Globale Biomasseproduktion
und deren Nutzung
Fridolin Krausmann
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Biomasse Nutzung und gesellschaftliche Eingriffe in
terrestrische Ökosysteme: Der HANPP Ansatz
NPP0
NPPact
Potential vegetation
Actual vegetation
Produktivität der
potenziellen Vegetation
Produktivität der
aktuellen Vegetation
(hypothetische Annahme: ohne
Landnutzung), z.B. Wälder,
Grassländer, Savanna, Wüsten)
Felder, anthropogene
Grassländer, versiegelte
Flächen, etc.
Produktivität
(∆NPPLC)
NPPt
NPP remaining after
harvest
Energiefluss, der nach
dem Biomasseentzug
bei der Ernte im
Ökosystem verbleibt
Ernte (NPPh)
• Indikator für die Intensität der Landnutzung
Gesellschaftliche Aneignung von NPP
• ‚Pressure‘(HANPP)
Indikator, erlaubt eine Analyse
der ‚drivers‘ von Landnutzung
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Gesellschaftliche Aneignung von
Nettoprimärproduktion (HANPP)
NPP
tDM/m²/yr
NPPL
NPPh
NPP remaining
Harvest
Actual Vegetation
in ecosystem (NPPt)
Potential Vegetation NPP0
C
HANPP
NPPh
HANPP = NPP0 – NPPt
NPPt = NPPact – NPPh
HANPP = NPPLC + NPPh
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Ahmed Family, Kairo: 68 USD
Peter Menzel: Hungry Planet: What the World Eats
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Melander family, Germany: 500 USD
Peter Menzel: Hungry Planet: What the World Eats
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Endverbrauch von Biomasse nach Weltregionen
1.800
Energy
1.500
Timber & Paper
Other uses
Animal based food
Plant based food
900
600
300
Northern America
Oceania &
Australia
Latin America &
the Carribean
Western Europe
Sub-Saharan
Africa
E & S.E. Europe
South-Eastern
Asia
C.Asia & Russian
Federation
Eastern Asia
N.Africa & W. Asia
-
Southern Asia
[kg/cap/yr]
1.200
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Endverbrauch von Biomasse:
650 kg pro Kopf und Jahr
Energy
30%
Timber &
paper
19%
Source: Krausmann et al 2008
Plant based
food
38%
Other
material
use
4%
Animal
based food
9%
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Vom Endverbrauch zur Aneignung von
Biomasse
Human appropriation of NPP [t DM/cap/yr]
6,0
5,0
4,0
Productivity loss (land degradation)
3,0
Unused biomass extraction
2,0
Used biomass extraction
1,0
Final biomass consumption
-
HANPP per capita
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Used extraction of biomass:
2000 kg per capita and year
Other uses
11,1%
Industrial
Wood
6,2%
Food
13,7%
Seed
0,7%
Market feed
8,4%
Fuelwood
9,8%
Final Use of global biomass harvest
Grazing,
fodder
50,0%
Source: Krausmann et al 2008
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Land use activities and global HANPP
Built-up
land
4%
Human
induced
fires
7%
Forest
11%
Grazing
land
29%
Cropland
49%
Activities causing global HANPP
Source: Krausmann et al 2008
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Vom Endverbrauch zur HANPP
140
biomass flows (dry matter) [bio tons/yr]
Human appropriation of NPP [t DM/cap/yr]
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
Globale HANPP:
36 mrd Tonnen Biomasse
25% der globalen NPP0
120
100
80
60
40
20
-
-
HANPP per capita
HANPP
NPP0
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Die globale HANPP beträgt etwa 25% der NPP0
Haberl et al. 2007,
PNAS
(b) Aggregate HANPP (NPPLC plus harvest)
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Global Patterns of Trade: The big players
Share of global net biomass trade (DM)
-30%
-20%
-10%
0%
10%
20%
30%
United States of America
Exporters
Imports
Canada
Argentina
Australia
France
Brazil
Thailand
Finland
Malaysia
Russian Federation
Belgium-Luxembourg
Exports
Importers
Spain
Egypt
Netherlands
Mexico
Italy
United Kingdom
Korea, Republic of
China
Japan
Source: based on FAOSTAT 2005
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Netto Aussenhandel mit Biomasse:
per capita flows Net biomass trade (DM) [t/cap]
-3,0
-2,0
-1,0
-
1,0
2,0
Finland
Exporters
Imports
Canada
New Zealand
Australia
Estonia
Latvia
Argentina
Gabon
Sweden
Malaysia
Libyan Arab Jamahiriya
Importers
Exports
Saudi Arabia
Korea, Republic of
Denmark
Japan
Israel
Kuwait
Netherlands
Belgium-Luxembourg
United Arab Emirates
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
HANPP und internationaler Handel
14
• Nur 7% der genutzten Ernte
werden gehandelt (ca.200
kg/cap)
12
[bio t DM]
10
• Die HANPP Vorleistungen der
gehandelten Biomasse sind
groß (global etwa Faktor 6-7x)
8
6
• Internationaler Handel hat einen
deutlichen Einfluß auf nationale
HANPP Muster
4
2
Harvested
biomass
Traded
biomass
Trade related
HANPP
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Biomasse Ernte und technische Energie,
1910 bis 2000
400
Fossil fuel use
Biomass harvest
[EJ/yr]
300
200
100
2000
1990
1980
1970
1960
1950
1940
1930
1920
1910
-
Source: Krausmann, forthcoming
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Globale Biomasse Ernte
1910-2000
• Total biomass
harvest grows
by a factor of
2.8
14.000
Wood
Grazed biomass
12.000
Crop residues
Crops
• Crops grow
fastest (factor
4.5), grazing
most slowly
(1.9)
8.000
6.000
4.000
2.000
2000
1990
1980
1970
1960
1950
1940
1930
1920
-
1910
[1000 t DM]
10.000
Source: Krausmann, forthcoming
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Internationaler Handel mit Biomasse
1962-2000
Global biomass exports [TG dry matter]
1.000
Wood
Animal based
Plant based
750
500
250
1962
1970
1980
1990
2000
Source: based on FAOSTAT 2005
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Entwicklung des Fleischverbrauches
60
Developing countries
China
Meat consumption [kg/cap/yr]
World
40
20
2000
1997
1994
1991
1988
1985
1982
1979
1976
1973
1970
1967
1964
1961
-
Source: based on FAOSTAT 2005
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Energetische Nutzung von Biomasse
• Current global energy production from biomass
• Potential in 2050 according to the World Energy
Assessment [2000]
• World Energy Council/IIASA scenario for 2050
• SRES-IPCC scenarios for 2050
• Long-term potential estimates (various authors)
For comparison:
• Current terrestrial NPP (above+belowground)
• Current global human fossil fuel use (GCV, 2005)
• Total current human harvest of biomass (NPPh)
• Total current used biomass harvest
45 EJ/yr (±10)
 280 EJ/yr
 154 EJ/yr
 193 EJ/yr
 1 135 EJ/yr
2 200 EJ/yr
390 EJ/yr
350 EJ/yr
224 EJ/yr
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
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))
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Ausblick: Bedarfsdeckung
• Ausweitung der Anbauflächen: Reduktion von “wilderness”
• Steigerung des Flächenertrages: Intensivierung; Ökologische
KostenGrenzen: Wasser? Energiebedarf?)
• Effizientere Nutzung von Biomasse: Nutzung von Ernterückständen; kaskadische Nutzung; Fortschritte in der Tierproduktion;
Veränderungen in den Konsummustern (weniger Fleisch)
• Effekte des Klimawandels????
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
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.
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008
Ich Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
Industrielle Biotechnologie mit nachwachsenden Rohstoffen, Frankfurt/M, 11. Juni 2008

HANPP