Im 2015 Übereinkommen in Paris Im Zusammenhang mit dem Klimawandel verpflichtete sich fast jedes Land der Erde dazu, die globalen Temperaturen "weit unter" 2C über dem vorindustriellen Niveau zu halten und "Anstrengungen zu unternehmen, den Temperaturanstieg noch weiter auf 1.5C zu begrenzen".
Zu der Zeit hatten die Wissenschaftler jedoch nur Energiesystem- und Kohlenstoffminderungspfade modelliert, um das 2C-Ziel zu erreichen. Wenige Studien hatten untersucht, wie die Welt die Erwärmung auf 1.5C beschränken könnte.
Jetzt ein Papier in Nature Climate Change präsentiert die Ergebnisse einer neuen Modellierung mit sechs verschiedenen "integrierten Bewertungsmodellen" (IAMs), um die globalen Temperaturen in 2100 auf unter 1.5C zu begrenzen.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass 1.5C erreichbar ist, wenn die globalen Emissionen in den nächsten Jahren ihren Höhepunkt erreichen und massive Mengen an Kohlenstoff in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts durch eine vorgeschlagene Technologie, die als Bioenergie mit Kohlenstoffabtrennung und -speicherung bekannt ist, aus der Atmosphäre ausgesaugt werden (BECCS).
Definieren des 1.5C-Ziels
Eine Herausforderung mit dem Ziel, die Erwärmung auf 1.5C über das vorindustrielle Niveau hinaus zu begrenzen, ist dies nicht klar im Text des Pariser Übereinkommens festgelegt. Zum Beispiel stimmen die Wissenschaftler nicht überein, was die vorindustriellen Temperaturen genau waren und waren wie man sie am besten definiert, sowie welcher Datensatz verwendet werden soll.
Es gibt auch keinen klaren Konsens darüber, ob das Ziel darin bestehen sollte, die 1.5C-Erwärmung durch 2100 zu erreichen oder zu versuchen, Temperaturen über 1.5C zu vermeiden, indem eine noch geringere Erwärmung angestrebt wird. weil Unsicherheiten in der Klimasensibilität Das bedeutet, dass wir zwischen 1.5C- und 4.5C-Erwärmung durch Verdopplung der CO2-Emissionen alles haben können. Die Wissenschaftler neigen dazu, den schlimmsten Fall zu vermeiden, in dem die Klimasensitivität am oberen Ende der Skala liegt.
Im Falle des 2C-Ziels wurde die "gut unter" -Sprache des Pariser Abkommens dahingehend interpretiert, dass eine 33C-Wahrscheinlichkeit von mehr als 2C - und damit eine 66-Wahrscheinlichkeit von unter 1.5C - nicht überschritten wird. Aber das XNUMXC-Ziel könnte interpretiert werden entweder auf eine 50-Wahrscheinlichkeit von 1.5C oder eine 66-Wahrscheinlichkeit von 2C. Das hört sich nach einem kleinen Unterschied an, hat aber große Auswirkungen auf die resultierendes Kohlenstoffbudget und Leichtigkeit, das Ziel zu treffen.
In ihrer neuen Arbeit wählt ein Team von 23-Energieforschern die strengere Interpretation des Ziels und strebt eine 66-Chance an, mehr als die 1.5C-Erwärmung im Jahr 2100 zu vermeiden. Sie erlauben jedoch, dass die Temperaturen 1.5C im Laufe des Jahrhunderts übersteigen, solange sie bis zum Jahr 1.5 unter 2100C fallen. Dies wird als "Überschießen" -Szenario bezeichnet.
1.5C ist nur in einigen zukünftigen Pfaden möglich
Um die lebensfähigen Wege zur Begrenzung der Erwärmung auf 1.5C zu bewerten, nutzen die Forscher das neue Geteilte sozioökonomische Pfade (SSP) zur Vorbereitung auf den Bewertungsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC), der für Anfang des nächsten Jahrzehnts vorgesehen ist. Diese SSPs, auf die Carbon Brief in den kommenden Wochen eingehen wird, stellen fünf mögliche Zukunftswelten vor, die sich in ihrer Bevölkerung, ihrem Wirtschaftswachstum, ihrer Energienachfrage, ihrer Gleichheit und anderen Faktoren unterscheiden.
Jede Welt könnte mehrere unterschiedliche Klima-Trajektorien haben, obwohl einige es viel leichter haben werden, Emissionen zu reduzieren als andere. Der neue Klimaverlauf, der mit der Vermeidung von mehr als 1.5C-Erwärmung in 2100 einhergeht, wird als repräsentativer Konzentrationspfad 1.9 ("RCP1.9") bezeichnet, eine Welt, in der der Strahlungsantrieb von Treibhausgasen auf nicht mehr als 1.9 Watt pro Quadratmeter begrenzt ist. m2) über dem vorindustriellen Niveau. Dies ist niedriger als die bisher von Klimamodellern verwendete Bandbreite von RCPs, die von 2.6 bis 8.5W / m2 reichte.
Die sechs IAMs finden alle brauchbare 1.5C-Szenarien in SSP1, was einen Weg darstellt, der sich auf "integrative und nachhaltige Entwicklung" konzentriert. Vier der sechs Modelle finden Wege in SSP2, einem mittleren Szenario, in dem Trends weitgehend historischen Mustern folgen. Keine Modelle zeigen brauchbare 1.5C-Pfade in SSP3, einer Welt der "regionalen Rivalität" und des "wiederauflebenden Nationalismus" mit wenig internationaler Kooperation.
Schließlich verfügt nur eines der Modelle über einen 1.5C-Pfad in SSP4, einer Welt mit "hoher Ungleichheit", während zwei Modelle in SSP5, einer Welt mit "schnellem Wirtschaftswachstum" und "energieintensiven Lebensstilen", über funktionsfähige Pfade verfügen.
Die Emissionen müssen schnell ansteigen
Um die Erwärmung auf unter 1.5C zu begrenzen, verlangen alle von den Forschern untersuchten Modelle, dass die globalen Emissionen ihren Höhepunkt bei 2020 erreichen und danach steil abfallen. Nach 2050 muss die Welt die Netto-CO2-Emissionen auf Null reduzieren und die Emissionen müssen in der zweiten Hälfte des 21-Jahrhunderts zunehmend negativ werden.
Trotz dieser schnellen Reduktionen übertreffen alle betrachteten Szenarien die 1.5C-Erwärmung in den 2040s immer noch, bevor sie von 1.3 auf etwa 1.4-2100C über dem vorindustriellen Niveau abfallen. Modelle mit schnelleren Reduktionen - in der Regel mit SSP1 assoziiert - haben eine geringere Temperaturüberschreitung als solche mit langsameren Reduktionen.
In der folgenden Abbildung sind die CO2-Emissionen (links) und die globale Erwärmung über dem vorindustriellen (rechts) in allen untersuchten 1.5C-Modellen dargestellt. Die Linien sind basierend auf dem verwendeten SSP farbig.
CO2 - Emissionen in Gigatonnen (Gt) CO2 (links) und globale mittlere Oberflächentemperatur relativ zum vorindustriellen (rechts) über alle RCP1.9 / 1.5C - Szenarien in Rogelj und andere 2018. Daten verfügbar in der IIASA SSP-Datenbank. Chart von Carbon Brief mit Highcharts.
Die Modelle zeigen eine verbleibende 1.5C "Kohlenstoffbudget"Von 2018 zu 2100 zwischen -175 und 400 Gigatonnen von CO2 (GtCO2). Dieser Bereich ist im Einklang mit Schätzungen von dem IPCC 5th Assessment Report.
Die große Bandbreite ist hauptsächlich auf die Unterschiede bei den Emissionen von CO2-freien Treibhausgasen wie Methan und Lachgas zurückzuführen, die in den Modellen von 2100 um einen Faktor zwischen zwei und drei variieren. Einige Modelle mit höheren Nicht-CO2-Emissionen haben ein verbleibendes Kohlenstoffbudget von weniger als Null, so dass mehr CO2 aus der Atmosphäre entfernt werden muss, als bis zum Ende des Jahrhunderts hinzugefügt wurde. In diesen Simulationen wurde das Kohlenstoffbudget für 1.5C bereits aufgebraucht.
Die zentrale Schätzung für die Modelle lautet, dass das verbleibende 2018-2100-Kohlenstoffbudget in der Nähe von 230 GtCO2 liegt. Bei der derzeitigen Emissionsrate würde dies etwa sechs Jahre ermöglichen, bis das gesamte 1.5C-Budget aufgebraucht ist, und zwar in einer Bandbreite von null bis 11 für alle Modelle.
Fossile Brennstoffe durch erneuerbare ersetzen
Die Studie untersucht die unterschiedlichen Möglichkeiten, den globalen Energiebedarf zu decken und gleichzeitig die Treibhausgasemissionen zu senken, um das 1.5C-Ziel zu erreichen. Die Begrenzung der Erwärmung auf unter 1.5C erfordert, dass die Welt alle Arten von fossilen Brennstoffen - oder zumindest solche ohne Begleitstoffe - schnell auslaufen lässt Carbon Capture and Storage (CCS). Gleichzeitig muss die Welt die Nutzung von Kohlenstoffquellen ohne oder mit negativem Kohlenstoff schnell steigern - Dinge wie BECCS, die Energie erzeugen, während CO2 tatsächlich aus der Atmosphäre entfernt wird.
Die folgende Abbildung zeigt die Verwendung von erneuerbaren Energien (links), netto-negativem BECCS (Mitte) und Kohle ohne CCS (rechts) für alle 1.5C-Modelle. Die Farben zeigen, welche SSPs die Modellsimulationen verwenden.
Globaler Primärenergieverbrauch in Exajoule (EJ) für erneuerbare Energien ohne Biomasse (links), BECCS (Mitte) und Kohle ohne CCS (rechts) in allen RCP1.9 / 1.5C-Szenarien. Angepasst von Abbildung 2 in Rogelj und andere 2018.
In den meisten Modellen steigt der Gesamtenergieverbrauch tatsächlich zwischen 2018 und 2100, zwischen -22% und + 83%, mit einer zentralen Zunahme von 22%.
Die Modelle zeigen aber auch, dass die Energieeffizienz auf kurze Sicht sehr wichtig ist - zumindest, während die meiste Energie aus fossilen Brennstoffen kommt. Dies ist besonders wichtig im Transport- und Baubereich, wo eine schnelle Dekarbonisierung schwieriger ist als bei der Stromerzeugung.
Die Modelle zeigen eine geschätzte 60-80% aller Energie aus erneuerbaren Energien weltweit von 2050. Einige Modelle zeigen auch eine viel größere Rolle für die Kernenergie, andere jedoch nicht.
Um die Erwärmung auf 1.5C zu begrenzen, sinkt der Kohleverbrauch ohne CO2-Abscheidung um 80% von 2040, wobei Öl in ähnlicher Weise von 2060 weitgehend ausläuft. Dies würde erfordern, dass die meisten Benzin- oder Dieselfahrzeuge von 2060 ausgemustert werden, wobei elektrische oder andere kohlenstoffarme Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff die große Mehrheit der Verkäufe lange vor diesem Datum ausmachen. Der zukünftige Erdgasverbrauch ist in den Modellen gemischter, wobei einige bis zur Mitte des Jahrhunderts Zunahmen zeigen und einige abnehmen.
Emissionen müssen negativ werden
Negative Emissionen werden in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts benötigt, um das zusätzliche CO2 aus der Atmosphäre zu ziehen. Dies liegt daran, dass die Emissionen in den Modellen nicht schnell genug absinken können, um eine Überschreitung des zulässigen Kohlenstoffbudgets zur Vermeidung einer 1.5C-Erwärmung zu vermeiden.
Die meisten Modelle emittieren ungefähr 50-200% mehr CO2 als das zulässige Kohlenstoffbudget im Laufe des Jahrhunderts, bevor sie das zusätzliche CO2 wieder herausziehen.
Die Modelle gehen von einer weitgehenden Übernahme von BECCS aus, die zwischen 2030 und 2040 beginnt und dann schnell skaliert. Von 2050 haben viele Modelle BECCS produzieren mehr als 100 Exajoules (EJ), etwa die gleiche Menge an Energie weltweit wie Kohle heute bietet. Von 2100 wird BECCS in der Nähe von 200EJ im Vergleich zu 300EJ für alle erneuerbaren Energien ohne Biomasse sein.
Die folgende Abbildung zeigt die Menge an CO2, die von CCS (sowohl von BECCS als auch von fossilen Brennstoffen) in allen Modellen abgeschieden wurde. Die CO2-Bindung steigt nach 2020 und könnte bis zum Ende des Jahrhunderts 20 GtCO2 oder höher sein, was rund die Hälfte der weltweiten CO2-Emissionen in 2018 ausmacht.
Jährliche CO2-Abscheidung durch CO 2 -Abtrennung und -Speicherung in Gigatonnen (Gt) CO2 pro Jahr und SSP über alle RCP1.9 / 1.5C-Szenarien hinweg. Angepasst von Abbildung 3 in Rogelj und andere 2018.
Die Modelle liefern Schätzungen der globalen Waldbedeckungsänderungen zwischen -2% und 26% zwischen heute und 2100, wobei die meisten Modelle einen signifikanten Anstieg der Waldbedeckung aufweisen. Sowohl BECCS als auch Aufforstung erfordern viel Land. Die meisten Modelle zeigen einen Rückgang der weltweiten Anbauszenarien, der in etwa der Fläche entspricht, die derzeit in der gesamten Europäischen Union für die Landwirtschaft genutzt wird.
Die meisten der in der Studie verwendeten Modelle enthalten jedoch keine Aufforstung als explizite Minderungsoption, also Aufforstung und andere "Natürliche" negative Emissionstechnologien könnte möglicherweise eine größere Rolle in der Zukunft spielen. Die für künftige negative Emissionen verwendeten spezifischen Technologien können unterschiedlich sein und weniger abhängig von BECCS sein, aber Nicht-BECCS-Ansätze werden aufgrund der verbleibenden Unsicherheiten bei den Kosten und der Effektivität im Maßstab weitgehend aus den Modellen ausgeschlossen.
In ähnlicher Weise unterscheidet sich die Menge an verwendetem BECCS zwischen Modellen und über SSPs ziemlich, wobei SSP1 die geringsten Emissionen erfordert und SSP5 aufgrund seiner langsameren Emissionsreduktionen und des höheren Gesamtenergieverbrauchs am meisten benötigt.
Dr. Joeri Rogelj, der Hauptautor des Papiers von der Internationale Institut für Angewandte Systemanalyse (IIASA) in Österreich, berichtet Carbon Brief:
"Dies zeigt, dass die Konzentration auf nachhaltige Lebensstile, die den Energiebedarf begrenzen, die Abhängigkeit von BECCS stark reduzieren kann."
Eine interessante Konsequenz des 1.5C-Ziels ist eine geringere Verwendung fossiler Brennstoffe in Kombination mit CCS im Vergleich zu 2C-Szenarien. Dies liegt daran, dass fossile Brennstoffe mit CCS immer noch Methanemissionen aus Kohlebergbau oder Gashandling sowie CO2-Emissionen aufgrund von unvollständiger Abscheidung und Leckage verursachen. Diese zusätzlichen Emissionen können zu wichtig werden, um sie in einer 1.5C-Welt in großem Umfang zu ermöglichen.
Wesentlich schwieriger zu erreichen 1.5C als 2C
Zusätzlich zu den Details, was nötig wäre, um die Erwärmung auf 1.5C zu begrenzen, wird das Papier auch mit bestehenden 2C-Szenarien in verschiedenen Kategorien verglichen. Die folgende Abbildung zeigt den Unterschied zwischen 1.5C- und 2C-Szenarios sowohl bei den ökonomischen als auch bei den CO2-Reduktionsmetriken. Jede gestrichelte Linie stellt einen 100% igen Anstieg der Kosten oder des Aufwands in einer 1.5C-Welt im Vergleich zu einer 2C-Welt dar.
Relative Erhöhung der Kosten und CO2-Reduktionsmetriken für 1.5C-Szenarien im Vergleich zu 2C-Szenarien für verschiedene SSPs. Jede gestrichelte Linie stellt einen 100% Anstieg der Kosten oder Reduktionsmenge dar, bis zu einem 500% Anstieg. Aus Abbildung 4 in Rogelj und andere 2018.
Die größten Zunahmen sind in den Kohlenstoffpreisen, die zwischen 200% und 400% höher sein müssen, und in den kurzfristigen Kosten, die 200% zu über 300% höher sind. Diese Erhöhungen der kurzfristigen Kosten sind auf die verschärften kurzfristigen Emissionsreduktionen zurückzuführen. Die langfristigen Kosten werden voraussichtlich um 200% höher liegen.
Für CO2-Reduktionsmetriken benötigt eine 1.5C-Welt eine etwa zwei- bis dreimal so große CO2-Reduzierung von Gebäuden und Transportwegen wie in einer 2C-Welt. Diese Sektoren sind schwieriger zu entkarbonisieren als die Stromerzeugung, da sie die direkte Verbrennung von fossilen Brennstoffen umfassen, die weniger leicht ersetzt werden können.
Schwierig, aber möglich?
Die neuen Szenarien in dieser Studie sind wichtig, weil sie zeigen, dass es mögliche Trajektorien und technologische Wege gibt, die die Erwärmung in 1.5 auf unter 2100C begrenzen können. Alle Modelle enthalten jedoch 1.5C-Überhitzung in der Mitte des Jahrhunderts. Die meisten verlassen sich auch auf große Mengen von immer noch unbewiesen negative Emissionen im späteren Verlauf des Jahrhunderts, um in naher Zukunft eine schrittweise Verringerung der Emissionen zu ermöglichen.
As Dr. Glen Peters, ein leitender Forscher an der CICERO Zentrum für internationale Klimaforschung in Norwegen, die nicht an der Studie beteiligt war, sagt Carbon Brief:
"Die Begrenzung der Temperatur auf 1.5C nähert sich denen, die Modelle liefern können, wobei nur bestimmte sozioökonomische, technologische und Ressourcen-Annahmen den 1.5C-Wegen zugänglich sind. Wie man die Modellergebnisse in eine lebensfähige Gesellschaftstransformation umwandeln kann, bleibt der Elefant im Raum. Die 1.5C-Szenarien erfordern eine radikale Reduzierung des unverminderten Einsatzes fossiler Brennstoffe, eine schnelle Expansion nicht-fossiler Energiequellen und die Entfernung von Kohlendioxid im planetaren Maßstab. Wenn Sie einen dieser Kernbausteine nicht erfüllen, wird 1.5C schnell unbrauchbar. "
Hinweis: Begleitend zur Veröffentlichung der Studie wird ein neu aktualisiert SSP-Emissionen und Szenario-Datenbank, die Daten für alle SSP-Szenarien enthält.
Rogelj, J. et al. (2018) Szenarien zur Begrenzung der globalen mittleren Temperaturerhöhung unter 1.5C, Nature Climate Change,
doi:10.1038/s41558-018-0091-3
Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Carbon Brief
Über den Autor
Zeke Hausfather deckt die Forschung in den Bereichen Klimawissenschaft und Energie mit US-Schwerpunkt ab. Zeke hat Master-Abschlüsse in Umweltwissenschaften von der Yale University und der Vrije Universiteit Amsterdam und promoviert in Klimaforschung an der University of California, Berkeley. Er hat die vergangenen 10-Jahre als Datenwissenschaftler und Unternehmer im Cleantech-Sektor verbracht.
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