Datenbasis für einen nachhaltigeren Umgang mit Ressourcen geschaffen
Der Geoinformatiker David Frantz hat das Gewicht der Gebäude und der Infrastruktur der USA ermittelt.
In der Agenda 2030 haben sich die Vereinten Nationen auf Ziele für eine nachhaltige Entwicklung verständigt. Ein zentraler Aspekt in der globalen Nachhaltigkeitsdiskussion ist der Umgang mit Ressourcen. Juniorprofessor David Frantz von der Universität Trier hat nun in einer Studie den Ressourcenverbrauch für den Bau von Gebäuden und Mobilitätsinfrastruktur in den USA untersucht. Gemeinsam mit Forschenden der Universität für Bodenkultur Wien und der Humboldt-Universität zu Berlin hat er dazu die Masse der Bebauung vermessen und gewogen. Das Gesamtgewicht beläuft sich auf etwa 130 Gigatonnen, also 130 Milliarden Tonnen.
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„Wenn man die umweltkritischen Folgen wie schädliche Emissionen und Abfall bedenkt, die allein durch die Produktion von Baumaterialien entstehen, werden die Auswirkungen auf Nachhaltigkeit, Klima und Umwelt evident. Dabei ist nicht einmal berücksichtigt, dass für die Erhaltung oder den Ersatz von Baustrukturen erneut Ressourcen verbraucht werden“, erläutert Geoinformatiker David Frantz.
60 Prozent Ressourcenverbrauch
Auf den Bau oder Erhalt von Gebäuden und Mobilitätsinfrastruktur entfallen inzwischen fast 60 Prozent der weltweiten Ressourcenentnahme, verbunden mit weiteren negativen Folgen für Umwelt, Klima und biologische Vielfalt, wie Versiegelung von Oberflächen, Verbrauch fruchtbaren Bodens und Schädigung biologischer Vielfalt. Andererseits sind die Bauwerke für wirtschaftliche Prozesse wie Produktion, Handel, Mobilität und Konsum sowie gesellschaftliche Dienstleistungen wie Wohnen, Mobilität, Wasser- und Energieversorgung unerlässlich.
Für die Suche nach Lösungswegen aus diesem Dilemma stellen die von dem Forschungsteam um JProf. Dr. David Frantz erarbeitete detaillierte Datenbasis und die neu entwickelten Methoden eine hervorragende Grundlage für künftige Planungen und Untersuchungen dar. „Unsere Forschungsergebnisse sollen zu einem besseren Verständnis beitragen, wie Ressourcen in unterschiedlichen Räumen effizienter genutzt werden können und wie der Übergang zu einer nachhaltigeren Kreislaufwirtschaft mit längerer Lebensdauer der Baubestände in Verbindung mit vermehrter Wiederverwendung, Reparatur und Recycling gelingen könnte“, erklärt David Frantz.
Verschärftes Ungleichgewicht
So zeigt die Studie, dass dicht bebaute Siedlungen pro Kopf einen wesentlich geringeren Materialverbrauch aufweisen. Dagegen sind Regionen mit geringer Bevölkerungsdichte pro Kopf ressourcenintensiver, weil die erforderlichen Bauwerke und Infrastrukturen von weniger Menschen genutzt werden. Dieses Ungleichgewicht wird durch Abwanderungstendenzen in die Städte verschärft. „Unsere Untersuchung zeigt zum Beispiel, dass in den USA die Städte vor allem in den Randzonen wachsen, wo Wohngebiete mit Einfamilienhäusern auf relativ großen Grundstücken entstehen. Damit ist ein enormer Ressourcenverbrauch verbunden. In ländlichen Gebieten mit Abwanderung lässt sich dagegen zeigen, dass Teile der Infrastruktur wie beispielweise Straßen möglicherweise nicht mehr gebraucht werden“, so David Frantz.
In der Studie arbeiteten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Mitteln der satellitengestützten Erdbeobachtung, die sie mit Open-Source-Geodaten, beispielsweise aus OpenStreetMap, und Informationen aus der industriellen Ökologie und dem Ingenieurwesen kombinierten. Auf diesem Weg konnten sie eine Schätzung der gesamten Materialbestände der Festlandsgebiete der USA in hoher Auflösung erstellen. Insofern stellt das Projekt gegenüber ähnlich ausgerichteten Vorgängerstudien, die nur eine grobe räumliche Auflösung erreichten, auf unvollständigen Geodaten basierten und sowohl räumlich als auch thematisch auf Teilgebiete beschränkt waren, einen markanten Fortschritt dar.
Auf der Graphik ist die Verteilung von Gebäuden und Mobilitätsinfrastruktur auf dem Festlandsgebiet der USA dargestellt. Grafik: Frantz, D., Schug, F., Wiedenhofer, D. et al. Unveiling patterns in human dominated landscapes through mapping the mass of US built structures. Nat Commun 14, 8014 (2023), https://doi.org/10.1038/s41467-023-43755-5, veröffentlicht https://doi.org/10.1038/s41467-023-43755-5, Lizenz: CC-BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Gleiche Verteilung der Masse
Die Forschenden definierten für ihre Messungen acht unterschiedliche Typen von Wohn- und Industriegebäuden sowie neun Arten von Mobilitätsinfrastrukturen von Straßen, Eisenbahnen und U-Bahnen bis zu Tunneln und Parkplätzen. Zudem quantifizierten sie die Masse von 14 Baumaterialien. Dabei stellten sie unter anderem fest, dass in den USA die Masse der Bauwerke annähernd gleich auf Gebäude und Mobilitätsinfrastruktur verteilt ist.
Die Studie fokussiert sich auf die USA, weil am Beispiel der global führenden Wirtschaftsnation die Effekte der Ressourcennutzung besonders deutlich sichtbar werden. So übertrifft in den USA die für Bauwerke verwendete Masse die gesamte pflanzliche Biomasse mittlerweile um das 2,6-Fache. Während weltweit die für Gebäude und Infrastruktur aufgewendete Materialmasse vor zwei Jahren erstmals höher war als die gesamte pflanzliche Biomasse, vollzog sich dieser bedenkliche Überholvorgang in den USA bereits einige Jahre früher.
David Frantz, Erstautor der Studie, war von 2017 bis 2021 PostDoc im Earth Observation Lab des Geographischen Instituts an der Humboldt-Universität zu Berlin (HU). In dieser Zeit entwickelte das HU-Team um Prof. Dr. Patrick Hostert den methodischen Ansatz zur Verknüpfung von Satellitendaten, Open-Source-Geodaten und Daten zu Materialbeständen von Gebäuden und Infrastruktur. Hostert und sein Team des Earth Observation Lab wurden 2022 für die konsequente Umsetzung von Grundsätzen zur freien Zugänglichkeit von Daten, Software und Karten mit dem Open-Access-Preis 2022 für Naturwissenschaften an der Humboldt-Universität zu Berlin ausgezeichnet.
David Frantz, Franz Schug, Dominik Wiedenhofer, André Baumgart, Doris Virág, SamCooper, Camila Gómez-Medina, Fabian Lehmann, Thomas Udelhoven, Sebastian van der Linden, Patrick Hostert, Helmut Haberl:
Unveiling patterns in human dominated landscapes through mapping the mass of US built structures.
