Neuer Ansatz für die Emissionsmodellierung

22.11.2021

Selbst wenn alle Länder ihre Klimaziele für 2030 erfüllen, scheint das 2-Grad-Ziel des Pariser Abkommens nicht erreichbar. Zu diesem Ergebnis kommt ein neues Verfahren, das den globalen Verlauf von Treibhausgasemissionen bis 2100 modelliert – die jüngsten Entwicklungen rund um die UN-Klimakonferenz in Glasgow sind dabei aber nicht berücksichtigt. Das umfangreiche Modellierungs-Verfahren wurde von einem internationalen Team aus Forschenden entwickelt und in einer Studie vorgestellt, die am 22.11.2021 im Fachjournal „Nature Climate Change” erschienen ist (siehe Primärquelle). Die Berechnungen der Studie prognostizieren eine durchschnittliche Erderwärmung von 2,2 bis 2,9 Grad bis 2100 im Vergleich zur vorindustriellen Zeit – abhängig von den Annahmen, die in das Modell eingehen.

Frühere Modellierungen gingen meist von einem gesetzten Temperaturziel aus – zum Beispiel dem 2-Grad-Ziel – und bestimmten Emissionsverläufe, die mit diesem Ziel kompatibel sind. Die Modellierung der Autoren und Autorinnen der aktuellen Studie läuft andersherum: Basierend auf heutiger Klimapolitik berechnen die Forschenden den wahrscheinlichsten Emissionsverlauf bis 2100. Dazu vergleichen sie sieben verschiedene „Integrated Assessment Models”, die modellieren, wie sich Energiewirtschaft und Gesellschaft in den nächsten Jahrzehnten entwickeln werden. Jedes dieser Modelle arbeitet mit unterschiedlichen Annahmen – etwa wie schnell der Ausbau der erneuerbaren Energien vorangeht, welchen Anteil Wasserstoff im Energiemix haben wird, in welchem Ausmaß es möglich sein wird, CO₂ aus der Atmosphäre abzuscheiden und zu speichern oder wie sich die Bevölkerung einzelner Regionen entwickelt. Die Forschenden kombinieren die Modelle dann mit einer Reihe von Szenarien, wie sich klimapolitische Maßnahmen bis 2030 und darüber hinaus weltweit entwickeln könnten. Einige dieser Szenarien beruhen ausschließlich auf Daten zu aktueller regionaler Klimapolitik. Andere nehmen zusätzlich an, dass alle Staaten ihre nationalen Klimaziele bis 2030 einhalten werden. Langfristige Netto-Null-Versprechen berücksichtigten die Autoren und Autorinnen nicht.

Ihre Analyse zeigt: Die Wahl des Modells hat großen Einfluss darauf, auf welchen Temperaturanstieg die Modellierung hinausläuft – selbst das optimistischste Modell schätzt die Erderwärmung bis 2100 jedoch auf über zwei Grad. Ob Länder ihre Klimaziele bis 2030 vollständig erfüllen, spielt dagegen eine untergeordnete Rolle für die Vorhersage. Die Autoren und Autorinnen der Studie betonen, dass sich Prognosen für die Erderwärmung kaum auf eine einzelne Zahl komprimieren lassen, da den Annahmen, die in die Modelle eingehen, große Unsicherheiten anhaften.

Die Daten, auf denen die Studie basiert, wurden im September 2021 veröffentlicht. Somit sind die Beschlüsse und nachgeschärften Klimaziele, die vor und während der UN-Klimakonferenz COP26 im November bekannt wurden, darin nicht berücksichtigt. Es bleibt daher die Frage, wie belastbar die Prognosen der Modellierung nach der COP26 noch sind. Rund um die Klimakonferenz veröffentlichte Berichte verschiedener Organisationen (siehe [I] [II] [III] oder für einen Überblick [IV]) decken sich aber grob mit den Ergebnissen der Studie, wenn sie auch eine andere Methodik nutzen und deshalb nur begrenzt damit vergleichbar sind: Die Berichte errechnen eine durchschnittliche globale Erwärmung von rund 2,7 Grad gegenüber dem vorindustriellen Niveau auf Basis der aktuellen Klimapolitik und eine Erwärmung von rund 2,4 Grad unter der Annahme, dass alle Staaten ihre Klimaziele erreichen. Nur wenn alle Staaten ihre Netto-Null-Versprechen einhalten – was laut eines Berichts des Climate Action Tracker höchst fragwürdig ist [I] – prognostizieren die Berichte die Erwärmung bis 2100 auf rund 1,8 Grad, mit einem zwischenzeitlichen Höchststand von 1,9 Grad.

Übersicht

Dr. Oliver Geden, Senior Fellow, Abteilung EU/Europa, Stiftung Wissenschaft und Politik – Deutsches Institut für Internationale Politik und Sicherheit (SWP), Berlin

Dr. Klaus Hubacek, Professor an der Faculty of Science and Engineering, Universität Groningen, Niederlande

Dr. Alexander Nauels, Scientific Advisor, Climate Analytics, Berlin

Wolfgang Obergassel, Co-Leiter des Forschungsbereichs Internationale Klimapolitik, Abteilung Energie-, Verkehrs- und Klimapolitik, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH, Wuppertal

Statements

Dr. Oliver Geden

Senior Fellow, Abteilung EU/Europa, Stiftung Wissenschaft und Politik – Deutsches Institut für Internationale Politik und Sicherheit (SWP), Berlin

„Die wesentliche Innovation der Studie liegt darin, die Relevanz der Wahl der Modelle für die Temperaturabschätzung herauszuarbeiten. Diese operieren jeweils mit sehr unterschiedlichen techno-ökonomischen Annahmen über Klimaschutzpfade sowie die eingesetzten Politikinstrumente. Die wesentliche Aussage hierzu ist, dass man solche Langfristkalkulation immer nur modellvergleichend vornehmen sollte. Anderenfalls läuft man Gefahr, dass Unterschiede bei der Temperaturabschätzung nicht auf veränderte Klimapolitiken oder Annahmen über deren weitere Entwicklung zurückzuführen sind, sondern auf die basalen Annahmen des verwendeten Modells – etwa zur steuernden Wirkung von einheitlichen CO₂-Preisen, technologischen Lernkurven oder dem Einsatz spezifischer Politikinstrumente.“

Auf die Frage, ob es sinnvoll ist, langfristige Klimaziele und Netto-Null-Versprechen für 2050 und darüber hinaus nicht in der Modellierung zu berücksichtigen:
„Dieses Vorgehen ist sehr sinnvoll, weil es den Fehler vermeidet, die Weltgemeinschaft schon jetzt für langfristige Ankündigungen ‚zu belohnen‘. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist nicht einmal sicher, ob die meisten Staaten ihre eigenen Klimaziele bis 2030 erreichen werden. Alle Netto-Null-Ziele für Mitte des Jahrhunderts sind im Grunde Versprechen, über deren Realisierungswahrscheinlichkeit man noch keine belastbaren Einschätzungen abgeben kann. Bei manchen dieser nationalen Netto-Null-Ziele, etwa bei Indien für 2070, ist sogar noch unklar, ob sie sich nur auf CO₂ oder auf alle Treibhausgase beziehen – letzteres wäre wesentlichen anspruchsvoller, gerade bei Ländern wie Indien, in denen die Landwirtschaft eine große Rolle spielt.“

„Angesichts des gewählten Ansatzes spielt die Aktualität des Datensatzes keine signifikante Rolle. Ohnehin geht es den Autor:innen nicht so sehr darum, eine neue Temperaturschätzung als ‚die Richtige‘ zu kommunizieren, sondern methodologisch zu klären, was bislang unberücksichtigte oder unterbewertete Faktoren sind, die bei solchen Schätzungen eine große Rolle spielen. Auch wenn sie das selbst nicht so ausdrücken, folgen die damit der Maxime ‚modelling for insights, not for numbers‘ (‚Modellierung für Erkenntnisse, nicht für Zahlen‘; Anm. d. Red.).“

„Meiner Ansicht nach sind alle Schätzungen für einen Temperaturanstieg bis 2100 fragwürdig, weil stets sehr viele Annahmen für die Zeit nach 2030 oder nach 2050 mit eingehen, die entweder nicht transparent gemacht werden oder zumindest nicht deutlich kommuniziert werden – zum Beispiel zu negativen Emissionen und ihrer Verteilung auf einzelne Länder. In den Medien werden dann häufig nur die Schätzwerte wiedergegeben – also etwa ‚1,8 Grad‘ oder ‚2,7 Grad‘ – doch es wird nie gefragt, welche Annahmen zum Beispiel für das eigene Land getroffen wurden, gerade für den Zeitraum nach Erreichen des nationalen Netto-Null-Ziels.“

„Nach heutigem Stand der Forschung ist das 2-Grad-Ziel wohl noch zu schaffen, aber nicht primär aufgrund ambitionierterer Klimapolitik, sondern weil das verbleibende CO₂-Budget zwischen dem fünften und sechsten IPCC-Sachstandsbericht deutlich nach oben korrigiert wurde. Im fünften Sachstandsbericht betrug es 1000 Gigatonnen CO₂ (ab 2011), im sechsten Sachstandsbericht 1150 Gigatonnen CO₂(ab 2020). Berücksichtigt man die realen Emissionen zwischen 2011 und 2019, so beträgt der Unterschied circa 500 Gigatonnen CO₂.“

Dr. Klaus Hubacek

Professor an der Faculty of Science and Engineering, Universität Groningen, Niederlande

„Auch wenn die Studie nur einen Teil der gängigen Integrated Assessment Models nutzt, sind solche Modellvergleiche äußerst nützlich, um zu verstehen, in welchem Ausmaß, für welche Variablen und aus welchen Gründen – aufgrund von Annahmen, Daten oder dem Modellmechanismus – die Modellergebnisse zustande kommen. Die Erkenntnis, dass die Wahl des Modells wichtig ist, ist nicht neu. Dennoch ist es wichtig, dies zu bestätigen und weiter zu untersuchen, da diese Modelle für die Klimaforschung so bedeutsam sind und da die Unsicherheiten in den Modellen zu einem gewissen Grad Unsicherheiten in der realen Welt widerspiegeln darüber wie die Politik und das Verhalten von Entscheidungsträgern, Produzenten und Verbrauchern die Kohlenstoffemissionen und damit die Klimafolgen beeinflussen.”

„Alle benutzten Modelle sind allgemeine oder partielle Gleichgewichtsmodelle, die einer relativ ähnlichen Modelllogik folgen. Dennoch ist es erstaunlich, wie unterschiedlich die Ergebnisse sind, die die Studie hervorgebracht hat. Die Einbeziehung anderer Integrated Assessment Models hätte zu einer noch größeren Streuung führen können und gleichzeitig noch interessantere Analysen dessen, was sein könnte, ermöglicht. Es liegt auf der Hand, dass mehr solcher Studien und Vergleiche erforderlich sind. Angesichts der Bedeutung dieser Art von Modellen für den politischen Diskurs ist weitere Forschung dieser Art erforderlich, um diese Bandbreite an Unsicherheiten und Ergebnissen zu verringern.“

Auf die Frage, ob es sinnvoll ist, langfristige Klimaziele und Netto-Null-Versprechen für 2050 und darüber hinaus nicht in der Modellierung zu berücksichtigen:
„Dies hat keinen Einfluss auf einige der wichtigsten Ergebnisse, die mit der Rolle der Modellwahl und den damit verbundenen Unterschieden zusammenhängen. Die aktuellen Modellläufe sind nach wie vor sinnvoll, da sie die Entwicklungspfade, die wir vor Glasgow (gemeint ist die Klimakonferenz COP26; Anm. d. Red.) hatten, mit den politischen Maßnahmen nach Glasgow vergleichen können. “

„Das Fehlen der Netto-Null-Ziele für 2050, 2060 und 2070 ist natürlich wichtig und wird einen Unterschied machen, wenn sie tatsächlich umgesetzt werden und abhängig davon, wann sie umgesetzt werden. Netto-Null-Ziele erlauben uns, später mit der Reduktion der Emissionen anzufangen und gehen praktischerweise davon aus, dass die Auswirkungen auf Ökosysteme, Erdsysteme und verlorene Arten umkehrbar sind. Wenn wir heute das verfügbare Kohlenstoffbudget überschreiten, müssen wir später mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernen. Aber Integrated Assessment Models sagen nichts über die Trägheit der Erdsystemmodelle oder der Gesellschaft aus – insbesondere nicht, was Kipppunkte betrifft, die überschritten worden sein könnten (wenn das verfügbare Kohlenstoffbudget überschritten wird; Anm. d. Red.), oder über resultierende indirekte Wirkungen zum Beispiel auf Lebensmittelpreise durch zusätzlichen Landbedarf für Energie aus Biomasse.“

Auf die Frage, wie die Ergebnisse der Studie mit Ergebnissen der rund um die Klimakonferenz COP26 erschienenen Berichten des Climate Action Trackers oder der UNEP zusammenpassen:
„Diese Studie kann nicht mit den Vorhersagen verglichen werden, die auf den jüngsten politischen Maßnahmen oder Versprechen basieren, da es viele Möglichkeiten gibt, diese in Modelle einzubauen und die Modellierung daher mehr Zeit in Anspruch nehmen würde. Aber es ist in der Tat ein wichtiger nächster Schritt, die neuen Situationen zu modellieren, die sich im Nachgang der COP26 ergeben werden.”

Auf die Frage, wie die verschiedenen Prognosen aus aktuellen Berichten – im Spektrum von 1,8 bis 2,7 Grad – zusammenkommen und ob das 2-Grad-Ziel noch erreichbar ist:
„Alle diese Szenarien sind möglich. Sie hängen von den politischen Entscheidungen ab, die wir treffen. In Anbetracht der Entscheidungen, die wir aktuell treffen – zum Beispiel fossile Brennstoffe weiter zu subventionieren und in Infrastruktur und Förderung von fossilen Brennstoffen zu investieren – scheinen wir uns auf das obere Ende der Modellszenarien zuzubewegen.”

Dr. Alexander Nauels

Scientific Advisor, Climate Analytics, Berlin

Auf die Frage, wie die verschiedenen Prognosen aus aktuellen Berichten – im Spektrum von 1,8 bis 2,7 Grad – zusammenkommen und ob das 2-Grad-Ziel noch erreichbar ist:
„Allgemein und unabhängig von der Studie ist sehr bedauerlich, dass die während der COP26 veröffentlichten Temperaturprojektionen medial nicht klarer strukturiert kommuniziert werden konnten. Denn die Zahlen sind über alle Quellen hinweg erstaunlich konsistent und müssen nur adäquat zugeordnet werden. Der Blog Carbon Brief hat einen sehr hilfreichen Beitrag hierzu verfasst [1].“

„Es ist eine Dreiteilung vorzunehmen: Aktuelle Maßnahmen führen zu einer Prognose von rund 2,7 Grad Erwärmung in 2100. Die Emissionsreduktionszusagen für 2030 führen zu einer Prognose von rund 2,4 Grad Erwärmung in 2100. Die 2030 Emissionsreduktionszusagen plus vage Netto-Null-Versprechen führen zu einer Prognose von rund 1,8 Grad Erwärmung in 2100.“

„Der Klimapakt von Glasgow macht deutlich, dass es nicht um die Begrenzung des Temperaturanstiegs um zwei Grad geht, sondern um die vollständige Erfüllung der Ziele des Pariser Abkommens und die Begrenzung der Erwärmung auf 1,5 Grad. Dieses Ziel kann mit den aktuell versprochenen Emissionsreduktionsmaßnahmen für 2030 nicht erreicht werden. Die aktuellen Zusagen für 2030 lassen einen Temperaturanstieg im Jahr 2100 von rund 2,4 Grad erwarten. Und dabei ist der Klimapakt von Glasgow sogar explizit: Die CO2 Emissionen im Jahr 2030 müssen im Vergleich zum Jahr 2010 um mindesten 45 Prozent reduziert werden, um 1,5 Grad in Reichweite zu halten. Dies ist physikalisch immer noch machbar und auch der Klimapakt von Glasgow erlaubt eine stark beschleunigte politische Umsetzung. Es ist also ausschließlich eine Frage des politischen Willens in den nächsten Jahren, ob wir noch in der Lage sein werden, den globalen Temperaturanstieg auf 1,5 Grad zu begrenzen.“

Wolfgang Obergassel

Co-Leiter des Forschungsbereichs Internationale Klimapolitik, Abteilung Energie-, Verkehrs- und Klimapolitik, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH, Wuppertal

Auf die Frage, wie die verschiedenen Prognosen aus aktuellen Berichten – im Spektrum von 1,8 bis 2,7 Grad – zusammenkommen und ob das 2-Grad-Ziel noch erreichbar ist:
„Die Berichte der International Energy Agency und des Climate Action Tracker sind völlig konsistent. Die 1,8 Grad der International Energy Agency beruhen auf der Annahme, dass alle Ankündigungen tatsächlich vollständig umgesetzt werden. Die 2,7 Grad des Climate Action Tracker berücksichtigen hingegen nur die bereits umgesetzten Maßnahmen. In einem optimistischen Szenario unter der Annahme, dass alle Ankündigungen umgesetzt werden, projiziert auch der Climate Action Tracker eine Erwärmung von nur 1,8 Grad. Umgekehrt projiziert auch die International Energy Agency auf Grundlage der tatsächlich umgesetzten Maßnahmen eine ähnliche Erwärmung wie der Climate Action Tracker.“

„Das heißt, wenn alle angekündigten Ziele und Maßnahmen tatsächlich umgesetzt werden, ist nach International Energy Agency und Climate Action Tracker das 2-Grad-Limit noch zu schaffen. Wenn weitere Maßnahmen ergriffen werden, ist auch 1,5 Grad noch zu schaffen. Dafür müsste die Politik jetzt aber sehr, sehr schnell nachlegen.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Dr. Oliver Geden: „Interessenskonflikte liegen keine vor.“

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

[II] International Energy Agency (2021): World Energy Outlook 2021.

[III] UN Environment Programme (2021): Emissions Gap Report 2021.

[IV] Hausfather Z (2021): Analysis: Do COP26 promises keep global warming below 2C? Carbon Brief.