Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008 Globale Biomasseproduktion und deren Nutzung Fridolin Krausmann

Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008

Globale Biomasseproduktion und deren Nutzung

Fridolin Krausmann


Biomasse Nutzung und gesellschaftliche Eingriffe in terrestrische Ökosysteme: Der HANPP Ansatz

Potential vegetation

NPP0

Produktivität der potenziellen Vegetation (hypothetische Annahme: ohne Landnutzung), z.B. Wälder, Grassländer, Savanna, Wüsten)

Actual vegetation

NPPact

Produktivität der aktuellen Vegetation Felder, anthropogene Grassländer, versiegelte Flächen, etc.

NPP remaining after harvest

NPPt

Energiefluss, der nach dem Biomasseentzug bei der Ernte im Ökosystem verbleibt

Produktivität(∆NPPLC) Ernte (NPPh)

Gesellschaftliche Aneignung von NPP (HANPP)

• Indikator für die Intensität der Landnutzung• ‚Pressure‘ Indikator, erlaubt eine Analyse

der ‚drivers‘ von Landnutzung


Act

ual V

eget

atio

n

Pote

ntia

l Veg

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ion

NPP

0

Gesellschaftliche Aneignung von Nettoprimärproduktion (HANPP)

NPPtDM/m²/yr

Har

vest

N

PPh

NPPh

NPPLC

HANPP

HANPP = NPP0 – NPPt

NPPt = NPPact – NPPh

HANPP = NPPLC + NPPh

NPP

rem

aini

ng

in e

cosy

stem

(NPP

t)


Ahmed Family, Kairo: 68 USD

Peter Menzel: Hungry Planet: What the World Eats


Melander family, Germany: 500 USD

Peter Menzel: Hungry Planet: What the World Eats


Endverbrauch von Biomasse nach Weltregionen

-

300

600

900

1.200

1.500

1.800

Sou

ther

n A

sia

N.A

frica

& W

. Asi

a

Eas

tern

Asi

a

C.A

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tion

Sou

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S.E

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tern

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ther

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mer

ica

[kg/

cap/

yr]

Energy

Timber & Paper

Other uses

Animal based food

Plant based food


Endverbrauch von Biomasse: 650 kg pro Kopf und Jahr

Source: Krausmann et al 2008

Plant based food38%

Animal based food

9%Other

material use4%

Timber & paper19%

Energy30%


Vom Endverbrauch zur Aneignung von Biomasse

-

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

HANPP per capita

Hum

an a

ppro

pria

tion

of N

PP [t

DM

/cap

/yr]

Used biomass extraction

Final biomass consumption

Unused biomass extraction

Productivity loss (land degradation)


Food13,7%

Market feed8,4%

Seed0,7%

Other uses11,1%

Industrial Wood6,2%

Fuelwood9,8%

Grazing, fodder50,0%

Used extraction of biomass: 2000 kg per capita and year

Source: Krausmann et al 2008

Final Use of global biomass harvest


Forest11%

Cropland49%

Human induced

fires7%

Built-up land4%

Grazing land29%

Land use activities and global HANPP

Source: Krausmann et al 2008Activities causing global HANPP


-

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

HANPP per capita

Hum

an a

ppro

pria

tion

of N

PP [t

DM

/cap

/yr]

-

20

40

60

80

100

120

140

HANPP NPP0

biom

ass

flow

s (d

ry m

atte

r) [b

io to

ns/y

r]

Globale HANPP: 36 mrd Tonnen Biomasse 25% der globalen NPP0

Vom Endverbrauch zur HANPP


Die globale HANPP beträgt etwa 25% der NPP0

(b) Aggregate HANPP (NPPLC plus harvest)

Haberl et al. 2007, PNAS


Global Patterns of Trade: The big players

-30% -20% -10% 0% 10% 20% 30%

JapanChinaKorea, Republic ofUnited KingdomItalyMexicoNetherlandsEgyptSpainBelgium-LuxembourgRussian FederationMalaysiaFinlandThailandBrazilFranceAustraliaArgentinaCanadaUnited States of America

Share of global net biomass trade (DM)

Exports

ImportsExporters

Importers

Source: based on FAOSTAT 2005


-3,0 -2,0 -1,0 - 1,0 2,0

United Arab Emirates

Belgium-Luxembourg

Netherlands

Kuwait

IsraelJapan

Denmark

Korea, Republic of

Saudi Arabia

Libyan Arab Jamahiriya

Malaysia

Sweden

Gabon

Argentina

LatviaEstonia

Australia

New Zealand

Canada

Finland

Net biomass trade (DM) [t/cap]

Exports

Imports

Netto Aussenhandel mit Biomasse: per capita flows

Exporters

Importers


HANPP und internationaler Handel

• Nur 7% der genutzten Ernte werden gehandelt (ca.200 kg/cap)

• Die HANPP Vorleistungen der gehandelten Biomasse sind groß (global etwa Faktor 6-7x)

• Internationaler Handel hat einen deutlichen Einfluß auf nationale HANPP Muster

-

2

4

6

8

10

12

14

Harvestedbiomass

Tradedbiomass

Trade relatedHANPP

[bio

t D

M]


Biomasse Ernte und technische Energie,1910 bis 2000

-

100

200

300

400

1910

1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

[EJ/

yr]

Fossil fuel use

Biomass harvest

Source: Krausmann, forthcoming


Globale Biomasse Ernte 1910-2000

• Total biomass harvest grows by a factor of 2.8

• Crops grow fastest (factor 4.5), grazing most slowly (1.9)

-

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

1910

1920

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1940

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1960

1970

1980

1990

2000

[100

0 t D

M]

Wood

Grazed biomass

Crop residues

Crops

Source: Krausmann, forthcoming


Internationaler Handel mit Biomasse 1962-2000

-

250

500

750

1.000

1962 1970 1980 1990 2000

Glo

bal b

iom

ass

expo

rts [T

G d

ry m

atte

r] WoodAnimal basedPlant based



Entwicklung des Fleischverbrauches

-

20

40

60

1961

1964

1967

1970

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1976

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1991

1994

1997

2000

Mea

t con

sum

ptio

n [k

g/ca

p/yr

]Developing countries

China

World



Energetische Nutzung von Biomasse• Current global energy production from biomass 45 EJ/yr (±10)• Potential in 2050 according to the World Energy

Assessment [2000] 280 EJ/yr• World Energy Council/IIASA scenario for 2050 154 EJ/yr• SRES-IPCC scenarios for 2050 193 EJ/yr• Long-term potential estimates (various authors) 1 135 EJ/yr

For comparison:• Current terrestrial NPP (above+belowground) 2 200 EJ/yr• Current global human fossil fuel use (GCV, 2005) 390 EJ/yr• Total current human harvest of biomass (NPPh) 350 EJ/yr• Total current used biomass harvest 224 EJ/yr


Ausblick: Wachsende Bedarf an Biomasse• Bevölkerungswachstum (8-9 Mrd. bis 2050): Zunahme des

Bedarfes an Grundnahrungsmitteln.• Ernährungsgewohnheiten: Zunahme des Bedarfes an tierischen

Nahrungsmitteln (mit hohem HANPP Impact).• Reduktion der Emission von Treibhausgasen: Substitution von

fossilen Energieträgern durch Biomasse (von 45 auf 2-300 EJ/a))


Ausblick: Bedarfsdeckung• Ausweitung der Anbauflächen: Reduktion von “wilderness”• Steigerung des Flächenertrages: Intensivierung; Ökologische

KostenGrenzen: Wasser? Energiebedarf?)• Effizientere Nutzung von Biomasse: Nutzung von Ernterück-

ständen; kaskadische Nutzung; Fortschritte in der Tierproduktion; Veränderungen in den Konsummustern (weniger Fleisch)

• Effekte des Klimawandels????


Daten und Literatur

• Download HANPP and land use data/maps: http://www.uni-klu.ac.at/socec/inhalt/1088.htm

• Krausmann,F., Erb, K.-H., Gingrich, S., Lauk, C. and Haberl, H., 2008. Global patterns of socioeconomic biomass flows in the year 2000: A comprehensive assessment of supply, consumption and constraints. Ecological Economics 65 (3), 471-487.

• Haberl,H., Erb, K.-H., Krausmann, F., Gaube, V., Bondeau, A., Plutzar, C., Gingrich, S., Lucht, W. and Fischer-Kowalski, M., 2007. Quantifying and mapping the human appropriation of net primary production in earth's terrestrial ecosystems. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104, 12942-12947.


Ich Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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