.jpeg)
Was ist der Treibhauseffekt?
Der Treibhauseffekt ist ein natürliches Phänomen, das aus dem Einfluss der Atmosphäre auf die verschiedenen Wärmeströme der Erde resultiert und zum Temperaturgleichgewicht an der Erdoberfläche beiträgt.
Der Großteil der Wärmeenergie, die die Erde empfängt, stammt von der Sonne und ihrer Strahlung. Ein Drittel der Sonnenstrahlen, die auf die Erde treffen, werden durch Rückstrahlung in den Weltraum zurückgeworfen. Die restlichen zwei Drittel werden von der Atmosphäre, den Böden und den Ozeanen absorbiert. Die Erde gibt einen Teil der empfangenen Energie wieder ab, indem sie ihrerseits in Form von infraroter Wärmestrahlung strahlt. Diese Infrarotstrahlung wird wiederum von den Gasen in der unteren Atmosphäre (ca. 15 km über dem Erdboden) absorbiert, wodurch ein Teil der zurückgegebenen Wärme nicht in den Weltraum entweichen kann, da sie an der Erdoberfläche gehalten wird.
Der Treibhauseffekt sorgt "historisch" dafür, dass die Durchschnittstemperatur auf der Erde bei 15°C bleibt. Würde es den Treibhauseffekt nicht geben, läge die Durchschnittstemperatur auf der Erde bei -18°C. Der natürliche Treibhauseffekt hat insbesondere die Entstehung des Lebens auf der Erde ermöglicht, indem er dort Temperaturbedingungen geschaffen hat, die für die Entwicklung von Organismen geeignet sind.
Was ist ein THG - Treibhausgas?
Treibhausgase (THG) sind natürlich vorkommende Gaskomponenten in der Luft, die z. B. durch vulkanische Aktivitäten, die Zersetzung organischer Materie oder einfach durch das Leben auf der Erde über die Atmung entstehen. Diese atmosphärischen Gase absorbieren u. a. die von der Erde abgegebene Infrarotstrahlung und werden daher als THG bezeichnet, da sie dazu beitragen, dass das Phänomen des "Treibhauseffekts" auf der Erdoberfläche existiert.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen THG und globaler Erwärmung?
Menschliche Aktivitäten oder anthropogene Emissionen führen zu einer Anreicherung von Treibhausgasen in der Atmosphäre. Die durch menschliche Aktivitäten freigesetzten Treibhausgase kommen zu den natürlich in der Atmosphäre vorhandenen Treibhausgasen hinzu, wodurch die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre ansteigt. Dies führt zu einem zusätzlichen Treibhauseffekt, der die Temperatur an der Erdoberfläche und in den unteren Schichten der Atmosphäre ansteigen lässt.
Trotz der teilweisen Aufnahme von Treibhausgasen durch natürliche Senken (Wälder, Böden und Ozeane) kann die Erde die Treibhausgaskonzentration nicht mehr ausgleichen, wodurch der zusätzliche Treibhauseffekt und die damit verbundene globale Erwärmung von Jahr zu Jahr verstärkt werden.
Was ist die Hauptquelle der Treibhausgasemissionen?
Treibhausgase sind natürlich in der Atmosphäre vorhanden, weil sie durch natürliche Vorgänge freigesetzt werden. Das berühmte Kohlendioxid (CO2) wird bei Vulkanausbrüchen und Waldbränden freigesetzt. Methan (CH4) wird durch Gärungsprozesse und Mikroorganismen in Feuchtgebieten freigesetzt.
Die Hauptquelle der nicht natürlichen Treibhausgasemissionen der letzten zwei Jahrhunderte ist der steigende Energieverbrauch, der sich in den letzten 100 Jahren verzehnfacht hat. Vor allem der Verbrauch von fossilen Brennstoffen ist im letzten Jahrhundert explosionsartig angestiegen, doch diese Energieträger sind starke Treibhausgas-Emittenten. Sie machen auch heute noch ~80% des Energiemixes aus.
Was sind die wichtigsten GES?
Kohlendioxid -CO2
Das bekannteste GHG ist Kohlendioxid, das auch als Kohlendioxid bezeichnet wird. Kohlendioxid ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen FormelCO2.
CO2 war schon immer in der Atmosphäre vorhanden, lange bevor es den Menschen gab. Es entsteht nämlich durch die natürliche Zersetzung von tierischem oder pflanzlichem Material. Es wird von Pflanzen während des Prozesses der Photosynthese aufgenommen: der Umwandlung von CO₂ und Wasser in Zucker unter dem Einfluss des Sonnenlichts.
Vom Menschen verursachte Aktivitäten sind leider eine Quelle übermäßiger Emissionen dieses Gases in die Atmosphäre. Eine der vom Menschen verursachten CO2-emittierenden Aktivitäten ist insbesondere die Entwaldung und der Umbruch von Böden. Umgebrochene Böden setzen einen Teil des darin gespeicherten organischen Kohlenstoffs frei, und die Entfernung von Pflanzen schränkt die natürlicheCO2-Aufnahme ein, wodurch die Konzentration in der Atmosphäre steigt.
Industrielle Prozesse wie die Herstellung von Zement und Kalk oder die Tätigkeiten in der petrochemischen Industrie und der Stahlindustrie verursachen hohe Emissionen. Alle Aktivitäten, bei denen fossile Energieträger wie Erdöl, Kohle oder auch Erdgas verbrannt werden, führen zu hohen Kohlendioxidemissionen.
In Europa machteCO2 im Jahr 2019 79 % der Treibhausgasemissionen aus.CO2 wird heute als Hauptverursacher des zusätzlichen Treibhauseffekts angesehen.
Methan - CH4
Methan, auch "Sumpfgas" genannt, ist ein Treibhausgas mit der chemischen Formel CH4. Es gilt als Kohlenwasserstoff und ist Hauptbestandteil von Erdgas.
Es gibt nur relativ wenige Quellen für die natürliche Emission von Methan. Man unterscheidet zwischen Feuchtgebieten, Sümpfen, Termiten und den Ozeanen.
Die anthropogenen Methanemissionen machen etwas mehr als die Hälfte der gesamten Methanemissionen aus. Insbesondere die Landwirtschaft spielt eine sehr wichtige Rolle. Laut dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen "machen die vom Vieh verursachten Emissionen, die aus Mist und Magen-Darm-Ausscheidungen stammen, etwa 32% der vomMenschen verursachten Methanemissionen aus".
Methanproduktion in der Landwirtschaft kann auch durch Reisfelder entstehen, die überflutet werden müssen, um zu wachsen. Dies schafft günstige Bedingungen für das Wachstum von Methan freisetzenden Bakterien, indem es den Sauerstoff im Boden einschränkt. Auch die Verarbeitung von Haushaltsabfällen wie die Kompostierung sowie Mülldeponien sind an der Freisetzung von Methan in die Atmosphäre beteiligt. Schließlich führen auch die Gewinnung, Verteilung und der Verbrauch von Erdgas regelmäßig zu einem hohen Methanaustritt in die Atmosphäre.
Methan macht 2019 12% der Treibhausgasemissionen in Europa aus. Europa ist die einzige Region, in der die CH4-Emissionen in den letzten 20 Jahren zurückgegangen sind.
Distickstoffmonoxid - N2O
Lachgas, auch bekannt als Distickstoffmonoxid oder "Lachgas", ist eine Sauerstoffverbindung des Stickstoffs. Seine chemische Formel lautet N2O. Es gilt als das drittwichtigste Treibhausgas nachCO2 und CH4.
Distickstoffmonoxid besitzt mehrere Emissionsquellen. Mikrobielle Prozesse in kultivierten Böden wie Nitrifikation und Denitrifikation, die mit dem Einsatz von mineralischen Stickstoffdüngern zusammenhängen, sind die Hauptquelle für Lachgasemissionen in die Atmosphäre.
Einige industrielle Prozesse wie die Herstellung von Glyoxal, Adipin-, Glyoxyl- und Salpetersäure oder die Produktion von Verbrennungsanlagen sind Quellen von N2O-Emissionen. Schließlich sind auch fossile Brennstoffe für den Hausbrand und den Verkehr oder die Verbrennung von Biomasse Quellen für Lachgasemissionen.
Die N2O-Emissionenin Europa machten im Jahr 2019 6,8 % der gesamten Treibhausgasemissionen aus. Darüber hinaus trägt Lachgas auch zum Abbau der Ozonschicht bei.
Wasserdampf - H2O
Wasserdampf, mit dem Molekül H2O, ist der gasförmige Zustand von Wasser. Er ist das wichtigste THG im Hinblick auf den natürlichen Treibhauseffekt. Die Verdunstung des Wassers auf der Erdoberfläche und die Evapotranspiration der Pflanzen erzeugen den Großteil des Wasserdampfes in der Atmosphäre.
Dennoch spielt auch die menschliche Aktivität eine Rolle bei der Konzentration dieses Gases in der Atmosphäre. Kühltürme von Kernkraftwerken oder Flugzeugschleppen, die einige Stunden in der Stratosphäre fliegen, sind Beispiele für zusätzliche H2O-Emissionen, die durch menschliche Aktivitäten verursacht werden. Die Menge an Wasserdampf, die durch menschliche Aktivitäten induziert wird, bleibt im Vergleich zu der durch natürliche Verdunstung induzierten Menge sehr vernachlässigbar und trägt daher nur wenig zum zusätzlichen Treibhauseffekt durch H2Obei.
Laut ADEME ist Wasserdampf das häufigste Treibhausgas und nimmt 0,4-4% des Atmosphärenvolumens ein, während alle anderen Treibhausgase weniger als 0,1% dieses Volumens einnehmen.
Der durch den Anstieg der Konzentration anderer Treibhausgase in der Atmosphäre verursachte Klimawandel wirkt sich auf diesen Wasserkreislauf aus. Der durchschnittliche Temperaturanstieg führt zu einer Veränderung des Sättigungspunktes, an dem Wasser kondensiert, was in einigen Regionen der Welt zu mehr Niederschlägen und in anderen zu mehr Trockenheit führt.
Fluorierte Gase - HFCs, PFCs, NF3, SF6
Fluorierte Gase werden als künstlich oder industriell bezeichnet, da ihre Anwesenheit in der Atmosphäre auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen ist und sie nicht natürlich in der Atmosphäre vorkommen, wie es bei den anderen Treibhausgasen der Fall ist.
Es gibt vier verschiedene fluorierte Treibhausgase:
- Fluorkohlenwasserstoffe (HFC) , die organische Verbindungen sind, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Fluor bestehen.
- Perfluorkohlenwasserstoffe (PFC) sind ebenfalls organische Verbindungen, die nur aus Kohlenstoff und Fluor bestehen.
- Stickstofftrifluorid (NF₃) , das eine anorganische Verbindung mit der Summenformel NF3 ist. Sie besteht aus Stickstoff-Fluor.
- Schwefelhexafluorid (SF6), das aus Fluor und Schwefel besteht.
Die Quellen für Emissionen fluorierter Gase sind vielfältig. Kältemittel, die in Geräten für die Kühlkette oder in Klimaanlagen verwendet werden, sind während ihres gesamten Lebenszyklus für Gasemissionen verantwortlich.
Schaumstoffe, die im Baugewerbe zur Isolierung verwendet werden, verursachen den Großteil der Emissionen fluorierter Gase, insbesondere bei ihrer Herstellung.
Flüssigkeiten, die von Brandbekämpfungssystemen bei der Verwendung oder aufgrund von Lecks freigesetzt werden, sind Quellen für Emissionen fluorierter Gase.
Aerosolvorrichtungen setzen bei ihrer Verwendung, aber auch bei ihrer Herstellung fluorierte Treibhausgase frei.
Die Hauptquellen der Emissionen von Stickstofftrifluorid - NF3 sind mit seiner Verwendung in der Elektronikindustrie verbunden, insbesondere bei der Herstellung von Solarmodulen, Flachbildschirmen, Halbleitern und Leuchtdioden. Es ist jedoch zu beachten, dass bedeutende Emissionen aus der Vernichtung von Elektronikprodukten am Ende ihrer Lebensdauer stammen, da dieses Gas häufig für Reinigungsvorgänge von elektronischen Geräten vor deren Recycling oder Entsorgung verwendet wird.
Fluorierte Gase (F-Gas) sind für etwa 2,5 % der Treibhausgasemissionen verantwortlich, die Europa im Jahr 2019 produziert.
Was ist das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) von Treibhausgasen?
Die Fähigkeit eines Gases, Wärme über einen bestimmten Zeitraum in der Atmosphäre zu halten, wird durch sein Treibhauspotenzial (GWP) oder Global Warming Potential (GWP) auf Englisch gemessen.
Da Kohlendioxid (CO₂) als Referenz gilt, erhält es einen Wert von 1. Um die Auswirkungen der verschiedenen Treibhausgase vergleichen zu können, werden ihre GWPs in CO₂-Äquivalente über einen Zeitraum von 100 Jahren umgerechnet, der vom IPCC als Referenzzeitraum verwendet wird. Diese Umrechnung ermöglicht es, eine Hierarchie der Treibhausgase in Bezug auf ihre Auswirkungen auf die globale Erwärmung zu erstellen. Das Treibhauspotenzial ist also die Erwärmungsleistung einer Masse eines Treibhausgases im Verhältnis zur Erwärmungsleistung der gleichen Masse von C02.
Die Lebensdauer der verschiedenen Treibhausgase in der Atmosphäre ist nicht gleich. Diese Tatsache ist ebenfalls zu berücksichtigen, wenn man die Bedeutung eines THGs im Kampf gegen die globale Erwärmung und die zu verfolgende Strategie in Betracht zieht.CO2 hat eine beträchtliche Lebensdauer von über 100 Jahren, während Methan nur eine Lebensdauer von etwa 12 Jahren hat. CO₂ ist durch den Effekt der Anreicherung in der Atmosphäre aufgrund seiner langen Lebensdauer trotz seines geringeren GWP das wichtigste THG.
Ein weiteres mögliches Maß ist das Global Temperature Potential (GTP). Während das GWP ein Maß für die Wärme ist, die in einem bestimmten Zeitraum aufgrund der Emissionen eines Gases aufgenommen wurde, ist das GTP ein Maß für die Temperaturänderung am Ende dieses Zeitraums (immer bezogen auf CO2).
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
