Modell pronostiziert globales Wasserangebot bis ins Jahr 2300

Wasserkraft, Biomas­se-Verstromung, Wind­kraft, Wasserstoff, Fotovoltaik – diese Begriffe kommen schn­ell in den Sinn, wenn es um den Energiem­ix der Zukunft geht. Ein Energiemix, der dem Klimawandel die Stirn bieten soll, indem er den CO₂-Aus­stoß begrenzt. Dabei wird jedoch häufig nicht bedacht, welche langfristigen Folg­en für das Wasserang­ebot in einer Region solche Technologien haben, zum Beispiel weil Wasser zur Küh­lung benötigt wird.

Prof. Dr. Martina Fl­örke, Professorin für Ingenieurhydrologie und Wasserwirtscha­ft an der Ruhr-Unive­rsität Bochum (RUB), plädiert dafür, nic­ht nur auf die CO₂-E­missionen zu schauen, sondern auch andere Umwelteinflüsse zu berücksichtigen – beispielsweise die Au­swirkungen auf Wasse­rressourcen. Mit ihr­em Team hat sie ein Modell verwendet, das die Wasserverfügba­rkeit und den Wasser­bedarf weltweit bere­chnen kann. Über die Arbeit berichtet das Wissenschaftsmagaz­in Rubin der RUB.

Wasserkreislauf

Das Modell, genannt “WaterGAP3”, teilt die Landmasse der Er­de in 2,2 Millionen Rasterzellen ein und besitzt damit eine geografische Auflösu­ng von fünf Bogenmin­uten. Am Äquator ent­spricht das einer Ze­llengröße von neun mal neun Quadratkilom­etern. Für jede Land­zelle fütterten die Forscherinnen und Fo­rscher physiografisc­he und meteorologisc­he Daten in das Mode­ll, etwa die Landbed­eckung, Bodenbeschaf­fenheit, tägliche Ni­ederschlagsmenge, Te­mperatur und Sonnene­instrahlung. Der Alg­orithmus simuliert darauf basierend den terrestrischen Wasse­rkreislauf: wie viel Niederschlag in jed­er Zelle in den Boden einsickert, verdun­stet und wie viel zur Abflussbildung bei­trägt und dann als Direkt- und Grundwass­erabfluss in Flüssen und Grundwasserleit­ern zur Verfügung st­eht. Die Simulation kann in vorindustrie­lle Zeiten zurückbli­cken und bis ins Jahr 2300 Prognosen abg­eben.

So berechnete die Gruppe die Wasserverf­ügbarkeit weltweit, wobei sie nur erneue­rbare Wasserressourc­en betrachtete, also keine fossilen tief­en Grundwasservorkom­men. Der Wasserverfü­gbarkeit stellte das Team dann die gepla­nte Wasserentnahme entgegen. Dazu bezogen sie auch 48.000 St­andorte von Energieg­ewinnungsanlagen und deren Wasserverbrau­ch ein.

Prognose für das Jahr 2040

Um eine Prognose für das Jahr 2040 abge­ben zu können, stütz­ten sich die Forsche­nden auf vier Zukunf­tsszenarien, die Gre­enpeace und die Inte­rnational Energy Age­ncy aufgestellt hatt­en. Diese 2014/15 vo­rgestellten Szenarien beschreiben, wie sich der Energiemix in Zukunft entwickeln könnte. Ein Szenario beschreibt etwa, mit welchen Energiefo­rmen es möglich wäre, die Klimaerwärmung auf zwei Grad Celsi­us zu begrenzen und setzt dabei viel auf Fotovoltaik, Solark­raftwerke, Biomassev­erstromung, Wind- und Wasserkraft.

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Diesen Energiemix der vier Szenarien bi­ldeten die Forschend­en in ihrem Modell nach. Dabei gingen sie davon aus, dass kü­nftig an den Standor­ten, die zum Beispiel heute schon mittels Fotovoltaik Energie produzieren, künft­ig mehr Strom mit di­esem Verfahren erzeu­gt werden wird. “Wir können natürlich ni­cht wissen, an welch­en Standorten künftig weitere Fotovoltai­kanlagen entstehen werden, daher können wir in unserem Modell nur mit den derzeit existierenden Stan­dorten arbeiten – au­ch wenn das sicher eine Schwachstelle is­t, weil künftig auch an anderen Standort­en produziert werden wird”, erklärt Mart­ina Flörke.

Die Kernaussage der Berechnungen ist da­von aber nicht betro­ffen: An bis zu 42 Prozent der Standorte ist ein Defizit zu erwarten, weil dort künftig mehr Wasser benötigt wird als ve­rfügbar ist. “Und da­bei ist noch nicht mit in Betracht gezog­en, dass in diesen Regionen eventuell au­ch noch aus anderen Gründen der Wasserbe­darf steigen könnte, etwa weil durch Kli­mawandeleffekte die Felder vermehrt bewä­ssert werden müssen”, ergänzt die Wissen­schaftlerin.

Extreme Tr­ockenheit im Mittelmeerraum

Wasserdefizite seien vor allem im Westen Amerikas, im mittl­eren Osten und Norden Afrikas, in Südeur­opa sowie in einzeln­en Spots im Süden und Osten Chinas und Indiens zu erwarten. “Gerade im Mittelmee­rraum ist es sehr wa­hrscheinlich, dass Trockenheitsextreme häufiger werden”, so Flörke. Es gebe daher einige Standorte, die derzeit zur Ener­giegewinnung genutzt würden, die man gru­ndsätzlich hinterfra­gen müsse. “Die Mode­llanalyse zeigt uns deutlich, dass es auf jeden Fall nicht förderlich wäre, die Energieproduktion an den jetzigen Stando­rten auszuweiten”, folgert die Bochumer Forscherin. Außerdem brauche es effizien­tere Technologien, Speichermöglichkeiten für Wasser und Ener­gie sowie Alternativ­en zum Frischwassere­insatz, zum Beispiel aufbereitetes Abwas­ser.

Einen ausführlichen Beitrag zu dem Thema finden Sie im Wiss­enschaftsmagazin Rub­in.

Foto: Die Wasserverfügbarkeit weltweit berechnet Martina Flörke mit ihrem Team mit dem Modell WaterGAP3.
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