<p>Der Primärenergieverbrauch ist seit Beginn der 1990er Jahre rückläufig. Bis auf Erdgas ist der Einsatz aller konventionellen Primärenergieträger seither zurückgegangen. Dagegen hat die Nutzung erneuerbarer Energien zugenommen. Ihr Anteil ist kontinuierlich angestiegen, besonders seit dem Jahr 2000.</p><p>Definition und Einflussfaktoren</p><p>Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a> (PEV) bezeichnet den Energiegehalt aller im Inland eingesetzten Energieträger. Der Begriff umfasst sogenannte Primärenergieträger, wie zum Beispiel Braun- und Steinkohle, Mineralöl oder Erdgas, die entweder direkt genutzt oder in sogenannte Sekundärenergieträger, wie zum Beispiel Kohlebriketts, Benzin und Diesel, Strom oder Fernwärme, umgewandelt werden. Berechnet wird er als Summe aller im Inland gewonnenen Energieträger zuzüglich des Saldos der importierten und exportierten Mengen sowie der Lagerbestandsveränderungen abzüglich der auf Hochsee gebunkerten Vorräte.</p><p>Statistisch wird der Primärenergieverbrauch über das Wirkungsgradprinzip ermittelt. Dabei werden die Einsatzmengen der in Feuerungsanlagen verbrannten Energieträger mit ihrem Heizwert multipliziert. Für Strom aus Wind, Wasserkraft oder Photovoltaik wird dabei ein Wirkungsgrad von 100 %, für die Geothermie von 10 % und für die Kernenergie von 33 % angenommen. Im Ergebnis wird durch diese internationale Festlegung für die erneuerbaren Energien ein erheblich niedrigerer PEV errechnet als für fossil-nukleare Brennstoffe. Dies hat in Zeiten der Energiewende methodenbedingte Verzerrungen bei der Trendbetrachtung zur Folge: Der Primärenergieverbrauch sinkt bei fortschreitender Substitution von fossil-nuklearen Brennstoffen durch erneuerbare Energien, selbst wenn die gleiche Menge an Strom zur Nutzung bereitgestellt wird. Dieser rein statistische Effekt überzeichnet den tatsächlichen Verbrauchsrückgang, wie die Entwicklung des <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-erneuerbare-energien">Bruttoendenergieverbrauchs</a> zeigt, welcher von diesem statistischen Effekt unbeeinflusst ist.</p><p>Der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Primärenergieverbrauch steigt aufgrund des Wirkungsgradprinzips dagegen unterproportional (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch“). Es wird –bedingt durch oben beschriebene Festlegungen – ein langsamerer Anstieg des Erneuerbaren-Anteils am PEV verzeichnet. Dies kann einen geringeren Ausbaueffekt suggerieren. Diese Effekte werden umso größer, je mehr Stromproduktion aus beispielsweise Kohlekraftwerken durch erneuerbare Energien und/oder Stromimporte (ebenfalls mit Wirkungsgrad von 100 % bewertet) ersetzt werden, weil immer weniger Umwandlungsverluste in die Primärenergiebilanzierung einfließen.</p><p>Der Primärenergieverbrauch wird in erheblichem Maße durch die wirtschaftliche Konjunktur und Struktur, Energieträgerpreise und technische Entwicklungen beeinflusst. Auch die Witterungsverhältnisse und damit verbunden der Bedarf an Raumwärme spielen eine wichtige Rolle.</p><p>Entwicklung und Ziele</p><p>Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a> in Deutschland ist seit Beginn der 1990er Jahre rückläufig (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch“). Das ergibt sich zum einen aus methodischen Gründen beim Umstieg auf erneuerbare Energien (siehe Abschnitt „Primärenergieverbrauch erklärt“). Zum anderen konnten aber auch ein wirtschaftlicher Strukturwandel sowie Effizienzsteigerungen beobachtet werden – letztere zum Beispiel durch bessere Ausnutzung der in Energieträgern gespeicherten Energie (Brennstoffnutzungsgrad) in <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/kraftwerke-konventionelle-erneuerbare">Kraftwerken</a>, Motoren oder Heizkesseln.</p><p>Im 2023 in Kraft getretenen Energieeffizienzgesetz (EnEfG) hat der Gesetzgeber festgelegt, dass der Primärenergieverbrauch bis zum Jahr 2030 um 39,3 % unter dem Wert des Jahres 2008 liegen soll. In den „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimaschutz-energiepolitik-in-deutschland/szenarien-projektionen/treibhausgas-projektionen/aktuelle-treibhausgas-projektionen">Treibhausgas-Projektionen 2025</a>“ wurde auf der Basis von Szenarioanalysen untersucht, ob Deutschland seine Klimaziele im Jahr 2030 erreichen kann. Wichtig ist dabei auch die Frage nach der zu erwartenden Entwicklung des Primärenergieverbrauchs. Das Ergebnis der Untersuchung: Wenn alle von der Regierungskoalition geplanten Maßnahmen umgesetzt werden, ist im Jahr 2030 mit einem PEV von etwa 9.800 Petajoule (PJ) zu rechnen (Mit-Maßnahmen-<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/s?tag=Szenario#alphabar">Szenario</a>). Das wäre gegenüber dem Jahr 2008 ein Rückgang von lediglich etwa 32 %. Weitere Maßnahmen zur Senkung des PEV sind also erforderlich, um die Ziele des EnEfG zu erreichen.</p><p>Primärenergieverbrauch nach Energieträgern</p><p>Seit 1990 hat sich der Energieträgermix stark verändert. Der Verbrauch von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a> auf Basis von Braunkohle lag im Jahr 2024 um 75 %, der von Steinkohle um etwa 67 % unter dem des Jahres 1990. Der Energieverbrauch auf Basis von Erdgas stieg an: Noch im Jahr 2021 lag das Plus gegenüber dem Jahr 1990 bei 44 %. In der Folge des Krieges in der Ukraine und den daraus erwachsenden Versorgungsengpässen und der wirtschaftlichen Rezession sank der Gasverbrauch in den Jahren 2022 und 2023 gegenüber dem Jahr 2021 jedoch deutlich. Im Jahr 2024 war erneut ein Anstieg zu verzeichnen: Der Energieverbrauch für Erdgas lag 19 % über dem des Jahres 1990. Der Einsatz erneuerbarer Energieträger hat sich seit 1990 mehr als verzehnfacht (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch nach Energieträgern“).</p>
Sammlung aller fuer den marinen Umweltbereich in Nord- und Ostsee relevanter Daten (Erfassung, Qualitaetskontrolle, Datenabgabe, Erstellung von graphischen und statistischen Auswertungen, Aufbau einer Datenbank und Integration der Daten in dieser Datenbank). Zusammenstellung der jaehrlichen Beitraege der Bundesrepublik Deutschland zum JOINT MONITORING PROGRAMME (Nordsee) und BALTIC MONITORING PROGRAMME (Ostsee). Uebernahmme der Daten aus dem Bund/Laender-Messprogramm fuer die Nordsee und Datenaufnahme aus dem Projekt 'Fischkrankheiten im Wattenmeer' sowie anderer Forschungsprojekte aus dem Monitoringbereich. Unterstuetzung der Datenoriginatoren bei der Erfassung und Auswertung. Zuarbeit zum laufenden Berichtswesen.
Basierend auf dem Stand des Wissens ist es nicht möglich, zuverlässig die Transfergeschwindigkeiten für den Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre bei hohen Windgeschwindigkeiten anzugeben. Der Mangel an experimentellen Daten ist der Grund dafür. Das Ziel dieses Projekts ist es daher, die Mechanismen des Gasaustausches mit Fokus auf die hohen Windgeschwindigkeiten durch eine Reihe von Laborexperimenten unter den weit möglichen Bedingungen zu untersuchen. Drei geeignete Einrichtungen wurden ausgewählt: der erste Wind/Wellen Kanal, an dem Windgeschwindigkeiten mit Hurrikan Stärke möglich sind, an der Universität Kyoto, der große Kanal an der Universität Marseille und der große ringförmige Kanal an der Universität Heidelberg, das Aeolotron. Die experimentellen Bedingungen umfassen Windgeschwindigkeiten (U10) von 0-70 m/s, Wassertemperaturen von 5-40 Grad C, Süß- und Meerwasser, Überlagerung mechanisch und winderzeugter Wellen und Belüfter, um hohe Blasenkonzentrationen zu erreichen. Mehr als ein Dutzend Tracer - mit denen der gesamte Bereich der möglichen Diffusivitäten und Löslichkeit abgedeckt wird - lassen sich gleichzeitig durch Membraneinlass-Massenspektrometrie und UV Spektroskopie messen. Damit werden die vorhandenen konzeptionellen Modelle überprüft und, wenn notwendig, modifiziert oder erweitert, und die relative Bedeutung der einzelnen Mechanismen quantitativ bestimmt.
Methan ist ein bedeutendes Treibhausgas, das einen starken Einfluss auf die Klimaentwicklung der Erde nimmt. Zurzeit sind das Wissen um die verschiedenen Methanquellen und deren atmosphärischer Einfluss noch äußerst lückenhaft. Eine Quelle, die hier von besonderer Wichtigkeit sein könnte, ist die mikrobielle Methanproduktion innerhalb des Darms bestimmter Zooplanktonorganismen bzw. der von ihnen ausgeschiedenen Kotpillen. Diese Quelle ist hauptsächlich in der oberen sauerstoffhaltigen Wassersäule angesiedelt und kann somit einen unmittelbaren Einfluss auf den Methanfluss zwischen Ozean und Atmosphäre nehmen. In unserem Projekt stellen wir die Hypothese auf, dass in hochproduktive Regionen, wie z.B. in Randmeeren, diese Zooplankton-basierte Methanproduktion besonders stark ausgeprägt ist. Des Weiteren vermuten wir, dass die zeitweise in der Ostsee beobachtete subthermokline Methananomalie durch diese Methanquelle hervorgerufen wird. Im ZooM-Projekt werden wir deshalb die Zooplankton-assoziierte Methanproduktion im Modellgebiet Ostsee mit Hilfe eines multidisziplinären Ansatzes untersuchen, indem wir die Fachgebiete Methanchemie, Mikrobiologie und Zooplanktologie konzertiert einsetzen. Im Detail wollen wir die folgenden Schlüsselfragen beantworten: (1) Ist die subthermokline Methananomalie ein verbreitetes Phänomen in der Ostsee und können wir saisonale und regionale Unterschiede in ihrer Ausprägung identifizieren? (2) Besitzt die Zooplankton-assoziierte Methanproduktion das Potential die beobachtete Methananomalie auszubilden und wie beeinflussen Copepodenarten und Umweltbedingungen (wie die Nahrungszusammensetzung) die Methanproduktion? (3) Welche methanogenen Mikroorganismen sind in die subthermokline Methanproduktion im Copepoden-Darm und ihren Kotpillen involviert und lassen sich Unterschiede der beteiligten methanogenen Gemeinschaften und deren Aktivität ausmachen?
Im letzten Jahrzehnt war der grönländische Eisschild mehreren Extremereignissen ausgesetzt, mit teils unerwartet starken Auswirkungen auf die Oberflächenmassebilanz und den Eisfluss, insbesondere in den Jahren 2010, 2012 und 2015. Einige dieser Schmelzereignisse prägten sich eher lokal aus (wie in 2015), während andere fast die gesamte Eisfläche bedeckten (wie in 2010).Mit fortschreitendem Klimawandel ist zu erwarten, dass extreme Schmelzereignisse häufiger auftreten und sich verstärken bzw. länger anhalten. Bisherige Projektionen des Eisverlustes von Grönland basieren jedoch typischerweise auf Szenarien, die nur allmähliche Veränderungen des Klimas berücksichtigen, z.B. in den Representative Concentration Pathways (RCPs), wie sie im letzten IPCC-Bericht genutzt wurden. In aktuellen Projektionen werden extreme Schmelzereignisse im Allgemeinen unterschätzt - und welche Konsequenzen dies für den zukünftigen Meeresspiegelanstieg hat, bleibt eine offene Forschungsfrage.Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die Auswirkungen extremer Schmelzereignisse auf die zukünftige Entwicklung des grönländischen Eisschildes zu untersuchen. Dabei werden die unmittelbaren und dauerhaften Auswirkungen auf die Oberflächenmassenbilanz und die Eisdynamik bestimmt und somit die Beiträge zum Meeresspiegelanstieg quantifiziert. In dem Forschungsprojekt planen wir zudem, kritische Schwellenwerte in der Häufigkeit, Intensität sowie Dauer von Extremereignissen zu identifizieren, die - sobald sie einmal überschritten sind - eine großräumige Änderung in der Eisdynamik auslösen könnten.Zu diesem Zweck werden wir die dynamische Reaktion des grönländischen Eisschilds in einer Reihe von Klimaszenarien untersuchen, in denen extreme Schmelzereignisse mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit zu bestimmten Zeitpunkten auftreten, und die Dauer und Stärke prognostisch variiert werden. Um indirekte Effekte durch verstärktes submarines Schmelzen hierbei berücksichtigen zu können, werden wir das etablierte Parallel Ice Sheet Model (PISM) mit dem Linearen Plume-Modell (LPM) koppeln. Das LPM berechnet das turbulente submarine Schmelzen aufgrund von Veränderungen der Meerestemperatur und des subglazialen Ausflusses. Es ist numerisch sehr effizient, so dass das gekoppelte PISM-LPM Modell Ensemble-Läufe mit hoher Auflösung ermöglicht. Folglich kann eine breite Palette von Modellparametern und Klimaszenarien in Zukunftsprojektionen in Betracht gezogen werden.Mit dem interaktiv gekoppelten Modell PISM-LPM werden wir den Beitrag Grönlands zum Meeresspiegelanstieg im 21. Jahrhundert bestimmen, unter Berücksichtigung regionaler Veränderungen von Niederschlag, Oberflächen- und Meerestemperaturen, und insbesondere der Auswirkungen von Extremereignissen. Ein Hauptergebnis wird eine Risikokarte sein, die aufzeigt, in welchen kritischen Regionen Grönlands zukünftige extreme Schmelzereignisse den stärksten Eisverlust zur Folge hätten.