forests

Forests 2014, 5, 557-578; doi:10.3390/f5040557
OPEN ACCESS
forests
ISSN 1999-4907
www.mdpi.com/journal/forests
Artikel
Potenzielle Rolle der schwedischen Forstwirtschaft im
Zusammenhang mit der Eindämmung des Klimawandels
Tomas Lundmark 1,*, Johan Bergh 2, Peter Hofer 3, Anders Lundström 4, Annika Nordin 5,
Bishnu Chandra Poudel 6, Roger Sathre 7, Ruedi Taverna 8 und Frank Werner 9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Abteilung für Forstökologie und -management, Schwedische Universität für
Agrarwissenschaften (SLU), 901 83 Umeä, Schweden
Schwedisches Waldforschungszentrum, Schwedische Universität für Agrarwissenschaften,
23053 Alnarp, Schweden; E-Mail: [email protected]
GEO Partner AG, Baumackerstrasse 24, 8050 Zürich, Schweiz; E-Mail: [email protected]
Abteilung für Forst-Ressourcenmanagement, Schwedische Universität für Agrarwissenschaften
(SLU), 901 83 Umeä, Schweden, E-Mail: [email protected]
Abteilung für Forstgenetik und Pflanzenphysiologie, Schwedische Universität für
Agrarwissenschaften (SLU), 901 83 Umeä, Schweden, E-Mail: [email protected]
Ökotechnik und Umweltwissenschaften, Universität Mittelschweden, Akademigatan 1, 83 125
Östersund, Schweden; E-Mail: [email protected]
Environmental Energy Technologies Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley,
CA 94720, USA; E-Mail: [email protected]
GEO Partner AG, Baumackerstrasse 24, 8050 Zürich, Schweiz; E-Mail: [email protected]
Werner Environment & Development, Idaplatz 3, 8003 Zürich, Schweiz; EMail: [email protected]
* Korrespondierender Autor: E-Mail: [email protected]; Tel.: +46-70-6317412 Fax:
+46-18-672000.
Eingang: 6. November 2013; in überarbeiteter Form: 28. Januar 2014 /Annahme: 14. Februar
2014 / Veröffentlichung: 26. März 2014
Zusammenfassung: In Schweden, wo Wälder über 60 % der Landfläche bedecken, spielen
die Waldwirtschaft und die Nutzung von Walderzeugnissen durch Industrie und
Gesellschaft eine wesentliche Rolle für die nationale Kohlenstoffbilanz. Die
wissenschaftliche Herausforderung besteht darin zu verstehen, wie unterschiedliche
Waldmanagement- und Holznutzungsstrategien bestmöglich zur Eindämmung des
Klimawandels beitragen können. Die vorliegende Studie verwendet eine Reihe von
Modellen, um die Auswirkungen der verschiedenen Waldmanagement- und
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Holznutzungsstrategien auf die Kohlendioxid-Emissionen und -Ableitung in Schweden bis
2105 zu analysieren. Wird die aktuelle schwedische Waldnutzungsstrategie fortgeführt,
entspricht die langfristige Eindämmung des Klimawandels über 60 Millionen Tonnen an
vermiedenen oder reduzierten Kohlendioxid-Emissionen jährlich, im Vergleich zu einem
Szenario mit ähnlichem Verbrauchsmuster in einer Gesellschaft, in der nicht erneuerbare
Produkte anstelle von Erzeugnissen auf Holzbasis verwendet werden. Im Durchschnitt
werden, unter Berücksichtigung von Veränderungen im Kohlenstoffbestand,
Substitutionseffekten und sämtlichen Emissionen im Zusammenhang mit Waldmanagement
und Industrieprozessen, etwa 470 kg Kohlendioxid pro Kubikmeter geernteter Biomasse
vermieden. Dank Schwedens hohem Exportanteil an forstbasierten Produkten ist die
Klimaschutzwirkung der schwedischen Forstwirtschaft im Ausland größer als im Land
selbst. Die Studie zeigt zudem, dass Waldwirtschaftsmethoden zur Steigerung der
Waldbiomasseproduktion die Netto-Kohlendioxidemissionen um weitere 40 Tonnen pro
Jahr reduzieren können. Der Beitrag zum Klimaschutz könnte deutlich erhöht werden, wenn
das Management des nördlichen Nadelwaldgürtels sich mehr auf eine gesteigerte
Biomasseproduktion konzentrieren würde und mehr Holz als Ersatz für fossile Brennstoffe
und energieintensive Materialien verwendet würde.
Schlüsselwörter: Waldwachstum, Ernte, Ersatz, Kohlendioxid, im Ausland, im Inland
1. Einleitung
Der überwiegende Teil des nördlichen Nadelwaldgürtels in Schweden wird seit mindestens 100
Jahren aktiv bewirtschaftet. Heute sind bewirtschaftete Wälder in Schweden ein großer Reichtum und
finden immer mehr Anerkennung als wichtige natürliche Ressource zur Eindämmung des
Klimawandels. Im 20. Jahrhundert war das Wachstum der schwedischen Wälder größer als die
jährliche Holzernte [1]. Infolge der aktiven Bewirtschaftung, der verbesserten Waldwirtschaft und des
gesteigerten Holzvolumens sind auch das Wachstum und die potenzielle Ernte der schwedischen
Wälder gestiegen. Aus diesen Gründen hat sich der Anteil an gespeichertem Kohlenstoff im
Waldökosystem erhöht, während dieses gleichzeitig einen wachsenden Ertragsstrom an
Holzrohstoffen zur Nutzung durch die Gesellschaft liefert.
Ein nachhaltig bewirtschafteter Wald kann auf unterschiedliche Weise zur Reduzierung der
Kohlendioxid-Emissionen (CO2) in die Atmosphäre beitragen: als Kohlendioxidsenke in
Waldbiomasse und Boden, vermehrte Speicherung von Kohlenstoff in geernteten Holzerzeugnissen
und die Nutzung von Holz als Ersatz für fossile Brennstoffe und energieintensive Materialien.
Holzbiomasse aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern wird im Allgemeinen als "kohlenstoffneutral"
betrachtet, da ihre Nutzung als Bioenergie null Kohlenstoffemissionen aufweist, weil die bei ihrer
Nutzung als Energie freigesetzten Emissionen anschließend durch den nachwachsenden Wald
ausgeglichen werden [2]. Diese Sichtweise wurde jüngst durch Bestands-Lebenszyklusanalysen in
Frage gestellt, die ergaben, dass die Nutzung von Holz als Biobrennstoff einen Rückgang des
Waldbestands und damit eine deutliche Reduzierung des in den Wäldern
gefangenen Kohlenstoffs zur Folge hat [3 5]. Im Gegensatz dazu haben Poudel et al. [6] sowohl
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kurz- als auch langfristige Vorteile für die Kohlenstoffbilanz durch Waldwirtschaftspraktiken zur
Steigerung von Waldwachstum auf Landschaftsebene nachgewiesen. Die gegensätzlichen
Auffassungen über die Klimaschutzwirkung der Forstwirtschaft und den Einsatz von
forstwirtschaftlichen Erzeugnissen scheinen auf die zeitlichen und räumlichen Systemgrenzen
zurückzuführen zu sein, die den verschiedenen Analysen zu Grunde liegen. CO2-Emissionen, ob aus
Biomasse oder fossilen Brennstoffen, sammeln sich in der Atmosphäre an und tragen zum
Klimawandel bei. Die Emissionen fossiler Brennstoffe stellen allerdings einen permanenten Transfer
aus dem geologischen Kohlenstoffspeicher dar, während biogene Emissionen Teil des biosphärischen
Kohlenstoffkreislaufs sind, den die Photosynthesekapazität der Erdvegetation ermöglicht.
Umfassende Lebenszyklus-Analysen, die biologische und technologische Prozesse berücksichtigen,
können geeignete langfristige Ansätze zum Kohlenstoff-Management durch Landnutzung ausweisen.
Es ist wichtig, das diesen Analysen zu Grunde liegende geografische Gebiet zu definieren, da ganze
Waldlandschaften eine andere Kohlenstoffdynamik aufweist als ein einzelner Waldbestand. In
Schweden werden große Landschaften als Waldsysteme bewirtschaftet, wobei die
Bewirtschaftungsmaßnahmen in einem Bestand mit Aktivitäten an anderer Stelle in dem System
koordiniert werden. Ein permanenter Strom an geerntetem Holz in ausreichenden Mengen ist aus in
einem einzelnen Bestand nicht möglich, kann jedoch mit einem System auf Landschaftsebene erreicht
werden. Gleiches gilt für Kohlenstoffemissionen. Durch die Speicherung in einem Bestand können
Emissionen aus einem anderen kompensiert werden.
Der Schwerpunkt dieser Studie besteht darin, den Zusammenhang zwischen Waldwirtschaft, der
Nutzung von Walderzeugnissen und der Kohlenstoffbilanz des schwedischen Forstsektors umfassend
zu analysieren. Die folgenden Kohlenstoffbestände und -ströme wurden in der Analyse berücksichtigt:
•
•
•
•
•
•
•
Kohlenstoffbestand im Wald-Ökosystem;
Kohlenstoffbestand in langlebigen Holzerzeugnissen;
fossile Emissionen aus Waldbewirtschaftung, Logistik und Verarbeitung von Holzprodukten;
Substitutionseffekte durch die Vermeidung der Produktion und die Entsorgung von (im
Allgemeinen energieintensiveren) Nichtholzprodukten;
Produktionsemissionen in der Papier- und Zellstoffindustrie;
Substitutionseffekte durch Importe und Exporte von Papier und Zellstoff;
Substitutionseffekte aufgrund des vermiedenen Einsatzes fossiler Brennstoffe durch
Wärmenutzung von Brennholz und Rückständen aus der Holzverarbeitung, der chemischen
Zellstoffverarbeitung, Abfallholz und Papier.
Anhand eines Modell-Clusters haben wir die langfristigen (bis zum Jahr 2105) KohlenstoffbilanzEffekte von drei Szenarien untersucht, die verschiedene Forstwirtschaftspraktiken und Alternativen der
Biomassenutzung für alle bewirtschafteten Wälder in Schweden miteinander kombinierten. In
Simulationen haben wir den Import und Export von Walderzeugnissen zwischen verschiedenen Ländern
untersucht, die den Transfer des Produkt-Kohlenstoffbestands und Substitutionsvorteile beinhalteten [7].
Da Schweden einen erheblichen Anteil seiner Walderzeugnisse exportiert, ist dies ein sehr wichtiger
Aspekt der Gesamt-Kohlenstoffbilanzanalyse, der in den vorherigen schwedischen Studien nicht
berücksichtigt wurde.
2. Materialien und Methoden
2.1. Überblick über die schwedische Forstwirtschaft
Schweden hat 28,4 Millionen Hektar Wälder, wovon etwa 22 Millionen Hektar für verschiedene
Zwecke aktiv bewirtschaftet werden. Im aktuellen schwedischen Forstwirtschaftsmodell schreibt das
Waldgesetz vor, Produktion und Umweltzielen in der bewirtschafteten Waldlandschaft gleiche
Bedeutung zuzumessen. Daher sind alle Waldbesitzer zur nachhaltigen Holzwirtschaft verpflichtet,
wobei sie gleichzeitig die Biodiversität erhalten, den Erholungsbedarf fördern, Gewässer und Böden
schützen sowie den Klimawandel eindämmen müssen. Seit den 1950er Jahren war Kahlschlag in
Schweden das vorherrschende Waldwirtschaftssystem. Der Kahlschlag im Waldwirtschaftssystem weist
die Struktur des gleichaltrigen Bestands auf, die einem zyklischen Ernte- und Regenerationsmuster auf
Bestandsebene folgt. Die Dauer der Rotationsperiode wird normalerweise so gewählt, dass sie die
durchschnittliche Holzproduktion optimiert. Um einen langfristig nachhaltigen Holzstrom aus dem
Wald zu gewährleisten, war eine gleichmäßige Altersklassenverteilung auf regionaler und nationaler
Ebene das langfristige Ziel in der Forstpolitik.
Der Waldbestand in Schweden hat sich im Verlauf des vergangenen Jahrhunderts fast verdoppelt.
Derzeit liegt die durchschnittliche Zuwachsrate schwedischer Wälder bei 5,1 Kubikmetern pro ha und
Jahr [1]. Eine Reihe von Studien weist darauf hin, dass Änderungen der Bewirtschaftungspraktiken zu
einer erheblichen Steigerung (> 50 %) des Zuwachses führen können, was das langfristige
Zukunftspotenzial der Biomasseernte erhöhen würde [6,8,9].
Forstwirtschaft und Walderzeugnisse waren für die schwedische Wirtschaft lange Zeit die wichtigste
Ressource[1]. Seit 1923 werden regelmäßig nationale Waldverzeichnisse geführt [10]. Infolgedessen
verfügt Schweden über einen einzigartigen Bestand an langfristigen Daten, die die Forstressourcen auf
regionaler sowie nationaler Basis beschreiben. Neben einer langen Tradition zur Analyse der
Konsequenzen unterschiedlicher Bewirtschaftungspraktiken [11,12] und gut entwickelten Tools zur
Modellierung des Waldwachstums [13] eignet sich Schweden gut für eine Analyse der
Klimaschutzwirkungen einer aktiven Forstbewirtschaftung in der nördlichen Nadelwaldregion.
2.2. Szenarien und Annahmen
Änderungen der Waldwirtschaftspraktiken beeinflussen Waldwachstum, Kohlenstoffbestand und das
langfristige Potenzial zur Biomasse-Ernte für den Verbrauch. In dieser Studie wurden drei
verschiedene Szenarien zur Forstbewirtschaftung berücksichtigt, die drei verschiedene
Forstbewirtschaftungs-Strategien darstellen (Tabelle 1). Die Szenarien basieren auf bereits
veröffentlichten Szenarien, die von der schwedischen Forstbehörde entwickelt wurden. Für jedes
Szenario wurde das nachhaltigste Ernteniveau berechnet, d.h. das Einschlagniveau basierte auf dem
Zuwachsniveau des jeweiligen Zeitraums. Die Wahrscheinlichkeit für natürliche Störungen war in
allen Szenarien gleich und basierte auf Daten des schwedischen nationalen Waldverzeichnisses.
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Tabelle 1. Übersicht über die in dieser Studie analysierten Szenarien.
Name des
Szenarios
Baseline
Gesteigerte
Ernte im
Vergleich zur
Baseline
Forstbewirtschaftung
Biomasse-Ernte
Biomasse-Nutzung
Stammholz, Rinde
Bau, Innenausbau,
und 15 %
Industrieholz für Strom,
Abraum
Papier und Zellstoff
Aktuelle Bewirtschaftung, im
Stammholz, Rinde,
Wie bei der Baseline, jedoch mit
Vergleich
35 % Abfälle (Spitzen,
gesteigerter Nutzung von
zu heute wird mehr Baum-
Zweige und
Schlagabraum
Biomasse genutzt
Nadeln), 20 %
für Bioenergie
Aktuell (derzeit durchgeführte
Forstwirtschaft)
Wurzelstöcke
Erhöhter Zuwachs
Forstwachstum steigt erheblich,
Stammholz, Rinde,
nachhaltiges Einschlagniveau,
35 % Abfälle (Spitzen,
gesteigert um 50 %
Zweige und
Nadeln), 20 %
Wie bei der Baseline, jedoch erhöhte
Ernte, zusätzliches Holz wird
für Bau und Bioenergie
verwendet.
Wurzelstöcke
Das Baseline-Szenario beschreibt die Forstwirtschaft mit den aktuellen Waldwirtschafts-Praktiken in
der schwedischen Forstwirtschaft [12]. Im Allgemeinen werden die Wälder als gleichaltrige Bestände
mit einer oder zwei Ausdünnungen und zwei oder drei Durchforstungen vor der endgültigen
Kahlschlagernte bewirtschaftet. Die Rotationsdauer variiert zwischen 60 und 120 Jahren, abhängig von
den Bedingungen vor Ort. Man ging davon aus, dass 15 % des Ernte-Abraums während der
endgültigen Ernte für Bioenergie genutzt wurde. Umweltgesichtspunkte wurden entsprechend der
schwedischen Forstpolitik, einschließlich 5 % erhaltener lebender Bäume, berücksichtigt [14].
Das
gegenüber
der
Baseline
gesteigerte
Ernte-Szenario
wendet
die
gleichen
Waldwirtschaftspraktiken und Umweltgesichtspunkte an wie das Baseline-Szenario. Der Unterschied
liegt in der Menge an Abraum, der zur Bioenergie-Nutzung geerntet wird. Hier wurde angenommen,
dass der endgültige Kahlschlag die Entfernung von 35 % Schlagabraum und 20 % Wurzelstöcken
beinhaltet.
Das Szenario mit gesteigertem Zuwachs und intensivierter Waldwirtschaft hat das Ziel eines
erhöhten Zuwachses und anschließender Ernte. Das Erhaltungsniveau an lebenden Bäumen war das
gleiche wie in den anderen Szenarien. Es wurden die in Schweden üblichen
Waldwirtschaftsmaßnahmen ausgeführt, mit dem Ziel, den Forstertrag zu steigern, einschließlich einer
gesteigerten Intensität der Regenerationsbemühungen und dem vermehrten Einsatz der Walddüngung
[9]. Wir gingen davon aus, dass das gesamte Zusatzwachstum geerntet wird, so dass die Entwicklung
des Kohlenstoffbestands in der stehenden Biomasse wahrscheinlich in allen Szenarien, trotz
unterschiedlichen Zuwachses- und Ernteniveaus, gleich ist. Das Niveau an Ernteabraum und
Wurzelstöcken entsprach dem der gegenüber dem Baseline-Szenario gesteigerten Ernte.
In allen Szenarien wurde angenommen, dass die Zellstoff- und Papiermärkte relativ stabil sind,
während die Märkte für Massivholzprodukte und Bioenergie das Potenzial für künftiges Wachstum
aufweisen (Tabelle 2). Wie in den Szenarien mit gegenüber dem Baseline-Szenario erhöhter Ernte
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562
bzw. gesteigertem Zuwachs ging man davon aus, dass die zusätzliche Biomasse für Bioenergie
und/oder den Bau verwendet wird. Wir gingen davon aus, dass die gesamte zusätzliche Biomasse für
Bioenergie entsprechend den politischen Zielen in Schweden verbraucht wird [15], während die
Mehrzahl des zusätzlichen Nutzholzes im Szenario mit gesteigertem Zuwachs in den Export geht.
Tabelle 2. Überblick über die Szenarien und Annahmen für Ernte, Verbrauch und Außenhandel
mit Forsterzugnissen.
Beschreibung
2005
2035 *
Gesteigerte Ernte im
Vergleich zur Baseline
Szenario
Baseline
Erhöhter Zuwachs
Ernte
Ernte (Millionen t Trockenmasse)
Stammholz
Abraum
Wurzelstöcke
Verbrauch (Millionen t
Trockenmasse)
Bau, Innenausbau, andere
Holzerzeugnissen
Zellstoff und Papier
Gesamt Brennholz
Außenhandel (Millionen t)
Trockenmasse)
Export von Holzerzeugnissen
Export von Zellstoff und Papier
Import von Holzerzeugnissen
Import von Zellstoff und Papier
31,20
1,60
0,00
35,10
1,70
0,00
+12 %
+3%
0%
35,10
3,80
1,70
+12%
+140%
Neu
48,60
3,80
1,70
+56%
+140%
Neu
2,30
2,50
+12 %
2,50
+12%
3,50
+56%
2,10
2,30
+12 %
2,30
+12%
2,30
+12 %
8,10
8,80
+8%
12,60
+55%
21,50
+165%
7,90
13,70
7,10
2,10
8,90
15,10
7,10
2,30
+12 %
+11%
Konstant
+12 %
8,90
15,10
7,1
2,30
+12%
+11%
Konstant
+12%
12,60
15,10
7,10
2,30
+60%
+11%
Konstant
+12 %
* Lineare Steigerung von 2005 bis 2035; anschließend konstant.
In dieser Studie wurden drei Phasen bei der Szenario-Modellierung berücksichtigt. Phase eins (die
Jahre 1900 bis 2005) repräsentiert die tatsächliche Waldbewirtschaftung in Schweden während dieses
Zeitraums, einschließlich der Importe und Exporte sowie der Nutzung von Waldbiomasse in
Schweden. Aufgrund der langen Verweildauer von Massivholzprodukten im Bau wurde mit den
Berechnungen im Jahr 1900 begonnen. Die Verbrauchs- und Außenhandelszahlen von 1900 bis 2005
stammen aus verschiedenen statistischen Quellen [16 - 35].
Die zweite Phase (die Jahre 2006 bis 2035) repräsentiert den Zeitraum, in dem die verschiedenen
Waldbewirtschaftungspraktiken entsprechend den drei Szenarien umgesetzt werden. In allen Szenarien
wurden der Zuwachs und die maximale nachhaltige Ernte modelliert. Die Nutzung der geernteten
Biomasse erfolgte entsprechend den Annahmen in Tabelle 2.
Die dritte Phase (die Jahre 2036 bis 2105) geht davon aus, dass Verbrauch und Außenhandel nach
2035 konstant bleiben, damit sich die verschiedenen Komponenten des Modells infolge der langen
Lebensdauer vieler Holzerzeugnisse und der langen Reaktionszeit des Wald-Ökosystems im Hinblick
auf Zuwachs und Ertrag einem stabilen Zustand nähern können.
Neben der schwedischen Forstwirtschaft und der Holznutzung haben wir die Auswirkungen des
internationalen Handels mit Holzerzeugnissen berücksichtigt, d.h. der Kohlenstoffbestand des Holzes
wurde entsprechend dem tatsächlichen Standort berücksichtigt (und nicht z.B. dauerhaft für das Land,
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in dem das Holz gewachsen ist). Die Annahmen zur Berücksichtigung einer positiven
Kohlenstoffbilanz im Ausland gehen davon aus, dass heimisches Holz in verschiedenen Produkten im
Ausland gelagert wird, ausländisches Holz in verschiedenen Produkten in Schweden gelagert wird
und dass Holzreste aus der Verarbeitung von importierten und exportierten Halbfertig-Holzprodukten
in Schweden und im Ausland zur Energieerzeugung genutzt werden können. Wir gingen davon aus,
dass die Produktionsemissionen der importierten Halbfertig-Holzprodukte im Ausland entstehen,
ähnlich wie im Fall von exportierten Produkten, deren Produktionsemissionen in Schweden entstehen.
Es wurde angenommen, dass exportierte Fertigprodukte herkömmliche, im Ausland hergestellte
Produkte ersetzen und umgekehrt. Die Veränderungen im Kohlenstoffbestand im Wald und in
Waldprodukten wurden mit dem Jahr 1990 verglichen. Im Hinblick auf die Substitutionseffekte
wurde der gesamte Holzfluss, einschließlich der Ströme der Vergangenheit, berücksichtigt, d.h. das
Holz, das vor 1990 geerntet wurde und den Pool der geernteten Holzprodukte in einem bestimmten
Jahr verlässt, wurde ebenfalls eingeschlossen.
2.3. Modellierungsansatz
Es wurde ein breiter, integrierter Ansatz zur Systemanalyse gewählt, der die LebenszyklusTreibhausgasströme (GHG) der Wald- und Waldbiomasse-Nutzung berücksichtigte [7,36].
Unabhängige Modelle, die verschiedene Teile des Systems repräsentieren, wurden zusammengefasst,
um die systemübergreifenden Effekte quantitativ zu bewerten (Abbildung 1).
Abbildung 1. Modellierungs-Cluster zur Bewertung der GHG-Auswirkungen von
Praktiken der Wald- und Biomassenutzung.
Wald
Nutzung von
Waldprodukten
Waldbewirtschaftung
Szenarien
Biomasse-Nutzung
Szenarien
Modellierung von
Zuwachs und Erntepotenzial
Holzfluss-Modell
Kohlenstoffbestandsmodell sowie stoffliche
und energetische
Substitutionseffekte in
Schweden und im
Ausland
Klimawirkungen der verschiedenen Waldbewirtschaftungs-,
Biomasse-Ernte- und Nutzungsszenarien
Forests 2014, 5
564
2.3.1. Modellierung des Waldwachstums
Die Modellierung der Waldbewirtschaftung und des anschließenden Wachstums erfolgte mithilfe
des HUGIN-Systems. Dieses System ist ein strategisches Planungsmodell auf regionaler Ebene, das
Prognosen für Holzertrag und mögliches Ernteniveau erstellt [13]. Es handelt sich um ein
deterministisches Simulationsmodell mit integrierten stochastischen Komponenten, das auf Daten des
nationalen Schwedischen Waldverzeichnisses (NFI) basiert. Eine grundlegende Annahme bestand
darin, dass die natürliche Standort-Produktivität und die Klimabedingungen für alle Szenarien
während des untersuchten Zeitraums unverändert bleiben. Wir gingen davon aus, dass die
Wachstumssimulatoren für alle Waldgebiete in Schweden, für alle Arten von Beständen und für eine
breite Palette von Bewirtschaftungsalternativen gelten. Die Wachstumsperiode für die Simulatoren
betrug fünf Jahre, und nach jeder Periode wurde durch die Anwendung statischer Höhenfunktionen
ein bestimmtes Volumen erreicht. Um den Nettozuwachs für die jeweilige Periode abzuschätzen,
wurden Funktionen für Mortalität und Einwuchs (Bäume, die in Brusthöhe einen Durchmesser von 5
cm überschreiten) verwendet. Der Ausdünnungseffekt wurde anhand von AusdünnungsResponsefunktionen auf der Basis von Versuchsdaten bewertet [35]. Das Alter der endgültigen
Fällung, die Stammanzahl nach der ersten Durchforstung, die Durchforstungszeitpläne und andere
Empfehlungen für die Bewirtschaftung der einzelnen Parzellen wurden anhand der StandortIndexklassen entsprechend dem schwedischen Waldgesetz ermittelt [37]. Das endgültige
Einschlagniveau basierte auf dem Wachstumsniveau des jeweiligen Zeitraums und dem Zustand des
Walds. Die zur Ermittlung der Baum-Biomasse verwendeten Funktionen wurden von Marklund
[38,39] und Petersson und Stähl [40] entwickelt. Der Gesamt-Kohlenstoffbestand in der
Waldbestandsbiomasse wurde ebenfalls unter Verwendung von HUGIN geschätzt. Die
Ausgangswerte beinhalteten die vor- und nachstehend aufgeführte oberirdische Biomasse und werden
als Menge an Stammholz, Baumrinde, Nadeln, Zweige, Spitzen und Stümpfe, einschließlich grober
Wurzeln beschrieben. Das HUGIN-Modell wird von Lundström und Söderberg detaillierter erläutert
[13].
2.3.2. Modellierung des Kohlenstoffs im Boden
Der Kohlenstoffbestand im Boden wird in schwedischen Wäldern seit dem Beginn des
schwedischen Waldbodenverzeichnisses im Jahr 1961 überwacht [41]. Der Zusammenhang zwischen
der Veränderung des Kohlenstoffbestands im Boden infolge der Veränderungen der tatsächlichen
Baumbestandsvolumen und der Ernten wurde ebenfalls auf der Basis der Daten aus dem schwedischen
Waldverzeichnis seit 1926 ermittelt [42]. Auf der Grundlage diese Bewertungen und der dynamischen
Modellierung des Kohlenstoffs im Boden ist es offensichtlich, dass sich der Kohlenstoffbestand im
Boden in der bewirtschafteten Forstlandschaft im Lauf der Jahre permanent erhöht hat und in Zukunft
voraussichtlich noch weiter ansteigen wird [42]. Für die Modellierung des Kohlenstoffs im Boden
haben wir den gleichen Ansatz verwendet wie Ågren et al. [42], wir sind jedoch davon ausgegangen,
dass zwischen den verschiedenen Szenarien kein Unterschied in der Kohlenstoffdynamik im Boden
besteht. Der Anstieg des Kohlenstoffs im Boden betrug von 1926 bis 2004 schätzungsweise 7 g C m-2
pro Jahr-1. Da für die verschiedenen Szenarien von 2005 an das höchste nachhaltige Ernteniveau
angenommen wurde, hat sich der Anstieg im Biomasse-Bestand stabilisiert und die Erhöhung des
Forests 2014, 5
565
Kohlenstoffs im Boden war in späteren Phasen mit durchschnittlich 4 g C m -2 pro Jahr-1 geringer.
2.3.3. Modellierung der Holzflüsse
Das Holzfluss-Modell für die schwedische Forstindustrie wurde anhand der Anpassung eines
bestehenden Modells für die Schweiz entwickelt. Dieses Materialfluss-Modell wurde anschließend in
der Software SIMBOX implementiert und wurde von Taverna et al. detailliert erklärt. [36]. Es
beinhaltet die gesamte relevante Holznutzung im schwedischen Verbraucherproduktzyklus,
einschließlich Holzsektor, Gebäudebestand, Papierzyklus und verschiedene Waldenergie-, Holzrestund Holzabfallbestände (Abbildung 2). Es wurde angenommen, dass das gesamte Abfallholz
entsprechend der schwedischen Strategie für nachhaltige Abfallwirtschaft verwertet wird [43]. Die
Exporte und Importe an forstbasierten Produkten wurden ebenfalls in die Modellierung einbezogen.
Forests 2014, 5
Brennholz +
Abraum
+ Rinde + Stümpfe
566
Energieerzeugung
Holzreste
IndustrieRundholz
Neues Bauholz
Importe: Rndholz,
Halbfertig- und
Fertigprodukte,Holzfertighäuser
Altes Bauholz
Bauausführung
Neues Fertigholz,
neue Holzprodukte
AbfallBrennholz
Altes Fertigholz
Innenausbau
Kohlenstoff
intensive
Materialien
Alte Holzprodukte
Holzprodukte
AltpapierBrennstoff
Ligninreste
Heimisches Papier
Zellstoffholz
Exporte: Rundholz,
Halbfertig- und
Fertigprodukte
Zellstoffherstellung
Export: Holzstoff
und Zellstoff
Holzstoff
Zellstoff
Papierherstellung
Import: Holzstoff
und Zellstoff
Recyclingpapier
E x p o r t - Import und Export
P a p i e r von Recyclingpapier
Papierverbrauch
PapierRecycling
Wenig
fossile
Brennstoffe,
wenig Strom
Import
papier
Altpa
pier
Geringe
Mengen an
fossilen
Brennstoff
en und
Strom
Auswirkungen von GHG-Emissionen
Abbildung 2. Modellsystem der schwedischen Holzindustrie und Holzströme. Die violetten
Pfeile bezeichnen Rohmaterialien, die blauen Pfeile den Zellstoff- und Papierzyklus und die
roten Pfeile stehen für die Biomasse-Nutzung für Materialien und Energie.
Die Eingangsströme umfassten industrielles Rundholz, Brennholz, einschließlich Abraum und
Stümpfen, Importe durch die Holzindustrie, einschließlich aller Arten von Forstprodukten, Importe von
Zellstoff, Altpapier zur Papierherstellung und Papierimporte für den Endverbrauch. Die
Veränderungen im Holzproduktbestand wurden mithilfe dynamischer Modellierungen unter Ansatz
unterschiedlicher Lebensdauern der Produkte berechnet (siehe Tabelle 3). Die Ausgangsströme
umfassten Exporte der Holzindustrie, Exporte von Zellstoff und Papier sowie Exporte von
Ligninrückständen und -abfällen.
2.3.4. Modellierung der Veränderungen im Kohlenstoffbestand bei Holzprodukten
Die Veränderungen im Kohlenstoffbestand von Holzprodukten basierten auf den vom SIMBOXModell generierten Holzströmen und wurden in jährliche Gesamtveränderungen des
Kohlenstoffbestands basierend auf den Holzströmen pro Einwohner umgerechnet. Die
Kohlenstoffbestands-Veränderungen von Holzprodukten im Inland wurden als Differenz zwischen den
Kohlenstoffflüssen, die einem Pool zuflossen, und den Flüssen, die diesen Pool im gleichen Jahr
verließen, ermittelt. Die Veränderungen im Kohlenstoffbestand von Holzprodukten wurden als
Kohortenmodell, basierend auf der durchschnittlichen Produkt-Lebensdauer modelliert (Tabelle 3). Für
jeden Prozess wurde eine durchschnittliche Produkt-Lebensdauer definiert, die von Null (kein Bestand)
Forests 2014, 5
bis 80 Jahren (Holz, das zum Bau von Gebäuden verwendet wurde) reichte (siehe Tabelle 3).
567
Veränderungen im Kohlenstoff-Pool für den Zellstoff- und Papierzyklus wurden in ähnlicher Weise
modelliert wie für andere Holzprodukte. Dem Holzsfluss-Modell zufolge besteht der heimische
Papierzyklus aus verschiedenen Prozessen. Man ging davon aus, dass nur der Prozess-Papierverbrauch
zur Einlagerung von Papier und des entsprechenden Kohlenstoffs führt.
Die Gesamtveränderungen im Kohlenstoffbestand von Holzprodukten, einschließlich Zellstoff und
Papier in Schweden, wurden durch Addition der Kohlenstoffbestands-Veränderungen in Gebäuden und
anderen mit Holzprodukten zusammenhängenden Flüssen, einschließlich der Veränderungen im
Zellstoff- und Papierzyklus, berechnet. Die Veränderungen im Kohlenstoffbestand in Schweden und
außerhalb des Landes im Rahmen des Außenhandels wurden berechnet. Die globalen Auswirkungen
wurden als Summe der Auswirkungen innerhalb des Landes und der Auswirkungen außerhalb des
Landes berechnet.
Tabelle 3. Durchschnittliche Lebensdauer der in der Studie berücksichtigten Holzprodukte.
Beschreibung
Durchschnittliche
Lebensdauer
Referenz
Inland
Konstruktionsholz
Ausbauholz, inkl. Möbel
Sonstige Holzprodukte (Schalungen, Verpackungen)
Recyclingholz zur Energieerzeugung, Lagerzeit
Energie-Biomasse aus Holz und industrielles Restholz
Ausland
Importierte oder exportierte Häuser/Möbel
Importierte oder exportierte 3/4-Fabrikate
Importierte oder exportierte Halbfabrikate
Importiertes oder exportiertes Rundholz
Importiertes oder exportiertes Restholz
Exportiertes Recyclingholz
Wiederverwertete Holzrohstoffe als Abfallholz zur Energieerzeugung
Industrielles Restholz aus dem Ausland aus der Vorbearbeitung von
Holzerzeugnissen
Importiertes oder exportiertes industrielles Restholz aus der
Weiterverarbeitung
80 Jahre
30 Jahre
10 Jahre
3 Jahre
2 Jahre
[7,44]
[7,44,45]
[7,44]
[7]
[7]
50 Jahre
50 Jahre
50 Jahre
30 Jahre
10 Jahre
25 Jahre
[7]
[7]
[7]
[7]
[7]
[7]
2 Jahre [7]
2 Jahre [7]
2.3.5. Modellierung der Materialsubstitution
Es wurde angenommen, dass Holzerzeugnisse energieintensivere Verbraucherprodukte ersetzen und
so zu einer Materialsubstitution führen. Zudem ging man davon aus, dass Forstreste und Stümpfe sowie
Industrieholzreste zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen, d.h. zur Energiesubstitution
beitragen. Die Auswirkungen der Materialsubstitution wurden auf der Basis von Bauelementen
modelliert, wobei unter Konstruktionselementen, Innenausbau und sonstigen Holzprodukten
unterschieden wurde. Der dieser Studie zugrunde liegende Ansatz besteht darin, die Substitution von
Materialien auf der Basis von Bauelementen zu quantifizieren. Dabei wurden die funktionalen Aspekte
Forests 2014, 5
568
der Elemente im Gebäude und die GHG-Emissionen in Verbindung mit der Produktion des
Holzelements und seines Substituts berücksichtigt, einschließlich des damit verbundenen Einflusses
durch Transport, Montage, Wartung und Rückbau. Die spezifizierten Produkte wurden so definiert,
dass sie unter schwedischen Bedingungen funktionsäquivalente Bauelemente aus Holz und anderen
Materialien repräsentieren. Diese werden von Hofer et al. beschrieben [46]. Die GHG-Emissionen bei
der Produktion und Verarbeitung von Holz- und Nichtholz-Produkten wurden mit der SimaProSoftware auf der Basis der Datenbank Ecoinvent 2.0 [47] berechnet, und zwar unter Verwendung der
Methode zur Lebenszyklus-Bewertung (LCA), die in den ISO-Richtlinien (International Organization
for Standardization) ISO 14040 und ISO 14044 erläutert wird [48,49]. Somit wurden die GHGEmissionen in Verbindung mit der Rohstoffgewinnung, Produktion, Nutzung, Wartung und Entsorgung
der Produkte berücksichtigt. Für die Prozesse im Inland wurde der schwedische Stromverbrauchsmix
zugrunde gelegt, für alle Prozesse, die im Ausland stattfanden, wurde der Mix der UCTE (Union for the
Coordination of Transmission of Electricity) verwendet. In Bezug auf die Auswirkungen der
Materialsubstitution wurde eine Unterscheidung zwischen zwei zeitlich variablen Substitutionseffekten
gemacht: Substitutionseffekte während der Produktion, die auch einen eventuellen Austausch abdecken,
und Substitutionseffekte während der Abfallentsorgung.
Neben der zeitlichen Dynamik sind auch die räumlichen Unterschiede für die Berücksichtigung der
Klimaschutzwirkung der Substitutionseffekte von Bedeutung, d.h. ob diese im Inland oder im
Ausland entstehen. Zu diesem Zweck wurden die Importanteile der wichtigsten Holzerzeugnisse
definiert, um die Produktionsemissionen dem Ausland oder Inland zuzuordnen. In der Regel wurden
die Emissionen beim Transport von Exporten Schweden zugeordnet, und die Emissionen beim
Transport von Importen nach Schweden dem jeweiligen Exportland. Bei Inlandsproduktion und verbrauch wurde der Substitutionseffekt eines Holzprodukts als Differenz zwischen den durch das
Holzprodukt generierten GHG-Emissionen und dem Nichtholz-Wettbewerbsprodukt über die gesamte
Lebensdauer berechnet [50]. Die GHG-Potenziale wurden unter Berücksichtigung des
Strahlungsantriebs-Effekts für alle Gase berechnet, für die vom IPCC (Intergovernmental Panel on
Climate Change) ein Treibhauspotenzial (GWP) spezifiziert wurde [51].
2.3.6. Modellierung der Substitutionseffekte und Emissionen im Zellstoff- und Papierzyklus
Die Emissions- und Substitutionsfaktoren für den Zellstoff- und Papierzyklus wurden der
Datenbank Ecoinvent 2.0 entnommen [52]. Alle relevanten Prozesse, einschließlich des Strommix,
wurden an schwedische Bedingungen angepasst. Zur Modellierung der Zellstoff- und Papierkette
wurde ein Modellieransatz gewählt, um das Holzflussmodell mit den vorhandenen LebenszyklusBestandsdaten (LCI) für Zellstoff und Papier in Ecoinvent zu verknüpfen. Die Modellierung wurde in
zwei separaten Prozessen durchgeführt. Zunächst wurden die verfügbaren Daten über integrierte
Papierproduktionsprozesse aufgeschlüsselt, indem die jeweilige Rohstoffzufuhr und der ZellstoffProduktionsprozess abgezogen wurden. Anschließend wurde die geografische Zuordnung der
Emissionen für alle Prozesse auf der Basis einer detaillierten Analyse in SimaPro durchgeführt. Da es
keinen angemessenen Ersatz für Papier gibt, wurden nur die Emissionsfaktoren für die nationale
Produktion und den Verbrauch berücksichtigt. Wir gingen davon aus, dass der nationale Verbrauch an
Zellstoff und Papier sich in allen Szenarien in gleicher Weise entwickelt. Die beiden wichtigsten
Zellstoffarten, Holzstoff und Zellstoff, wurden in der Analyse berücksichtigt. Es wurden drei
verschiedene Papiertypen auf der Basis von Frischfasern (Zeitungspapier, holzfreies beschichtetes
Papier, Wellpappe) und drei Papiertypen auf der Basis von Recyclingfasern (mit und ohne Deinking,
Karton) einbezogen. Diese Papiertypen und die entsprechenden Datensätze wurden so ausgewählt,
dass sie die durchschnittlichen GHG-Emissionen durch die Produktion von Zeitungspapier, anderem
Grafikpapier sowie Karton/Pappe repräsentieren.
Wir gingen davon aus, dass die Substitutionseffekte durch Importe und Exporte von Papier und
Zellstoff eine geografische Verschiebung der produktionsbezogenen Emissionen zur Folge haben. Die
Exporte von Zellstoff, Papier und Altpapier ersetzen die Produktion der entsprechenden Zellstofftypen
im Ausland und haben erhöhte Emissionen im Inland zur Folge. Gleichermaßen führen die Importe
von Zellstoff und Papier zu einer reduzierten Inlandsproduktion, erhöhen jedoch die
produktionsbezogenen Emissionen im Ausland. Der Effekt der heimischen Zellstoff- und
Papierproduktion für den Inlandsverbrauch wurde aus der Analyse ausgeschlossen, da man davon
ausging, dass dieser in allen Szenarien gleich ist.
2.2.7. Modellierung der Substitutionseffekte durch Wärmenutzung
Der Einsatz von Waldbiomasse kann die direkte Substitution fossiler Brennstoffe zur Folge haben,
wenn diese in einem Wärmekraftwerk oder in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (CHP) genutzt wird.
Zur genutzten Biomasse können Erntereste, Stümpfe, Reste aus der industriellen Holzverarbeitung,
exportierte Energiebiomasse, importierte Energiebiomasse, Altholz und als Altholz ins Ausland
exportiertes Holz gehören. Die in der Analyse verwendeten Substitutionsfaktoren wurden durch eine
Gewichtung der Substitutionsfaktoren für Wärmeenergie und Wärmeenergie/Strom aus der KraftWärme-Kopplung entsprechend dem Anteil des jeweiligen Holzstroms berechnet, der jeweils für eine
der beiden Optionen genutzt wird.
Die Emissionsfaktoren für Holz und fossile Brennstoffe wurden der Datenbank Ecoinvent 2.0
entnommen [47]. Für Holzbrennstoff wurden die schwedischen LCI-Daten zu Forstprozessen in Bezug
auf den Holzinput verwendet. Der Substitutionseffekt für die zusätzliche Wärmenutzung von Holz
wurde auf der Basis von Randtechnologien, die für die Wärmeerzeugung eingesetzt werden,
quantifiziert. Wir nahmen an, dass es sich bei diesen Randtechnologien um Technologien auf der Basis
fossiler Brennstoffe handelt [53,54]. Schwedischen Energiestatistiken zufolge verbrauchen der
Industrie- und Fernwärmesektor 27 % der fossilen Brennstoffe in Form von Kohle, Öl und fossilem
Gas [55]. Die Emissionen in Verbindung mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe wurden als direkte
Emissionen berechnet, ebenso wie die Emissionen aus Raffinerieprozessen und Verkehr und
Förderung. Wir gingen davon aus, dass die direkten Emissionen bei der Verbrennung in Schweden,
und die Emissionen aus Raffinerieprozessen sowohl in Schweden als auch im Ausland anfallen. Die
jeweiligen Anteile wurden auf der Basis des relativen Anteils an national erzeugten Brennstoffen im
Vergleich zur Summe an national produzierten Brennstoffen plus Importen berechnet. Die Emissionen
aus der Erschließung, Förderung und dem Langstreckentransport von Brennstoffen fallen außerhalb
Schwedens an, da Schweden selbst keine eigenen fossilen Brennstoffe fördert. Im Fall von fossilen
Brennstoffen, die im Ausland verbraucht werden, wurden die dazu gehörigen GHG-Emissionen als im
Ausland anfallend betrachtet.
Forests 2014, 5
569
Die Substitutionsfaktoren für die Abfallholzverbrennung wurden nur für die Emissionen
berücksichtigt, die mit der vermiedenen Verbrennung fossiler Brennstoffe zusammenhängen.
Forstwirtschaftliche Prozesse sowie der Transport zur Verbrennungsanlage und die
Verbrennungsprozesse waren in dem Modell bereits als fossile Brennstoffemissionen in Verbindung
mit der Entsorgung von Materialien enthalten. Zur Berechnung der Substitutionsfaktoren bei der KraftWärme-Kopplung wurde angenommen, dass die Gesamteffizienz einer KWK-Anlage 75 % des NettoHeizwerts ihres Holzeinsatzes beträgt; 75 % der nutzbaren Energie entfallen auf Wärme und 25 % auf
Strom. Es wurde angenommen, dass Wärme den durchschnittlichen Marginalmix fossiler Brennstoffe
ersetzt, die zur Wärmeerzeugung in Schweden genutzt werden, und dass Strom die
Marginaltechnologien ersetzt, die zur Erzeugung des in Schweden verbrauchten Stroms eingesetzt
werden. Die endgültigen Substitutionsfaktoren wurden durch die Gewichtung der Substitutionsfaktoren
für Wärme und Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) entsprechend dem Anteil des jeweiligen Holzstroms
berechnet, der jeweils für eine der beiden Optionen genutzt wird. Eine detailliertere Beschreibung zur
Berechnung der Substitutionsfaktoren findet sich in Hofer et al. [46].
2.2.8. Modellierung der aus dem Zellstoff- und Papierzyklus resultierenden Energiesubstitution
Die Menge des Brennstoffverbrauchs in der Zellstoff- und Papierindustrie kann erheblich
schwanken [52]. Wir haben angenommen, dass Lignin als Energieträger (aus der Zellstoffproduktion),
Schwarzlauge sowie Abfallfaserfraktionen aus der Verarbeitung von Altpapier in vollem Umfang in
der Zellstoff- und Papierindustrie genutzt werden. Ein zweiter Prozess, der (externe) EnergieSubstitutionseffekte zur Folge hatte, war die Verbrennung von Altpapier. Die Substitutionsfaktoren für
die Altpapierverbrennung im Inland wurden als THG-Emissionen bei der Altpapiersammlung und verbrennung, abzüglich der substituierten Menge an Wärme und Strom aus der Kraft-WärmeKopplung abgeleitet. Man ging davon aus, dass städtische Müllverbrennungsanlagen nur eine halb so
große Effizienz aufweisen wie ein Holzheizkraftwerk, aus dem die Emissionen/Substitutionsfaktoren
abgeleitet wurden. Im Ausland tritt kein zusätzlicher Substitutionseffekt auf, da die Energie aus
Zellstoff und Papier erzeugt wird, die aus Schweden stammen. Es wurde angenommen, dass sich der
Nettoverbrauch an Zellstoff und Papier im Ausland durch verschiedene Import-/Exportszenarien für
Schweden nicht ändert.
3. Ergebnisse
Für das Baseline-Szenario wurden die insgesamt in Schweden vermiedenen CO2-Emissionen zum
Ende des Studienzeitraums auf 14 Millionen CO2-Äq. pro Jahr geschätzt. Betrachtet man den Zeitraum
von 1990 bis 2105, beläuft sich die kumulierte CO2-Reduzierung auf 2800 Millionen t CO2-Äq. Die
CO2-Reduzierungwirkung war im Ausland allerdings größer, wo sie zum Ende des Studienzeitraums
46 Millionen CO2-Äq. pro Jahr betrug, mit einer kumulierten CO2-Reduzierung von 4900 Millionen t
CO2-Äq. für den Zeitraum von 1990 bis 2105. Den Annahmen dieser Analyse zufolge gewährleisten
die schwedischen Forstwirtschaftspraktiken unter einer globalen Perspektive somit reduzierte und
vermiedene CO2-Emissionen in einer Größenordnung von 60 Millionen t CO2-Äq pro Jahr. Dies
entspricht der Größenordnung der derzeit in Schweden verzeichneten jährlichen CO2-Emissionen, die
sich im Jahr 2011 auf 61 Millionen t CO2-Äq. pro Jahr-1 beliefen [55]. Material- und
Forests 2014, 5
570
Energiesubstitution und Kohlenstoffbestandsveränderungen in Wald und Boden waren für den Großteil
des Gesamteffekts verantwortlich (Abbildung 3).
Abbildung 3. CO2-Reduzierungswirkung im Baseline-Szenario, Inland (a), Ausland (b)
und global (c) durch die schwedische Forstwirtschaft (die Wirkungen aller Arten von
Kohlenstoffbestandsänderungen sind dargestellt). Negative Werte stellen Verringerungen
des atmosphärischen CO2 dar.
CO2-Effekte im Inland
1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
2020 2040 2060 2080 2100
Baseline
1980 2000 2020 2040 2060 2080 21001980 2000
1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
20
10
0
Millionen t CO2 Äq. pro Jahr
a.
CO2-Effekte im Ausland
Baseline
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
Jahr
-80
Jahr
Globale CO2-Effekte
Baseline
1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
Summe aller Effekte
Summe alle Effekte in Wald und Boden
Kohlenstoffbestandveränderungen
(Produkte)
Materialsubstitution
ohne
Zellstoff
und
Papier Materialsubstitution Zellstoff und
Papier
Jahr
Energiesubstitution
Forests 2014, 5
571
Der Spitzenwert im Jahr 2005 war durch einen gravierenden Sturm bedingt, der zu signifikanten
Waldbiomasse-Verlusten im Forst führte und eine Quelle von CO2-Emissionen war. Die Mehrzahl der
durch den Sturm gefällten Bäume wurde geerntet, allerdings wurden nicht das gesamte Holz und
Brennholz nicht im gleichen Jahr verwertet, daher konnten die Substitutionswerte die Auswirkungen im
Wald nicht kompensieren. Es ist zudem erwähnenswert, dass die Materialsubstitutionseffekte von
Zellstoff und Papier negativ waren, da man davon ausging, dass Zellstoff und Papier nicht ersetzt
werden können. Die Nutzung der Waldbiomasse für die Produktion von Zellstoff und Papier hatte
erhebliche CO2-Emissionen zur Folge.
Im Vergleich zum Baseline-Szenario waren die positiven Einflüsse auf das Klima für die Szenarien
mit höheren Biomasse-Erträgen größer. Für das Szenario mit der gesteigerten Ernte belief sich die
gesamte Emissionsreduzierung zum Ende des Studienzeitraums auf 66 Millionen t CO2-Äq. pro Jahr
bzw. 103 Millionen t CO2-Äq pro Jahr für das Szenario mit gesteigertem Zuwachs. Berücksichtigt man
den Zeitraum von 1990 bis 2105, beläuft sich die kumulierte CO2-Reduzierung für die gesteigerte
Ernte auf 8200 Millionen t CO2-Äq. und für das gesteigerte Wachstumsszenario auf 11.200 Millionen t
CO2-Äq, im Vergleich zum Baseline-Szenario von 7.700 Millionen t CO2-Äq (Abbildung 4).
Abbildung 4. Gesamte CO2-Reduzierungswirkung für Inland (a), Ausland (b) und global
(c) für verschiedene Szenarien; Baseline (durchgehende Linie), Baseline mit gesteigerter
Ernte (gepunktete Linie) und gesteigertem Wachstum (gestrichelte Linie).
CO2-Effekte im Inland
a.
1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
0
CO2-Effekte im Ausland
b.
1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
0
-20
-20
-40
-40
-60
-60
-80
-80
-100
-100
c.
0
-120
Jahr
Jahr
Globale CO21 9 8 0 2 0 0 0 2 0 2 0Effekte
2040 2060 2080 2100
Baseline
Millionen t CO2 Äq. pro Jahr
-120
-20
-40
-60
-80
-100
-120
Jahr
Baseline mit gesteigerter Ernte
Mit gesteigertem Zuwachs
Forests 2014, 5
572
Der durchschnittliche CO2-Emissionsreduzierungseffekt pro Kubikmeter geernteter Biomasse für die
Szenarien mit gesteigerter Ernte und gesteigertem Zuwachs belief sich auf 466 kg bzw. 546 kg am
Ende des Studienzeitraums. Der marginale Effekt des im Szenario mit gesteigertem Zuwachs
zusätzlich geernteten Holzes war höher und lag bei 719 kg CO2 pro Kubikmeter geernteter Biomasse
(Tabelle 4). Dies war hauptsächlich durch gesteigerte Substitutionseffekte bedingt, da angenommen
wurde, dass das zusätzlich geerntete Holz vor allem zu Bau- und Energiezwecken verwendet wurde.
Tabelle 4. Durchschnittlicher CO2-Emissonsreduzierungseffekt für einen Kubikmeter
Biomasse im späteren Teil des Studienzeitraums (2035 -2105), berechnet als globale
jährliche Reduzierung der CO2-Emmissionen, geteilt durch die jährliche Holzernte für das
Baseline- und das gesteigerte Zuwachsszenario.
Waldbewirtschaftungs-Szenarien
Baseline
Erhöhter Zuwachs
Erhöhter Zuwachs, marginaler Effekt
kg CO2-Äq.-Reduzierung in m-3 geernteter Biomasse
466
546
719
4. Diskussion
Die schwedischen Wälder sind eine reichhaltige natürliche Ressource, und die schwedische
Forstwirtschaft kann auf vielfältige Weise zu einer Eindämmung der GHG-Emissionen in die
Atmosphäre beitragen. Im 20. Jahrhundert war das Wachstum der schwedischen Wälder größer als die
jährliche Holzgewinnung [56]. Aus diesem Grund haben sich der Bestand, und damit auch die im WaldÖkosystem eingelagerte Kohlenstoffmenge durch aktive Kultivierung der Waldressourcen erhöht.
Gleichzeitig mit der Zunahme des Bestands ist das Einschlagpotenzial gestiegen. Der jährliche
Einschlag nähert sich heute dem jährlichen Zuwachs, was bedeutet, dass die Zunahme an Holzreserven
nicht mehr so hoch ist wie früher. Die International Union of Forest Research Organizations (IUFRO)
hat festgestellt, dass das immense Potenzial des Forstsektors den Klimawandel kostengünstig
eindämmen kann, und es ist wichtig, dass wir verstehen, wie verschiedene Waldbewirtschaftungs- und
Holznutzungsstrategien den Klimaschutz beeinflussen können [57]. Um den Gesamt-Klimavorteil der
Waldnutzung zu beschreiben, muss die Nutzung von Holzrohmaterial berücksichtigt werden, und die
geografische Perspektive muss auf die Landschaftsebene oder darüber hinaus gerichtet werden. Wenn
man berücksichtigt, wie die Forstwirtschaft umgesetzt wird, wie viel erneuerbare Rohstoffe auf
nachhaltige Weise geerntet werden können und wie und wo die Rohstoffe verwertet werden, kann der
Gesamt-Klimavorteil der Forstwirtschaft eingeschätzt werden. Entsprechend den Annahmen der
vorliegenden Analyse zeigt die Studie, dass die aktuellen schwedischen Forstwirtschaftspraktiken
reduzierte und vermiedene CO2-Emissionen in einer Größenordnung von 60 Millionen t CO2-Äq. pro
Jahr zur Folge haben. Sie belegt zudem, dass in Zukunft weiteres Einsparungspotenzial ausgeschöpft
werden kann, wenn sich die Landnutzung eher in Richtung einer gesteigerten Waldproduktion
orientiert. Mit einem nachhaltigen Zuwachs an geernteter Biomasse von etwa 50 % wird das zusätzliche
Einsparpotenzial des zusätzlichen Zuwachsszenarios auf über 40 Millionen t CO2-Äq. Jahr-1 geschätzt.
Das hier zur Bewertung der Einflüsse von Holzpools und Substitutionseffekten in und außerhalb von
Schweden verwendete Modellierungskonzept steht nicht in unmittelbarem Zusammenhang mit den
Berichterstattungs- und Rechenschaftspflichten der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen
(UNFCCC) und des Kyoto-Protokolls. In diesem Zusammenhang könnte es zu einer doppelten
Bilanzierung kommen, wenn ein Land, das geerntete Holzerzeugnisse nach Schweden exportiert, das
gleiche Konzept verwendet wie die vorliegende Studie.
Eine alternative Strategie zur Eindämmung des Klimawandels besteht darin, die
Waldbewirtschaftung einzustellen, d.h. keine Bäume mehr zu fällen, damit die Wälder weiter wachsen
und sich die Wald-Kohlenstoffbestände im Lauf der Zeit erhöhen. Kurzfristig kann dies eine effiziente
Strategie darstellen. Unsere Studie zeigt, dass der durchschnittliche CO2-EmissionsReduzierungseffekt in einem bewirtschafteten Wald in einer Größenordnung von 500 kg CO2 m-³
geernteter Biomasse liegt. Da ein Kubikmeter Biomasse, je nach Holzdichte, Kohlenstoff entsprechend
700 - 900 kg CO2 enthält, wäre eine Erhöhung des Waldbestands eine effiziente Maßnahmen zur
Eindämmung des Klimawandels, sofern die Waldbestände weiterhin wachsen können. Konzentriert
man sich allerdings ausschließlich auf die Erhöhung des Kohlenstoffbestands auf diese Weise, stellt
dies nur eine eingeschränkte Klimaschutzstrategie dar, da es nicht möglich ist, uneingeschränkte
Mengen an Kohlenstoff im Wald zu speichern. Würde diese Methode umgesetzt, würden sich die
Waldreserven in Schweden anfänglich erhöhen, jedoch irgendwann ein neues Gleichgewicht zwischen
Wachstum und natürlichem Verfall erreichen. Sobald dieses Gleichgewicht erreicht ist, wäre die
„unkultivierte Forstlandschaft“ im Prinzip CO2-neutral, d.h. Kohlenstoff wird in signifikantem Umfang
weder eingelagert noch freigesetzt. Ein weiterer Effekt bestünde darin, dass die Möglichkeiten für eine
nachhaltige Ernte der Waldbiomasse für den Verbrauch wegfielen. Der Verbrauch muss dann entweder
eingeschränkt werden oder mit anderen Materialien als erneuerbaren Waldprodukten erfüllt werden,
d.h. energieintensiveren Materialien, fossilen Brennstoffen oder anderen Energiequellen. Die
Einstellung der Ernte und der Aufbau des Wald-Kohlenstoffbestands birgt zudem erhebliche Risiken
aufgrund der Möglichkeit von Waldbränden, Stürmen oder Baumsterben durch Insekten [58]. Die
starke Abnahme des Wald-Kohlenstoffbestands im Jahr 2005 infolge eines heftigen Sturms zeigt, dass
natürliche Waldschäden erhebliche CO2-Emissionen verursachen können und dass der wachsende
Waldbestand nicht ohne Risiken ist. Die Erkenntnisse der vorliegenden Studien zeigen, dass die
schwedische Forstwirtschaft sowohl im Inland als auch im Ausland zum langfristigen Klimaschutz
beiträgt, wobei letzteres wichtiger ist. Dies kann zu einer weiter wachsenden Nachfrage nach
Schlagabraum und Resten aus der industriellen Holzverarbeitung in Schweden führen, die zur
Bioenergieerzeugung genutzt werden; zudem könnte sich die Nachfrage nach Holzmaterial für
Bioenergie auch auf dem globalen Markt erhöhen [59].
Die Studie beweist die langfristige Bedeutung von Substitutionseffekten bei der Nutzung von
Waldbiomasse. Die Substitutionsvorteile variierten in dieser Studie erheblich, in Abhängigkeit davon,
ob die Biomasse für Zellstoff und Papier, Massivholzprodukte oder Bioenergie verwendet wurde
(Abbildung 3). Diese Ergebnisse stimmen weitgehend mit den Erkenntnissen anderer Studien überein.
Sathre und O’Connor [60] führten eine Meta-Analysis der GHG-Verlagerungsfaktoren für die
Holzprodukt-Substitution durch und fanden heraus, dass die Mehrheit der Substitutionsfaktoren in den
Studien in einem Bereich von 1,0 bis 3,0 Einheiten fossiler Kohlenstoffemissionen pro
Kohlenstoffeinheit in einem Holzerzeugnis lagen. Legt man einfache Annahmen [61] zugrunde, um
den Bereich der in Tabelle 3 aufgeführten Einheiten umzurechnen, kann die Holzprodukt-Substitution
die Emissionen um 500 bis 1400 kg CO2 pro Kubikmeter geernteter Biomasse reduzieren. Die in der
vorliegenden Studie berechneten Substitutionsfaktoren (Tabelle 4) liegen in der unteren Hälfte dieses
Bereichs und sind vergleichbar mit den Werten von John et al. [62], der ein mehrstöckiges Gebäude in
Neuseeland analysiert hat, sowie von Pingoud und Perälä [63], die die Holznutzung im finnischen
Bausektor untersucht haben. Die Meta-Analyse von Sathre und O’Connor [60] ermittelte die
Variationsquellen von Substitutionseffekten unter Berücksichtigung von Biomasse-Nebenprodukten
und der Nutzung von Altholzprodukten. Die engere Integration von Energie- und Materialflüssen
zwischen Forstwirtschaft, Energie-, Bau- und Abfallentsorgungssektor bietet das Potenzial, die
Gesamt-CO2-Nettoemissionen pro Einheit verfügbarer Biomasse zu reduzieren und auf diese Weise
die Substitutionsvorteile zu erhöhen [64].
In schwedischen Waldböden sind großen Mengen Kohlenstoff gespeichert, aber der
Kohlenstoffbestand und seine kurzfristigen Veränderungen können zwischen verschiedenen Standorten
erheblich schwanken [65]. Die langfristige Verfolgung des Kohlenstoffbestands in schwedischen
Waldböden weist auf eine stetige Erhöhung im Verlauf der Zeit hin; zudem ist normalerweise eine
positive Beziehung zwischen Waldwachstum und Kohlenstoffakkumulierung zu finden [45]. Die
Kohlenstoffakkumulation im Boden kann auch negativ beeinflusst werden, wenn zusätzliche Biomasse
geerntet wird [66,67], wie in den Szenarien in der vorliegenden Studie, in denen man davon ausgeht,
dass zusätzliche Reste und Stümpfe geerntet werden. Trotzdem haben wir uns entschieden, eine
ähnliche Boden-Kohlenstoffdynamik für alle Szenarien zugrunde zu legen, da derzeit nur
eingeschränkte Kenntnisse über die Boden-Kohlenstoffdynamik in Bezug auf die verschiedenen
Bewirtschaftungsszenarien vorliegen. Es ist möglich, dass dies zu einer Überschätzung der
Kohlenstoffbilanz für das Szenario mit gesteigerter Ernte an der Baseline geführt hat, da nachgewiesen
wurde, dass eine gesteigerte Biomasseernte die Boden-Kohlenstoffspeicher in schwedischen
Waldböden verringert, wenn Nadeln, Zweige und Spitzen vollständig entfernt wurden [66,67]. In der
vorliegenden Studie waren die Entfernungsraten allerdings deutlich niedriger und die Unterschiede
zwischen den einzelnen Szenarien nur gering. Es ist auch möglich, dass die Kohlenstoffbilanz für das
Szenario mit gesteigertem Zuwachs unterschätzt wurde, da normalerweise eine positive Beziehung
zwischen Waldwachstum und Bodenkohlenstoff-Akkumulation besteht [42,67].
Es ist offensichtlich, dass erhebliche Unsicherheiten in einem komplexen Modellierungsversuch wie
dem hier vorgestellten liegen, und viele der angegebenen Resultate sind von den gemachten Annahmen
abhängig. Der Zuwachs wurde unter Verwendung des bekannten und geprüften HUGIN-Modells
angenommen, welches bereits für zahlreiche Studien in Bezug auf die Konsequenzen der
verschiedenen Waldbewirtschaftungsszenarien auf regionaler und nationaler Ebene in Schweden
verwendet wurde [6,9,11,12,68]. Die Statistiken zum Import, Export und zur Nutzung von
waldbasierten Produkten in Schweden sind robust und liefern eine repräsentative Schätzung der
bisherigen Nutzung der Forstressourcen. Die Biomasse-Substitutionseffekte wurden unter Verwendung
der bestmöglichen, zu diesem Zweck verfügbaren Informationen geschätzt. Die Annahmen, dass die
vermehrten Lieferungen von Biomasse aus dem Wald hauptsächlich für Bioenergie und im Bausektor
verwendet werden, basieren auf Prognosestudien [59] und auf der Tatsache, dass Schweden ein
nachhaltiges politisches Ziel zur weiteren Steigerung des Einsatzes von erneuerbaren Energien im
Energiesystem verfolgt [15]. Daher sind wir der Meinung, dass die Resultate als realistisch anzusehen
sind.
5. Schlussfolgerungen
Forests 2014, 5
573
Unter Verwendung der Holzfluss-Modellierung für die potenzielle Produktion und Nutzung von
schwedischen Forstprodukten wurden die Anteile von Kohlenstoff an den Effekten im Inland und
Ausland berechnet. Die wesentlichen Schlussfolgerungen aus dieser Studie lauten, dass (i) die
aktuellen forstwirtschaftlichen Praktiken in Schweden und die Nutzung von Waldprodukten im Inland
und im Ausland zu einer jährlichen Reduzierung der CO2-Emissionen führen können, die praktisch
den gesamten THG-Emissionen pro Jahr in Schweden entsprechen, im Vergleich zu einem Szenario, in
dem keine waldbasierten Produkte verfügbar sind; dass (ii) die Vorteile der CO2-Reduzierung
hauptsächlich im Ausland und nicht im Inland zum Tragen kommen, und zwar infolge des hohen
Anteils an exportierten Holzprodukten aus Schweden und dem höheren Substitutionseffekt im Ausland
und dass (iii) intensivere Waldwirtschaftsmethoden die Forstproduktion erhöhen und damit eine
effektive Möglichkeit darstellen können, die CO2-Emissionen noch weiter zu reduzieren.
Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie ist es offensichtlich, dass die Effekte der
Waldproduktion und der Handel mit Holzprodukten wichtige Faktoren zur Ermittlung des GesamtKlimanutzens darstellen. Um die heimische schwedische CO2-Bilanz zu optimieren, sollten die
Holzressourcen für Massivholzprodukte (Schnittholz, Holzplatten etc.) oder zur Energieerzeugung
anstatt für die Zellstoff- und Papierherstellung genutzt werden. Aus einer globalen und langfristigen
Perspektive sind Energie- und Materialsubstitutionseffekte wesentlich wichtiger als
Bestandesänderungs-Effekte. Die Substitutionseffekte, die auf der weiteren Ernte von Holz aus
nachhaltig bewirtschafteten Wäldern beruhen, ermöglichen eine dauerhafte und nachhaltige
Eindämmung der CO2-Emissionen. Diese Studie soll Forschern, Politikern, Forstwirten und der
Gesellschaft Verständnis für die wahrscheinlichen langfristigen Effekte von Forstwirtschaftspolitik
und -praktiken zur Reduzierung der globalen THG-Emissionen vermitteln.
Forests 2014, 5
574
Danksagungen
Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung durch den Europäischen Fonds für regionale
Entwicklung und das Future Forests-Forschungsprogramm der schwedischen Universität für
Agrarwissenschaften (SLU), Schweden. Wir danken den Mitarbeitern des SLU-Bereichs für
feldbasierte Forstforschung für die Bereitstellung ihres statistischen Datenmaterials. Außerdem
möchten wir uns herzlich bei Göran Ågren und Riita Hyvönen für ihren Rat und ihre Unterstützung bei
der Auswertung des Boden-Kohlestoffmodells bedanken. Wir bedanken uns auch für den Beitrag der
anonymen Prüfer.
Autorenbeiträge
Ausgangsidee und Finanzierung der Forschung: Tomas Lundmark und Annika Nordin,
Datenerhebung und -auswertung: alle Autoren, Manuskript-Entwurf: Tomas Lundmark, Johan Bergh,
Peter Hofer, Annika Nordin, Bishnu Chandra Poudel, Roger Sathre, Ruedi Taverna und Frank Werner.
Interessenskonflikte
Die Autoren erklären keine Interessenskonflikte.
Referenzen
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© 2014 bei den Autoren, Lizenznehmer MDPI, Basel, Schweiz. Der vorliegende Artikel ist ein Open
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