Grenzen des Wachstums/Umrechnungen

Die Berechnung der Grenzen des Wachstums erfordert zahlreiche Umrechnungen zwischen äquivalenten oder nahezu äquivalenten Mengen an Landfläche, Energie, Emissionen und anderen Größen. Auf dieser Seite sind verschiedene Größen zusammengestellt, die bei diesen Umrechnungen nützlich sind. Diese wurden aus einer Vielzahl von Quellen zusammengetragen (die am Ende dieser Seite zitiert und aufgelistet werden). Wo zuverlässige Quellen eine Bandbreite von Werten liefern, wird diese oft dargestellt, und der bevorzugte Wert, der für die Berechnungen im Kurs verwendet wird, ist angegeben. In diesem Kurs wird das Internationales Einheitensystem (SI) bevorzugt.

Landfläche

Die folgenden Flächenäquivalenzen sind hilfreich bei der Umrechnung verschiedener Flächenmaße. Diese können leicht von Wolfram|Alpha.

Square Mile	Square Kilometer	Hectare	Acre
1	2.59	259	640
.3861	1	100	247.1
.003861	.01	1	2.471
.001563	.004047	.4047	1

Zeit

1 Jahr	31.536.000 Sekunden	525,600 Minuten
1 Monat	2.628.000 Sekunden	43,800 Minuten
1 Woch	604.800 Sekunden	10,080 Minuten
1 Tag	86.400 Sekunden	1,440 Minuten
1 Stunde	3.600 Sekunden	60 Minuten
1 Minute	60 Sekunden	1 Minute

Masse

Name Einheit	entspricht	alternative Einheit
Kilogram	2,205	Pound (Gewichtseinheit)
Metrische Tonne	1.000	Kilogramm

Volumen

Name der Einheit	entspricht	alternative Einheit
US Gallon	3,785	Liter
Oil Barrel	42	US Gallons
Oil Barrel	159	Liter
Bushel	35,24	Liter
Acre foot	1.233	Kubikmeter
Acre foot	325.851	Gallonen

Kraft und Energie

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Für das Hinaufrollen eines Felsblocks auf einen Hügel benötigt eine bestimmte Menge an Energie. Kraft ist die Geschwindigkeit, mit der Energie eingesetzt wird. Es erfordert mehr Kraft, den Felsbrocken schneller nach oben zu rollen im Vergleich zu einer langsameren Bewegung nach oben, aber die Energie ist die gleiche, wenn der Felsbrocken unabhängig von der Geschwindigkeit über die gleiche Strecke bewegt wird. Die Äquivalenzen zwischen verschiedenen Leistungs- und Energieeinheiten sind in dieser Tabelle angegeben. Diese können leicht unter WolframAlpha oder Google überprüft werden.

Name der Einheit	Type	entspricht	alternative Einheit
Watt	Power	1	Joule pro Sekunde
Wattstunde	Energie	3.600	Joule
Kilowattstunde	Energie	3.600.000	Joule
Megawattstunde	Energie	1.000.000	Wattstunden
Kilowattstunde / Tag	Kraft	41,67	Watt
BTU Britisch Thermal Unit	Energie	1055	Joule
BTU	Energie	0.2931	Wattstunden
Therm	Energie	100.000	BTU
Therm	Energie	105.500.000	Joule
Therm	Energie	29,3	Kilowatt-hour
Therm	Energie	3.3454	Wattjahre
Kalorie	Energie	4,184	Joule
Kcal (Nahrung)	Energie	4184	Joule
TOE (Ton of Oil Equivalent)	Energie	41,868	GJ
TOE (Ton of Oil Equivalent)	Energie	11.630	Kilowattstunden
TOE (Ton of Oil Equivalent)	Energie	10 million	Kilokalorien
TOE (Ton of Oil Equivalent)	Energie	39,68 Millionen	BTU
PS Pferdestärke	Kraft	745,7	Watt
Foot-pounds	Energie	1,356	Joule
Foot-pounds per Second	Kraft	1,356	Watt

Nahrung und Ernährung

Die Food and Agricultural Organization (FAO) der Vereinten Nationen verwendet den Minimum Dietary Energy Requirement, der in kcal/Person/Tag gemessen wird, um die Prävalenz der Unterernährung zu schätzen. Der Nahrungsenergiebedarf unterscheidet sich je nach Geschlecht und Alter sowie nach dem Grad der körperlichen Aktivität. Dementsprechend variiert der Mindestenergiebedarf für die Ernährung, die Energiemenge, die für leichte körperliche Betätigung benötigt wird, und das akzeptable Mindestgewicht bei erreichter Körpergröße von Land zu Land und von Jahr zu Jahr je nach Geschlecht und Altersstruktur der Bevölkerung.

Eine Auflistung der MDER nach Ländern ist als Tabellenkalkulation bei der FAO Food Security Statistics Division erhältlich.

Diese weisen die folgenden statistischen Merkmale für die Jahre 2004-2006 auf:

Statistik	kcal/Person/Tag
Maximum	1990
Minimum	1680
Median	1820
Mean	1825

Da der MDER als eine einzige Gesamtzahl von kcal/Person/Tag ausgedrückt wird, berücksichtigt er weder die Unterschiede in der Verteilung der Nahrungsmittel auf die einzelnen Personen noch die verschiedenen Anforderungen an Fett, Eiweiß und spezifische Nährstoffe. Daher folgt die FAO bei der Schätzung der Zahl der unterernährten Menschen einer sorgfältig entwickelten statistischen Methodology For The Measurement Of Food Deprivation.

Wasser für Lebensmittel

Der Anbau von Nahrungsmitteln erfordert erhebliche Mengen an Süßwasser. Die Wassermenge, die für den Anbau der einzelnen Lebensmittelarten benötigt wird - "Tropfen pro Pflanze" - variiert erheblich. Die folgende Tabelle zeigt die durchschnittliche Wassermenge, die benötigt wird, um 1 Kilogramm Lebensmittel zu produzieren (Zahlen von 2004), zusammen mit dem Kalorienäquivalent der einzelnen Lebensmittel.

Nahrungstyp	Liter / kg ^[1]	Dietary calories / kilogram ^[2]	Liters / Calorie	Calories / 1,000 Liters
Fleisch	15.500	2.356	6,58	152
Käse	5.000	2.923	1,71	585
Hirse	5.000	1.190	4,20	238
Ziege	4.043	1.430	2,83	354
Geflügel	3,918	2,113	1.85	539
Reis (geschält)	2.975	1.274	2,34	428
Sorghum	2.853	3.390	0,84	1.188
Weizen	1.300	3.112	0,42	2.394
Kartoffel	625	1.265	0,49	2.024

Wenn eine Person 2.000 Kalorien pro Tag benötigt, um ihren Mindestnahrungsbedarf zu decken, dann benötigt die Nahrung, die sie jeden Tag zu sich nimmt, 840 Liter Wasser, um zu wachsen, wenn sie nur Weizen isst, und 13.160 Liter, wenn sie nur Rindfleisch isst.

Kohlendioxidemissions

Die Verbrennung von fossilen Brennstoffen emittiert Kohlenstoffverbindungen in die Atmosphäre in Form von Kohlendioxid (CO₂). Dieser Beitrag ein wesentlicher Beitrag zur Gesamtkonzentration von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre, den man abschätzen muss. Ein Gramm Kohlenstoff ist 3,67 (44/12) Gramm von CO₂ enthalten.

Benzin

Benzin emittiert ebenfalls CO₂, wenn es verbrannt wird. Dies geschieht zu einem großen Anteil als Automobilkraftstoff. Die Gesamtmenge von Kohlendioxid, die pro Gallone Motorenbezin verbrannt wird entspricht 8,92×10^-3 metrischen Tonne. This is equivalent to 8.92 Kg / Gallon. Siehe auch: http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-resources/refs.html

Ein Automobil, das 20 Meilen (Miles per Gallon - mpg) pro Gallone Benzin fahren kann, emitiert 8,93/20 = 0.4465 Kg CO₂ / Meile

Im Jahr 2007 wurde in den USA für das gewichtete Mittel über Standard-Pkw und leichten Lkw kombiniert ein Fahrleistung 20.4 Meilen pro Gallon ermittel. Ein durchschnittliches Fahrzeug in den USA fuhr 2007 ungefähr 11.720 Meilen pro Jahr.

Aufgaben

Berechnen Sie die durchschnittliche Kilometerleistung von Pkw in Deutschland zusammen mit der Gesamtemission an CO²!
Welche Anteil hat der LKW-Verkehr an der Gesamtemission an CO²?

Gas

Gas emittiert 0,005 metrische Tonne CO₂ / w:de:Therm/Therm wenn es verbrannt wird. Siehe auch: http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-resources/refs.html

Dies ist äquivalent zu:

5 Kg / w:de:Therm/Therm und
170 g / Kwh

Bitte beachten Sie, dass die Emission von unverbranntem natürlichem Gas in der Atmosphäre ein 21-fach höheren Einfluss besitzt.

Heizöl

Gebäude werden oft mit Heizöl geheizt. Bezogen auf die EPA emittiert Heizöl 429,61 kg CO₂ / Barrel, was äquivalent zu 10,23 kg CO₂ / Gallon bzw. 2,70 kg CO₂ / Liter entspricht.

Rohöl

Rohöl ist die Basis für Herstellung Erdölprodukte in Raffenerien. Bei der Nutzung wird es typischerweise verbrannt. Es emittiert 0,43 metrische Tonne CO₂ / Barrel. Siehe: http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-resources/refs.html

Dies ist äquivalent zu 2.7 kg CO₂ / Liter

Electrische Energie

Electrische Energie is generated in many ways, but primarily by burning fossil fuels. The quantity of CO₂ emitted as electricity is generated is listed below. The amount depends on the fuel used and the efficiency of the generating equipment. Because different regions include various types of electric power generation systems, the emissions factors vary by region.

6.91 x 10^-4 metric tons CO₂ / kWh as an overall average for the US. See: http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-resources/refs.html
- Equivalent to: .691 kg CO₂ / kWh
- Equivalent to: 1.52 pounds CO₂ / kWh
- Equivalent to: 1,520 pounds CO₂ / MWh
From Coal fired power plants: .96 kg CO₂ / kWh See: http://www.wolframalpha.com/input/?i=carbon+footprint
From Natural Gas fired power plants: .6 kg CO₂ / kWh See: http://www.wolframalpha.com/input/?i=carbon+footprint
From petroleum fired power plants: .9 kg CO₂ / kWh See: http://www.wolframalpha.com/input/?i=carbon+footprint

These factors vary by location.

The book Our Choice, provides these somewhat different figures for the carbon footprints of electricity sources in Grams of CO₂ per Kilowatt-Hour:

Electricity Source	Grams CO₂ Per Kilowatt-Hour
Solar Thermal	13
Wind	15
Geothermal	38
Photovoltaic Solar	39
Nuclear	66
Natural Gas	469
Coal	974

Various Petroleum Products

From: http://www.defra.gov.uk/environment/business/reporting/pdf/101006-guidelines-ghg-conversion-factors.xls

Fuel Type	kg CO₂ per kWh (HHV)	kg CO₂ per kWh (LHV)
Aviation Spirit	0.23762	0.25012
Aviation Turbine Fuel	0.24555	0.25847
Burning Oil	0.24564	0.25857
CNG	0.18485	0.20515
Coal (industrial)	0.31659	0.33325
Coal (electricity generation)	0.31907	0.33587
Coal (domestic)	0.29582	0.31139
Coking Coal	0.32979	0.34715
Diesel	0.25011	0.26607
Fuel Oil	0.26475	0.28164
Gas Oil	0.25214	0.26823
LNG	0.18485	0.20515
LPG	0.21419	0.22999
Lubricants	0.26190	0.27862
Naphtha	0.23654	0.24899
Natural Gas	0.18485	0.20515
Other Petroleum Gas	0.20568	0.22357
Petrol	0.23965	0.25227
Petroleum Coke	0.32152	0.33845
Refinery Miscellaneous	0.24512	0.25802

Gross Calorific Value or higher heating value (HHV) is the Calorific Value under laboratory conditions. Net Calorific Value or lower heating value (LHV) is the useful calorific value in typical real world conditions (e.g. boiler plant). The difference is essentially the latent heat of the water vapor produced (which can be recovered in laboratory conditions).

Converting Kwh / Day to Tonne CO₂ / Year

Many ecological footprint-oriented calculations are expressed in Tonnes CO₂ / year. How can we convert from Kilowatt-hour / Day to this measure?

First consider Electric power generation, which is high in emissions per Kilowatt-hour.

0.691 kg CO₂ / Kilowatt-hour × 365 days / year = 252.215 kg CO₂ / Year = 0.252 Tonne CO₂ / year

Then consider Natural Gas heating, which is relatively low in emissions per Kilowatt-hour.

0.17 kg CO₂ / Kilowatt-hour × 365 days / year = 62.05 kg CO₂ / Year = 0.062 Tonne CO₂ / year

Blending these two calculations to represent a mix of usage gives the very approximate equivalence of 10 Kilowatt-hour / day ≈ 1 Tonne CO₂ / year. Equivalently, 400 watts ≈ 1 Tonne CO₂ / year.

Carbon Capture

Carbon can be removed from the atmosphere and stored by various biological systems. These are characterized below:

Forests and Crop Lands

The average carbon density of U.S. forests in 2008 was estimated by the EPA at 73 metric tons per hectare, or 29.55 metric tons per acre. This is equivalent to 108.35 metric tons CO₂ per acre, or 267.73 metric tons CO₂ per hectare.

The carbon content of cropland is calculated by the EPA to be 5.0 metric tons of carbon per hectare, or 2.02 metric tons per acre. This is equivalent to 7.40 metric tons CO₂ per acre or 18.28 metric tons CO₂ per hectare.

Reforesting by converting cropland to forest increases carbon capture capacity by (29.55 – 2.02) 27.53 metric tons per acre. This is 100.94 Metric Tons CO₂ / acre, or 249.42 metric tons CO₂ per hectare.

Deforestation, converting forest to cropland decreases carbon capture by (29.55 – 2.02) 27.53 metric tons per acre. This is 100.94 Metric Tons CO₂ / acre, or 249.42 metric tons CO₂ per hectare.

Deforestation, converting forest to unplanted land decreases carbon capture by 29.55 metric tons per acre. This is 108.35 Metric Tons CO₂ / acre, or 249.42 metric tons CO₂ per hectare.

Resources

The US Government Environmental Protection Agency, Clean Energy Calculations and References
Sustainable Energy - without the hot air Quick reference
The quick-reference list of conversion factors used by the Bioenergy Feedstock Development Programs at Oak Ridge National Laboratory.
U.S. energy Information Administration, Energy Kids Energy Calculators.
NIST Guide to the SI, Factors for units listed by kind of quantity or field of science
Niklas Höhne, Dian Phylipsen, Sara Moltmann: Factors underpinning future action, 2007 update. 2007, [ ] (Vorlage:Cite book/URL [abgerufen am -12-]). Vorlage:Cite book/URL

Quellennachweise

↑ Maggie Black, Jannet King (2009) The Atlas of Water: Mapping the World's Most Critical Resource Publisher: University of California Press - lSBN: 978-0520259348 S. 57 ff.
↑ Wolfram|Alpha knowledgebase, 2011.

[wateratlas-1] Maggie Black, Jannet King (2009) The Atlas of Water: Mapping the World's Most Critical Resource Publisher: University of California Press - lSBN: 978-0520259348 S. 57 ff.

[wolfalpha2011-2] Wolfram|Alpha knowledgebase, 2011.

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