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Systemtheoretische Grundlagen zur Klimawandel-Problematik mit spezieller Berücksichtigung von PKW

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Kosteneffiziente und nachhaltige Automobile

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Zusammenfassung

Die Fragestellungen, die in diesem Buch untersucht werden, betreffen komplexe Systeme. Daher werden im ersten Kapitel zunächst systemtheoretische Grundlagen bereitgestellt. Der Unterschied von einfachen und komplexen Systemen sowie systemischen und nicht-systemischen Modellen wird erläutert und anhand von Beispielen illustriert. Eine allgemeine Methodik für systemorientiertes Vorgehen und ein systemtheoretischer Aufbau des Gesamtsystems werden vorgestellt. Die Anthroposphäre – d. h. vom Menschen geschaffene Systeme mit Menschen als Akteuren – wird detailliert beschrieben, sowie die Wechselwirkung der Anthroposphäre mit den natürlichen Systemen des Planeten Erde. Im Zuge dessen wird das Klimawandel-Problem detailliert erläutert und das Kohlenstoff-Budget (engl.: Carbon Budget) wird als wesentliches Konzept vorgestellt. Aus diesen Grundlagen wird ein detailliertes systemisches Modell des PKW-Sektors als Teil des Transportsektors entwickelt. Formeln für die kumulierten jährlichen Gesamtemissionen, die kumulierten jährlichen Kosten sowie Näherungsmethoden zur Berechnung werden bereitgestellt. Die Methoden Total Cost of Ownership (TCO) und Lebenszyklusanalyse (engl.: Lifecycle Assessment, LCA) werden vorgestellt, und es wird begründet, warum die Methoden innerhalb des systemtheoretischen Gesamtkonzepts vorteilhaft eingesetzt werden können. Die genannten Formeln können auf den gesamten Transportsektor erweitert werden. Das Kapitel endet mit der Vorstellung der folgenden systemisch relevanten Messgrößen für PKW, die in den darauffolgenden Kapiteln im Detail betrachtet werden: spezifische Treibhausgas-Emissionen, spezifische Gesamtkosten sowie CO2-Vermeidungskosten und deren Zusammenhang mit einem vorgegebenen Kohlenstoff-Budget.

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Notes

  1. 1.

    Siehe Abschn. 1.4.2.

  2. 2.

    Siehe Kap. 3.

  3. 3.

    In dieser Arbeit wird der in der Naturwissenschaft übliche Standpunkt des Realismus eingenommen, d. h. der Standpunkt, dass es eine vom Beobachter unabhängig existierende Realität gibt, auch wenn die Wahrnehmung der Realität durch den Beobachter beeinflusst wird, siehe z. B. [15].

  4. 4.

    Siehe Abschn. 7.2.1.2 bzgl. lineare und nichtlineare Sensitivitäten.

  5. 5.

    Es gibt keine eindeutige, allgemeine Definition von Leben; für die Zwecke dieser Definition werden die unter [17] genannten Schlüsselmerkmale herangezogen.

  6. 6.

    Heute spricht man bereits von der geochronologischen Epoche des Anthropozän.

  7. 7.

    Der Begriff des soziotechnischen Systems, wie hier definiert, entspricht etwa auch dem der Technosphäre in [18]: „Das funktionale Umweltmodell stellt eine Definition der Umwelt ex contrario dar: die Technosphäre ist definiert als alles, was vom Menschen kontrolliert ist, und die Umwelt ist alles, was nicht Technosphäre ist“.

  8. 8.

    Das Falsifikationsprinzip wird in [22] detailliert beschrieben.

  9. 9.

    Vgl. [32] bzgl. Abweichungen gegenüber NEFZ.

  10. 10.

    Berechnungsformel aus Abb. 1.4: Grenzwert CO2 = 95 g + a(M − M0); M0 = 1375 kg, a = 0,0333. Pro Gramm Überschreitung hat der Fahrzeughersteller für das betroffene Fahrzeug 95 € zu bezahlen. Daraus folgt: 1 g/km × 200.000 km = 0,2 t pro Fahrzeug-Lebenszyklus → 95 €/0,2 t = 475 €/t.

  11. 11.

    Vgl. [18].

  12. 12.

    Einheitlich ermittelter Verbrauch, der dem realen Energieverbrauch nahekommt.

  13. 13.

    Würde man z. B. nur die Auswirkungen lokaler Emissionen (Feinstaub, Stickoxide etc.) auf die Gesundheit von Menschen untersuchen wollen, könnte man die Systemgrenze wesentlich kleiner ziehen.

  14. 14.

    Als Obersystem eines Systems A wird ein System B dann bezeichnet, wenn es System A als Teilmenge enthält, d. h. wenn A ein Teilsystem von B ist.

  15. 15.

    „Estimated global average of near-surface air temperatures over land and sea ice, and sea surface temperatures over ice-free ocean regions, with changes normally expressed as departures from a value over a specified reference period. When estimating changes in GMST, near-surface air temperature over both land and oceans are also used“ [2, S. 26].

  16. 16.

    Schalter der Herdplatte in der Reis-Metapher, siehe Abschn. 1.4.1.

  17. 17.

    In [8, S. 36] werden die in den IPCC-Reports verwendeten Begriffe für Unsicherheit von Ergebnissen definiert. Der hier verwendete Begriff lautet dort im Englischen „extremely likely“ und geht auf Basis von Beobachtungsdaten und Modellergebnissen von einer Wahrscheinlichkeit von 95–100 % aus, dass die betreffende Aussage richtig ist.

  18. 18.

    Vor 52–48 Mio. Jahren (Frühes Eozän) war die CO2-Konzentration vermutlich oberhalb des heutigen Niveaus (höher als 1000 ppm) und vor 3,3–3,0 Mio. Jahren (Pliozän) in etwa auf dem heutigen Niveau [8, S. 385].

  19. 19.

    Für weitere Details siehe: https://ourworldindata.org/emissions-by-fuel.

  20. 20.

    Das momentane Vorgehen entspricht Fall 1 der Metapher aus Abschn. 1.4.1: die Herdplatte wird nicht abgedreht, oder zögerlich die Temperatur reduziert, z. B. durch Zurückdrehen von Stufe 9 auf Stufe 7.

  21. 21.

    Vgl. [42, S. 12 ff.] bzgl. ökonomische Auswirkungen des Klimawandels.

  22. 22.

    Eine detailliertere Analyse und präzisere Formulierung folgt am Ende dieses Abschnitts.

  23. 23.

    In der Metapher im Abschn. 1.4.1: Herdplatte ausschalten.

  24. 24.

    Vereinbarte Reduktionsbeiträge der einzelnen Staaten gemäß dem Pariser Abkommen (Nationally Determined Contributions, NDC) würden ca. 400–560 Gt\( {}_{{\mathrm{CO}}_2} \) von 2018 bis 2030 zur Folge haben [9, S. 114]. Die NDC sind daher zu wenig ambitioniert, um 1,5 °C einzuhalten.

  25. 25.

    Analog zum Vorgehen in der Reis-Metapher im Abschn. 1.4.1.

  26. 26.

    „[…] delaying GHG emissions reductions over the coming years also leads to economic and institutional lock-in into carbon-intensive infrastructure, that is, the continued investment in and use of carbon-intensive technologies that are difficult or costly to phase-out once deployed“ [9, S. 126].

  27. 27.

    „Earth System Feedbacks reduce the budgets by about -100 Gt\( {}_{{\mathrm{CO}}_2} \) on centennial time scales“ [9, S. 108].

  28. 28.

    „Engineering System: a system designed by humans having some purpose; large scale and complex engineering systems which are of interest to the Engineering Systems Division, will have a management or social dimension as well as a technical one“ [14, S. 472].

  29. 29.

    Im Folgenden wird Produkt als konkreter materieller Gegenstand, aber auch als abstrakte Dienstleistung verstanden. Es wird also kurz Produkt für Produkt oder Dienstleistung geschrieben.

  30. 30.

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  31. 31.

    Ronald H. Coase, 1960, „The Problem of Social Costs“.

  32. 32.

    Steuer (simulierter Preis für die Umwelt) auf Verbrauch oder die Inanspruchnahme von Umweltgütern, wodurch erreicht wird, dass die einzelwirtschaftlichen Entscheidungsträger die Kosten des Umweltverbrauchs in ihren Entscheidungen berücksichtigen. Nach dem britischen Ökonomen Arthur Pigou, der diese Art des Staatseingriffs bereits 1920 in seinem Werk „The Economics of Welfare“ vorschlug [58, S. 70].

  33. 33.

    In Abb. 1.20 nicht dargestellt.

  34. 34.

    Ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

  35. 35.

    Betrachtet werden PKW der Kompaktklasse ähnlich dem VW-Golf.

  36. 36.

    Unter Berücksichtigung des Strommix in Österreich.

  37. 37.

    Der PKW-Verkehr ist zwischen 1995 und 2017 um knapp 18 % angestiegen [78].

  38. 38.

    Wird in Abb. 1.26 nicht dargestellt bzw. berücksichtigt.

  39. 39.

    Beispielsweise EPKW(t1, t0) in Formel 1.1.

  40. 40.

    Anhand der durchschnittlichen Wegstrecke im Personenverkehr in diesem Jahr von 11,7 km resultieren knapp 1200 Mrd. Pkm (Personenkilometer).

  41. 41.

    Abweichend zu Abb. 1.26, bei welcher die THG-Emissionen durch einen einzelnen Weg hervorgerufen werden – ausgelöst durch das Kundenbedürfnis eines Kunden Ki.

  42. 42.

    Erdölexploration, Transport, Aufbereitung in der Raffinerie zu Kraftstoff, Distribution bis zur Tankstelle etc.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Hochspannungstechnik, Energiesystem- und Anlagendiagnose (IHEA), Hochschule Coburg, Coburg, Deutschland

    Martin Zapf & Christian Weindl

  2. e-gas GmbH, Kösching, Deutschland

    Hermann Pengg

  3. Empa – Material Science and Technology, Dübendorf, Schweiz

    Thomas Bütler & Christian Bach

Authors
  1. Martin Zapf
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  2. Hermann Pengg
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  3. Thomas Bütler
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  4. Christian Bach
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  5. Christian Weindl
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Zapf, M., Pengg, H., Bütler, T., Bach, C., Weindl, C. (2021). Systemtheoretische Grundlagen zur Klimawandel-Problematik mit spezieller Berücksichtigung von PKW. In: Kosteneffiziente und nachhaltige Automobile . Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-33251-8_1

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