, dass der Einfluss des Menschen auf das Klima wissenschaftlicher Fakt ist. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse des Weltklimarates, der unter dem Dach der Vereinten Nationen arbeitet, sind eine entscheidende Grundlage für die internationale Klimapolitik der Europäischen Union und Deutschlands. Nur wenn die Erkenntnisse der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft in den politischen Prozess einfließen und die Empfehlungen umgesetzt werden, können effiziente Maßnahmen in Angriff genommen werden.

3.1.5 Internationaler Klimaschutz im Rahmen der EU

Im Februar 2007 hat der EU-Umweltrat Klimaschutzziele bis 2020 und ein Verhandlungspaket der EU für die Fortentwicklung des Klimaregimes nach 2012 verabschiedet. Den Staats- und Regierungschefs gelang der Durchbruch zu einer gemeinsamen europäische Klima- und Ener-

¹³ DieseBezeichnung stammt aus dem Kyoto-Protokoll: Annex A listet die sechs Treibhausgase auf, für welche die im Protokoll festgeschriebenen Emissionsreduktionen gelten sowie die sektoralen Emissi-

onskategorien. Annex B listet die Emissionsreduktionspflichten der Länder auf, die sich zu verbindli-

chen Reduktionen verpflichtet haben.

Klimaschutzpolitik

giepolitik, deren Ziel es ist, den durchschnittlichen Temperaturanstieg gegenüber dem vorindustriellen Niveau auf höchstens 2 °C zu begrenzen.

Der Europäische Rat beschloss, dass die EU im Rahmen eines internationalen Abkommens ihre Treibhausgasemissionen um 30 % bis 2020 gegenüber 1990 senken wird, wenn sich andere Industriestaaten zu vergleichbaren Anstrengungen verpflichten und die Schwellenländer angemessen beitragen. Unabhängig von internationalen Vereinbarungen hat sich die EU bereits zuvor verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen bis 2020 um mindestens 20 % (gegenüber 1990) zu mindern. Weitere wichtige Elemente des Verhandlungspakets sind die Ausweitung des Kohlenstoffmarktes, deutlich höhere Anstrengungen bei der Anpassung an den Klimawandel, eine verstärkte Technologiekooperation vor allem mit Entwicklungs- und Schwellenländern, die Begrenzung von Emissionen aus Entwaldung sowie aus dem Flug- und Schiffsverkehr (Bundesumweltministerium 2007).

3.2 Nationaler Klimaschutz

Im Folgenden werden die politischen Rahmenbedingungen, Maßnahmen und Ziele auf nationaler Ebene zusammengefasst.

3.2.1 Ziele der Bundesregierung

Die Bundesregierung setzte sich im Jahr 2000 selbst das Ziel, die CO 2 -Emissionen bis 2005 gegenüber 1990 um 25 % zu vermindern. Dieses nationale Ziel änderte sich jedoch durch das Inkrafttreten des Kyoto-Protokolls. Deutschland hat sich im Rahmen der EU-Lastenteilung verpflichtet, bis zum Zeitraum 2008 bis 2012 die Emission klimaschädlicher Gase um insgesamt 21 % gegenüber dem Jahr 1990 zu reduzieren. Im Zeitraum 1990 bis 2004 gingen die Treibhausgasemissionen in Deutschland um rund 19 % zurück. Die reinen Kohlendioxidemissionen verringerten sich um 16 %. Bis zum Erreichen des international verbindlichen Klimaschutzziels von 21 % müssen jedoch weitere Anstrengungen unternommen werden, denn etwa die Hälfte der CO 2 -Minderungen in Deutschland geht nicht auf Energiesparmaßnahmen zurück, sondern auf den wirtschaftlichen Zusammenbruch in den neuen Bundesländern. Die Reduktion der Emissionen ist hier auf die Schließung von Fabriken und alten Kraftwerke zurückzuführen (Bundesumweltministerium 2007; Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit 2008b, S. 4).

3.2.2 Nationales Klimaschutzprogramm

Um diese Ziele zu erreichen, hat die Bundesregierung im Jahr 2000 ein Klimaschutzprogramm erarbeitet, das sowohl die Verdoppelung des Anteils erneuerbarer Energien in Deutschland bis 2010 als auch eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz mit entsprechend verstärktem Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung beinhaltet. Am 1. Januar 2005 trat das neue Instrument des Emissionshandels in Kraft. Der Emissionshandel bewirkt einen zusätzlichen Anreiz für mehr energieeffiziente Technologien sowie eine Verminderung des Energieverbrauchs. Auf diese Weise können die Treibhausgasemissionen der Industrie begrenzt und gleichzeitig Kosten gesenkt werden.

Klimaschutzpolitik

Das Nationale Klimaschutzprogramm wurde im Jahr 2005 fortgeschrieben. Dabei wurde zunächst überprüft, welche konkreten Maßnahmen zu welchen Treibhausgasminderungen geführt haben.

Tabelle 1: Entwicklung der CO 2 -Emissionen verschiedener Sektoren in Deutschland (Bundesministerium für

Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit 2008a, S. 11).

Industrie

Tabelle 1 zeigt, dass vor allem die CO 2 -Emissionen in den Sektoren Gewerbe, Industrie und Energieerzeugung rückläufig sind. Im Sektor Haushalte, welcher hohe und noch ungenutzte Einsparpotentiale birgt, wurde lediglich eine Reduktion um 5,3 % erreicht. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde im Nationalen Klimaschutzprogramm der weitere Handlungsbedarf identifiziert und ein entsprechender Maßnahmenkatalog vorgelegt. Der Katalog enthält beispielsweise Förderprogramme für die Gebäudewärmedämmung und die Nutzung von erneuerbaren Energien (Kap. 3.2) sowie Maßnahmen zur technischen Verbesserung von Fahrzeugen und Kraftstoffen (Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit 2008a, S. 12).

3.2.3 8-Punkte-Plan

Leichte Einbrüche der Klimabilanz im Jahr 2006 wurden von Bundesumweltminister Sigmar Gabriel unter anderem auf den nicht ausreichenden Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung und mangelnden Erfolg des Emissionshandels zurück geführt. Um nicht weiter in Rückstand zu geraten, stellte Gabriel am 03. April 2007 in seiner Regierungserklärung den 8-Punkte-Plan vor, durch den eine Minderung der CO 2 -Emissionen in Deutschland bis zum Jahr 2020 von insgesamt 40 % gegenüber 1990 erreicht werden sollen.

Der 8-Punkte-Plan beinhaltet folgende Regelungen(Umweltministerium Baden-Württemberg 2008):

1. Reduktion des Stromverbrauchs um 11 % durch massive Steigerung der Energieeffizienz

2. Erneuerung des Kraftwerkparks durch effizientere Kraftwerke

3. Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung auf über 27 %

4. Verdopplung der effizienten Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung auf 25 %

5. Reduktion des Energieverbrauchs durch Gebäudesanierung, effiziente Heizungsanlagen und in Produktionsprozessen

6. Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien im Wärmesektor auf 14 %

Klimaschutzpolitik

7. Steigerung der Effizienz im Verkehr und Steigerung des Anteils der Biokraftstoffe auf 17 %

8. Reduktion der Emissionen von anderen Treibhausgasen (z.B. Methan).

3.2.4 Integriertes Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung

Ergänzend zum 8-Punkte-Plan legte die Bundesregierung ein umfassendes Maßnahmenpaket vor, das aus 14 Gesetzen und Verordnungen und sieben weiteren Maßnahmen besteht. Sowohl anspruchsvolle Klimaschutzziele als auch Ziele für den Ausbau der erneuerbaren Energien und die Steigerung der Energieeffizienz sollen mit diesem Maßnahmenpaket erreicht werden (Umweltministerium Baden-Württemberg 2008).

3.3 Kommunaler Klimaschutz in Freiburg

Viele Städte und Gemeinden haben sich hohe Klimaschutzziele gesetzt. Die Stadt Freiburg und mehr als 1400 weitere Städte, Gemeinden und Landkreise in Europa sind seit seiner Gründung 1990 dem Bündnis „Alianza del Clima“ beigetreten. Dieser Zusammenschluss europäischer Städte und Gemeinden, welcher eine Partnerschaft mit indigenen Völkern der Regenwälder eingegangen ist, hat die Erhaltung des globalen Klimas als gemeinsames Ziel. Das Ziel der Bündnispartner ist die 5-jährliche Reduktion der Emissionen der Industrieländer um 10 % und der Schutz der Regenwälder. Handlungsschwerpunkte sind dabei das Engagement auf lokaler Ebene. Die Initiative versteht sich als Teil der Bemühungen um nachhaltige Entwicklung und Gerechtigkeit zwischen Industrie- und Entwicklungsländern (Alianza del Clima e.V. 2008). Neben Freiburg haben sich weltweit mehr als 550 Kommunen ICLEI angeschlossen, dem „International Council for Local Environmental Initiatives“, dessen europäisches Sekretariat sich in Freiburg befindet und welches sich weltweit für den Klimaschutz auf kommunaler Ebene einsetzt. Ziel ist der Aufbau und die Unterstützung einer weltweiten Bewegung von Kommunen, um durch die Gesamtheit lokaler Aktivitäten greifbare Verbesserungen der weltweiten Nachhaltigkeit, mit besonderem Blick auf die globalen Umweltbedingungen, zu erzielen (Umweltministerium Baden-Württemberg 2008).

Freiburger Klimaschutzprogramm

Die Klimaschutz-Strategie der Stadt Freiburg basiert auf der Grundlage eines umfassenden Klimaschutz-Konzeptes aus dem Jahr 1996, welches als Ziel festgelegt, die CO 2 -Emissionen in Freiburg bis zum Jahr 2010 um 25 % gegenüber dem Jahr 1992 zu verringern. Hierfür wurden im Vorfeld die klimarelevanten Emissionen Freiburgs ermittelt. Im Ergebnis wurde für das Basisjahr 1992 festgestellt, dass ca. 75 % der Emissionen in den Sektoren Haushalte, Industrie und Kleinverbraucher entstehen und ca. 25 % im Verkehrssektor. Die Gesamtemissionen lagen bei knapp 2 Mio. t CO 2 pro Jahr. Als weiteres Ziel hat sich die Stadt Freiburg gesetzt, bis zum Jahr 2010 einen Anteil von 10 % des Strombedarfs im Stadtgebiet aus erneuerbaren Energien zu decken und gleichzeitig eine Reduktion des Strombedarfs im Stadtgebiet um 10 % durch Aktionen und Kampagnen zu erreichen.