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2024-03-25Kumulative Dissertation DOI: 10.18452/28361
Modeling the global potential and limitations of biomass pyrolysis as a negative emission technology using a dynamic vegetation model
dc.contributor.authorWerner, Constanze Inge Maria
dc.date.accessioned2024-03-25T08:54:23Z
dc.date.available2024-03-25T08:54:23Z
dc.date.issued2024-03-25none
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/29049
dc.description.abstractDer anhaltende Anstieg der anthropogenen Treibhausgasemissionen führt zu einer erheblichen Verschärfung des Klimawandels und bedroht damit zunehmend die Integrität der Biosphäre und Gesellschaften weltweit. Negative Emissions-Technologien (NETs) wie die Pyrogene Kohlenstoffbindung und -speicherung (PyCCS) bieten potenzielle Lösungsansätze zur Minderung dieser Bedrohung. Diese Dissertation umfasst drei Studien, in denen das Vegetationsmodell LPJmL angewendet wird, um die globalen biogeochemischen Potenziale von PyCCS unter verschiedenen Implementierungsszenarien zu analysieren und die damit verbundenen Landnutzungsdynamiken zu evaluieren, die zu den kritischsten Zielkonflikten gehören. Zunächst zeigt die erste Studie mithilfe einer bedarfsorientierten Analyse, dass die Speicherung von Pflanzenkohle im Boden das Potenzial aufweist, NE von einem Umfang zu liefern, der laut klima-ökonomischen Szenarien zur Begrenzung der globalen Klimaerwärmung auf 1,5°C erforderlich wäre, was als besonders schwer vereinbar mit Naturschutz identifiziert wird. Die zweite Studie untersucht darauffolgend einen PyCCS-Ansatz, der den Landnutzungsdruck reduziert, indem Ackerflächen für PyCCS freigegeben werden, während die Kalorienversorgung auf den verbleibenden Anbauflächen durch Ertragssteigerungen mittels Pflanzenkohlezuführung aufrechterhalten wird. Dieser Ansatz könnte NE aus Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung—eine wichtige NET in ökonomischen Mitigationsszenarien—ersetzen und Flächen freigeben, die alternativ die Kalorienproduktion oder Naturschutzflächen fördern könnten. Im Rahmen der dritten Studie baut die Dissertation das Verständnis über das Potenzial von LCN-PyCCS als Instrument zur Klimastabilisierung durch die zusätzliche Darstellung der sich verbreitenden Praxis der Pflanzenkohle-basierten Düngung und Sensitivitätsanalysen der angenommenen Pyrolyseparameter und Bewirtschaftungsintensitäten weiter aus.ger
dc.description.abstractThe ongoing rise in anthropogenic greenhouse gas emissions is significantly exacerbating climate change, which poses an increasing threat to the integrity of the biosphere and societies worldwide. Negative emission technologies (NETs) like Pyrogenic carbon capture and storage (PyCCS) offer potential mitigation solutions. This dissertation comprises three studies that apply the Dynamic Global Vegetation Model LPJmL to estimate global biogeochemical potentials of PyCCS under different deployment scenarios and evaluate the associated land use dynamics, which are among the most critical potential trade-offs. The first study is a demand-driven analysis aiming to achieve NEs projected to be required for limiting global warming to 1.5°C by PyCCS deployment. It finds that that biochar application has the potential to deliver these NEs — yet only under significant land use expansion, posing a significant threat to areas identified as particularly relevant for conservation. Subsequently, a novel approach to PyCCS deployment was assessed that reduces land pressure by releasing cropland to PyCCS feedstock production while maintaining calorie supply through biochar-mediated yield increases on remaining cropland. Based on this allocation scheme and LPJmL-computed biomass yields, a sequestration potential of 0.44–2.62 Gt CO2 yr−1 was quantified alongside calculating the potential benefits of replacing NE from BECCS (bioenergy with carbon capture and storage — a prominent NET in stabilization scenarios of climate economics) with PyCCS for nature restoration and calorie production. The understanding of the potential for LCN-PyCCS as a strategy for climate stabilization was further expanded by the representation of the emerging practice of biochar-based fertilization (i.e., biochar applied as mixtures with fertilizer at lower rates than the previously evaluated soil amendment) and sensitivity analyses of assumed pyrolysis parameters and management intensities in the third study.eng
dc.language.isoengnone
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.relation.haspart10.1088/1748-9326/aabb0e
dc.relation.haspart10.1029/2021EF002583
dc.rights(CC BY 4.0) Attribution 4.0 Internationalger
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectPyrolyseger
dc.subjectNegativemissionenger
dc.subjectPflanzenkohleger
dc.subjectCO2-Entnahmeger
dc.subjectpyrolysiseng
dc.subjectnegative emissionseng
dc.subjectbiochareng
dc.subjectcarbon dioxide removaleng
dc.subject.ddc550 Geowissenschaftennone
dc.titleModeling the global potential and limitations of biomass pyrolysis as a negative emission technology using a dynamic vegetation modelnone
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/29049-2
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/28361
dc.date.accepted2023-10-25
dc.contributor.refereeFuss, Sabine
dc.contributor.refereeHickler, Thomas
dc.contributor.refereeSauter, Tobias
local.edoc.pages176none
local.edoc.type-nameKumulative Dissertation
bua.departmentMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultätnone

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