Wie lange reicht die Ressource Wasser?

Wie lange reicht die Ressource Wasser?
Prof. Dr. Wolfram Mauser
Ludwig-Maximilians-Universität München
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Globale Wasserknappheit 2025
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
1
Die Erde ist der Wasserplanet
3.5%
Grundwasser
1.7%
Ocean
Salzwasser
96.5%
Mut zur Nachhaltigkeit
Atmosphäre
0.001%
0.03%
Eisschilde
und
Gletscher
1.77%
Bodenwasser,
Feuchtgebiete,
Permafrost,
und
Flüsse
0.03%
BoKu Wien
10.12.09
Komponenten des Wasserkreislaufs
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
2
Der Wasserkreislauf ist dynamisch
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Die Biosphäre folgt dem Regen
0.01
0.05
0.2
0.5
1.
2.
3.
5.
10.
20.
50.
Ocean: Chlorophyll a Concentration [mg/m³]
Maximum
Minimum
Land: Normalized Difference Vegetation Index
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
3
Die Biosphäre steuert den C-Kreislauf
Die Verteilung der Netto-Primärproduktion:
in g C/m²
CO2-Konzentration in der Atmosphäre in
Abhängigkeit von Breitenkreis und Zeit:
• Differenz Nord- und Südhalbkugel
• Allgemeiner Anstieg der Konzentration
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Beide steuern die Temperatur der Erde!
C*dT/dt = - dU/dT mit
U(T) = I*a(T) – s*T4*b(T)
C = Wärmekapazität der Oberfläche
I = Sonneneinstrahlung
s*T4 = langwellige Emission
1-a(T) = planetare Albedo
1-b(T) = planetarer Treibhauseffekt
Gorshkov et.al.(2000)
Ohne Leben besitzt die Erde wegen ihrer Wasservorkommens zwei stabile Zustände:
1. bei etwa -80 Grad Durchschnittstemperatur
2. bei etwa +320 Grad Durchschnittstemperatur
Das Leben hat einen dritten, empfindlichen Gleichgewichtszustand geschaffen:
3. bei etwa +15 Grad Durchschnittstemperatur
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
4
Die Schwankungen im 3. Gleichgewicht
IPCC
Projektionen
Jahr 2100
CO2 (450-1100)
CH4 (1500-3700)
heute->
Quelle: Petit et al., (1999) Nature 399
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Wie nutzt die Erde das Wasser?
Das Konzept des grünen und blauen Wassers
3
3X
3
3
Grüner Wasserstrom
3
in die Atmosphäre
3
3
3
3
3
3
3
Blauer Wasserstrom
in Flüssen/Seen
• grünes Wasser: wird von der Vegetation verdunstet (Einmalnutzung)
• blaues Wasser: fliesst in Flüssen und Seen (Mehrfachnutzung)
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
5
Wasser und die Menschen
Bevölkerungsdichte [pro km²]
Niederschlag [mm/a]
Menschen leben dort, wo es Wasser gibt!
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Bevölkerungswachstum
1.
Wir werden mehr – Wachstum mit Grenzen?
07/01/09 6,768,167,712
08/01/09 6,774,705,647
09/01/09 6,781,243,583
10/01/09 6,787,570,618
11/01/09 6,794,108,554
12/01/09 6,800,435,588
01/01/10 6,806,973,524
02/01/10 6,813,511,460
03/01/10 6,819,416,692
04/01/10 6,825,954,628
05/01/10 6,832,281,663
06/01/10 6,838,819,599
07/01/10 6,845,146,634
2009:
Zeitschritt
Geburten Todesfälle
Zunahme
------------------------------------------------------------Jahr
Monat
Tag
Stunde
Minute
Sekunde
134,434,533 56,622,740 77,811,793
11,202,878 4,718,562
6,484,316
368,314
155,131
213,183
15,346
6,464
8,883
256
108
148
4.3
1.8
2.5
/ Wien
Mut zur ------------------------------------------------------------Nachhaltigkeit
BoKu
10.12.09
6
Wie nutzt der Mensch das grüne Wasser?
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Wie nutzt der Mensch das grüne Wasser?
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
7
Wie verändert der Mensch die Nutzung
des grünen Wassers?
Landnutzung
Fazit:
• Landnutzungsänderungen finden zur Sicherung der
Nahrungsmittelproduktion statt
• Sie bestehen fast ausschließlich in Entwaldung zugunsten von
Ackerland
• Sie haben fast ausschließlich dazu geführt, dass der Fluss an grünem
Wasser reduziert und der Fluss an blauem Wasser vergrößert wurde.
-> Reduzierung der Dienstleistungen des Lebenserhaltungssystems
zugunsten der Nahrungsmittelproduktion
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Grünes Wasser und Landwirtschaft
Wasser und CO2 benutzen die gleichen Diffusionspfade
Æ enge Beziehung zwischen grünem
Wasserstrom und Kohlenstofffixierung
Nutzpflanze
Transpirationskoeffizient (l/kg
Trockenmasse)
Kartoffel
250 – 500
Zuckerrübe
350 – 450
Hafer
400 – 600
Mais
300 – 400
Weizen
250 – 550
Roggen
400 – 700
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
8
Ertragssteigerung im Getreideanbau
Resultat von Sortenwahl, Düngung und Pestiziden
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Ertragssteigerung im Getreideanbau
Die Produktionssteigerung hat im Wesentlichen mit dem Bevölkerungswachstum
Schritt gehalten …oder….
Die Produktionssteigerung wurde im Wesentlichen vom Bevölkerungswachstum
aufgezehrt
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
9
Stickstoff als Treiber des Wasserkreislaufs heute
•
In der Natur herrscht Nährstoffmangel, der Mensch tut alles, um ihn zu
beheben!
•
ca. 70% des globalen Stickstoffkreislauf wird z.Zt. vom Menschen
bestimmt
•
Spielregeln geändert: von Stabilität nach Prodiktivität
Combustion of
Fossil Fuels
21
Biological
N2 Fixation
90-130
Synthetic
Fertilizer
78
N2 Fixation
Rice, Soybeans,
Alfalfa
43
Lightning
<3
in Tg N pro Jahr, Kroeze(1998)
Green (2002)
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Wie nutzt die Erde das Wasser?
Das Konzept des grünen und blauen Wassers
3
3X
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
• grünes Wasser: der Mensch nutzt heute bereits 67% der Weltreserven
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
10
Wofür nutzen Menschen das Wasser?
Globaler durchschnittlicher Wasserverbrauch pro Tag:
Blaues Wasser:
Trink-, Sanitär- und
Industriewasser
Grünes Wasser:
Nahrung
2400 kcal pflanzlich
600 kcal tierisch
2300 Liter
1200 Liter
tierisch
pflanzlich
Die globale Wasserknappheit steht in enger Beziehung zur Frage der Nutzung
grünen Wassers für die Nahrungsmittelproduktion!!
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Erstes Fazit
Wir nutzen heute global:
mehr als 9000 km³/a Verdunstungswasser durch die agrarischen Nutzpflanzen.
Davon werden:
• 2500 km³/a im Bereich der Bewässerungslandwirtschaft
• 6900 km³/a im Bereich des Regenfeldbaus
genutzt
• Das macht, wenn man es durch die Bevölkerung der Erde dividiert einen grünen
Wasserverbrauch von :
1200 m³/a und Person
• Das steht in Beziehung zu ca.
36 m³/a und Person
Fazit
an blauem Wasserverbrauch.
Die Frage, ob Wasser knapp wird oder ist, ist also eine Frage, ob grünes
Wasser knapp wird!
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
11
Wieviel grünes Wasser steckt in
unseren Grundnahrungsmitteln?
900 l => 1 kg
900 l => 1 kg
3,400 l => 1 kg
1,300 l => 1 kg
1,000 l => 1 l
6,100 l => 1 kg
3,900 l => 1 kg
4,800 l => 1 kg
16 000 l => 1 kg
Der Wasser (grün oder blau), das für die Produktion von Nahrungsmitteln
gebraucht wird, wird als “virtuelles Wasser” bezeichnet
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Virtuelles Wasser in Produkten
Produkt
1 Tomate (70g)
10
1 Kartoffel (100 g)
25
1 Glas Bier (250 ml)
USA
75
1 Tasse Kaffee (125 ml)
140
1 Hamburger (150 g)
2400
1 Paar Schuhe
Land
Gehalt an
virtuellem
Wasser [Liter]
8000
Fazit:
• Wenns nach dem virtuellen Wasser
geht ist ein Glass Bier allemal
besser als eine Tasse Kaffee!
• Für den Gehalt an virtuellem
Wasser ist es wichtig wo (und
wie) Nahrung produziert wird!
Mut zur Nachhaltigkeit
Getreide
Rind
[l/kg]
[l/kg]
849
13193
12560
China
690
Indien
1654
16482
Russland
2375
21028
Indonesien
-
14818
Australien
1588
17112
Brasilien
1616
16961
Japan
734
11019
Mexiko
1066
37762
Italien
2421
21167
Niederlande
619
11681
Global
1300
15500
BoKu Wien
10.12.09
12
Anzahl der Länder mit McDonalds Restaurants
Anzahl der McDonalds Restaurants weltweit
Warum steigt der virtuelle
Wasserverbrauch?
Restaurants
Länder
Land
Verbrauch
grünen Wassers
[m³/P/Jahr]
USA
2400
Deutschland
1700
China
700
Indien
500
Jahr
Der Verbrauch an virtuellem Wasser ist eng verbunden mit Lebensstilen und Essgewohnheiten
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Wie stark sind wir heute vom Handel mit
virtuellem Wasser abhängig?
Handel mit realen Produkten ist zugleich Handel mit virtuellem Wasser
Land
Interner Grüner
Wasser-Verbrauch
(109 m³/yr)
Externer Grüner
Wasser-Verbrauch
(109 m³/yr)
Abhängigkeit vom
Import grünen
Wassers %
Indonesien
242
28
10
Ägypten
56
13
19
Südafrika
31
9
22
Mexiko
98
42
30
Spanien
60
34
36
Deutschand
60
67
53
Japan
52
94
64
UK
22
51
70
Jordanien
1.7
4.6
73
4
16
82
Niederlande
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
13
Was bringt die Zukunft?
Szenarien zukünftiger Entwicklung bis 2050:
• Anwachsen der Erdbevölkerung auf 9.5 Milliarden Menschen
• Mehr Autos
• Anstieg des Erdtemperatur um 1.2 bis 5 Grad (IPCC).
• Auftauen von Permafrostböden in Kanada, Skandinavien und Sibirien,
• Reduzierung der Niederschläge im Mittelmeerraum
• Ausweitung der Wüsten um 50 000 km²/Jahr (~ Fläche Bayerns)
• Moderate Veränderungen des Niederschlags in Mitteleuropa
• Anstieg des Lebensstandards in China und Indien mit Erhöhung
des Fleischkonsums in China und Indien
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Zukunftsperpektive Land:
knapp und ist nicht vermehrbar!
•
Wo liegt das Dilemma?
•
70 Mio. mehr Menschen pro Jahr auf der Erde brauchen jedes Jahr 3
Mio. Hektar mehr Landwirtschaftsfläche. Bis 2050 sind das ungefähr
120 Mio. Hektar mehr. Das ist doppelt so viel, wie die gesamte
Agrarfläche der EU.
•
Jedes Auto braucht zwischen 0.07 Hektar (USA) und 0.02 Hektar
(Europa, Indien) zum Parken und zum Fahren.
•
Eine Million neue Autos (z.B. in Indien) verwandeln 20 000 Hektar Land
in versiegelte Flächen, verhindern damit 75 Mio m³ Verdunstung von
grünem Wasser pro Jahr damit 50 000 Tonnen Weizen.
•
Mit 50 000 Tonnen Weizen kann man ungefähr 250 000 Menschen
ernähren.
•
Hochgerechnet werden bis 2050 weitere 60 Mio. Hektar Land für Autos
gebraucht, die gesamte Landwirtschaftsfläche der EU.
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
14
Zukunftsperpektive Land:
knapp und ist nicht vermehrbar!
•
Wo liegt das Dilemma?
•
70 Mio. mehr Menschen pro Jahr auf der Erde brauchen jedes Jahr 3
Mio. Hektar mehr Landwirtschaftsfläche. Bis 2050 sind das ungefähr
120 Mio. Hektar mehr. Das ist doppelt so viel, wie die gesamte
Agrarfläche der EU.
Dallas/Fort Worth
1983
1993
2003
•
Jedes Auto braucht zwischen 0.07 Hektar (USA) und 0.02 Hektar
(Europa, Indien) zum Parken und zum Fahren.
•
Eine Million neue Autos (z.B. in Indien) verwandeln 20 000 Hektar Land
in versiegelte Flächen, verhindern damit 75 Mio m³ Verdunstung von
grünem Wasser pro Jahr damit 50 000 Tonnen Weizen.
•
Mit 50 000 Tonnen Weizen kann man ungefähr 250 000 Menschen
ernähren.
•
Hochgerechnet werden bis 2050 weitere 60 Mio. Hektar Land für Autos
gebraucht, die gesamte Landwirtschaftsfläche der EU.
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Zukunftsperspektive Wasser
Grüne Wasserflüsse weltweit
2050
[km³/Year]
Zweck
Nahrungsmittelversorgung heute
7 800
Auslöschung des Hungers
2 200
Nahrungsmittel für 3 Milliarden Menschen
3 900
Total
13 900
Wenn im Jahr 2050
• jeder Mensch genügend zu Essen und sauberes Trinkwasser haben soll
• und sich gleichzeitig die Konsumgewohnheiten in den industrialisierten
Ländern nicht ändern
• und die Art, wie wir Nahrungsmittel produzieren nicht ändert
dann brauchen wir 6000 km³ mehr grünes Wasser pro Jahr
Woher nehmen?
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
15
Es gibt keinen goldenen Weg!
Aber mehrere Optionen bis 2050:
•
Ausweitung der Agrarflächen zur Nutzung von mehr grünem Wasser:
Bevölkerungsdichte [pro/km²]
Niederschlag [mm/a]
Keine wirkliche Option, weil fast alles schon genutzt wird!
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Zweites Fazit
Auf einer Erde, die nicht größer wird besteht der Kernkonflikt im globalen
und regionalen Wassermanagement zwischen:
• einer notwendigen Erweiterung der Nahrungsmittelproduktion zur Sicherung
der Existenz der Menschen auf der Erde
• dem Schutz der Wasserressourcen für die natürlichen Ökosysteme zur
Sicherung der Funktionstüchtigkeit des Lebenserhaltungssystems der Erde
Mehr grünem Wasser für eine erweiterte Landwirtschaft bei
Gesichertem blauen Wasser für die aquatischen Ökosysteme
Die Antwort der Vergangenheit:
„Flächenausweitung“
geht nicht mehr!
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
16
Es gibt keine goldenen Weg!
Aber mehrere Optionen bis 2050:
•
Ausweitung der Bewässerung: möglich auf bis zu etwa 150 %
der heutigen Fläche
•
Wasser effizienter nutzen:
– More crop per drop = Reduzierung der Wasserverluste in der
Landwirtschaft durch verbesserte Produktionsweisen
– Verbesserte Wassernutzungseffizienz der Pflanzen durch
Züchtung (genetisch oder konventionell)
– Wasser sparen durch den Handel mit virtuellem Wasser
– Änderung der Lebensstile und Konsummuster
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
More Crop per Drop
Gewaltige Potentiale für
Effizienzsteigerung:
• Weltweit liegt der Maisertrag bei ca. 1 Tonne pro Hektar
• In Europa liegt der durchschnittliche Maisertrag bei ca. 8 Tonnen pro Hektar
• Die theoretische Grenze liegt bei 20 Tonnen pro Hektar
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
17
Handel mit virtuellem Wasser spart
reales Wasser
Bespiel Mexiko:
• Mexiko importiert Getreide, Mais und Hirse aus den USA. Es braucht dort 7.1 Milliarde
m³ grünes Wasser pro Jahr, um zu wachsen,
• wenn Mexiko die importierten Güter im Land produzieren würde, würde das dort 15.6
Milliarden m³ grünes Wasser pro Jahr benötigen
• aus globaler Sicht hat der Handel virtuellen Wassers zwischen USA to Mexiko in Form
von Getreiden 8.5 Milliarden m³ grünes Wasser gespart!
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Ein paar Gedanken
Wassernutzung in einer globalisierten Welt: effizient, nachhaltig und
gerecht
•
Das globale Umgang mit den Wasserressourcen ist z.Zt. nicht nachhaltig!
•
Der globale Wasserkreislauf würde zusammen brechen, wenn jeder Menschauf der Erde
das Wasser wie ein Europäer oder Amerikaner nutzen würde (USA: 2400 m³/Jahr, China:
700 m³/Jahr)
•
Der Handel mit virtuellem Wasser kann dazu beitragen, Wasserresssoucen in den
Trockengebieten zu schützen (z.B. Jordanien, das 4x so viel virtuelles Wasser importiert,
wie es auf seinem eigenen Staatsgebiet verbraucht)
•
Allerdings: der Schutz der Naturressourcen erzeugt eine erhöhte Abhängigkeit von
importierten Wasser (z.B. virtuelles Wasser für reales Öl im Sudan und im Tschad!)
•
Die Abhängigkeit von importiertem virtuellem Wasser steigt in den Industrieländern durch
wasserintensive Lebensstile (Deutschland importiert 53% des verbrauchten virtuellen
Wassers)
•
Dabei ist das eigentliche Problem für die Nachhaltigkeit: die Schäden bei der Nutzung
von virtuellem Wasser zur Erzeugung von importierten Futtermitteln entstehen in
Regionen, von denen wir keine Ahnung haben (Externalisierung).
•
Der beste Schutz der regionalen Wasserressourcen in den Trockengebieten ist Import
von Nahrungsmitteln und Export von Energie d.h. Intensivierung des Welthandels
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
18
Ein paar Notwendigkeiten für die Zukunft
Wassernutzung in einer globalisierten Welt: effizient, nachhaltig und
gerecht
Wir brauchen globale institutionelle Übereinkommen um:
•
die Kleinfarmer weltweit darin zu unterstützen, grünes Wasser zu sparen
•
uns auf auf den maximale zulässgen nachhaltigen Wasserverbrauch pro Person zu
einigen,
•
uns auf eine globale Preispolitik für Wasser zu einigen. Sie muß die vollen Kosten für
die Wassernutzung abdecken (Investitionen, Betrieb, Wartung,
Wasserknappheitsaufschläge, Kosten für Umweltschäden)
•
auf minimale Wasserrechte für jeden Menschen zu einigen:
– Zugang zu sauberem Drinkwasser
– Minimaler Anteil an den grünen Weltwasserreserven für jeden Menschen
•
auf handelbare Wasser-Verbrauchsrechte zu einigen
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
Drittes Fazit
Wie wertvoll ist Wasser?
Ein intakter globaler wie regionaler Wasserkreislauf und ein darauf
aufbauendes funktionierendes Lebenserhaltungssystem der Erde ist
ökonomisch so „wertvoll“, wie
•
•
•
•
•
•
Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Sauerstoff-Maschine
Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen CO2-Fress-Maschine
Entwicklung, Bau und Betrieb einer globalen Denitrifizierungs-Maschine
......
.....
..
Wie lange reicht die Ressource Wasser?
• bei funktionierendem Lebenserhaltungssystem der Erde ewig!
• Voraussetzung: wir lernen als Teil der Erde mit dem Wasserkreislauf und
seiner Begrenzung umzugehen
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
19
Danke für die Aufmerksamkeit!
Mut zur Nachhaltigkeit
BoKu Wien
10.12.09
20