Kohlenstoffvorräte von Span- und Faserplatten in Japan

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 9846 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Kohlenstoffspeicherfunktion von geernteten Holzprodukten (HWPs) erregt bei den Gegenmaßnahmen gegen den Klimawandel Aufmerksamkeit. Unter den HWPs werden hauptsächlich recycelte Materialien für Spanplatten (PB) und Faserplatten (FB) verwendet. Diese Studie schätzte die Kohlenstoffvorräte von PB und FB und ihre jährlichen Veränderungen in den letzten 70 Jahren in Japan anhand von drei Methoden der Richtlinien des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimaänderungen: Stufen 1–3. Stufe 1 verwendet den Zerfall erster Ordnung (FOD), eine Halbwertszeit von 25 Jahren und die Datenbank der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen. Stufe 2 verwendet FOD, eine Halbwertszeit von 25 Jahren und japanspezifische Statistiken. Stufe 3 verwendet eine logarithmische Normalverteilung für die Zerfallsfunktion und eine Halbwertszeit des Gebäudes PB/FB von 38–63 Jahren. Japans PB- und FB-Kohlenstoffvorräte sind in den letzten 70 Jahren gestiegen. Der jüngste Kohlenstoffbestand Anfang 2022 und die jährliche Änderung des Kohlenstoffbestands im Jahr 2021 betrugen 21,83 Millionen tC bzw. 0,42 Millionen tC/Jahr für Tier 3. Tier 3 weist die höchste Schätzgenauigkeit auf, indem Zerfallsfunktionen und Halbwertszeiten verwendet werden, die mit dem übereinstimmen Die tatsächlichen Bedingungen beim Bau von PB und FB wurden unterschätzt, während die Stufen 1 und 2 unterschätzt wurden. Etwa 40 % des Kohlenstoffbestands stammen aus Altholz, was dessen Nutzung verlängert.

Das Pariser Abkommen wurde 2015 mit dem Ziel verabschiedet, den Klimawandel, eines der schwerwiegendsten Umweltprobleme der Menschheit, zu lösen. Das Abkommen hat die folgenden gemeinsamen globalen langfristigen Ziele: sicherzustellen, dass der Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur deutlich unter 2 °C gegenüber dem vorindustriellen Niveau liegt, Anstrengungen zu unternehmen, um ihn auf 1,5 °C zu begrenzen, und ein Gleichgewicht zwischen Treibhauseffekten zu erreichen Gasemissionen (THG) durch anthropogene Quellen und Abbau durch Senken in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts1. Eine rasche Förderung der Reduzierung von Treibhausgasemissionen und eine verstärkte Beseitigung von Treibhausgasen weltweit sind wichtige Themen zur Verwirklichung der oben genannten Ziele.

Geerntete Holzprodukte (HWPs) speichern weiterhin Kohlenstoff, auch nachdem sie im Wald geerntet wurden; Daher wirken sie sich auf das globale Kohlenstoffbudget aus und erregen als Gegenmaßnahmen zum Klimawandel Aufmerksamkeit2,3,4,5,6,7. Unter den HWP-Platten nimmt der Einsatz von Spanplatten (PB) und Faserplatten (FB) (Abb. 1)8 in den letzten Jahren weltweit zu, und ihr weltweiter Verbrauch hat sich in den letzten 30 Jahren auf etwa 268 Millionen m3/Jahr im Jahr 2021 verdreifacht9 . PB und FB verlängern den Kohlenstoffbestand von HWPs durch Recycling, da viele dieser PBs und FBs nach der Verwendung aus Altholz hergestellt werden10,11. Daher ist es wichtig, die Menge der Kohlenstoffvorräte in PB und FB und deren Veränderungen quantitativ zu bestimmen. Frühere Untersuchungen schätzten den Kohlenstoffbestand von HWPs insgesamt, einschließlich PB und FB12,13,14,15,16,17,18; Allerdings gibt es keine Studien, die sich im Detail mit PB und FB befassen.

Spanplatten und Faserplatten (d. h. Hartfaserplatten, mitteldichte Faserplatten und Dämmplatten)8.

Japan verfügt nach den USA, China und Russland über den größten HWP-Kohlenstoffvorrat6. Mehr als 90 % der Rohstoffe für PB und FB wurden im Jahr 2021 in Japan aus Rest- und Altholz der Forst- und Holzverarbeitung gewonnen19, was für die kaskadierende Holznutzung von wesentlicher Bedeutung ist. Insbesondere Altholz wie abgerissene Baumaterialien machte im Jahr 2021 71 % der Rohstoffe aus19; Dies trägt dazu bei, die Kohlenstoffspeicherdauer von HWPs zu verlängern. Frühere Untersuchungen zu HWPs in Japan haben jedoch die Menge des Kohlenstoffvorrats von PB und FB20,21,22 nicht quantifiziert.

Der Zweck dieser Studie bestand darin, die Kohlenstoffvorräte von PB und FB in Japan von der Vergangenheit bis zur Gegenwart abzuschätzen. In den Richtlinien des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimaänderungen (IPCC)23,24,25 wurden mehrere Methoden zur Schätzung der Menge an Kohlenstoffvorräten in Wasserkraftwerken vorgestellt. Allerdings unterscheiden sich die Schätzergebnisse je nach gewählter Methode26. Daher wurden in dieser Studie mehrere Schätzmethoden verwendet. Es wurden mehrere HWP-Bilanzierungsansätze vorgeschlagen, darunter die Ansätze zur Bestandsänderung, Produktion, atmosphärischen Strömung und einfachen Zerfall23,25. Basierend auf der primären Wichtigkeit haben wir jedoch den Bestandsänderungsansatz für Holzprodukte verwendet, um die PB- und FB-Kohlenstoffvorräte in Japan zu verstehen.

Japans geschätzte PB- und FB-Kohlenstoffvorräte basierend auf der Tier-1-Methode der neuesten IPCC-Richtlinien von 201925 zwischen 1961 und 2022 sind in Abb. 2 dargestellt. Für Tier 1 wurde der Zerfall erster Ordnung (FOD) als Zerfallsfunktion verwendet, 25 Jahre für die Halbwertszeit verwendet, und die Datenbank der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) der Vereinten Nationen (FAOSTAT)9 wurde als Aktivitätsdaten für den PB/FB-Verbrauch verwendet (siehe Abschnitt „Methoden“). Die Kohlenstoffvorräte sind seit 1961 weiter gestiegen und werden Anfang 2022 schätzungsweise ein Maximum von etwa 18,37 Millionen tC erreichen. Auf PB und FB entfielen etwa 10,51 Millionen tC (~ 57 % der Gesamtmenge) und 7,86 Millionen tC (~ 43 % der Gesamtmenge). die Gesamtmenge) bzw. im Jahr 2022. Das Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC) betrachtet jährliche Zunahmen der Kohlenstoffvorräte als Kohlenstoffentfernungen und jährliche Abnahmen als Kohlenstoffemissionen; Daher ist auch der Index dieser jährlichen Veränderung wichtig. Die jährliche Veränderung des Kohlenstoffbestands ist im gesamten Zielzeitraum positiv (es gibt jährliche Steigerungen), und dieser jährliche Anstieg hielt bis 1997 an, wo er ein Maximum von etwa 0,77 Millionen tC/Jahr erreichte. Der anschließende jährliche Anstieg ist jedoch zurückgegangen und die neueste Schätzung für 2021 liegt bei etwa 0,17 Millionen tC/Jahr.

Japans Kohlenstoffvorräte an Spanplatten (PB) und Faserplatten (FB) zwischen 1961 und 2022 basierend auf Stufe 1 der IPCC-Richtlinien. „PB“ umfasst FAOSTATs „Spanplatten und OSB (1961–1994)“, „Spanplatten“ und „OSB“. „FB“ umfasst „Faserplatten, komprimiert (1961–1994)“, „Hartfaserplatten“, „MDF/HDF“ und „Andere Faserplatten“. „Jährliche Änderung“ stellt den Betrag der jährlichen Änderung des Kohlenstoffbestands dar.

Japans geschätzte PB- und FB-Kohlenstoffvorräte basierend auf der Tier-2-Methode der IPCC-Richtlinien25 zwischen 1953 und 2022 sind in Abb. 3 dargestellt. Als Zerfallsfunktion wurde FOD und für die Halbwertszeit für Tier 2 unter Verwendung Japans 25 Jahre verwendet -spezifische Statistiken27 für den PB/FB-Verbrauch (siehe Abschnitt „Methoden“). Die Kohlenstoffvorräte sind seit 1953 kontinuierlich gestiegen und werden Anfang 2022 schätzungsweise etwa 16,75 Millionen tC erreichen. Die Aufteilung betrug 53 % für PB und 47 % für FB (davon waren 7 % Hartfaserplatten (HB), 35 % mittlere Dichte Faserplatten (MDF) und 5 % waren Dämmplatten (IB). Darüber hinaus wird der Kohlenstoffbestand von PB und FB, die Altholz als Rohstoffe verwendeten, Anfang 2022 auf 6,77 Millionen tC geschätzt. Dies entspricht etwa 40 % des gesamten Kohlenstoffbestands. Der jährliche Anstieg des Kohlenstoffbestands nahm bis 1997 zu und erreichte ein Maximum von etwa 0,56 Millionen tC/Jahr und folgte dann einem abnehmenden Trend. Die neueste Schätzung für 2021 liegt bei etwa 0,19 Millionen tC/Jahr.

Japans Kohlenstoffvorräte an Spanplatten (PB) und Faserplatten (FB) zwischen 1953 und 2022 basierend auf Stufe 2 der IPCC-Richtlinien. HB: Hartfaserplatte; MDF: mitteldichte Faserplatte; und IB: Dämmplatte. Unter „Altholz“ versteht man die Menge an Kohlenstoff, die aus Altholz, beispielsweise abgerissenen Baumaterialien, stammt. „Jährliche Änderung“ stellt den Betrag der jährlichen Änderung des Kohlenstoffbestands dar.

Japans geschätzte PB- und FB-Kohlenstoffvorräte basierend auf der Tier-3-Methode der IPCC-Richtlinien25 zwischen 1953 und 2022 sind in Abb. 4 dargestellt. Für Tier 3 verwendeten Gebäude-PBs und -FBs eine logarithmische Normalverteilung als Zerfallsfunktion und eine Halbwertsverteilung. Lebensdauer von 38–63 Jahren, und andere PBs und FBs verwendeten FOD für die Zerfallsfunktion und eine Halbwertszeit von 25 Jahren; beide verwendeten japanspezifische Statistiken27 als Daten für den PB/FB-Verbrauch (siehe Abschnitt „Methoden“). Der Kohlenstoffbestand stieg tendenziell stärker an als der von Tier 1 und Tier 2 und betrug Anfang 2022 etwa 21,83 Millionen tC. Die Aufteilung betrug 50 % PB und 50 % FB (7 % HB, 36 % MDF und 7 % IB); 65 % des Kohlenstoffbestands wurden für Gebäude und 35 % für andere Zwecke verwendet. Darüber hinaus wird der Kohlenstoffbestand von PB und FB, die Altholz als Rohstoffe verwendeten, Anfang 2022 auf 7,99 Millionen tC geschätzt; Dies machte etwa 37 % des gesamten Kohlenstoffbestands aus. Der jährliche Anstieg der Kohlenstoffvorräte erreichte 1997 mit etwa 0,65 Millionen tC/Jahr seinen Höhepunkt, gefolgt von einem Abwärtstrend, wobei die letzte Schätzung für 2021 bei etwa 0,42 Millionen tC/Jahr liegt.

Japans Kohlenstoffvorräte an Spanplatten (PB) und Faserplatten (FB) zwischen 1953 und 2022 basierend auf Tier 3 der IPCC-Richtlinien. HB: Hartfaserplatte; MDF: mitteldichte Faserplatte; IB: Dämmplatte; „Gebäude“ bezieht sich auf Bauanwendungen und „sonstige Nutzungen“ bezieht sich auf andere als die für Gebäude genutzten Anwendungen. Unter „Altholz“ versteht man die Menge an Kohlenstoff, die aus Altholz, beispielsweise abgerissenen Baumaterialien, stammt. „Jährliche Änderung“ stellt den Betrag der jährlichen Änderung des Kohlenstoffbestands dar.

Für die Stufen 1–3 gab es ähnliche Trends bei der Veränderung der Kohlenstoffvorräte im Laufe der Zeit, und diese Trends spiegelten die sozioökonomischen Bedingungen Japans wider. Japan erzielte in den 1950er bis 1970er Jahren ein schnelles Wirtschaftswachstum28; Daher stieg die Menge des Kohlenstoffbestands erheblich an (Abb. 2, 3 und 4), zusammen mit dem Verbrauch von PB und FB (Abb. 6 und 7). Darüber hinaus erhöhte die Blasenwirtschaft die Menge an Kohlenstoffvorräten von Ende der 1980er bis Anfang der 1990er Jahre28. Die wirtschaftliche Stagnation nach dem Zusammenbruch der Blasenwirtschaft28 und die Verbrauchssteuererhöhung im Jahr 199729 führten jedoch 1997 zu einem Spitzenverbrauch von PB und FB, gefolgt von einem Rückgang und einer Stagnation der jährlichen Veränderung des Kohlenstoffbestands. Insbesondere der PB- und FB-Verbrauch ging im Zeitraum 2008–2010 aufgrund der Auswirkungen der globalen Rezession, die ihren Ursprung in den Vereinigten Staaten hatte, erheblich zurück, und die jährliche Veränderung des Kohlenstoffbestands zeigte einen ähnlichen Trend. Darüber hinaus geht man davon aus, dass der starke Rückgang der jährlichen Schwankung der Kohlenstoffvorräte im Jahr 2020 auf die durch die Coronavirus-Pandemie 2019 verursachte wirtschaftliche Stagnation zurückzuführen ist.

Japans Kohlenstoffvorräte an Spanplatten (PB) und Faserplatten (FB) in Gebäuden zwischen 1953 und 2022 unter den verschiedenen Halbwertszeiten und Zerfallsfunktionen. FOD_25: Zerfall erster Ordnung mit einer Halbwertszeit von 25 Jahren; LND_25: Log-Normalverteilung mit einer Halbwertszeit von 25 Jahren; FOD_38–63: Zerfall erster Ordnung mit einer Halbwertszeit von 38–63 Jahren; LND_38–63: Log-Normalverteilung mit einer Halbwertszeit von 38–63 Jahren. Die Werte für „FOD_25“ entsprechen den Gebäude-PB- und FB-Kohlenstoffvorräten basierend auf Tier 2, wie in Abb. 3 gezeigt, während die Werte für „LND_38–63“ aus den Gebäude-PB- und FB-Kohlenstoffvorräten basierend auf Tier 3 bestehen, wie in Abb. 4 gezeigt.

Die Kohlenstoffvorräte der Stufe 1 sind größer als die der Stufe 2 (Abb. 2 und 3), und die Ergebnisse der Stufe 1 waren bis Anfang 2022 etwa 1,1-mal so hoch wie die der Stufe 2. Unterdessen betrug die jährliche Veränderung der Kohlenstoffvorräte der Stufe 1 etwa das 0,9-fache die der Tier-2-Ergebnisse im Jahr 2021. Tier 1 und Tier 2 wurden unter Verwendung derselben Zerfallsfunktion (FOD) und Halbwertszeit (25 Jahre) geschätzt (siehe Abschnitt „Methoden“). Daher wird angenommen, dass dieser Unterschied durch den unterschiedlichen Verbrauch von PB und FB (den Aktivitätsdaten) verursacht wird. Die in Tier 1 verwendeten FAOSTAT-Statistiken und die in Tier 2 verwendeten länderspezifischen Statistiken haben leicht unterschiedliche Definitionen von PB und FB und decken möglicherweise keine gemeinsamen Produkte ab. Darüber hinaus werden PB und FB oft in Flächeneinheiten verstanden; Daher kann der Umrechnungsfaktor in Volumen unterschiedlich sein. Darüber hinaus enthält FAOSTAT FAO-spezifische Schätzungen; Daher ist unklar, ob es die tatsächlichen Umstände des PB/FB-Konsums in Japan widerspiegelt. Tier 1 ist eine nützliche Methode für Länder und Regionen, in denen länderspezifische Statistiken nicht ausreichen, sowie für internationale Vergleichsstudien, die einheitliche Schätzmethoden und Aktivitätsdaten verwenden. Es ist jedoch wichtig, auf die Möglichkeit zu achten, dass die Aktivitätsdaten von FAOSTAT nicht mit denen aus länderspezifischen Statistiken übereinstimmen, die den tatsächlichen Zustand der HWPs im Land zeigen.

Die Kohlenstoffvorräte der Stufe 3 sind größer als die Kohlenstoffvorräte der Stufe 2, und die Ergebnisse der Stufe 3 lagen bis Anfang 2022 bei etwa dem 1,3-fachen der Ergebnisse der Stufe 2 (Abb. 3 und 4). Die jährliche Veränderung des Kohlenstoffbestands der Stufe 3 betrug etwa das 2,2-fache des Kohlenstoffbestands der Stufe 2. Tier 2 und Tier 3 verwenden dieselben PB/FB-Verbrauchsdaten. Unterdessen verwendet Tier 2 FOD für die Zerfallsfunktion und 25 Jahre für die Halbwertszeit, während Tier 3 die logarithmische Normalverteilung für die Zerfallsfunktion und 38–63 Jahre für die Halbwertszeit im Fall von Gebäude-PB und FB verwendet . Daher ist der Unterschied zwischen Tier-2- und Tier-3-Ergebnissen auf die unterschiedlichen Zerfallsfunktionen und Halbwertszeiten von Gebäude-PBs und -FBs zurückzuführen.

Wir haben die Auswirkung der Halbwertszeit und der Zerfallsfunktion auf den Unterschied zwischen den Ergebnissen der Stufen 2 und 3 separat analysiert. Japans geschätzte Kohlenstoffvorräte im Gebäude PB und FB unter den verschiedenen Halbwertszeiten und Zerfallsfunktionen sind in Abb. 5 dargestellt Der Unterschied in den geschätzten Ergebnissen nach der Änderung der Zerfallsfunktionen des Gebäudes PB und FB von FOD zur logarithmischen Normalverteilung (der Unterschied zwischen „FOD_25“ und „LND_25“ in Abb. 5) war nahezu gleich dem, der durch Verlängerung der Halbwertszeiten des Gebäudes beobachtet wurde PB und FB von 25 Jahren bis 38–63 Jahren (der Unterschied zwischen „FOD_25“ und „FOD_38–63“ in Abb. 5). Daher geht man davon aus, dass die Wahl einer Zerfallsfunktion und einer Halbwertszeit fast gleichermaßen den Unterschied in den geschätzten Ergebnissen zwischen Stufe 2 und 3 beeinflusst. Die Standardhalbwertszeit von 25 Jahren in den IPCC-Richtlinien25 ist für die Gebäude-PBs zu kurz und FBs in Japan30,31. Die Menge des Gebäude-PB- und FB-Kohlenstoffvorrats aus Tier-3-Ergebnissen betrug etwa das 1,5-fache der Tier-2-Ergebnisse Anfang 2022. Dies ist auf Tier 3 zurückzuführen, das die längere Halbwertszeit nutzt und die geeignete Zerfallsfunktion japanischer Gebäude widerspiegelt ( Abb. 5).

Ungefähr 40 % des Kohlenstoffbestands in PB und FB stammten Anfang 2022 aus Altholz in Tier 2 und Tier 3. Im Jahr 2021 machen Waldreststoffe, Holzverarbeitungsreste und Altholz (z. B. abgerissene Baumaterialien) 98 % aus. und 80 % der Rohstoffe für die PB- bzw. FB-Produktion in Japan19, und es gibt Fortschritte bei der effektiven Nutzung recycelter Materialien. Dabei ist der Anteil von Altholz an den Rohstoffen gestiegen, der im Jahr 2021 bei PB 94 % und bei FB 31 % ausmacht (Abb. 7)19. Altholz wurde früher als Holzprodukte wie Baumstämme, Schnittholz, Sperrholz und Brettschichtholz für Bauarbeiten, Möbel usw. verwendet und nach einer gewissen Zeit als Kohlenstoffspeicher entsorgt. Daher kann das Recycling von PB und FB den Kohlenstoffvorrat erweitern und ihn zu einem wichtigen Kohlenstoffspeicher machen.

Die Kohlenstoffvorräte waren Anfang 2022 in Tier 3 am höchsten, gefolgt von Tier 1 und Tier 2. Die jüngsten jährlichen Veränderungen der Kohlenstoffvorräte waren in Tier 3 am höchsten, gefolgt von Tier 2 und Tier 1 im Jahr 2021. Es wird angenommen, dass dies der Fall ist Die Menge des Kohlenstoffbestands der Stufe 3 und ihre jährliche Änderung sind größer als die der anderen beiden Stufen, da die Zerfallsfunktion und die Halbwertszeit, die die Lebensdauer japanischer Holzgebäude widerspiegeln, auf die Gebäude PB und FB angewendet werden. Es wird davon ausgegangen, dass Stufe 3 von allen drei Stufen die höchste Schätzgenauigkeit aufweist. Dies deutet darauf hin, dass Tier 1 und Tier 2 den Kohlenstoffbestand und seine jährliche Veränderung unterschätzen.

Die Kohlenstoffvorräte in HWPs nach dem Stock-Change-Ansatz beliefen sich Anfang 2019 auf etwa 386 Millionen tC in früheren Untersuchungen, die gesamte HWPs in Japan abdeckten6. Unsere Ergebnisse für PB und FB beliefen sich im selben Jahr auf der Grundlage von Tier 3 auf etwa 21 Millionen tC: Dies entsprach fast 5 % der Kohlenstoffvorräte in den gesamten HWPs. Die Kohlenstoffvorräte in HWPs, die in Japans Gebäuden verwendet werden, wurden Anfang 2019 auf etwa 148 Millionen tC geschätzt22, während unsere Ergebnisse für Tier-3-Gebäude-PB und -FB Anfang 2019 bei etwa 13 Millionen tC lagen. Dies deutete auf 9 % der Kohlenstoffvorräte in Gebäude-HWPs hin. Im Gegensatz dazu gingen die Kohlenstoffvorräte in Wasserkraftwerken im Jahr 2018 in Japan jährlich um etwa 2 Millionen tC/Jahr zurück6. Unterdessen zeigte diese Studie, dass PB und FB im selben Jahr auf Basis von Tier 3 jährlich um etwa 0,5 Millionen tC/Jahr zunahmen. Dies trägt zu einem jährlichen Anstieg von über 20 % bei. Der jährliche Rückgang der Kohlenstoffvorräte in Gebäude-HWPs wurde im Jahr 2018 auf etwa 0,8 Millionen tC/Jahr geschätzt22. Im Gegensatz dazu tragen unsere Ergebnisse des jährlichen Anstiegs der PB und FB in Gebäuden um etwa 0,5 Millionen tC/Jahr im selben Jahr zu einem Anstieg von fast 60 % bei. Zunahme der jährlichen Veränderungen. Es ist schwierig, unsere Ergebnisse einfach mit denen früherer Studien6,22 zu vergleichen, da zwischen ihnen Unterschiede in den Schätzmethoden bestehen. Dennoch wird der abnehmende Trend der jährlichen Änderungen der Kohlenstoffvorräte in Wasserkraftwerken durch den jährlichen Anstieg der PB- und FB-Kohlenstoffvorräte abgemildert.

Diese Studie bezog sich bei der Schätzmethode auf die neuesten IPCC-Richtlinien25; Die Schätzmethoden in den Leitlinien von 200623 und den Leitlinien von 201324 unterscheiden sich geringfügig von denen in den Leitlinien von 201925 in Bezug auf Zielholzprodukte, Halbwertszeiten, Kohlenstoffumwandlungsfaktoren und andere Aspekte6. Die Ergebnisse der Kohlenstoffvorratsschätzung werden abweichen, wenn auf andere Richtlinien verwiesen wird. Die Leitlinien von 200623 und die Leitlinien von 201925 bieten Schätzmethoden im Rahmen des Bestandsänderungsansatzes. Halbwertszeiten und Kohlenstoffumrechnungsfaktoren unterscheiden sich zwischen den beiden Richtlinien in Bezug auf PBs und FBs. Daher haben wir die Auswirkung unterschiedlicher IPCC-Richtlinien auf die geschätzten Ergebnisse der Kohlenstoffvorräte analysiert. Wir haben die Halbwertszeiten von 25 Jahren (die Richtlinien von 2019)25 auf 30 Jahre (die Richtlinien von 2006)23 für PB/FB basierend auf Tier 1–2 und PB/FB für andere Nutzungen als Gebäude basierend auf Tier 3 und als Kohlenstoffumwandlung geändert Faktoren aus den Werten in Tabelle 1 (die Richtlinien von 2019)25 bis 0,294 tC/m3 (die Richtlinien von 2006)23 für PB/FB basierend auf den Stufen 1–3. Die geschätzten Ergebnisse der Kohlenstoffvorräte sind in den ergänzenden Abbildungen dargestellt. S1–S3. Die Kohlenstoffvorräte und ihre jährlichen Veränderungen waren unter den Leitlinien von 2006 für alle Ebenen größer als unter den Leitlinien von 2019. Die Schätzung anhand der neuesten Leitlinien25 führt in dieser Studie zu konservativen Ergebnissen im Vergleich zu den vorherigen Leitlinien23.

Eine Einschränkung dieser Forschung besteht darin, dass wir die Zerfallsfunktion und Halbwertszeit für andere Nutzungen als die für Gebäude nicht untersuchen konnten. PB und FB werden in Anwendungen wie Bauwesen, Möbeln, Elektrogeräten, Automobilinnenräumen, Verpackungen und verschiedenen Gütern verwendet32. Die FOD-Funktion und die 25-jährige Halbwertszeit, die in den neuesten IPCC-Richtlinien25 vorgeschlagen werden, dürften für diese Anwendungen unterschiedlich sein. Die Zerfallsfunktion und Halbwertszeit, die auf die tatsächlichen Umstände schließen lassen, wurden jedoch nicht wissenschaftlich geklärt. Daher wurde in dieser Studie ein Standard-FOD von 25 Jahren angewendet. Man geht davon aus, dass die Schätzgenauigkeit der PB- und FB-Kohlenstoffvorräte durch die Bestimmung der geeigneten Zerfallsfunktionen und Halbwertszeiten für jede Anwendung weiter verbessert werden könnte.

Japans Verbrauch an Spanplatten (PB) und Faserplatten (FB) von 1961 bis 2021, ermittelt aus der Datenbank der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) der Vereinten Nationen (FAOSTAT) (Kohlenstoffäquivalent).

Japans Verbrauch an Spanplatten (PB) und Faserplatten (FB) von 1953 bis 2021, ermittelt aus japanspezifischen Statistiken (Kohlenstoffäquivalent). HB: Hartfaserplatte; MDF: mitteldichte Faserplatte; IB: Dämmplatte; „Gebäude“ bezieht sich auf Bauanwendungen und „sonstige Nutzungen“ bezieht sich auf Anwendungen, die nicht für Gebäude bestimmt sind. „Altholz“ bezieht sich auf das Verhältnis von Altholz (z. B. abgerissene Baumaterialien) zu rohen PB- und FB-Materialien.

Eine weitere Einschränkung dieser Studie besteht darin, dass sie nur auf den Bestandsänderungsansatz als Bilanzierungsansatz für HWPs abzielt. Im Rahmen des Pariser Abkommens ermöglichen sowohl die Nationally Determined Contributions als auch der National Greenhouse Gas Inventory Report (NIR) den Ländern die freie Wahl ihres HWP-Rechnungsansatzes33,34. Allerdings ist das NIR verpflichtet, Produktionsannäherungszahlen als ergänzende Informationen zu melden34. Die Menge des Kohlenstoffbestands und seine jährliche Veränderung variieren stark je nach Bilanzierungsansatz2,3,6,13. Daher ist es wichtig, andere Rechnungslegungsansätze als den Bestandsänderungsansatz in Betracht zu ziehen.

Diese Studie schätzte die Menge der PB- und FB-Kohlenstoffvorräte und ihre jährlichen Veränderungen in den letzten 70 Jahren (1953–2022) in Japan. Jeder Wert wurde anhand der drei in den neuesten IPCC-Richtlinien angegebenen Methoden geschätzt.

Japans PB- und FB-Kohlenstoffvorräte stiegen unter Verwendung der Tier-1-3-Methoden kontinuierlich an, obwohl der jährliche Anstieg der Kohlenstoffvorräte 1997 seinen Höhepunkt erreichte, gefolgt von einem Abwärtstrend. Der Kohlenstoffbestand und die jährliche Änderung waren in Tier 3 im Vergleich zu Tier 1 und Tier 2 größer. Dies wurde durch die Verwendung von Zerfallsfunktionen und Halbwertszeiten für den Bau von PB/FB beeinflusst, die für japanische Holzgebäude geeignet sind. Daher wurde vermutet, dass Stufe 3 die höchste Schätzgenauigkeit aufweist, während Stufe 1 und 2 die Kohlenstoffvorräte und jährlichen Änderungen unterschätzen. Ungefähr 40 % des PB- und FB-Kohlenstoffbestands stammen aus Altholz, was die Lebensdauer des Kohlenstoffbestands verlängert. Während der Beitrag der Kohlenstoffvorräte in PB und FB zu denen in allen HWPs begrenzt ist, trägt ihr jährlicher Anstieg wesentlich dazu bei, abnehmende Trends der jährlichen Änderungen der Kohlenstoffvorräte in HWPs abzumildern. Daher fördert eine weitere effektive Nutzung von PB und FB die Kohlenstoffentfernung aus HWPs in Japan stark.

Diese Studie liefert numerische Informationen über das Ausmaß der Veränderungen des Kohlenstoffbestands in PBs und FBs im Laufe der Zeit, die eine wichtige Rolle bei der kaskadenartigen Nutzung von Holzressourcen für politische Entscheidungsträger, Experten und Forscher spielen, die an Holznutzungsrichtlinien und Gegenmaßnahmen zum Klimawandel beteiligt sind . Die Ergebnisse werden zur Untersuchung von Gegenmaßnahmen zum Klimawandel durch den effektiven Einsatz von PBs und FBs beitragen. Darüber hinaus können die in dieser Forschung verwendeten Methoden auf andere Länder und Regionen als Japan sowie auf andere HWPs als PBs und FBs angewendet werden.

Diese Forschung konzentrierte sich auf die in Japan verwendeten PBs und FBs aus den gesamten verfügbaren statistischen Daten zwischen 1953 und 2022, um die Menge des Kohlenstoffbestands zu ermitteln.

Die neuesten IPCC-Richtlinien enthalten drei Methoden zur Schätzung des Kohlenstoffbestands und seiner jährlichen Änderungen (Stufen 1–3), abhängig von den in den einzelnen Ländern anwendbaren Methoden und der Verfügbarkeit von HWP-Aktivitätsdaten25. Die Schätzergebnisse unterscheiden sich je nach Stufe25,26; Daher wurden diese drei Methoden in dieser Studie zur Schätzung der Kohlenstoffvorräte verwendet.

Stufe 1 ist eine Schätzmethode, die angewendet wird, wenn länderspezifische Methoden nicht angewendet werden können und länderspezifische HWP-Aktivitätsdaten nicht verwendet werden können. Diese Methode wendet FOD an, eine Standard-Abklingfunktion, die in den IPCC-Richtlinien25 vorgeschlagen wird. Für die Aktivitätsdaten wurde FAOSTAT9 verwendet, die von der FAO veröffentlichte globale Waldproduktstatistik. Gl. (1)–(3) zeigen die Schätzformeln für den Kohlenstoffbestand und seine jährlichen Änderungen unter Verwendung von FOD:

wobei \(C\left(i+1\right)\) der PB- und FB-Kohlenstoffbestand zu Beginn des Jahres \(i+1\) (tC) ist, \(Inflow\left(i\right)\) ist die Kohlenstoffeintragsmenge von PB und FB in den Kohlenstoffbestand während des Jahres \(i\) (tC/Jahr), \(HL\) ist die Halbwertszeit von PB und FB (Jahr), \(\Delta C\ left(i\right)\) ist die jährliche Änderung des Kohlenstoffbestands im Jahr \(i\) (tC/Jahr) und \(i\) gibt jedes Jahr von 1961 bis 2021 an.

\(Inflow\left(i\right)\) verwendet FAOSTAT-Daten. Diese internationalen Statistiken liegen ab 1961 vor. Die Klassifizierung von PB- und FB-Waren änderte sich zwischen vor 1994 und nach 1995 (ergänzende Abbildung S4). Für PB wurden die „Spanplatten“ und „OSB“ (Oriented Strandboard) von FAOSTAT ins Visier genommen. Die Rohstoffe Spanplatten und OSB wurden vor 1994 zusammengefasst und erst ab 1995 getrennt. Währenddessen wurden bei FB vor 1994 „Hartfaserplatten“ und „MDF/HDF“ als „Faserplatten, komprimiert (1961–1994)“ zusammengefasst, und seit 1995 sind diese Waren getrennt. Zusätzlich wurde „Sonstige Faserplatten“ als IB35 festgelegt. Es wurden Produktions-, Import- und Exportdaten (m3/Jahr) dieser Waren ermittelt und der Verbrauch (= Produktion + Import – Export) (m3/Jahr) berechnet. Dies wurde mit dem Kohlenstoffumrechnungsfaktor (tC/m3)25 der in Tabelle 1 aufgeführten IPCC-Richtlinien multipliziert, um ihn in eine Kohlenstoffmenge (tC/Jahr) umzurechnen, die dann als Inputmenge für den Kohlenstoffbestand verwendet wurde, wie in gezeigt Abb. 6.

Der \(HL\) wurde auf 25 Jahre25 festgelegt, was in den IPCC-Richtlinien als Standardwert für Holzwerkstoffplatten angegeben wurde.

Stufe 2 ist eine Methode, die länderspezifische Aktivitätsdaten unter Verwendung von FOD als Abklingfunktion verwendet. Die FOD-Funktion ist dieselbe wie die für Tier-1-Gleichungen. (1)–(3).

PB- und FB-Verbrauchsdaten wurden als Aktivitätsdaten basierend auf Japan-spezifischen Statistiken27 für den \(Zufluss\left(i\right)\) in Gl. verwendet. (1). Konkret wurden Daten zum Inlandsverbrauch (= Inlandsverkäufe + Import) für PB und FB (HB, MDF und IB) auf Antrag von 1953 bis 2021 von der Japan Fiberboard and Spanicleboard Manufacturers Association (JFPMA) eingeholt. Ergänzende Daten zeigen die numerischen Daten der Statistik. Diese PB- und FB-Verbrauchsmenge (m3/Jahr, t/Jahr) wurde mit dem Kohlenstoffumrechnungsfaktor (tC/m3, tC/t) (Tabelle 1) multipliziert, um sie in eine Kohlenstoffmenge (tC/Jahr) umzurechnen wird dann als Inputmenge für den Kohlenstoffbestand verwendet (Abb. 7). Produkte, die „OSB“ in FAOSTAT9 der Stufe 1 entsprechen, sind in den PB-spezifischen Statistiken für Japan enthalten27.

Zeitreihendaten zur Aufteilung der Rohstoffe wurden auch für PB und FB von JFPMA27 erhalten. Der aus Altholz abgeleitete PB- und FB-Verbrauch wurde berechnet, indem der PB- und FB-Verbrauch mit dem Verhältnis von Altholz (z. B. abgerissene Baumaterialien) zu Roh-PB- und FB-Materialien für jedes Jahr multipliziert wurde. Japanspezifische Statistiken zum Verhältnis von Altholzdaten waren nur für die folgenden Zeiträume verfügbar: 1993 und 1998–202127. Daher wurden die Daten zwischen 1994 und 1997 interpoliert, indem die beiden Verhältnisse in den Jahren 1993 und 1998 linear verbunden wurden, und die Verhältnisse zwischen 1953 und 1992 wurden mit 0 angenommen (siehe ergänzende Daten). Anschließend wurde der PB- und FB-Verbrauch, der aus Altholz stammte, in \(Inflow\left(i\right)\) in Gleichung eingesetzt. (1) und die Menge des aus Altholz stammenden PB/FB-Kohlenstoffbestands wurde geschätzt.

Für Gebäude und andere Nutzungen wurde eine einheitliche Frist von 25 Jahren festgelegt; Dies war das gleiche wie für Tier 1.

Bei Tier 3 handelt es sich um eine Methode, die eine länderspezifische Schätzmethode und Aktivitätsdaten verwendet. Japanische Holzgebäude, die PB und FB verwenden, haben Halbwertszeiten von 38–63 Jahren30 gemeldet, was viel länger ist als der Standardwert von 25 Jahren in den IPCC-Richtlinien25. Die logarithmische Normalverteilung eignet sich am besten für die Zerfallsfunktion, nicht die FOD30. Man geht davon aus, dass die Berücksichtigung dieser Faktoren zu einer höheren Schätzgenauigkeit der PB- und FB-Kohlenstoffvorräte führt als die Verwendung von FOD als Zerfallsfunktion und 25 Jahren als Halbwertszeit; Daher haben wir länderspezifische Schätzmethoden zum Aufbau von PBs und FBs angewendet. Gl. (4) und (5) zeigen die Formeln zur Schätzung des Kohlenstoffbestands unter Verwendung der logarithmischen Normalverteilung als Zerfallsfunktion:

Dabei ist \(Cb\left(i+1\right)\) die Menge des PB- und FB-Kohlenstoffvorrats des Gebäudes zu Beginn des Jahres \(i+1\) (tC), \(Inflowb\left(n\right) \) ist die Inputmenge des Aufbaus von PB und FB in den Kohlenstoffbestand während des Jahres \(n\) (tC/Jahr) und \(R\left(in\right)\) ist der verbleibende Anteil des PB- und FB-Inputs zum Kohlenstoffbestand nach \(in\) Jahren. Die Halbwertszeit (\(HL\)) ist definiert als die Anzahl der verstrichenen Jahre (\(in\)), in denen der verbleibende Bruchteil 0,5 erreicht. \(\mu\) bezieht sich auf den Mittelwert und bezeichnet den natürlichen Logarithmus der Halbwertszeit (\(HL\)), \(\sigma\) bezieht sich auf die Standardabweichung, \({i}_{0}\ ) bezieht sich auf das erste Jahr 1953 und \(i\) bezieht sich auf jedes Jahr bis 2021.

\(Inflowb\left(n\right)\) zielt auf diejenigen für Bauanwendungen unter länderspezifischen statistischen Daten der Stufe 2 ab (Abb. 7). Die Importdaten waren auf Antrag nicht verfügbar, wohingegen die Inlandsverkaufsdaten verfügbar waren. Daher haben wir die Inputmenge an importiertem Gebäude-PB und FB anhand des Verhältnisses von Gebäude-PB und FB in den Inlandsverkaufsdaten für jedes Jahr ermittelt (siehe ergänzende Daten).\(i\)=1953–1964 hatte eine Halbwertszeit von 38 Jahre und eine Standardabweichung von 0,60, \(i\)=1965–1996 hatte eine Halbwertszeit von 56 Jahren und eine Standardabweichung von 0,61 und \(i\)=1997–2021 hatte eine Halbwertszeit von 63 Jahren und Standardabweichung von 0,20 basierend auf früheren Untersuchungen zur Schätzung der Lebensdauerverteilung von Holzgebäuden30.

Die Menge des aus Altholz stammenden Kohlenstoffbestands wurde wie in Tier 2 auch anhand des Anteils von Altholz in den rohen PB- und FB-Materialien pro Jahr geschätzt.

Die Zerfallsfunktion und Halbwertszeit von PBs und FBs für andere Verwendungszwecke als für Gebäude sind nicht geklärt; Daher haben wir wie in Tier 2 FOD für die Zerfallsfunktion und 25 Jahre für die Halbwertszeit verwendet.

Die im Rahmen der aktuellen Studie generierten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Referenzen herunterladen

Diese Forschung wurde von der Japan Fiberboard and Particleboard Manufacturers Association, der Japan Society for the Promotion of Science (Fördernummer JP20H04384) und dem Institute of Global Innovation Research an der Tokyo University of Agriculture and Technology unterstützt.

Institut für Landwirtschaft, Universität für Landwirtschaft und Technologie Tokio, 3-5-8 Saiwai-Cho, Fuchu, Tokio, 183-8509, Japan

Chihiro Kayo & Suguru Hirahara

United Graduate School of Agricultural Science, Universität für Landwirtschaft und Technologie Tokio, 3-5-8 Saiwai-Cho, Fuchu, Tokio, 183-8509, Japan

Kotoko Sanjo, Issei Sato & Mengyuan Liu

Fakultät für Forstwirtschaft, Gadjah Mada University, Bulaksumur, Yogyakarta, 55281, Indonesien

Gianova Vierry Prasetyadi

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CK hat diese Studie konzipiert und gestaltet. CK, KS, IS, ML, GP und SH erfassten und analysierten Daten. CK schrieb den Haupttext des Manuskripts. KS, IS, ML, GP und SH haben den Text bearbeitet. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Chihiro Kayo.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Kayo, C., Sanjo, K., Sato, I. et al. Kohlenstoffvorräte von Span- und Faserplatten in Japan. Sci Rep 13, 9846 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-37132-x

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Eingegangen: 21. April 2023

Angenommen: 16. Juni 2023

Veröffentlicht: 17. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-37132-x

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