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Modellierung biomassedominierter Energiesysteme : Methodenentwicklung anhand eines Fallbeispiels im Ost-Pamir, Tadschikistan
(2015) Hohberg, Georg; Kaule, Giselher (Prof. Dr.-Ing.)
Die Bereitstellung und Nutzung biogener Energieträger unterscheidet sich in wesentlichen Aspekten von jener nichtregenerativer Energieträger. Aufgrund ihrer dezentralen und flächenintensiven Erzeugung sind biogene Energieträger durch einen starken Raumbezug, Konkurrenz zu anderen Landnutzungsformen, Rückkopplungen innerhalb des Erzeugungssystems sowie durch Saisonalität und damit Einschränkungen in der Verfügbarkeit geprägt. Biomasse ist heute vor allem in Entwicklungsländern von großer Bedeutung für die Energiebereitstellung. Auch die Energieversorgung im tadschikischen Ost-Pamir, einer in Zentral Asien gelegenen und wenig entwickelten Hochgebirgsregion, ist maßgeblich durch biogene Energieträger geprägt. Ein großer Teil des Energiebedarfs wird hier durch Zwergsträucher (Krascheninnikovia ceratoides und Artemisia spp.) und Viehdung befriedigt. Die Zwergstrauchbestände des Ost-Pamir sind neben ihrer energetischen Verwendung auch als Nahrungsgrundlage für das Nutzvieh bedeutsam. Da bei einer Übernutzung der Zwergstrauchbestände zukünftig weniger Nutzvieh gehalten werden kann, jedoch ausbleibende Dungerträge zukünftig durch zusätzliche Zwergstrauchbiomasse kompensiert werden müssen, besteht die Möglichkeit einer selbstverstärkenden Wirkungskette. Die durch übermäßige Zwergstrauchernte hervorgerufene Degradation von Weideflächen im Ost-Pamir wurde von BRECKLE UND WUCHERER (2006, S.233) als Tereskensyndrom bezeichnet. Die Methode der Energiesystemanalyse wird verwendet, um wissensbasierte Entscheidungsgrundlagen für die Energiepolitik zu liefern. Ein Standardwerkzeug der Energiesystemanalyse sind optimierende Energiesystemmodelle. Diese verstehen Energiesysteme als rein technisch-ökonomische Systeme. Biomassedominierte Energiesysteme hingegen stellen eine Verbindung aus technisch-ökonomischem System, biophysikalischem System und sozialem System dar. Ziel dieser Arbeit ist es, durch Gegenüberstellung und Diskussion verschiedener Modellierungsansätze eine geeignete Methode zur Simulation von biomassedominierten Energiesystemen zu identifizieren und auf ein Fallbeispiel im Ost-Pamir anzuwenden. Im betrachteten Fallbeispiel soll geklärt werden, inwieweit die Zwergstrauchentnahme im Ost-Pamir eine Zerstörung ihrer Wachstumsgrundlagen bedingt und ob kurz bis mittelfristig mit einen Zusammenbruch der lokalen Energieversorgung gerechnet werden muss. Die Simulation von Entwicklungsszenarien soll zudem die Bandbreite von möglichen Entwicklungen beschreiben und Optimierungspotenzial aufzeigen. Ein System-Dynamics-GIS-Hybridansatz bietet die Möglichkeit der zeitlich kontinuierlichen, räumlich aufgelösten Modellierung, mit der auch Rückkopplungen in Systemen abgebildet werden können. Er ist daher für die Modellierung biomassedominierter Energiesysteme geeignet. Basierend auf dem beschriebenen Simulationsansatz und auf einer detaillierten Untersuchung des Energiesystems von Alichur, der zweitgrößten Siedlung des Ost-Pamir, wird das Energiemodell Alichur erstellt und parametrisiert. Nach eingehender Sensitivitätsanalyse und Validitätsprüfung werden im Energiemodell Alichur drei Szenarien simuliert: Szenario Business-as-usual (BAU, gleichbleibendes Management), Szenario Breckle (SB, verschlechtertes Management) und Szenario Optimierung und Energieautarkie (SOE, optimiertes Management). Die Simulationsergebnisse sämtlicher Szenarien zeigen, dass kurz- bis mittelfristig nicht mit einem Zusammenbruch des Energiesystems von Alichur gerechnet werden muss. Zwar ist zukünftig mit einem steigenden Aufwand für die Zwergstrauchernte zu rechnen, weil vermehrt auch ortsferne Bestände beerntet werden müssen. Aufgrund der Erntekultur, bei der bis zu 50 % der Zwergsträucher auf der Fläche verbleiben, ist jedoch eine völlige Degradation der Zwergstrauchbestände in der betrachteten Fallstudie nicht gegeben. Lediglich im ortsnahen Bereich erfolgt eine sehr intensive Zwergstrauchnutzung, die in den nächsten Dekaden kaum Zwergstrauchbiomassezuwachs erwarten lässt. Bei einem verschlechterten Ressourcenmanagement (Szenario SB) ist frühestens in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts mit einer Verknappung der erreichbaren Zwergstrauchbestände zu rechnen. Nicht eindeutig geklärt werden konnte die Frage, ob die gegenwärtige Zwergstrauchnutzung dauerhaft betrieben werden kann (Szenario BAU). Grundsätzlich ist bei optimiertem Management, verbunden mit moderaten Energieeinsparungen eine nachhaltige und autarke auf biogenen Energieträgern basierende Energieversorgung in der Region möglich (Szenario SOE). Die vermutete selbstverstärkende Wirkungskette zwischen thermischer Zwergstrauchnutzung und Weidekapazität kann in der Simulation nicht bestätigt werden.