Musterlösung Übung 2 (Stoffflussanalyse) - EUUS

Musterlösung Übung 2 (Stoffflussanalyse)
a) Systemgrenze
Einführung in den Umgang mit Umweltsystemen
Departement Umweltwissenschaften
Das atmosphärische CO2 soll bilanziert werden, daher ist die räumliche Systemgrenze die
Atmosphäre selbst. Wichtig ist die Angabe der zeitlichen Systemgrenze von einem Jahr. Die
Einheit der Stoffflüsse in Gt C pro Jahr ersetzt nicht die zeitliche Grenze!
Beachte: Das betrachtete System ist vereinfacht. So werden z.B. interne Flüsse der Prozesse
nicht betrachtet.
b) Prozesse, Stoffe und Güter
In der Aufgabenstellung sind Atmosphäre, Ozeane, terrestrische Systeme und geologisches
Reservoir als Prozesse vorgegeben. Alle vier sind Transformationsprozesse (vgl. Buch S. 50).
Darin finden Ausgasen, Respiration & Waldbrände, Verbrennung, etc. statt.
Güter- oder Stoffflüsse können als Verschiebung eines Stoffes von einem Prozess in den
anderen angesehen werden; währenddessen finden jedoch keine Umwandlungen statt. Im
Systembild (Abbildung 1) wird zu den Flüssen angegeben, aus welchem chemischphysikalischen
Teilprozess sie stammen (z.B. Ausgasen).
Beachte: Die Darstellung in der Musterlösung unterscheidet nicht vollständig nach Herkunfts-
und Zielprozessen, sondern stellt beispielsweise die Atmosphäre mit In- und Outputflüssen als
einen einzigen Prozess dar.
Beispiele für Stoffe
- Organische C-Verbindungen; in Biomasse (bezogen auf Waldbrände) und fossilen
Brennstoffen enthalten
- Anorganische Verbindungen; CO2 (Respiration, als gelöstes Gas im Ozean, etc.) oder
CaCO3 (Kalk in Kalkgestein)
Beispiele für Güter
„Güter“, welche der Definition im Buch S. 51 entsprechen, werden in diesem System eigentlich
nicht betrachtet. Man könnte jedoch die fossilen Energieträger auch als Gut betrachten, wenn
man ihre Rolle in der Anthroposphäre berücksichtigen würde.
c) Indikatorstoff
Als Indikatorstoff wird Kohlenstoff C gewählt, da er in allen zu bilanzierenden Verbindungen
enthalten ist.
Alle Flüsse müssen denselben Inhaltsstoff enthalten, nämlich den Indikatorstoff. Alle anderen
Flüsse, die den Indikatorstoff nicht enthalten, werden hingegen nicht betrachtet.

d) Bilanzierungssystem / Systembild
Siehe Abbildung 1!
e) In- und Outputflüsse
Beachte, dass die Masse von CO2 in die Masse von C umgerechnet werden muss, damit eine
vollständige Bilanzierung möglich ist!
Der Transferkoeffizient berechnet sich aus dem Quotienten des Outputs über der Summe aller
Inputs in dem entsprechenden Prozess (vgl. Buch Seite 53).
f) Input-Outputtabelle
zur Atmosphäre zum Ozean zum terrestrischen Ökosystem
von Atmosphäre CO2-Aufnahme
vom Ozean
vom
geologischen Reservoir
vom
terrestrischen Ökosystem
Ausgasen von CO2
Erwärmung, Azidifizierung u.a.
der Ozeane
Verbrennung fossiler Brenn- und
Treibstoffe
Verwitterung von CaCO3
Respiration und Waldbrände
Rodungen, Bergbau, etc.
Pufferkapazität
g) Bilanzierung: Flüsse und Vorratsänderung
Umrechnungshinweise sind auf dem Übungsblatt angegeben.
Bilanzgleichung für das Gesamtsystem
Lageränderung = Input – Output
NPP
CO2- Düngung
Natürliche Flüsse
Anthropogen beeinflusste Flüsse
+ 3,35 Gt C = (70,6 + 20 + 5,9 + 0,8 + 1,2 + 55,6) – (70 + 21,9 + 1,85 + 57) Gt C
Ohne den anthropogenen Einfluss befindet sich das System im Gleichgewicht. Mit diesem
Einfluss gelangen jährlich 1,6% des Gesamtvorrats an C in die Atmosphäre.
h) Schwierigkeiten und Grenzen der Methode
Systemgrenze

Die Definition der Systemgrenze ist essentiell. Neben der Bestimmung der räumlichen und
zeitlichen Randbedingungen muss auch der Systeminhalt genau definiert sein: Welche
Fragestellung will man bearbeiten, d.h. welche Güter und Prozesse werden betrachtet.
Indikatorstoff
Die Wahl des Indikatorstoffs ist manchmal gar nicht so leicht, da sich die gewählten Elemente
oder Verbindungen innerhalb der Prozesse nicht verändern sollen. Sie ist auch abhängig von
der Zielsetzung desjenigen, der ein System erstellen möchte. Eine geschickt gewählte
Kombination möglichst weniger Indikatorstoffe ermöglicht einen hohen Informationsgewinn
sowie eine treffende Charakterisierung des Systems.
Vereinfachungen
Jedes Modell – so auch das Systembild der Stoffflussanalyse - stellt eine Vereinfachung der
Realität dar. Doch nur die Reduktion eines komplexen Sachverhalts auf eine einfachere Ebene
ermöglicht eine Bearbeitung der Systemzusammenhänge und das Gewinnen neuer
Erkenntnisse.
Die Betrachtung der globalen C-Flüsse in der Zeitperiode von einem Jahr in unserem
Systembild erfasst nicht die räumliche und zeitliche Dynamik innerhalb der Prozesse.
Jahreszeitliche Schwankungen beispielsweise in der Pufferleistung der Ozeane oder der CO2-
Fixierung der Pflanzen in den terrestrischen Ökosystemen werden nicht betrachtet. Dazu muss
ein räumlich und zeitlich höher aufgelöstes System – mit einem entsprechend grösseren
Aufwand - betrachtet werden. Je detaillierter die Betrachtung, desto grösser ist auch die
Menge an zu bewältigenden Daten (falls diese überhaupt verfügbar sind) und damit verknüpft
der Kosten für Zeitaufwand und Rechnerleistung.
i) Bemerkungen
Mengenverhältnisse
Eine Gigatonne Kohlenstoff entspricht 10 9 kg Kohlenstoff. Dies entspricht einem Würfel von
rund 750 m Kantenlänge reine Kohle (Graphit). Wenn nun mit 0.1 Gt C mehr oder weniger
gerechnet wird, so spielt dies schon in der Menge eine wichtige Rolle, genauso wichtig ist aber
auch das Verhältnis zwischen den einzelnen Flüssen.
Darstellung
Die Darstellung sollte immer übersichtlich gestaltet werden, daher lohnt es sich, zuerst eine
grobe Skizze mit allen Prozessen und Flüssen zu erstellen. Auf diese Weise sieht man sofort,
welche Anordnung der Prozesse günstig ist.
Vorrat
Die Vorratsrechnungen der Prozesse sollte in jedem Falle durchgeführt werden. Hinsichtlich
der Prüfung sind sie ein wichtiger Schritt, da diese einfachen Rechnungen wertvolle Punkte
geben.
Liebe Gruss
Tobias