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20Jun/160

CO2 2

Wie angekündigt geht es diese Woche weiter mit dem Thema CO2. Wir hatten uns ja im vergangenen Beitrag mit dem Thema CO2-Äquivalente beschäftigt. Solche Umrechnungen braucht man ja immer wieder in der Statistik, regelmäßige Leser werden sich beispielsweise an das Nettoäquivalenzeinkommen erinnern.

Diesmal geht es um das CO2 selbst, genauer gesagt um dessen Ausstoß. Woher kommt das ganze Zeug? Und ausnahmsweise haben die Vulgärlinken mit ihrer Pauschalantwort "Die USA sind schuld" beziehungsweise "Der Westen ist schuld" einmal fast recht. Schließlich gehören die europäischen und nordamerikanischen Staaten zu den großen Emittenten. Allerdings stimmt auch diese Schuldzuweisung nur fast, denn auch die ostasiatischen und arabischen Staaten stoßen viel CO2 aus und sind pro Kopf teilweise größere Schmutzfinken als europäische Staaten.

CO2

CO2-Ausstoß weltweit seit 1751. Für CO2-Äquivalente liegen ähnlich lange Zeitreihen nicht vor. Bild: Eigene Grafik nach Carbon Dioxide Information Analysis Center at the US Department of Energy

Die Demokratische Republik Kongo und Äthiopien dagegen landen nicht auf den ersten Plätzen, obwohl sie beide ähnlich viele Einwohner haben wie Deutschland, das beim Ausstoß von Kohlendioxid immerhin Platz sechs belegt. Grundsätzlich gilt, wenig überraschend: Reiche Länder setzen ausnahmslos mehr Kohlendioxid frei als arme. Wobei es natürlich auch zwischen Nationen mit vergleichbarem Einkommen Unterschiede gibt. Ebenfalls eine Binsenweisheit: Arme Länder sind dafür stärker von den Konsequenzen betroffen, weil sie weniger Mittel für die Anpassung und oft ohnehin schwierige klimatische Bedingungen zu meistern habe. Auch diese Feststellung stimmt natürlich nur in der Tendenz und nicht in jedem Einzelfall, darauf einzugehen würde aber den Rahmen sprengen. Zu diesem Thema wurden bereits ganze Bücher geschrieben.

Beim Blick auf die zehn größten Länder spielt natürlich noch etwas anderes eine Rolle, nämlich die Größe des Landes. Indien gehört zu den größten CO2-Emittenten der Welt, das Land hat aber auch die zweitmeisten Einwohner. Ich habe deshalb den Ausstoß mal ins Verhältnis zur Einwohnerzahl gesetzt. Außerdem habe ich ausgerechnet, wie viel ein Land aufgrund seiner Einwohnerzahl ausstoßen dürfte, würde man die aktuelle CO2-Menge einfach pro Kopf auf alle Erdenbürger verteilen.

CO2 Weltweit

Die zehn Länder mit dem höchsten CO2-Ausstoß insgesamt. Grau ist die Menge CO2, die ein Land aufgrund seiner Größe freisetzen dürfte, wenn alle Länder gleich viel Kohlendioxid ausstoßen, rot die Differenz zum tatsächlichen Ausstoß. Im Falle Indiens ist der Ausstoß schwarz, blau das, was Indien aufgrund seiner Größe noch ausstoßen dürfte. Quelle: Eigene Berechnung nach US Energy Information Agency für CO2-Angaben, Central Intelligence Agency für Bevölkerungszahlen.

Es geht hier wohlgemerkt nicht darum, wie viel CO2 ein Land freisetzen dürfte, um einen Klimaanstieg über eine bestimmte Grenze wie 2,0 Grad zu vermeiden. Dann müsste der Gesamtausstoß nämlich sinken. Auch der graue Balken ist unter diesen Gesichtspunkten noch zu hoch. Gefragt wurde nur, welcher Anteil sich durch die hohe Einwohnerzahl erklären lässt. Auch Deutschland setzt pro Kopf überdurchschnittlich viel CO2 frei, genauer gesagt rund das doppelte. Deutlich schlechter stehen noch die USA, Kanada und Saudi-Arabien da, die rund das dreieinhalbfache ausstoßen.

Das heißt allerdings nicht, dass diese drei Länder - pro Kopf - die größten CO2-Sünder sind, da hier nur die zehn Länder mit dem höchsten Gesamt-Ausstoß berücksichtigt sind, unabhängig vom Pro-Kopf-Ausstoß. Das zeigt sich auch im Fall Indien. Das Land ist eine Ausnahme unter den Top 10, es produziert unterdurchschnittlich viel CO2 (schwarzer Balken), würde der Pro-Kopf-Ausstoß im internationalen Durchschnitt liegen, käme der blaue Balken noch dazu. Immerhin ist jeder sechste Mensch ein Inder, rund jeder fünfte ein Chinese.

Veränderung Emissionen

Veränderung der CO2-Emissionen durch Energieerzeugung. CO2-Ausstoß durch Entwaldung, Trockenlegung von Mooren oder Verkehr sind nicht enthalten. Quelle: IEA

Allerdings legt der CO2-Ausstoß in den Schwellenländern deutlich stärker zu als in den Industrienationen, der Abstand verringert sich also. Das ist eine häufig unterschätzte Komponente beim Ziel, eine zu starke Klimaerwärmung zu vermeiden: Die reichen Länder müssen nicht nur ihren Ausstoß an Treibhausgasen reduzieren, sondern auch den Anstieg in den Entwicklungsländern kompensieren. Eine ähnliche Situation wie beim Welthunger, wo das Produktionsplus nicht nur den Anstieg der Weltbevölkerung übertreffen muss um die Zahl der Hungernden zu senken, sondern auch die steigende Nachfrage aus China und anderen Schwellenländern.

Tatsächlich geht es bisher nur in sehr kleinen Schritten voran. Viele Industrieländer wie Deutschland, Frankreich und Italien haben seit 1990 den Ausstoß von CO2 in der Energieproduktion reduziert, Deutschland beispielsweise um 19,2 Prozent. Allerdings macht der Autoverkehr das teilweise wieder zunichte. Einerseits sieht es so aus, als habe das Auto für die Generation Y nicht mehr die gleiche Bedeutung als Statussymbol, andererseits steigt die Zahl spritfressender Pseudo-Geländewagen (SUV) rasant an. Vor allem Frauen scheint das vermeintliche Macho-Mobil zu gefallen. Offenbar ist es eher ein Hembra-Mobil (Hembra ist im Spanischen das Gegenteil von Macho, also ein weibliches Tier).

Kyoto Protokoll Vergleich zur Realität

Nur wenige Länder haben ihre im Kyoto-Protokoll formulierten Ziele erreicht, darunter Deutschland. *Zielsetzung bis 2012 **Die USA haben das Protokoll zwar unterzeichnet, aber nicht ratifiziert.

Außerdem ist der Rückgang in Deutschland wohl zum Teil auf die Deindustrialisierung im Osten zurückzuführen. Die Statistik hat außerdem ein paar Tücken. So wird das CO2 dem Land zugeschrieben, in dem es freigesetzt wurde. Das hört sich sinnvoll an, schafft aber Probleme. Lässt Deutschland sein Aluminium (für dessen Herstellung viel Energie verbraucht wird) im Ausland produzieren, entsteht das CO2 dort und die Bilanz Deutschlands verbessert sich, auch wenn der Lebensstil hierzulande nicht umweltfreundlicher geworden ist.

Würde man das CO2 dem Land gutschreiben, in dem die hergestellte Ware verkonsumiert wurde, würde die Bilanz vermutlich etwas anders aussehen. Der Rückgang der Emissionen in den wohlhabenden Länder wäre vermutlich geringer oder Null, denn er rührt zum Teil auch von der Verlagerung der Industrie nach Asien. Saudi Arabien würde sicher noch schlechter dastehen und hätte dann unter den Top 10 den größten Ausstoß an CO2 pro Kopf. Denn die die meisten Menschen im Land pflegen einen aufwändigen Lebensstil. Das Land hat aber kaum Industrie, sondern lässt die Güter in anderen Ländern herstellen, weshalb die CO2-Freisetzung dort erfasst wird.

Moor

Moore sind nicht nur schön, sie speichern auch CO2. Vor allem von 1900 bis 1970 wurden viele Moore trocken gelegt, die bis heute viel CO2 emittieren Eine Renaturierung könnte den Trend sogar umkehren. Foto: Ulrich Dettmer @ Flickr - creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/de

Das ist nicht der einzige Kritikpunkt. Die eingangs zitierte Statistik berücksichtigt auch Entwaldung. Hier argumentieren Länder wie Brasilien, dass Nationen wie Deutschland oder Großbritannien ihre Wälder ja auch zerstört hätten - allerdings schon vor mehr als 1.000 Jahren. Außen vor bleibt meines Wissens auch die CO2-Freisetzung durch trocken gelegte Moore, obwohl allein in Deutschland dadurch angeblich mehr CO2 freigesetzt wird als durch den gesamten Flugverkehr. Denn die Moore hatten lange Zeit CO2 gebunden. Durch das Verrotten von Torf wird das jetzt wieder frei.

Weiter wird argumentiert, dass Länder mit hohem Bevölkerungswachstum nicht bestraft werden. Das erscheint mir allerdings etwas gewagt, Menschen als Emittenten von Treibhausgasen mit Autos gleichzusetzen. Eine Erfassung des CO2-Ausstoßes nach dem Ort des Konsums wäre dagegen sinnvoll, allerdings nicht ganz einfach umzusetzen.

So oder so darf man es als relativ sicher ansehen, dass aktuell zu viel CO2 freigesetzt wird - und das das die größten Verursacher, egal ob nach Ort der Entstehung oder des Konsums gerechnet, die wohlhabenden Länder sind.

16Jun/160

Was sind CO2-Äquivalente?

Das Statistische Bundesamt veröffentlicht regelmäßig eine Statistik zum Einsatz von Treibhausgasen. Darin ist von CO2-Äquivalenten die Rede - aber was ist das eigentlich?

Hulun Buir im Winter

Ein immer seltener werdendes Bild? Die "Stadt" Hulun Buir im Winter. Foto: Charlie Luan (cc)

CO2 ist bekanntlich für die Erderwärmung verantwortlich. Das ist mittlerweile auch keine These mehr, sondern gilt als so gut wie sicher. Allerdings ist es nicht das einzige Treibhausgas, vor allem Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) und Schwefelhexafluorid tragen ebenfalls zur Erderwärmung bei. Allerdings nicht unbedingt im gleichen Maße wie Kohlendioxid.

Eine Tonne Schwefelhexafluorid trägt innerhalb von 100 Jahren rund 22.800 Mal stärker zur Erderwärmung bei als Kohlendioxid, bei Flurkohlenwasserstoffen beträgt der Faktor immerhin 1.430. Um die Gesamtentwicklung beobachten und vergleichen zu können, wird der Ausstoß in CO2-Äquivaltente umgerechnet, manchmal liest man dafür auch CO2e.

CO2 Äquivalente Grafik

Verwendung von Fluorkohlenwasserstoffen (grau) und Schwefelhexafluorid (rot) in CO2-Äquivalenten sowie Summe beider Stoffe in CO2e (Linie). Quelle: Statistisches Bundesamt

Tabelle

Die Angaben zu CO2-Äquivalenten sind auf 1.000-Tonnen gerundet, da sie in der Quelle in 1.000-Tonnen angegeben wurden. Quelle: Statistisches Bundesamt

Die jüngsten Daten stammen aus dem Jahr 2015 für das Jahr 2014. Die Ergebnisse für 2015 werden vermutlich erst Endes Jahres vorliegen. Einen echten Trend nach unten gibt es nicht, der Einsatz des besonders klimaschädlichen Schwefelhexafluorid ist 2014 gegenüber 2013 sogar gestiegen.

Festzustellen ist aber, dass diese Stoffe nur als "potentiell klimarelevant" eingestuft werden. Kältemittel beispielsweise haben keine Auswirkung auf das Klima, solange sie in den Anlagen eingeschlossen sind oder wenn sie - am Ende von deren Lebensdauer - wieder eingefangen werden.

Verwendet wird der Stoff übrigens vor allem als Isolator in Hochspannungsanlagen sowie beim Gießen von Magnesium, da dieses andernfalls mit dem Sauerstoff und Stickstoff in der Atemluft reagieren würde. Ich bin allerdings kein Chemiker und stützte mich hier nur auf die Angaben der Firma Solvay (Seite zu Schwefelhexafluorid auf englisch).

Fluorkohlenwasserstoffe kommen in Deutschland vor allem als Kältemittel zum Einsatz. Daneben werden sie als Treibmittel bei der Herstellung von Aerosolen und Schaum- sowie Kunststoffen verwendet. Aerosole wiederum werden offenbar vor allem genutzt, um Stoffe gleichmäßig aufzutragen oder zu verteilen.

FKW Statistik Grafik

Einsatz von Flurkohlenwasserstoffen (FKW) als Kältemittel (blau), als Treibmittel bei der Herstellung von Aerosolen (rot) und als Treibmittel bei der Herstellung von Schaum- und Kunststoffen (grau). Schwarz sind sonstige Anwendungen. Verwendung in Tonnen FKW (keine CO2-Äquivalente).

Echte Fortschritte, den Einsatz dieser Stoffe zu reduzieren, gab es also offenbar wenige. In der nächsten Woche werden wir mal einen Blick auf das eigentliche CO2 werfen.

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10Jun/162

Kommt Deutschland weiter?

Pünktlich zur EM widme ich mich wieder mal dem Thema Fußball. Ich bin zwar kein Fußball-Fan, verfolge aber zumindest die WM und EM. Insgesamt mache ich Sport lieber selbst als ihn anzusehen, allerdings nicht Fußball, sondern Boxen und Leichtathletik.

Allerdings ist Sport ein wunderbares Anwendungsgebiet für Statistik. Für die Berechnung von Siegeswahrscheinlichkeiten ist meiner Meinung nach das EO-Rating besonders attraktiv. Ich hatte das ja zur EM 2012 schon mal ein einem Beitrag vorgestellt.

Das Elo-Rating geht zurück auf den ungarischen Statistiker und Physiker Arpad Elo, der die Elo-Zahl für Schach entwickelt hat. Vereinfacht gesagt wird für jeden Spieler eine ELO-Zahl errechnet, die sich aus den Ergebnissen der vergangenen Spiele berechnet. Dabei gibt es umso mehr Punkte, je unerwarteter der Sieg war.

Eine Elo-Zahl wird auch für Fußball errechnet. Aus diesen lässt sich wiederum ein Erwartungswert berechnen, mit dem eine Mannschaft gewinnt. Allerdings gibt es beim Fußball einen großen Nachteil, denn dieser Erwartungswert kennt kein Unentschieden. Außerdem spielt bei dieser Sportart der Zufall eine große Rolle, wie der Physik-Professor Metin Tolan in seinem Buch zur Physik (und Statistik) des Fußballs So werden wir Weltmeister ausführt. Die wechselnden Mannschaften machen die Berechnung schwerer und die geringe Zahl von Toren gibt dem Zufall eine wichtige Rolle. Deshalb dürfte auch etwas Glück dabei sein, als der Dortmunder Professor den Sieg der Deutschen Nationalmannschaft 2014 richtig vorhersagte, auch wenn der Berliner Tagesspiegel, vermutlich mit einer gewissen Portion Ironie, titelte: "Physiker beweist: Deutschland wird Weltmeister".

Auswanderung nach Polen

Laut Elo-Rating ist nicht Polen (im Bild Tschenstochau) der stärkste Gegner Deutschlands, sondern die Ukraine. Foto: Waldemar Jan, Flickr.de

Was aber sagt uns das Elo-Rating für die Wahrscheinlichkeit, dass Deutschland in die Endrunde kommt? Das ist aus mehreren Gründen schwierig. Neben der grundlegenden Frage, wie gut das Elo-Rating die Siegwahrscheinlichkeit wirklich abbildet, gibt es eine Reihe von weiteren Problemen.

Wie gesagt bildet die Siegwahrscheinlichkeit keine Unentschieden ab. Außerdem lässt sich zwar eine Siegwahrscheinlichkeit für einzelne Spiele berechnen, nicht aber dafür, dass die Nationalmannschaft weiterkommt.

In der Vorrunde gibt es sechs Spiele. Vier Mannschaften absolvieren je drei Spiele - und weil an jedem Spiel jeweils zwei Mannschaften teilnehmen, gibt es eben sechs Spiele. Gehen wir vereinfacht mal davon aus, dass man mit zwei gewonnenen Spielen weiterkommt. Das ist allerdings nicht ganz richtig. Theoretisch können auch drei Mannschaften je zweimal gewinnen und dann fliegt eine raus. Es ist auch möglich, dass eine Mannschaft drei Spiele gewinnt und alle anderen eins. Dann könnte die Nationalmannschaft sogar mit einem Sieg weiterkommen.

Aber als Näherungswert ist die Annahme von zwei Siegen nicht schlecht. Beide Konstellationen sind selten und heben sich ein Stück weit auf. Ähnliches gilt auch für die Unentschieden.

Berechnen wir also mal die Siegwahrscheinlichkeit, wenn es kein Unentschieden gäbe. Die Formel für die Siegwahrscheinlichkeit für Deutschland (D) sieht folgendermaßen aus:

ED= 1/(1+10(PG-PD)/400)

PG sind dabei die Punkte des Gegner, PD die Punkte Deutschlands. Für die Gruppe mit Deutschland sieht diese Punktezahl laut der Seite eloratings.net folgendermaßen aus:

Deutschland: 2011 Punkte

Ukraine: 1812 Punkte

Polen: 1743 Punkte

Nordirland: 1595 Punkte.

Für das erste Spiel Deutschlands gegen die Ukraine ergibt sich also folgende Siegwahrscheinlichkeit für Deutschland:

ED= 1/(1+10(-199)/400) = 0,76 = 76 Prozent

Für das Spiel gegen Polen ergibt sich eine Siegwahrscheinlichkeit von 81 und gegen Nordirland sogar von 92 Prozent, immer allerdings unter der Vorgabe, dass es keine Unentschieden gibt.

So ist es ganz einfach, die Wahrscheinlichkeit für mindestens zwei Siege zu erreichen. Dazu müsste Deutschland alle Spiele gewinnen, als 0,76 * 0,81 * 0,92, was rund 0,57 Prozent oder 57 Prozent ergibt. Die Zahl an sich ist natürlich zu hoch, denn es gibt ja auch Unentschieden. Aber wir können jetzt noch die Wahrscheinlichkeit für genau zwei Siege berechnen und kommen auf einen Erwartungswert von 93 Prozent, dass Deutschland zwei oder drei Spiele gewinnt. Auch diese Zahl ist wieder etwas zu hoch, weil es ja die erwähnten Unentschieden gibt, aber weil auch die Gegner unentschieden spielen können, ist die Zahl kein schlechter Richtwert.

Deutschland kommt also zu 93 Prozent weiter. Viel mehr als ein Richtwert ist die Zahl aber nicht, dafür gibt es zu viele Annahmen und Ausnahmen. Wetten würde ich auf dieser Basis auf jeden Fall nicht abschließen. Wobei Wetten ohnehin eine gute Möglichkeit sind, um Geld zu verlieren. Dafür sorgen schon die Statistiker und Mathematiker der Buchmacher.