Auf lange Sicht

Wie sich Klima und Wachstum vertragen

Braucht es Einschnitte bei der Wirtschaft, um die schlimmsten Folgen des Klimawandels zu verhindern? Eine datengetriebene Annäherung an die ökonomische Schlüsselfrage unserer Zeit.

Von Simon Schmid, 02.03.2020

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Yoichi Kaya ist ein bemerkenswerter Mann. Auch mit 85 Jahren hält der renommierte Wissenschaftler unermüdlich Vorträge über Umwelttechnologie.

Ausserdem hat er eine Gleichung erfunden, die uns bei einer überlebens­wichtigen Frage weiterhilft: Können wir das Klima schützen und zugleich an der Idee festhalten, dass die Wirtschaft weiter wachsen soll?

Kayas Gleichung ist praktisch, weil sie daraus mehrere Teilfragen macht:

  • Wie stark wächst die globale Bevölkerung?

  • Wie entwickelt sich die Wirtschafts­leistung pro Kopf?

  • Wie viel Energie verbraucht die Wirtschaft im Schnitt?

  • Wie CO2-intensiv ist der Energieverbrauch?

Diese Aufteilung erlaubt es, sich der Antwort schritt­weise anzunähern. Wie das geht und zu welchem Urteil dies führt, schauen wir in diesem Beitrag an.

1. Die Ausgangslage

Wir starten mit einer kurzen Übersicht über die vier Grössen, die in der Kaya-Gleichung vorkommen. Sie alle haben über die vergangenen gut 50 Jahre zugenommen. Allerdings nicht im selben Ausmass.

Alles wächst

Veränderung von 1965 bis 2018

Globale Bevölkerung0+129 %Globale Wirtschaftsleistung0+456 %Globaler Energieverbrauch0+274 %Globaler CO2-Ausstoss0+224 %

Quellen: Uno, Weltbank, BP, Global Carbon Project

Am wenigsten stark wuchs die Bevölkerung (braun): Seit 1965 hat sie sich gut verdoppelt. Am stärksten wuchs dagegen die Wirtschaft (blau): Das globale BIP hat sich über fünf Jahrzehnte hinweg mehr als verfünffacht. Irgendwo dazwischen liegen der Energie­verbrauch (rot) und der CO2-Ausstoss (grün).

Entscheidend fürs Klima ist letztlich nur der Ausstoss von Treibhaus­gasen. Dieser muss stark abnehmen: Er muss bis 2050 netto auf null sinken.

Ob dies gelingt, wissen wir noch nicht. Doch Kayas Gleichung liefert uns wertvolle Hinweise darauf. Und zwar mit einem Trick: Sie betrachtet nicht die Grössen an sich – sondern ihre Veränderung im Verhältnis zueinander.

Gehen wir dies der Reihe nach durch.

2. Die Relationen

Das erste Verhältnis ist jenes zwischen Wirtschaft und Bevölkerung.

Dieses Verhältnis nennt sich «Wirtschafts­leistung pro Kopf». Es beschreibt den Wert der Güter und Dienst­leistungen, die eine durchschnittliche Erdbewohnerin innerhalb eines Jahres herstellt und erbringt.

Die folgende Grafik zeigt, wie sich diese Relation seit 1965 entwickelt hat.

Wir erwirtschaften mehr

Wirtschaftsleistung pro Kopf

1965200020182050020’000 Dollaraktuell: 10’805

Quellen: Uno, Weltbank

Erkennbar ist ein starker Anstieg. 1965 betrug das globale BIP pro Kopf noch gut 4000 Dollar. Heute liegt es bei über 10’000 Dollar. Das bedeutet, dass im globalen Durch­schnitt auch die Einkommen pro Person stark gestiegen sind.

Das zweite Verhältnis ist das zwischen Energie­verbrauch und Wirtschaftsleistung.

Dieses Verhältnis nennt sich «Energie­intensität der Wirtschaft». Es lässt sich in sogenannten Öleinheiten pro Dollar ausdrücken. Eine Öleinheit ist die Menge an Energie, die bei der Verbrennung von einem Kilogramm Erdöl frei wird. Auch die Energie, die aus anderen Trägern stammt – zum Beispiel aus Kohle, aus Atom- oder Wasser­kraft –, lässt sich in diese Einheit umrechnen. Eine Kilowattstunde Strom entspricht zum Beispiel 0,09 Öleinheiten.

Wie die folgende Grafik zeigt, ist die Energie­intensität der Welt­wirtschaft anders als das BIP pro Kopf nicht gestiegen, sondern gesunken. Und zwar von 0,25 auf 0,17 Öleinheiten pro Dollar. Das heisst, dass in jedem Dollar, den die Erden­bürger heute mit dem Verkauf von Gütern und Dienst­leistungen erwirtschaften, im Durch­schnitt weniger Energie als früher steckt.

Wir wirtschaften effizienter

Energieintensität der Weltwirtschaft

19652000201820500,00,3 Öleinheiten pro Dollaraktuell: 0,17

Quellen: Weltbank, BP

Dieser Trend mag überraschend sein. Doch er macht Sinn, wenn man sich den Struktur­wandel vor Augen führt, den die Wirtschaft durchlaufen hat. Der wirtschaftliche Stellenwert der Industrie geht zurück, jener der Dienstleistungen nimmt zu. Es gibt anteils­mässig heute mehr Designerinnen, Programmierer, Beraterinnen oder Gesundheits­fachleute als früher – also Menschen, die ihr Geld mit virtuellen oder wissens­intensiven Tätigkeiten verdienen, die weniger Energie verbrauchen als die Industrieproduktion.

Dank dem technischen Fortschritt und verbesserten Prozessen benötigt übrigens auch die Industrie selbst weniger Energie als früher. Nicht absolut, sondern relativ, also im Verhältnis zum Wert der Güter, die sie produziert.

Das dritte Verhältnis ist das zwischen CO2-Ausstoss und Energieverbrauch.

Dieses Verhältnis nennt sich «CO2-Intensität des Energie­verbrauchs». Es ist von zentraler Bedeutung: Der Energie­verbrauch an sich wäre kein Problem, wenn die Energie ausschliesslich aus erneuerbaren Quellen stammen würde. Doch dem ist nicht so. Es dominieren nach wie vor die fossilen Energieträger.

Leider ist die CO2-Intensität der Energie über die vergangenen 50 Jahre nur minim gesunken. 1965 wurden 3 Kilogramm CO2 pro Öleinheit an Energie ausgestossen. 2018 waren es noch immer fast gleich viel: 2,6 Kilogramm CO2.

Unsere Energie wurde kaum sauberer

CO2-Intensität des Energieverbrauchs

196520002018205004 Kilogramm CO₂ pro Öleinheitaktuell: 2,6

Quellen: BP, Global Carbon Project

Das bedeutet, dass die Menschheit bei der Dekarbonisierung bislang nur sehr langsam voran­gekommen ist. Nach wie vor fahren die meisten Autos mit Benzin, viel Erdöl wird verheizt, viel Strom wird mit Kohle produziert.

Die drei Verhältnisse in Kayas Gleichung haben sich also unterschiedlich entwickelt. Das BIP pro Kopf ist gestiegen, die Energie­intensität des BIP ist gesunken, die CO2-Intensität der Energie hat stagniert. In der Summe hat sich dies bislang zuungunsten des Klimas ausgewirkt. Die Bevölkerung wuchs, die Wirtschaft auch, ebenso der Energie­verbrauch und der CO2-Ausstoss.

Wie gut stehen die Chancen für eine Umkehr?

3. Die Szenarien

Um dies zu beurteilen, bilden wir als Nächstes zwei Szenarien. Dabei stützen wir uns grund­sätzlich auf die Bevölkerungs­prognosen der Uno. Sie sagen bis 2050 einen Anstieg von 7,7 auf 9,7 Milliarden Menschen voraus. Über den Zeitraum von 30 Jahren sind solche Vorher­sagen ziemlich zuverlässig.

Fürs Wirtschafts­wachstum stellen wir zwei Möglichkeiten in den Raum:

  • Weiter wie bisher: In diesem Szenario wächst die Welt­wirtschaft mit 2 Prozent pro Jahr. Das entspricht ungefähr der aktuellen Wachstumsrate der OECD-Länder. Pro Kopf sind es etwas weniger, da gleichzeitig auch die Bevölkerung wächst.

  • Nullwachstum: Hier wächst die Welt­wirtschaft als Ganze nicht mehr. Und pro Person stellt sich sogar ein leichter Rückgang ein.

Führt man die BIP-pro-Kopf-Grafik bis 2050 weiter, so bilden diese zwei Szenarien darauf eine Schere. Einmal steigt die Wirtschafts­leistung pro Kopf auf knapp 16’000 Dollar, einmal geht sie auf etwa 8500 Dollar zurück.

Zwei Wachstumsszenarien

Wirtschaftsleistung pro Kopf

Weiter wie bisher
Nullwachstum
19652018205015’9628470020’000 Dollar 10’805

Quellen: Uno, Weltbank, eigene Berechnungen

Für die Energie­intensität der Wirtschaft treffen wir zusätzlich eine Annahme: Wir gehen davon aus, dass sie weiter sinkt – und zwar um etwa ein bis zwei Drittel. Das würde bedeuten, dass 2050 für jeden Dollar des globalen BIP noch etwa 0,05 bis 0,1 Öleinheiten an Energie aufgewendet werden müssten.

Eine mögliche Bandbreite

Energieintensität der Wirtschaft

Trend
1965201820500,080,00,3 Öleinheiten pro Dollar 0,17

Quellen: Weltbank, BP, eigene Berechnungen

Diese Annahme ist zwar sportlich, aber nicht ganz aus der Luft gegriffen.

  • Im schlechtesten Fall sinkt die Energie­intensität im gleichen Tempo wie bisher. Das erscheint plausibel: Sowohl die reichen OECD-Länder als auch die aufstrebenden Schwellen­länder, wo die Wissens­gesellschaft noch am Entstehen ist, zeigten zuletzt einen fallenden Trend.

  • Im besten Fall verdoppelt sich die Geschwindigkeit des wirtschaftlichen Struktur­wandels. Das ist zwar ambitioniert, entspricht aber immerhin den Zielen, welche die OECD diskutiert.

In einem letzten Schritt leiten wir aus den bisherigen Annahmen und den zwei Szenarien die jeweils nötige Entwicklung der CO2-Intensität ab. Gegeben, dass der weltweite CO2-Ausstoss im Hinblick auf das Netto-null-Emissions­ziel bis Mitte Jahrhundert um 85 Prozent gesenkt werden muss (die restlichen 15 Prozent würden mit negativen Emissionen wettgemacht): Wie rasch muss dann die CO2-Intensität der Energie abnehmen?

Die Antwort darauf steckt in der folgenden Grafik. Sie lässt sich mit der Kaya-Gleichung berechnen und beinhaltet zwei verschiedene Pfade:

  • einen für das Weiter-wie-bisher-Wachstums­szenario (dunkelgrün)

  • und einen für das Nullwachstums-Szenario (hellgrün).

Beide Pfade sind jeweils mit einem Unschärfe­bereich umgeben, der die mögliche Fortschritts-Bandbreite bei der Energie­intensität abdeckt.

Zwei resultierende Pfade

CO2-Intensität des Energieverbrauchs

Weiter wie bisher
Nullwachstum
1965201820500,40,804 Kilogramm CO₂ pro Öleinheit 2,6

Quellen: Uno, Weltbank, BP, Global Carbon Project, eigene Berechnungen

Je nach Wachstums­szenario ergeben sich also unterschiedliche Verläufe.

  • Soll die Weltwirtschaft weiter wachsen, so muss die Energie­wende sehr rasch erfolgen: Fossile Energie­träger müssen zügig mit erneuerbaren Energien ersetzt werden, um die Klima­ziele zu erreichen.

  • In einer Nullwachstums-Wirtschaft ist der Umstieg zwar ebenfalls nötig, aber die Welt hat etwas mehr Zeit. 2050 sind in diesem Szenario immerhin noch 0,8 Kilogramm CO2 pro Öleinheit an verbrauchter Energie erlaubt: doppelt so viel wie im Weiter-wie-bisher-Szenario.

Die Gegenüber­stellung zeigt, dass sich die wirtschaftliche Wachstums­frage letztlich in eine Tempo­frage übersetzt – in eine Frage der Geschwindigkeit, mit der das weltweite Energie­system umgebaut werden muss.

Um welche Dimensionen es dabei geht, lässt die folgende Grafik erahnen. Sie zeigt den aktuellen Energie­verbrauch – und stellt diesem den theoretisch nötigen Zubau an komplett CO2-freien Energien gegenüber, der je nach Wachstums­szenario gebraucht würde, um den weltweiten Bedarf zu decken.

Die Wirtschaft macht einen Unterschied

Energiebedarf, in Öleinheiten

Aktueller Verbrauch
Weiter wie bisher
Nullwachstum
Bandbreite Energieintensität
Ausgangslage014 Mrd.0 5 10 15 Mrd. Nötiger Zubau von Erneuerbaren010 Mrd.04,5 Mrd.0 5 10 15 Mrd.

Quellen: Uno, Weltbank, BP, Global Carbon Project, eigene Berechnungen

Man sieht: Im Weiter-wie-bisher-Szenario ist der Bedarf an erneuerbaren Energien deutlich höher. 2050 müssten jährlich 5 bis 15 Milliarden Öleinheiten an Energie aus Wasser, Sonne, Wind und anderen Formen bereit­gestellt werden – also fast so viel Energie, wie bereits heute jedes Jahr verbraucht wird. Bei Null­wachstum wären es nur 2 bis 7 Milliarden.

4. Das Fazit

Ist weiteres Wirtschafts­wachstum also mit dem Klima­schutz vereinbar?

Enno Schröder und Servaas Storm, zwei Forscher der Universität Delft, haben basierend auf der Kaya-Gleichung ähnliche Berechnungen angestellt. Ihr Urteil ist negativ: «Es ist möglich, die CO2-Emissionen ohne desaströse Wirtschafts­konsequenzen zu reduzieren, aber nicht mit der Geschwindigkeit und im Ausmass, das die Pariser Klima­ziele und der Welt­klimarat vorgeben.»

Andere Stimmen, darunter Ex-US-Präsident Barack Obama, klingen deutlich positiver. Er beschwor zu Ende seiner Amtszeit ein «irreversibles Momentum sauberer Energien» und gab sich in einem «Science»-Artikel überzeugt, dass Wirtschafts­wachstum auch mit sinkenden CO2-Emissionen möglich ist.

Wer recht hat, lässt sich noch nicht abschliessend sagen. Festzuhalten sind nach den Modell­rechnungen mit der Kaya-Gleichung allerdings drei Dinge.

Erstens: Es macht rein mathematisch gesehen einen grossen Unterschied, ob die Welt nur ihre bisherigen fossilen Energie­quellen mit erneuerbaren Energien ersetzen muss – oder ob sie über weiteres Wirtschafts­wachstum zusätzlichen Energie­bedarf generiert und in der Folge umso mehr Wasser­kraft­werke, Solar­anlagen und Wind­räder bauen muss. Unter sonst gleichen Bedingungen ist weniger Wirtschafts­wachstum für den Klima­schutz daher immer besser.

Zweitens: Ob die Klima­ziele erreicht werden, liegt am Ende nicht an einem einzelnen Faktor. Sondern an einer Reihe von Dingen, die zugunsten des Klimas zusammen­spielen müssen. Dazu gehört nicht zuletzt auch die Qualität des Wirtschafts­wachstums. Wachsen Branchen wie der Flugverkehr und die Zement­herstellung? Oder wachsen das Gesundheits­wesen und die Cleantech-Branche? Je nachdem ergibt sich ein komplett anderes Bild.

Drittens: Wir sind mit beträchtlichen Unsicherheiten konfrontiert. Gut möglich, dass die Klima­wissenschaft in den nächsten Jahren zum Schluss kommt, dass noch weniger Zeit bleibt als gedacht. Unter diesen Umständen würden die nötigen CO2-Absenk­pfade noch steiler und das Spannungs­feld zwischen Wirtschafts­wachstum und Klima­schutz noch schärfer.

Unsere Suche nach Antworten hat mit der Kaya-Gleichung jedenfalls erst begonnen. Wie Klima und Wirtschaft in Ländern wie der Schweiz konkret zusammen­spielen, untersuchen wir demnächst in diesem Blog.

Daten und Methode

Verschiedene Daten­quellen wurden für diesen Beitrag genutzt.

Die Bevölkerungs­daten (bisherige Entwicklung sowie Prognose bis 2050) stammen aus den World Population Prospects, einem umfangreichen Daten­werk der Uno. Verwendet wurde das zentrale Bevölkerungs­szenario, gemäss dem 2050 rund 9,7 Milliarden Menschen auf der Erde leben. Die Wirtschafts­daten stammen aus dem Datenkatalog der Weltbank. Verwendet wurde eine inflations­bereinigte Daten­reihe, die das globale BIP in Dollar­preisen des Jahres 2011 angibt.

Die Daten zum Energie­verbrauch wurden dem Statistical Review of World Energy von BP entnommen. Der Energie­verbrauch ist dort in Öleinheiten angegeben. Diese Quelle unterschätzt die Bedeutung der erneuerbaren Energien ein Stück weit. Als Folge davon wird die Entwicklung der Energie­intensität der Weltwirtschaft in der Auswertung tendenziell etwas zu positiv und jene der CO2-Intensität der Energie tendenziell etwas zu negativ dargestellt.

Die Daten zum CO2-Ausstoss schliesslich entstammen dem Global Carbon Atlas des Global Carbon Project. Es handelt sich um die Emissionen aus der Industrie und der Energie­produktion. Nicht inbegriffen sind die Emissionen anderer Treibhaus­gase wie Methan sowie die Veränderung des CO2-Gehalts aufgrund von Faktoren wie der Abholzung von Wäldern. Diese Emissionen müssen ebenfalls reduziert werden, sind über die letzten Jahrzehnte aber weniger rasch gewachsen.

Die Kaya-Gleichung geht so: C = P * y * e * c

Dabei steht C für die CO2-Emissionen, P für die Bevölkerung, y für das BIP pro Kopf, e für die Energie­intensität des BIP und c für die CO2-Intensität der Energie.

Um mögliche Zielpfade für die CO2-Intensität (c) zu berechnen, wurde zunächst ein linearer Absenk­pfad für die CO2-Emissionen (C) ausgehend vom aktuellen Niveau mit dem Ziel von minus 85 Prozent definiert – ähnlich, wie es Schröder und Storm in ihrer Arbeit machen (man könnte hier auch minus 100 Prozent fordern).

Für die restlichen Parameter – Bevölkerung (P), BIP pro Kopf (y), Energie­intensität der Wirtschaft (e) – wurden, wie im Text beschrieben, Annahmen getroffen und Szenarien gebildet. Durch eine einfache Multiplikation wurde sodann für jedes Jahr bis 2050 die CO2-Intensität (c) als letzte verbleibende Variable berechnet.

Hinter dem nötigen Zubau an Erneuerbaren steckt eine Überschlags­rechnung. Es handelt sich dabei um die Gesamt­menge an Energie, die im betreffenden Szenario produziert wird (E) – abzüglich der Energie­menge, die bei der heutigen Intensität (c) gerade so viel CO2 produziert, dass der lineare Absenk­pfad erreicht wird.

Sämtliche Berechnungen sind in einem Excel-File dokumentiert.

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