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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-58648
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2012/5864/


Integration of non-GHG effects and climate policy options in carbon accounting tools and bioenergy strategies

Integration von nicht treibhausgasrelevanten Effekten und Klimapolitikoptionen in Kohlenstoffmodelle und Bioenergiestrategien

Schwaiger, Hannes Peter

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Albedo Effekt , Landnutzungsänderung , EU-ETS , CO2 Preis , Biotreibstoffe
Freie Schlagwörter (Englisch): Albedo effect , Radiative forcing , Land use change , CO2 price , Liquid biofuels
Basisklassifikation: 43.47
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Natürliche Ressourcen, Energie und Umwelt
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Köhl, Michael (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 31.07.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 18.10.2012
Kurzfassung auf Englisch: As the comprehensive summary of a cumulative dissertation in accordance with § 7 of the Doctoral Degree Regulations (Universität Hamburg, Germany), this report provides an overview, overall background and main outcomes of two specific papers within the research area of bioenergy, land use/land use change and climate change. Finally general conclusions are drawn and a scientific outlook for future research needs is illustrated.
Two different aspects of influencing i) the climatic impacts of land use change considering non-GHG effects such as albedo and ii) the effects of supporting climate policy instruments such as the introduction of the EU-ETS on biomass for energy purposes are assessed.
The impacts of non-GHG effects on climate change benefits of afforestation/reforestation regimes are under debate. The first paper investigates how to incorporate the changes of albedo in an existing carbon accounting tool to show the net effect of land use change on the climate. Applied on a chosen case study area in southern Europe the work combined an atmospheric and carbon accounting tool to convert albedo and carbon sequestration modelling results to a combined radiative forcing balance. The results show that afforestation/reforestation measures as human activities are no longer seen as simply positive actions fighting global warming, because most of the carbon sequestered via photosynthetic CO2 fixation of forest growth (up to 6x10-6 Watts ha-1 at maturity level) is neutralized by the warming effect of albedo changes. However, sensitivity analyses lead to the conclusion that the improvement of input data like measured albedo values from satellite images (e.g. MODIS) could influence the outputs significantly. For this reason the paper points out that counting for GHG units in land use change calculations does not reflect the entire picture. It is highly recommended that in future GHG balances of land use systems and products (e.g. biomass, liquid biofuels) via LCA should also include these additional climatic effects in addition to the C balances of dLUC and iLUC.
The second paper assesses possible impacts of changes to the EU-ETS on solid and liquid biomass use in Europe. Based on these assessments, recommendations are outlined for optimising support for solid and liquid biofuels. The European Energy and Climate Package agreement contains fundamental changes to the EU-ETS, which started in 2005. With some exceptions, emissions allowances in the power sector will be auctioned starting with the third trading period of the scheme in 2013. This may have significant impacts on the sector’s fuel mix and investment decisions. To the extent to which the EU-ETS results in a price on CO2 emissions, it increases the competitiveness of low carbon fuels. Under current regulations no CO2 emissions are attributed to combustion of biomass, thus it functions as a zero-carbon fuel. The study shows that while the use of biomass is already viable under CO2 prices that have been reached within the EU-ETS, investments in new biomass plants need a higher price level as well as more stable prices, conditions which cannot be predicted with any confidence. The road transport sector, which has significant scope to increase its use of biofuels is currently not part of the EU-ETS, and will not be included in the third trading period starting in 2013. However, the likely consequences of including transportation fuels under the EU-ETS are considered as well as options which involve separate trading schemes for liquid biofuels.
Both papers underline that on the one hand looking beyond GHG effects when assessing carbon balances and on the other hand taking into account additional monetary climate policy options in improving bioenergy strategies may complement already established pathways fighting global warming in a significant manner.
Kurzfassung auf Deutsch: Als zusammenfassender Überbau einer kumulativen Dissertation an der Universität Hamburg, Deutschland enthält diese Arbeit einen generellen Überblick, den naturwissenschaftlich und klimapolitischen Hintergrund, sowie die spezifischen Ergebnisse zweier Veröffentlichungen im Bereich der Bioenergie, der Landnutzung und des Klimawandels. Am Ende werden generelle Schlussfolgerungen gezogen, sowie ein wissenschaftlicher Ausblick gegeben.
Zwei Aspekte werden in diesem wissenschaftlichen Umfeld betrachtet: i) zum einen werden die klimatechnischen Auswirkungen von nicht treibhausgasrelevanten Effekten infolge von Landnutzungsänderungen und ii) zum anderen auf die Auswirkungen klimapolitischer Instrumente (z.B. das EU-ETS) auf die Biomassenutzung zur Energieerzeugung eingegangen.
Der Betrachtung von nicht treibhausgasrelevanten Effekten durch Aufforstungen und Wiederaufforstungen auf den fortschreitenden Klimawandel werden derzeit diskutiert. Die erste Veröffentlichung untersucht in welcher Form die Veränderung der Albedo auf Grund von Landnutzungsänderungen in ein bestehendes Kohlenstoffmodell eingebaut werden kann, um so den Gesamteffekt auf das Klima besser darstellen zu können. Angewandt auf eine Fallstudie in Südeuropa wird ein atmosphärisches Modell mit einem Kohlenstoffmodell kombiniert, um einerseits die Reflexionsveränderung und andererseits die Änderung der Kohlenstoffspeicherung einer Aufforstungsfläche in einer kombinierten Strahlungsbilanz über die Zeit darzustellen. Die Ergebnisse zeigen, dass Maßnahmen wie Aufforstungen und Wiederaufforstungen nicht mehr nur als einfache, positive Aktivitäten gesehen werden können den Klimawandel zu bekämpfen, da die C-Anreicherung durch das Waldwachstum via CO2-Bindung (bis zu 6x10-6 Watts ha-1 zum Ende der Umtriebszeit) durch die Veränderung der Albedo neutralisiert wird. Die Sensitivitätsanlayse zeigt, dass eine Verbesserung der Eingangsparameter, wie z.B. die Anwendung von tatsächlichen, aus Satellitenbildern gemessenen Albedo Daten (z.B. MODIS), die Ergebnisse signifikant beeinflussen können. Schlussfolgernd wird unterstrichen, dass die Berechnung der Kohlenstoffspeicherveränderungen im Zuge einer Landnutzungsänderung alleine nicht ausreicht, um den gesamten Einfluss auf das Klima widerzuspiegeln. Zukünftige Treibhausgasbilanzen von Landnutzungssystemen und Produkten (z.B. Biomasse, Biotreibstoffe) mittels Lebenszyklusanalysen sollten demnach nicht nur die C-Bilanzen der direkten und indirekten Landnutzungsänderung berücksichtigen, sondern auch diese zusätzlichen, nicht treibhausgasrelevanten Effekte inkludieren.
Die zweite Veröffentlichung untersucht die möglichen Auswirkungen des Europäischen Emissionshandelssystems (EU-ETS) auf die Nutzung fester und flüssiger Biobrennstoffe in Europa. Basierend auf den Ergebnissen werden Vorschläge zur optimalen Unterstützung einer verstärkten Biomassenutzung herausgearbeitet. Der Beschluss des Europäischen Klima- und Energiepakets beinhaltet fundamentale Änderungen des bestehenden EU-ETS, das im Jahr 2005 startete. Mit wenigen Ausnahmen werden Emissionsrechte im Stromerzeugungssektor ab dem Beginn der dritten Handelsperiode in 2013 versteigert werden. Dieser Umstand wird sowohl einen signifikanten Einfluss auf den Brennstoffeinsatz zur Stromerzeugung, als auch auf künftige Investitionsentscheidungen haben. Je höher der CO2 Preis innerhalb des EU-ETS gehandelt werden wird, desto höher wird auch die Wettbewerbsfähigkeit kohlenstoffarmer Energieträger werden. Unter den derzeitigen Bestimmungen gilt die Verbrennung von Biomasse als CO2-neutral und stellt daher rechnerisch einen klimaneutralen Brennstoff dar. Die Arbeit zeigt, dass die Biomassenutzung selbst unter den derzeit niedrigen CO2 Preisen vorangetrieben wird, allerdings werden hinsichtlich neuer Investitionen in den Ausbau von Biomassekraftwerken höhere und stabilere CO2-Preise nötig sein. Vorrausetzungen, die derzeit allerdings nur sehr schwer abschätzbar sind. Der Transportsektor, der über großes Potential zur Steigerung seiner Biotreibstoffnutzung verfügt ist derzeit aus dem EU-ETS ausgeschlossen und wird auch nicht innerhalb der dritten Handelsperiode als zusätzlicher Sektor aufgenommen werden. Dennoch werden in dieser Arbeit eine Abschätzung der möglichen Aufnahmevarianten des Transportsektors in das bestehende EU-ETS bzw. in eine eigenes, separates Handelssystems untersucht und dessen Auswirkungen auf flüssige Biotreibstoffe beschrieben.
Beide Arbeiten unterstreichen auf der einen Seite die Notwendigkeit über die derzeit angewandten Methoden zur Treibhausgasbilanzierung von Landnutzungssystemen und Produkten hinauszugehen und auf der anderen Seite zusätzliche monetäre, klimapolitische Maßnahmen in nationalen Bioenergiestrategien anzudenken, um sinnvolle und wirksame Lösungen zur Stärkung der Biomassenutzung und zur Bekämpfung des Klimawandels voranzutreiben.

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