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2021-10-06Kumulative Dissertation DOI: 10.18452/23396
The implications of large-scale irrigated bioenergy plantations for future water use and water stress
dc.contributor.authorStenzel, Fabian
dc.date.accessioned2021-10-06T09:06:08Z
dc.date.available2021-10-06T09:06:08Z
dc.date.issued2021-10-06none
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/24078
dc.description.abstractDiese Arbeit ist die erste systematische Analyse des globalen Bewässerungsbedarfs für die Bioenergieproduktion des 21. Jahrhundert. In der aktuellen Literatur finden sich diesbezüglich Prognosen von 128,4–9000 km3 yr−1. Die Zahlen hängen stark von den gewählten Parametern und Annahmen sowie den angewandten Methoden und Modellen ab. In systematischen Simulationen für die wichtigsten Parameter mit dem globalen Vegetationsmodell LPJmL, ergeben sich zwei mögliche Pfade um die Erwärmung auf 1.5°C zu begrenzen. Entweder müssten hocheffiziente Bioenergiesysteme entwickelt werden oder es müsste eine unbegrenzte Plantagenfläche bewässert werden dürfen, ohne dabei den Wasserbedarf der Ökosysteme zu berücksichtigen. Letzteres führt zu einem Interessenkonflikt, bei dem die Biomasseproduktion zur Klimarettung auf der einen Seite und der Schutz von Ökosystemen auf der anderen Seite stehen. Ein weiteres Dilemma wird sichtbar, wenn man den Wasserstress, der sich aus der zusätzlichen Bewässerung ergäbe, mit dem in einer durch ungebremsten Klimawandel um 3°C erwärmten Welt ohne Bioenergie vergleicht: In beiden Szenarien könnte (im Vergleich zu heute) der Wasserstress bis zum Ende des 21. Jahrhunderts stark steigen. Tatsächlich ergäbe sich im Bioenergie-Szenario aber sogar potenziell mehr Wasserstress als im Klimawandel-Szenario. Nachhaltiges Wassermanagement als Kombination aus Wasserentnahmebeschränkungen gemäß den Anforderungen von Flussökosystemen und verbessertem Wassermanagement auf agrarischen Nutzflächen hätte das Potenzial, diesen zusätzlichen Wasserstress zu begrenzen, wäre jedoch auf globaler Ebene schwierig zu etablieren. Diese Arbeit bestätigt, dass Bioenergieplantagen neben den Negativemissionen, die sie liefern sollen, auch zu unerwünschten Nebenwirkungen in anderen Dimensionen des Erdsystems führen könnten.ger
dc.description.abstractThis thesis provides a first systematic assessment of 21st century global irrigation water demands for bioenergy production, for which the current body of literature projects a range of 128.4–9000 km3 yr−1. The numbers strongly depend on the parameters and assumptions chosen as well as methodologies and models applied. Systematic simulations for the identified key parameters in the dynamic global vegetation model LPJmL yield that even with optimal bioenergy plantation locations, 1.5°C can only be reached in scenarios with highly efficient bioenergy systems or strong irrigation expansion without withdrawal limitations. As a result of the large irrigation requirements, a conflict of interest arises between producing sufficient biomass and protecting environmental flows. A further dilemma is delineated by a comparison of the water stress resulting from the additional irrigation needed to limit climate change and the water stress in a 3°C warmer world without bioenergy. In both scenarios, the global area and the number of people experiencing water stress would increase severely by the end of the 21st century. The bioenergy scenario shows even higher water stress than the case of unmitigated climate change. Sustainable water management, as a combination of water withdrawal restrictions according to environmental flow requirements and improved on-field water management, has the potential to limit this additional water stress. But it would be a challenge to establish such strategies on a global scale. This work confirms that in order to provide large amounts of negative emissions, BECCS might lead to undesired deterioration of our environment and impacts for humanity. It further highlights the dilemma of rising water stress regardless whether climate change or climate change mitigation via irrigated bioenergy become a reality.eng
dc.language.isoengnone
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.relation.haspart10.5194/hess-25-1711-2021
dc.relation.haspart10.1038/s41467-021-21640-3
dc.relation.haspart10.1088/1748-9326/ab2b4b
dc.rights(CC BY 4.0) Attribution 4.0 Internationalger
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectKlimawandelger
dc.subjectNegative Emissionenger
dc.subjectMitigationger
dc.subjectBioenergieger
dc.subjectBECCSger
dc.subjectBiomasseplantagenger
dc.subjectBewässerungger
dc.subjectWasserbedarfger
dc.subjectWasserknappheitger
dc.subjectWasserstressger
dc.subjectclimate changeeng
dc.subjectnegative emissionseng
dc.subjectmitigationeng
dc.subjectbioenergyeng
dc.subjectBECCSeng
dc.subjectbiomass plantationseng
dc.subjectirrigationeng
dc.subjectwater demandeng
dc.subjectwater stresseng
dc.subjectwater scarcityeng
dc.subject.ddc500 Naturwissenschaften und Mathematiknone
dc.subject.ddc551 Geologie, Hydrologie, Meteorologienone
dc.titleThe implications of large-scale irrigated bioenergy plantations for future water use and water stressnone
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24078-9
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/23396
dc.date.accepted2021-09-14
dc.contributor.refereeFlörke, Martina
dc.contributor.refereeFuss, Sabine
dc.contributor.refereeKrüger, Tobias
dc.subject.rvkRB 10672
dc.subject.rvkRB 10438
local.edoc.pages172none
local.edoc.type-nameKumulative Dissertation
bua.departmentMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultätnone

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