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Mit einer umfangreichen Computer-Simulation von Klima, globaler Wirtschaft und globalem Energiesystem haben Forschende des PSI gemeinsam mit Kollegen aus den USA, China, Irland, Finnland und Schweden unterschiedliche Möglichkeiten für eine Klimawende analysiert.
Derzeit stösst die Menschheit 42 Milliarden Tonnen Kohlendioxid pro Jahr aus. Nur noch rund 300 bis 600 Milliarden Tonnen dürfen laut Berechnungen des Weltklimarates IPCC seit 2020 noch dazu kommen, sonst wird das Ziel, die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu beschränken, kaum noch erreichbar sein. Dieser Schlussfolgerung schliesst sich auch Evangelos Panos vom Labor für Energiesystemanalysen des PSI an: «Es könnte knapp werden, denn in 70 Prozent unserer Szenarien überschreitet die Welt in den nächsten fünf Jahren die 1,5-Grad-Celsius-Marke.».
Welche Klima-Massnahmen haben den grössten Erfolg?
Vor dem Hintergrund des Klimawandels sind zahlreiche politische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Entscheidungen zu treffen. Diese sind allerdings mit zahlreichen Unsicherheiten behaftet. Verständlich, wenn Verantwortliche nach belastbaren Grundlagen für beispielsweise eine der zentralen Fragen suchen: Welche Massnahmen haben den grössten Effekt und sind zudem ökonomisch vorteilhaft, um das Netto-Null-Emissionsziel zu erreichen, wie es sich etwa die Schweiz vorgenommen hat? Antworten liefert nun eine grosse Computer-Simulation, die zu diesem Thema entwickelt wurde. Sie koppelt Klimamodelle mit ökonomischen Modellen und 1200 Technologien zur Bereitstellung und zur Nutzung von Energie sowie zur Reduktion der Emission von Treibhausgasen. Ein Supercomputer berechnete im Rahmen der Studie 4000 Szenarien für 15 Regionen der Erde und berücksichtigte dabei jeweils die möglichen Entwicklungen in Zehnjahresschritten bis ins Jahr 2100. «Dafür braucht es ausgefeilte Datenanalyse- und Visualisierungstechniken», ergänzt Mitautor James Glynn, Leiter der Analyseplattform für die Modellierung von Energiesystemen an der Columbia University in den USA. Die finale Datei umfasst 700 Gigabyte. Der Forschungsartikel dazu ist jetzt im Fachmedium Energy Policy erschienen.
Was die Arbeit von Evangelos Panos und den Co-Autoren so besonders macht: Ihre integrierten Bewertungsmodelle berücksichtigen erstmals viele der Unsicherheiten, die in den Modellen stecken. Bisherige Szenarien gehen in der Regel davon aus, dass alle Parameter für die Zukunft bekannt wären, etwa, wann welche Technologien zur Verfügung stehen und was sie kosten oder wie gross die Ausbaupotenziale für erneuerbare Energien sind. Berechnungen des IPCC fokussieren zudem allein auf Technologieoptionen, also auf die Frage, welche Auswirkungen die Wahl bestimmter Technologien für das Klima hat. Die Unsicherheiten in Klimamodellen und wie das Klima auf das Wirtschaftswachstum reagiert, bleiben dabei ebenso aussen vor wie viele weitere Unsicherheiten, etwa bezüglich Bevölkerungsentwicklung oder politischer Massnahmen. «Der wichtigste Beitrag unserer Forschungsarbeit besteht darin, dass er die politischen Entscheidungsträger in die Lage versetzt, konkrete Entscheidungen über Klimamassnahmen zu treffen, und zwar in voller Kenntnis der bestehenden Unsicherheiten», betont Mitautor Brian Ó Gallachóir vom University College Cork.
18 Unsicherheitsfaktoren und 72 000 Variablen
Wenn Forschende Szenarien durchrechnen wollen, die viele Variablen und Unsicherheiten enthalten, greifen sie oft zur sogenannten Monte-Carlo-Methode. Die Monte-Carlo-Methode sagt nicht die Zukunft voraus. «Sie spannt vielmehr eine Art Datenlandkarte mit Was-wäre-wenn-Entscheidungspfaden auf», so Evangelos Panos. So auch in der aktuellen Studie: Das Team variierte für jedes Szenario 72 000 Variablen. «Wir haben 18 Unsicherheitsfaktoren berücksichtigt, darunter das Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum, die Klimasensitivität, das Ressourcenpotenzial, die Auswirkungen von Veränderungen in der Land- und Forstwirtschaft, die Kosten für Energietechnologien und die Entkopplung von Energiebedarf und wirtschaftlicher Entwicklung», erläutert James Glynn von der Columbia University.
Fundierte Basis für nationale Pfade zur Energiewende
Um einzelne Szenarien mit Fokus auf politische und ökonomische Fragen auf die unterschiedlichen nationalen Pfade zur Energiewende herunter zu brechen, müssen zusätzliche, nationalspezifische Parameter berücksichtigt werden. «Ein Energiesystem, das den Übergang zu einer kohlenstofffreien Wirtschaft ermöglicht, ist kapitalintensiv und erfordert die Mobilisierung von Ressourcen aller Akteure», resümiert Panos. Dafür seien massgeschneiderte Analysen auf nationaler Ebene erforderlich: »Unsere Studie liefert hierfür eine fundierte Basis.»
Text: Bernd Müller
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Über das PSI
Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Zukunftstechnologien, Energie und Klima, Health Innovation und Grundlagen der Natur. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt beschäftigt das PSI 2200 Mitarbeitende, das damit das grösste Forschungsinstitut der Schweiz ist. Das Jahresbudget beträgt rund CHF 420 Mio. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Zürich und die ETH Lausanne angehören sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL. (Stand 05/2023)
Dr. Evangelos Panos
Labor für Energiesystemanalysen
Paul Scherrer Institut, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Schweiz
Telefon: +41 56 310 26 75, E-Mail: evangelos.panos@psi.ch
Dr. James Glynn
Leiter der Analyseplattform für die Modellierung von Energiesystemen
Center on Global Energy Policy at Columbia University
School of International and Public Affairs
1255 Amsterdam Avenue, New York, NY 10027, USA
Telefon: +1(212) 853-0114, E-Mail: jg4434@columbia.edu
Deep decarbonisation pathways of the energy system in times of unprecedented uncertainty in the energy sector
Evangelos Panos, James Glynn, Socrates Kypreos, Antti Lehtilä, Yue Xiufeng, Brian Ó Gallachóir, David Daniels, Hancheng Dai
Energy Policy, 29.06.2023
DOI: doi.org/10.1016/j.enpol.2023.113642
https://psi.ch/de/node/57909 - Medienmitteilung auf der Webseite des Paul Scherrer Instituts PSI
Evangelos Panos analysiert am Paul Scherrer Institut Entwicklungen von Energiesystemen mithilfe von ...
Mahir Dzambegovic
Paul Scherrer Institut
James Glynn ist Leiter der Analyseplattform für die Modellierung von Energiesystemen an der Columbia ...
James Glynn
James Glynn
Criteria of this press release:
Journalists
Environment / ecology
transregional, national
Scientific Publications, Transfer of Science or Research
German
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