Risiken von Wasserknappheit begrenzen: Bewässerungsmanagement entscheidend für Bioenergie-Anbau zur Begrenzung des Klimawandels

• Klimawandel und Bevölkerungswachstum lassen einen Anstieg von Wasserknappheit erwarten, daher muss jede zusätzliche Entnahme von Wasser minimiert werden.
• Bewässerte Bioenergie-Plantagen, die zu einer Begrenzung des Klimawandels beitragen sollen, können den Wasserstress erhöhen.
• Nachhaltiges Wassermanagement kann den zusätzlichen Wasserstress reduzieren.

Risiken von Wasserknappheit begrenzen: Bewässerungsmanagement entscheidend für Bioenergie-Anbau zur Begrenzung des Klimawandels

Damit Wasser nicht noch knapper wird, als es ohnehin vielerorts ist, ist bei Biomasseplantagen nachhaltiges Wassermanagement nötig. Dies zeigt eine neue Studie. Wenn der Anbau von Pflanzen für die Energiegewinnung in Kraftwerken mit unterirdischer Speicherung des CO2 aus den Abgasen kombiniert wird, gilt er oft als eine der Möglichkeiten, Treibhausgasemissionen zu reduzieren und die Pariser Klimaziele zu erreichen. Doch der Anbau von Bioenergieplantagen im großen Stil benötigt weltweit nicht nur viel Land, sondern auch erhebliche Mengen an Wasser für die Bewässerung – was im Widerspruch mit der Einhaltung der Planetaren Belastungsgrenzen stehen kann. Wissenschaftler berechneten nun in den bisher detailliertesten Computersimulationen, wie viel zusätzlicher Wasserstress für die Bevölkerung weltweit in einem Szenario mit konventioneller Bewässerung und einem mit nachhaltiger Wassernutzung entstehen könnte.

"Ohne nachhaltiges Wassermanagement könnte die Bewässerung von Biomasseplantagen nach unseren Berechnungen zusammen mit dem Bevölkerungswachstum bis Ende des Jahrhunderts sowohl die Fläche als auch die Zahl der Menschen verdoppeln, die unter starkem Wasserstress leiden", sagt Hauptautor Fabian Stenzel vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), der die Forschungsidee im Sommerprogramm für junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) entwickelte. "Umgekehrt könnten wir mit einem nachhaltigen Wassermanagement der Biomasseplantagen den zusätzlichen Wasserstress für die Menschen fast halbieren, im Vergleich zu einem Szenario mit starkem Klimawandels und ohne Bioenergieproduktion."

Sowohl politische Regulierung als auch Verbesserungen in den Betrieben erforderlich

"Nachhaltiges Wassermanagement bedeutet sowohl politische Regulierung wie Bepreisung oder Wasserzuteilungssysteme, um die aus Flüssen entnommenen Wassermengen zu reduzieren, als auch Verbesserungen in den Betrieben, um das Wasser effizienter zu nutzen", sagt Ko-Autorin Sylvia Tramberend vom IIASA. Dazu könnten Zisternen zum Sammeln von Regenwasser oder Mulchen zur Reduzierung der Verdunstung gehören. "Außerdem gehört zu einem nachhaltigen Wassermanagement der Erhalt von dauerhaft hinreichenden Wassermengen in den Flüssen, um die Ökosysteme dort gesund zu erhalten. Die Bewirtschaftung flussaufwärts und flussabwärts kann dabei zur Folge haben, dass mehr grenzüberschreitende Flussbewirtschaftung sowie eine Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Wassernutzern nötig wird – eine zukünftige Herausforderung für ein integriertes Wasserressourcenmanagement."

Eine weitgehend ungebremste globale Erwärmung zusammen mit dem Bevölkerungswachstum würde in den Simulationen die Zahl der Menschen unter Wasserstress um etwa 80% erhöhen. Eine verstärkte Nutzung von Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung könnte helfen, den Klimawandel begrenzen: Wenn Pflanzen wachsen, nehmen sie CO2 aus der Luft auf und bauen es in ihre Stämme, Zweige und Blätter ein. Wird diese Biomasse in Kraftwerken verbrannt und das CO2 aus den Abgasen abgetrennt und unterirdisch gespeichert (Carbon Capture and Storage, kurz CCS), kann dies letztlich dazu beitragen, die Menge an Treibhausgasen in unserer Atmosphäre zu reduzieren – Wissenschaftler nennen dies "negative Emissionen".

In vielen Szenarien werden diese als notwendig erachtet, um ehrgeizige Klimaschutzziele zu erreichen, wenn die direkten Emissionsreduktionen zu langsam voranschreiten. Negative Emissionen werden auch betrachtet, um verbleibende Treibhausgasemissionen auszugleichen, die nur schwer oder gar nicht zu reduzieren sind, zum Beispiel im Flugverkehr, in bestimmten Industriezweigen oder in der Viehhaltung.

Wasserknappheit bleibt eine große Herausforderung

"Nach den vorliegenden Szenarien könnten die Biomasseplantagen um bis zu 6 Millionen Quadratkilometer zunehmen, wenn die globale Erwärmung bis zum Ende des Jahrhunderts auf 1,5 Grad Celsius begrenzt werden soll, also gemäß dem ehrgeizigeren der beiden Temperaturziele des Pariser Abkommens", sagt Ko-Autor Dieter Gerten vom PIK. "Wir verwenden diese Szenarien als Grundlage für Simulationen in unserem hochauflösenden globalen Vegetations- und Wasserhaushaltsmodell, um die Auswirkungen auf das Wasser zu untersuchen. Während die erhebliche Bewässerung in einem Bioenergie-plus-CCS-Szenario mit Bevölkerungswachstum einen Anstieg der Zahl der Menschen, die mit Wasserstress konfrontiert sind, um 100 % nahelegt, sinkt die Zahl in Kombination mit nachhaltigem Wassermanagement auf 60 %. Das ist natürlich immer noch ein Anstieg, so dass schwere Kompromisse gefunden werden müssen."

Regionen, die bereits heute unter Wasserstress leiden, wären im Klimawandel-Szenario am stärksten betroffen, wie der Mittelmeerraum, der Nahe Osten, der Nordosten Chinas, Südost- und das südliche Westafrika. Im Bioenergie-plus-CCS-Szenario ohne nachhaltiges Wassermanagement erstreckt sich der hohe Wasserstress auch auf einige sonst nicht betroffenen Regionen, wie den Osten Brasiliens und große Teile von Afrika südlich der Sahara. Hier werden im untersuchten Szenario große Biomasse-Plantagenflächen angenommen, die bewässert werden müssen.

"Die Zahlen zeigen, dass nachhaltiges Wassermanagement in jedem Fall eine Herausforderung ist, der wir uns umgehend stellen müssen", sagt Ko-Autor Wolfgang Lucht, Leiter der Forschungsabteilung Erdsystemanalyse am PIK. "Unsere neue Studie bestätigt, dass derzeit diskutierte Maßnahmen zur Stabilisierung des Klimas, hier die Erzeugung von Bioenergie mit CCS, eine Reihe zusätzlicher Dimensionen unseres Erdsystems berücksichtigen sollte -– der Wasserkreislauf gehört dazu. Risiken und Zielkonflikte müssen sorgfältig durchdacht werden, bevor größere Schritte zur Etablierung von Märkten und Infrastrukturen für Biomasse eingeleitet werden. Das Konzept der Planetaren Belastungsgrenzen betrachtet das gesamte Erdsystem, nicht nur das Klima. Um einen sicheren Handlungsraum für die Menschheit zu bewahren, muss vor allem auch die Integrität der Biosphäre beachtet werden."

Artikel: Fabian Stenzel, Peter Greve, Wolfgang Lucht, Sylvia Tramberend, Yoshihide Wada, Dieter Gerten (2021): Irrigation of biomass plantations may globally increase water stress more than climate change. Nature Communications [DOI: 10.1038/s41467-021-21640-3]

Weblink zum Artikel, sobald er veröffentlicht ist: https://www.nature.com/articles/s41467-021-21640-3