1 Abstract
2 Datenquelle
- 2.1 Interpolieren
- 2.2 Emissionen weltweit
3 Paris-kompatible Reduktion
- 3.1 Extrapolagtion bei gleichbleibender Politik
4 Bei gleichmäßiger Reduktion ab startyear
5 Video-Generierung
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1 Abstract

Dieses R Markdown Skript dient dazu, als Video zu illustrieren, wie die Verzögerungen im Klimaschutz über das begrenzte CO₂-Budget dazu führen, dass die notwendigen Maßnahmen zur

Sicherung einer lebenswerten und nachhaltigen Zukunft für Alle

immer schwieriger werden.

Es Zeigt sich, dass Deutschland bis zum Jahr 2000 auf einem nachhaltigen Pfad zur Einhaltung unserer Klimaschutz-Verpflichtungen war und dann immer weiter abwich, weil zu wenig unternommen wurde.

2 Datenquelle

Historische Emissionen der Bundesrepublik Deutschland laut Umweltbundesamt. https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/384/bilder/dateien/8_tab_thg-emi-kat_2024-04-02.pdf Für das Budget wird nur CO₂ berücksichtigt, andere Treibhausgase sind kurzlebiger und werden daher nicht berücksichtigt.

f <- read.table("emissionen-brd.csv", sep=" ", header=F);
df <- data.frame(year=as.vector(f[1,], mode='integer'),
                 energie_co2=as.vector(f[2,], mode='integer'),
                 industrie_co2=as.vector(f[3,], mode='integer'),
                 landwirtschaft_co2=as.vector(f[4,], mode='integer'),
                 gesamt=as.vector(f[5,], mode='integer'));

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df <- subset(df, year>=1990);
df$co2_kt <- df$energie_co2 + df$industrie_co2 + df$landwirtschaft_co2;

plot(df$year, df$co2_kt, type='b',
     main='CO2 Emissionen Deutschland',
     ylab='kt CO2 Äquivalente');
grid();

2.1 Interpolieren

tmp <- approx(df$year, df$co2_kt, n=df$year[nrow(df)]-df$year[1]+1);
co2 <- data.frame(year=tmp$x, co2_Gt=tmp$y/(1000*1000));
plot(df$year, df$co2_kt/(1000*1000), type='b',
     main='CO2 Emissionen Deutschland',
     ylab='Gt CO2 Äquivalente');
lines(co2, col='green', type='b');
grid();

2.2 Emissionen weltweit

Global Carbon Project https://zenodo.org/records/14106218/files/GCB2024v18_MtCO2_flat.csv?download=1

c <- read.table("GCB2024v18_MtCO2_flat.csv", sep=",", header=T);
c <- subset(c, ISO.3166.1.alpha.3=='WLD' & Year>=1992)

3 Paris-kompatible Reduktion

Für die Berechnung des Paris-kompatiblen Bürstädter CO₂-Budgets benutzen wir die Methode, die der Sachverständigenrat der Bundesregierung SRU in seinem Sachstandsbericht 2020 auf Seite 52 verwendet hat. Dieser Bericht liegt auch dem Klimaschutz-Urteil des Bundesverfassungsgerichts zugrunde.

Eine ähnliche Berechnung hat der Klimawissenschaftler Stefan Rahmstorf 2019 als “Wie viel CO2 kann Deutschland noch ausstoßen?” dokumentiert.

Globales CO 2 -Budget ab 2018 mit einer 67 prozentigen Wahrscheinlichkeit, deutlich unter 2 °C (1,75 °C) zu bleiben: 800 Gt CO 2 (IPCC 2018b).
Berechnung des globalen CO 2 -Budgets ab 2016 durch Addition der CO 2 -Emissionswerte 2016, die 41 Gt CO 2 betrugen (FRIEDLINGSTEIN et al. 2019): 800 Gt CO 2 + (2 × 41 Gt CO 2 ) = 882 Gt CO 2 .
Berechnung des Paris-kompatiblen CO₂ -Budgets für Deutschland gemäß unserem Anteil an der Weltbevölkerung im Jahr 2016: Quelle: CO₂ Budget Calculator des SRU

# Anzahl Bürger*innen Deutschland
our_citizens <- 82.57E6

# Anzahl Weltbevölkerung
world_citizens <- 7.51E9

# Verbleibendes Rest-Budget Giga-Tonnen
world_budget_2016 <- 882;

# Verbleibendes Budget Deutschland (2016) t
our_budget_2016 <- world_budget_2016 * our_citizens / world_citizens;
our_budget_2016;

## [1] 9.697302

budget <- data.frame(year=2016, remaining=our_budget_2016);
i <- 1;
while (co2$year[i] < 2015) { i <- i+1; }
i2017 <- i+2;
remaining <- our_budget_2016;
while (i>=1) {
   remaining <- remaining + co2$co2[i];
   budget[nrow(budget)+1,] <- c(co2$year[i], remaining);
   i <- i-1;
}

i <- i2017;
remaining <- our_budget_2016;
while (i<=nrow(co2)) {
   remaining <- remaining - co2$co2[i];
   budget[nrow(budget)+1,] <- c(co2$year[i], remaining);
   i <- i+1;
}
budget <- budget[order(budget$year),]
plot(budget, type='b',
     main='Verbleibendes CO2-Budget Deutschland für 2°C Ziel',
     xlim=c(1990,2030),
     ylab='Gigatonnen CO2', ylim=c(0, max(budget$remaining)),
     xlab='Jahr');
grid();

3.1 Extrapolagtion bei gleichbleibender Politik

emission <- co2$co2[nrow(co2)];
reduction_per_year <- -coef(lm('co2_Gt ~ year', subset(co2, year>=2015)))[2]
year <- co2$year[nrow(co2)]+1;
while (remaining > 0) {
   emission <- emission - reduction_per_year;
   remaining <- remaining - emission;
   budget[nrow(budget)+1,] <- c(year, remaining);
   co2[nrow(co2)+1,] <- c(year, emission);
   i <- i+1;
   year <- year+1;
}


plot(budget, type='b',
     main='Verbleibendes CO2-Budget Deutschland mit Extrapolation',
     xlim=c(1990,2030),
     ylab='Gigatonnen CO2', ylim=c(0, max(budget$remaining)),
     xlab='Jahr');
abline(v=2023, col='darkblue');
grid();

plot(co2, type='b',
     main='CO2-Emissionen Deutschland mit Extrapolation',
     xlim=c(1990,2030), ylim=c(0, max(co2$co2)),
     ylab='Gigatonnen CO2',
     xlab='Jahr');
abline(v=2023, col='darkblue');
grid();

4 Bei gleichmäßiger Reduktion ab startyear

Wenn Deutschland seine CO₂-Emissionen ab einem Startjahr startyear gleichmäßig reduziert hätte, dann wäre folgende Reduktionskurve möglich gewesen:

early_startyear <- co2$year[1];
early_startemission <- co2$co2[1];
early_startbudget <- budget$remaining[1];
early_endyear <- early_startyear + 2 * early_startbudget / early_startemission + 1;

plotyear <- function(startyear) {

i <- 1; while (co2$year[i] < startyear) { i <- i+1; }
r <- data.frame(year=f$year[1:(i-1)], emissions=f$co2[1:(i-1)], remaining=f$remaining[1:(i-1)]);

remaining_budget <- f$remaining[i-1];
yearly_emissions <- f$co2[i-1];
remaining_years <- 2 * remaining_budget / yearly_emissions;
reduction_per_year <- yearly_emissions/(remaining_years+1);

year <- startyear;
while (remaining_budget > 0 & yearly_emissions > 0) {
    yearly_emissions <- yearly_emissions - reduction_per_year;
    remaining_budget <- remaining_budget - yearly_emissions;
    r[nrow(r)+1,] = c(year, yearly_emissions, remaining_budget);
    year <- year+1;
}

plot(r$year, r$emissions, type='l',
     xlim=c(1990,2050), ylim=c(0, 1.3),
     ylab='Gt CO2', xlab='Jahr',
     main=sprintf('Emissionen bei Klimaschutzmaßnahmen ab %d', startyear));

polygon(c(early_startyear, early_startyear     , early_endyear),
        c(0              , early_startemission , 0), col='purple',
        angle=45, density=10);
xx <- c(r$year[1], r$year     , r$year[nrow(r)]);
yy <- c(0        , r$emissions, 0);
polygon(xx, yy, col='red')
polygon(xx, yy, col='white', angle=45, density=10);

ap <- approx(c(0, nrow(r)), c(early_startemission , 0), n=early_endyear-early_startyear+1)$y
yy2 <-c(0        ,pmin(r$emissions, ap[1:nrow(r)]), 0);
polygon(xx, yy2, col='red');
#lines(r$year, r$remaining/30, col='green');
lines(c(early_startyear, early_endyear), c(early_startemission, 0));
abline(v=startyear, col='darkblue');
grid();

legend(x= "topright",
       legend=c("Tatsächliche Emissionen", "Klimaschutz ab 1990"),
       col=c("red", "black"),
       angle=c(0, 45),
       density=c(100, 20));

}

f <- merge(co2, budget)

plotyear(1991);

plotyear(2000);

plotyear(2010);

plotyear(2019);

plotyear(2023);

plotyear(2025);

plotyear(2027);

plotyear(2028);

5 Video-Generierung

i <- 1;
y <- f$year[i]+1;
while (y <= f$year[nrow(f)]) {
  png(sprintf("%03d.png", i), width=896, height=504);

  plotyear(y);
  dev.off();
  y <- y +1;
  i <- i +1;
}

system('./makevideo.sh');

Video

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Verwendete Rohdaten

Wirkung des verzögerten Klimaschutzes

Bernd Herd

20. Nov 2024