Kartierung des globalen Dachflächenwachstums für nachhaltige Energie und Stadtplanung

21.7.2024 Ein neuartiges maschinelles Lernframework, das von IIASA-Forschern entwickelt wurde, um das globale Dachflächenwachstum von 2020 bis 2050 abzuschätzen, kann bei Planung nachhaltiger Energiesysteme, Stadtentwicklung und Eindämmung des Klimawandels helfen.

Es hat auch das Potenzial, in Schwellenländern erhebliche Vorteile zu bringen.

Im Jahr 2019 verbrauchten Gebäude auf der ganzen Welt etwa 18 % des jährlich erzeugten Stroms und produzierten 21 % der in die Atmosphäre freigesetzten Treibhausgase, was erheblich zum Klimawandel beitrug. Da die Weltbevölkerung weiter wächst, werden wir mehr Gebäude benötigen, was wiederum den Bedarf an Strom und Baumaterialien erhöhen wird.

Die globale Dachfläche bezieht sich auf die gesamte Bruttooberfläche aller Dächer von Gebäuden auf der ganzen Welt. Diese Messung ist für verschiedene Zwecke wichtig, beispielsweise für die Installation von auf Dächern montierten Solarmodulen für saubere Energie, die Planung von Städten und die Untersuchung von Umweltauswirkungen. Indem wir die globale Dachfläche und ihr Wachstum in den nächsten 30 Jahren verstehen, können wir nachhaltige Energiesysteme besser planen, die Stadtentwicklung verbessern und die Auswirkungen von Gebäuden auf Probleme wie Klimawandel und Verlust der Artenvielfalt reduzieren.

Um dabei zu helfen, haben Forscher des IIASA ein maschinelles Lernframework entwickelt, das Big Data von etwa 700 Millionen Gebäudegrundrissen, globaler Landbedeckung sowie globalen Straßen- und Bevölkerungsinformationen verwendet. Ihr Framework, das inzwischen in der Zeitschrift Scientific Data veröffentlicht wurde, liefert Schätzungen des Dachflächenwachstums von 2020 bis 2050 unter fünf verschiedenen Zukunftsszenarien. Die Daten decken ungefähr 3,5 Millionen kleine Flächen weltweit ab.

Anhand des Frameworks schätzten die Forscher, dass im Jahr 2020 die gesamte Dachfläche weltweit 0,25 Millionen Quadratkilometer betrug, bei einer gesamten von Menschenhand geschaffenen bebauten Oberfläche von 1,46 Millionen Quadratkilometern. Asien hatte mit 0,12 Millionen Quadratkilometern den größten Anteil, gefolgt von Europa mit 0,047 Millionen, Nordamerika mit 0,039 Millionen und Afrika mit 0,02 Millionen. Bis 2050 wird die globale Dachfläche voraussichtlich auf 0,3 bis 0,38 Millionen Quadratkilometer anwachsen, was einer Steigerung von 20-52 % gegenüber 2020 entspricht. Für Afrika wird das höchste Wachstum prognostiziert, wo sich die Dachfläche möglicherweise verdoppeln wird.

Die Arbeit des Teams liefert die erste hochauflösende globale Schätzung des Wachstums der Dachfläche basierend auf verschiedenen sozioökonomischen Pfadnarrativen und zeigt, wie große georäumliche Datensätze und maschinelles Lernen nachhaltige Entwicklung und Klimaschutzmaßnahmen unterstützen können. Die wichtigste Erkenntnis ist, dass Solarstrom auf Dächern ein erhebliches Potenzial für Schwellenländer birgt. Durch das schnelle Wachstum der Dachflächen können diese Regionen ihre Fertigungskapazitäten, ihr hohes Solarpotenzial, ihre kostengünstigen Arbeitskräfte und ihren Unternehmergeist nutzen, um eine nachhaltige Entwicklung und Wohlstand zu erreichen.

„Die Auswirkungen dieser Forschung auf Politik und Öffentlichkeit sind erheblich. Unser Datensatz kann zu einer realistischeren Planung dezentraler Solarenergiesysteme beitragen und so nachhaltige Energielösungen fördern. Die Abschätzung des Potenzials der Dachsolartechnologie zur Umsetzung von Klimapolitiken, insbesondere in Schwellenländern, kann dazu beitragen, dass diese Politiken im Einklang mit den nachhaltigen Entwicklungszielen für saubere Energie, nachhaltige Städte, Klimaschutz und Leben an Land effektiver und erschwinglicher werden“, schlussfolgert Hauptautor Siddharth Joshi, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe für integrierte Bewertung und Klimawandel des IIASA-Programms für Energie, Klima und Umwelt.

Joshi begann mit der Arbeit an der Konzeptualisierung, Entwicklung und Analyse des Rahmens, während er am IIASA-Sommerprogramm für junge Wissenschaftler 2021 teilnahm. Für seine Arbeit in diesem Zusammenhang erhielt er den Mikhalevich-Preis.

Der vollständige Datensatz ist verfügbar unter: zenodo.org/records/11085013

Reference
Joshi, S., Zakeri, B., Mittal, S., Mastrucci, A., Holloway, P., Krey, V., Ramprasad Shukla, P., O’Gallachoir, B., & Glynn, J. (2024). Global high-resolution growth projections dataset for rooftop area consistent with the shared socioeconomic pathways, 2020–2050. Scientific Data DOI: 10.1038/s41597-024-03378-x