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🔎 Das Wichtigste auf einen Blick
Was ist der Treibhauseffekt?
Der Treibhauseffekt ist ein natürliches Phänomen, bei dem die Atmosphäre die Wärmeströme der Erde beeinflusst und so zum Temperaturausgleich an der Erdoberfläche beiträgt.
Der Großteil der thermischen Energie, die die Erde erreicht, stammt von der Sonnenstrahlung. Ein Drittel der Sonnenstrahlen, die auf die Erde treffen, wird durch Reflexion zurück in den Weltraum geworfen. Die restlichen zwei Drittel werden von der Atmosphäre, den Böden und den Ozeanen absorbiert. Die Erde gibt einen Teil dieser Energie wieder ab, indem sie sie als infrarote Wärmestrahlung zurückstrahlt. Diese Infrarotstrahlung wird wiederum von den Gasen in der unteren Atmosphäre absorbiert (etwa 15 km über dem Boden), verhindert, dass ein Teil der abgestrahlten Wärme in den Weltraum entweicht, indem sie an der Erdoberfläche gehalten wird.
Der Treibhauseffekt sorgt „historisch gesehen“ dafür, dass die Durchschnittstemperatur auf der Erde bei etwa 15 °C liegt. Ohne den Treibhauseffekt läge die Durchschnittstemperatur auf der Erde bei -18 °C. Der natürliche Treibhauseffekt hat insbesondere die Entstehung von Leben auf der Erde ermöglicht, da er Temperaturbedingungen schuf, die für die Entwicklung von Organismen geeignet sind.
Was sind Treibhausgase (THG)?
Treibhausgase (THG) sind gasförmige Bestandteile, die natürlicherweise in der Luft vorkommen und beispielsweise durch vulkanische Aktivitäten, die Zersetzung organischer Materie oder ganz einfach durch das Leben auf der Erde, etwa durch Atmung, entstehen. Diese atmosphärischen Gase absorbieren unter anderem die von der Erde abgegebene Infrarotstrahlung. Sie werden als Treibhausgase bezeichnet, da sie zum „Treibhauseffekt“ an der Erdoberfläche beitragen.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen Treibhausgasen und der globalen Erwärmung?
Menschliche Aktivitäten, auch anthropogene Emissionen genannt, führen zu einer Anreicherung von Treibhausgasen in der Atmosphäre. Die durch menschliche Aktivitäten freigesetzten Treibhausgase kommen zu den natürlich in der Atmosphäre vorhandenen Gasen hinzu, was zu einer erhöhten Konzentration führt. Dieser Anstieg der Treibhausgaskonzentration erzeugt einen zusätzlichen Treibhauseffekt, der dazu führt, dass die Temperatur an der Erdoberfläche und in den unteren Schichten der Atmosphäre steigt.
Trotz der teilweisen Aufnahme von Treibhausgasen durch natürliche Senken (Wälder, Böden und Ozeane) gelingt es der Erde nicht mehr, die Treibhausgaskonzentration auszugleichen, was den zusätzlichen Treibhauseffekt und die damit verbundene globale Erwärmung von Jahr zu Jahr verstärkt.
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Was ist die Hauptquelle für Treibhausgasemissionen?
Treibhausgase kommen natürlicherweise in der Atmosphäre vor, da sie durch natürliche Phänomene freigesetzt werden. Das bekannte Kohlendioxid (CO2) entsteht bei Vulkanausbrüchen und Waldbränden. Methan (CH4) wird auf natürliche Weise durch Gärungsprozesse und Mikroorganismen in Feuchtgebieten freigesetzt.
Die wichtigste nicht-natürliche Quelle für Treibhausgasemissionen der letzten zwei Jahrhunderte ist der Anstieg des Energieverbrauchs, der sich in 100 Jahren etwa verzehnfacht hat. Insbesondere der Verbrauch fossiler Brennstoffe ist im letzten Jahrhundert explodiert, obwohl diese Energieträger stark treibhausgasemittierend sind. Sie machen auch heute noch etwa 80 % des Energiemixes aus.
Kohlendioxid - CO2
Das bekannteste Treibhausgas ist Kohlendioxid, auch Kohlensäureanhydrid genannt. Kohlendioxid ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel CO2.
CO2 ist schon immer in der Atmosphäre vorhanden, lange vor dem Erscheinen des Menschen. Es entsteht durch die natürliche Zersetzung von tierischen oder pflanzlichen Stoffen. Es wird von Pflanzen während der Photosynthese aufgenommen: der Umwandlung von CO₂ und Wasser in Zucker unter Einwirkung von Sonnenlicht.
Menschliche Aktivitäten sind leider eine Quelle für übermäßige Emissionen dieses Gases in die Atmosphäre. Eine der vom Menschen verursachten CO2-Emissionsquellen ist insbesondere die Entwaldung und das Umbrechen von Böden. Umgebrochene Böden setzen einen Teil des gespeicherten organischen Kohlenstoffs frei, und die Beseitigung von Pflanzen begrenzt die natürliche Aufnahme von CO2, was seine Konzentration in der Atmosphäre erhöht.
Industrielle Prozesse wie die Zement- und Kalkherstellung sowie Aktivitäten in der Petrochemie und Stahlindustrie sind sehr emissionsintensiv. Alle Aktivitäten, die die Verbrennung fossiler Energieträger wie Erdöl, Kohle oder Erdgas erfordern, führen zu hohen Kohlendioxidemissionen.
In Europa machte CO2 im Jahr 2022 76 % der Treibhausgasemissionen aus (offizieller Inventarbericht der Europäischen Umweltagentur). Die Eurostat-Schätzungen für die Jahre 2023 bis 2025 bestätigen diese Stabilisierung des CO2 -Anteils bei etwa 76 % des gesamten europäischen Treibhausgaskorbs. CO2 gilt heute als Hauptverursacher des zusätzlichen Treibhauseffekts.
Methan - CH4
Methan, auch als „Sumpfgas“ bekannt, ist ein Treibhausgas mit der chemischen Formel CH4. Es gilt als Kohlenwasserstoff und ist der Hauptbestandteil von Erdgas.
Natürliche Methanquellen sind relativ selten. Dazu zählen Sumpfgebiete, Moore, Termiten und Ozeane.
Anthropogene Methanemissionen machen etwas mehr als die Hälfte der gesamten Methanemissionen aus. Insbesondere die Landwirtschaft spielt hierbei eine sehr wichtige Rolle. Laut dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen „machen die durch Viehhaltung verursachten Emissionen aus Gülle und Verdauungsprozessen etwa 32 % der Methanemissionenmenschlichen Ursprungs aus“.
Die landwirtschaftliche Methanproduktion kann auch aus Reisfeldern stammen, die für das Wachstum überflutet werden müssen. Dies schafft durch den Sauerstoffmangel im Boden ideale Bedingungen für methanbildende Bakterien. Auch die Behandlung von Haushaltsabfällen wie Kompostierung sowie Mülldeponien tragen zur Freisetzung von Methan in die Atmosphäre bei. Schließlich führen die Förderung, Verteilung und Nutzung von Erdgas regelmäßig zu erheblichen Methanlecks in der Atmosphäre.
Im Jahr 2019 machte Methan 12 % der Treibhausgasemissionen in Europa aus. Europa ist die einzige Region, in der die CH4 -Emissionen in den letzten 20 Jahren zurückgegangen sind.
Lachgas - N2O
Lachgas, auch als Distickstoffmonoxid bekannt, ist eine Stickstoff-Sauerstoff-Verbindung. Seine chemische Formel lautet N2O. Dieses Gas gilt nach CO2 und CH4. als das drittwichtigste Treibhausgas.
Lachgas hat verschiedene Emissionsquellen. Mikrobielle Prozesse in bewirtschafteten Böden, wie Nitrifikation und Denitrifikation, die mit der Verwendung von mineralischen Stickstoffdüngern zusammenhängen, sind die Hauptquelle für Lachgasemissionen in der Atmosphäre.
Bestimmte industrielle Prozesse wie die Herstellung von Glyoxal, Adipin-, Glyoxyl- und Salpetersäure oder die Produktion von Verbrennungsanlagen sind Quellen für N2O-Emissionen. Schließlich sind auch fossile Brennstoffe für die Raumheizung und den Verkehr sowie die Biomasseverbrennung Quellen für Lachgasemissionen.
Die N2O-Emissionen in Europa machten 2019 6,8 % der gesamten Treibhausgasemissionen aus. Darüber hinaus trägt Lachgas auch zum Abbau der Ozonschicht bei.
Wasserdampf - H2O
Wasserdampf, mit der Molekülformel H2O, ist der gasförmige Zustand von Wasser. Es ist das bedeutendste Treibhausgas im Hinblick auf den natürlichen Treibhauseffekt. Die Verdunstung von Wasser an der Erdoberfläche und die Evapotranspiration von Pflanzen erzeugen den Großteil des in der Atmosphäre vorhandenen Wasserdampfs.
Dennoch spielt auch die menschliche Aktivität eine Rolle bei der Konzentration dieses Gases in der Atmosphäre. Kühltürme von Kernkraftwerken oder Kondensstreifen von Flugzeugen, die einige Stunden in der Stratosphäre fliegen, sind Beispiele für zusätzliche H2O-Emissionen, die durch menschliche Aktivitäten entstehen. Die durch menschliche Aktivitäten verursachte Menge an Wasserdampf bleibt im Vergleich zu der durch natürliche Verdunstung verursachten Menge sehr gering und trägt daher nur wenig zum zusätzlichen Treibhauseffekt durch H2O.
Laut ADEME ist Wasserdampf das am häufigsten vorkommende Treibhausgas und macht 0,4 bis 4 % des atmosphärischen Volumens aus, während alle anderen Treibhausgase zusammen weniger als 0,1 % dieses Volumens einnehmen.
Der durch die erhöhte Konzentration anderer Treibhausgase in der Atmosphäre verursachte Klimawandel wirkt sich auf diesen Wasserkreislauf aus. Der durchschnittliche Temperaturanstieg führt zu einer Veränderung des Sättigungspunkts, bei dem Wasser kondensiert, was in einigen Regionen der Welt zu vermehrten Niederschlägen und in anderen zu verstärkter Trockenheit führt.
Fluorierte Gase - HFKW, FKW, NF3, SF6
Fluorierte Gase werden als künstlich oder industriell bezeichnet, da ihr Vorkommen in der Atmosphäre auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen ist; sie kommen nicht wie die zuvor genannten Treibhausgase auf natürliche Weise in der Atmosphäre vor.
Man unterscheidet vier verschiedene fluorierte Treibhausgase:
- Die Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) sind organische Verbindungen, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Fluor bestehen.
- die Perfluorkohlenwasserstoffe (FKW) sind ebenfalls organische Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Fluor bestehen.
- Stickstofftrifluorid (NF₃) ist eine anorganische Verbindung mit der Summenformel NF3Es besteht aus Stickstoff und Fluor.
- Schwefelhexafluorid (SF6) besteht aus Fluor und Schwefel.
Die Emissionsquellen für fluorierte Gase sind vielfältig. Kältemittel, die in Kühlketten oder Klimaanlagen verwendet werden, verursachen während ihres gesamten Lebenszyklus Gasemissionen.
Schäume, die im Bauwesen zur Isolierung eingesetzt werden, verursachen den Großteil der fluorierten Gasemissionen, insbesondere bei ihrer Herstellung.
Gase, die durch Brandschutzsysteme bei der Verwendung oder durch Leckagen freigesetzt werden, sind ebenfalls Quellen für fluorierte Gasemissionen.
Aerosolprodukte setzen fluorierte Treibhausgase sowohl bei der Anwendung als auch bei der Herstellung frei.
Die Hauptemissionsquellen für Stickstofftrifluorid – NF3 hängen mit seinem Einsatz in der Elektronikindustrie zusammen, insbesondere bei der Herstellung von Solarmodulen, Flachbildschirmen, Halbleitern und Leuchtdioden. Es ist jedoch zu beachten, dass erhebliche Emissionen bei der Entsorgung elektronischer Altgeräte entstehen, da dieses Gas häufig zur Reinigung der Anlagen vor dem Recycling oder der Entsorgung verwendet wird.
Fluorierte Gase (F-Gase) waren 2019 für etwa 2,5 % der in Europa verursachten Treibhausgasemissionen verantwortlich.
Was ist das Treibhauspotenzial (GWP) von Treibhausgasen?
Die Fähigkeit eines Gases, Wärme über einen bestimmten Zeitraum in der Atmosphäre zu speichern, wird durch sein Treibhauspotenzial (GWP – Global Warming Potential) gemessen.
Kohlendioxid (CO₂) dient als Referenzwert und erhält den Wert 1. Um die Auswirkungen verschiedener Treibhausgase vergleichen zu können, werden ihre GWP-Werte in CO₂-Äquivalente über einen Zeitraum von hundert Jahren umgerechnet, was dem vom IPCC verwendeten Referenzzeitraum entspricht. Diese Umrechnung ermöglicht es, die Treibhausgase hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die globale Erwärmung zu klassifizieren. Das Treibhauspotenzial ist somit die wärmespeichernde Wirkung einer Masse eines Treibhausgases im Verhältnis zur gleichen Masse an CO₂.
Die Verweildauer der verschiedenen Treibhausgase in der Atmosphäre variiert. Dieser Faktor muss ebenfalls berücksichtigt werden, um die Bedeutung eines Treibhausgases für den Klimaschutz und die zu wählende Strategie zu bewerten. CO2 hat eine lange Lebensdauer von über 100 Jahren, während Methan nur etwa 12 Jahre in der Atmosphäre verbleibt. Aufgrund seiner langen Lebensdauer reichert sich CO₂ in der Atmosphäre an und ist trotz seines geringeren Treibhauspotenzials das wichtigste Treibhausgas.
Ein weiteres mögliches Maß ist das Global Temperature Potential (GTP). Während das Treibhauspotenzial (GWP) die über einen bestimmten Zeitraum durch die Emissionen eines Gases absorbierte Wärmemenge misst, ist das GTP ein Maß für die Temperaturänderung am Ende dieses Zeitraums (ebenfalls im Vergleich zu CO2).
Global Warming Potential (GWP) Werte - IPCC 6. Sachstandsbericht
Quellen:
- https://climat.be/changements-climatiques/causes/gaz-a-effet-de-serre
- https://www.climatewatchdata.org/ghg-emissions
- https://librairie.ademe.fr/cadic/1413/guide-pratique-changement-climatique.pdf
- https://www.actu-environnement.com/ae/dictionnaire_environnement/definition/gaz_a_effet_de_serre_ges.php4
- https://jancovici.com/changement-climatique/gaz-a-effet-de-serre-et-cycle-du-carbone/quels-sont-les-gaz-a-effet-de-serre-quels-sont-leurs-contribution-a-leffet-de-serre/
- https://expertises.ademe.fr/professionnels/entreprises/reduire-impacts/reduire-emissions-polluants/dossier/protoxyde-dazote-n2o/definition-sources-demissions-impacts-protoxyde-dazote
- https://www.ineris.fr/fr/risques/dossiers-thematiques/pollution-atmospherique-ozone-decryptage
- https://meersens.com/ozone-o3-sources-et-impacts-sur-la-sante-et-lenvironnement/#BLOC1
- https://expertises.ademe.fr/professionnels/entreprises/reduire-impacts/reduire-emissions-polluants/dossier/gaz-fluores/gaz-fluores-sources-demissions-impacts