Globale kulturspezifische Energienachfrage für Bewässerung

Warum die Bewässerung unserer Feldfrüchte mehr Energie braucht, als Sie denken

Die Ernährung einer wachsenden und wohlhabender werdenden Welt hängt nicht nur von Land und Wasser ab, sondern auch von Energie. Diese Studie geht eine auf den ersten Blick einfache, aber folgenschwere Frage an: Wie viel Energie ist nötig, um Wasser zu den Nutzpflanzen der Welt zu transportieren, und was würde es energiemäßig kosten, Bewässerung dort auszubauen, wo sie nachhaltig die Nahrungsmittelproduktion steigern könnte? Indem die Autoren diesen Bedarf feldfruchtspezifisch und weltweit kartieren, zeigen sie, wo Bewässerung heute bereits am meisten Energie verschlingt, wo neuer Bewässerungsanbau sicher ausgedehnt werden könnte und wie eingeschränkter Zugang zu Strom – nicht das Wasser selbst – die Erträge und die Ernährungssicherheit bremsen kann.

Wie Wasser, Land und Energie unsere Nahrung formen

Die landwirtschaftliche Produktion hat sich seit 1960 mehr als verdreifacht, während die Fläche des Ackerlands nur moderat zugenommen hat. Ein großer Teil dieses Ertragsanstiegs beruht auf Intensivierung – Dünger, Maschinen und besonders Bewässerung. Heute machen bewässerte Flächen zwar nur rund ein Fünftel der globalen Ackerfläche aus, liefern aber mehr als 40 % der weltweiten Nahrungsenergie. Bewässerung ermöglicht es Landwirtinnen und Landwirten, die Unwägbarkeiten des Wetters auszugleichen, die Wasserversorgung verlässlicher zu machen und Hitzestress für Pflanzen zu verringern. Das Grün werden zu lassen ist jedoch energieintensiv: Pumpen fördern Wasser aus Flüssen, Kanälen und Grundwasser; druckbeaufschlagte Systeme versprühen oder tröpfeln es über die Felder; und die Wahl der Technologie, der Wasserquelle und der Kulturpflanze beeinflusst die Energierechnung.

Die versteckte Energie der Bewässerung messen

Die Forscher bauten ein globales, physikalisch begründetes Modell auf einem Raster von rund 10 Kilometern auf, das Klima, Böden, Topographie, Feldgrößen, Bewässerungsmethoden und detaillierte Kulturpflanzenkarten kombiniert. Für jede Zelle und jede Kultur schätzten sie die jährliche Bewässerungswasser­menge, berechneten dann die Energie zum Entnehmen, Heben und Austragen dieses Wassers mit Flächenbewässerung, Beregnung oder Tröpfchenbewässerung, gespeist aus Oberflächen- oder Grundwasser. Sie berücksichtigten zudem die Effizienz von Diesel- und Elektropumpen. Das Ergebnis ist ein kulturspezifischer Atlas der Bewässerungs-Energienachfrage unter den heutigen Bedingungen und unter einem Szenario, in dem Bewässerung nur dort ausgeweitet wird, wo Süßwasser verfügbar ist, ohne Flüsse oder Grundwasser über nachhaltige Grenzen hinaus zu entnehmen.

Wo die Bewässerungsenergie heute am höchsten ist

Weltweit verbraucht die derzeitige Bewässerung etwa 1,38 × 10⁹ Gigajoule Energie pro Jahr – nur ein kleiner Anteil am gesamten menschlichen Energieverbrauch, aber ein bemerkenswerter Anteil am Energiebedarf der Landwirtschaft. Der Großteil dieser Energie fließt in Flächenbewässerungssysteme, die den weitaus größten Teil der bewässerten Fläche ausmachen; der Rest versorgt druckbeaufschlagte Beregnungs- und Tröpfchensysteme, die pro Hektar meist mehr Energie benötigen, weil sie hohe Betriebsdrücke erfordern. Die Bewässerungs-Energienachfrage konzentriert sich stark im Indo‑pakistanischen Gürtel, im US-amerikanischen „Corn Belt“ sowie im Nahen Osten und Nordafrika. Sechs Kulturen – Weizen, Reis, Mais, Baumwolle, Zuckerrohr und Gemüse – bedecken etwa 60 % der bewässerten Flächen und machen einen ähnlichen Anteil der Bewässerungsenergie aus. Einige Kulturen, wie Zuckerrohr und tropische Früchte, verlangen deutlich mehr Energie pro Hektar, da sie sehr durstig sind und oft mit energieintensiven Systemen oder aus tiefen Grundwasserleitern bewässert werden.

Was passiert, wenn wir Bewässerung nachhaltig ausdehnen

Das Team untersuchte dann, wo Bewässerung auf derzeit regenabhängigen Ackerflächen ergänzt werden könnte, ohne Umweltwasserbedarfe zu verletzen oder Grundwasser zu übernutzen, und welche Folgen dies für Energieverbrauch und Nahrungsmittelangebot hätte. Sie identifizierten etwa 110 Millionen Hektar Land – hauptsächlich in Afrika, Osteuropa und im asiatischen Russland –, wo blaues Wasser für neue Bewässerung verfügbar wäre. Die Wasserversorgung dieser Flächen würde grob 600 Kubikkilometer zusätzliches Wasser pro Jahr erfordern und den Bewässerungsenergiebedarf um etwa 17 % erhöhen. Weizen, Mais und Reis dominieren dieses Ausbaupotenzial. Die zusätzliche Nahrungsmittelproduktion könnte in Subsahara‑Afrika besonders transformativ sein, wo der Kalorienertrag von bewässertem Land um rund 60 % steigen könnte und so zur Bekämpfung von Mangelernährung beitragen würde. Viele der Regionen mit den höchsten potenziellen Gewinnen leiden jedoch unter Energiearmut: ein großer Teil der zusätzlichen Energienachfrage läge in Gebieten ohne verlässlichen Stromzugang, sodass neue Infrastruktur, Mikro‑Netze oder netzunabhängige Solarlösungen nötig wären, um diese Chancen zu nutzen, ohne auf Diesel zurückgreifen zu müssen.

Stromzugang als neue Engstelle

Indem sie ihre Karten der Bewässerungsenergie mit Daten zu Stromnetzen und nächtlicher Beleuchtung überlagerten, zeigen die Autoren, dass etwas mehr als die Hälfte des heutigen Bewässerungsenergieeinsatzes in Gebieten mit klarer Elektrifizierung stattfindet, und dieser Anteil ist für die möglichen Ausbauzonen noch geringer. Sie stellen außerdem fest, dass das Grundwasserpumpen oft die größte Energierechnung verursacht, insbesondere in ariden Regionen mit tiefen Grundwasserständen. Technologien spielen eine Rolle: Der Wechsel von Flächenbewässerung zu Beregnung kann Wasser sparen, aber den Energieverbrauch erhöhen; Tröpfchenbewässerung kann sowohl wasser­effizient als auch relativ weniger energieintensiv sein, deckt derzeit jedoch nur einen winzigen Bruchteil der global bewässerten Flächen ab und ist nicht überall einsetzbar. Die Studie betont, dass allein günstigere oder besser zugängliche Wasser- und Energiepreise Rebound‑Effekte auslösen können und die Gesamtentnahmen steigen würden, wenn nicht starke Schutzmaßnahmen greifen.

Was das für unsere künftige Nahrung und das Klima bedeutet

Praktisch zeigt die Studie, dass ein großer Teil der künftigen Ernährungssicherheit davon abhängt, ob Landwirte in wasserreichen, aber energiearmen Regionen bezahlbare, kohlenstoffarme Energie für Pumpen erhalten. Bewässerung dort auszuweiten, wo Wasser verfügbar ist, könnte Erträge und Klimaresilienz, insbesondere im Globalen Süden, deutlich steigern; die Nutzung von Diesel würde jedoch Emissionen und Kosten erhöhen. Eine gemeinsame Planung von Bewässerungs- und Energiesystemen – die Wahl der passenden Kulturen, Bewässerungsmethoden und Energiequellen für jeden Ort – kann diese versteckte Energienachfrage von einem Hindernis in eine Chance verwandeln. Die Autoren argumentieren, dass ihre kulturspezifischen Karten eine praktische Anleitung für Regierungen, Geber und Versorger bieten, um Investitionen dort zu bündeln, wo nachhaltige Bewässerung pro Einheit eingesetzter Energie die größten Gewinne für Nahrung, Lebensgrundlagen und Klimaresilienz liefern kann.

Zitation: Chiarelli, D.D., D’Odorico, P., Fiori, A. et al. Global crop-specific energy demand for irrigation. Nat Commun 17, 2396 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68902-6

Schlüsselwörter: Bewässerungsenergie, nachhaltige Landwirtschaft, Wasserknappheit, Nexus Nahrung–Energie–Wasser, klimaresiliente Landwirtschaft