Gefährliches Treibhaus Wie Treibhausgase entstehen
Täglich pusten wir massenweise Treibhausgase in die Atmosphäre. Sie verstärken den Treibhauseffekt, beschleunigen den Klimawandel und zerstören unsere Lebensgrundlagen. Woher Treibhausgase kommen und was sie so gefährlich macht.
Sie kommen als Spurengase in winzigsten Mengen in unserer Erdatmosphäre vor: Treibhausgase. Ihre Auswirkungen auf das irdische Klima sind dafür umso größer, denn die Treibhausgase sorgen für den Treibhauseffekt. Weil die Menschen seit Beginn der Industrialisierung immer mehr Treibhausgase in die Erdatmosphäre eingebracht haben, sind sie der Antrieb des Klimawandels.
Welche Treibhausgase es gibt und was sie gefährlich macht
Das Kyoto-Protokoll listet sechs Treibhausgase auf: Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O) sowie als fluorierte Treibhausgase (F-Gase) die wasserstoffhaltigen Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW), die perfluorierten Kohlenwasserstoffe (FKW) und Schwefelhexafluorid (SF6). Seit 2015 wird auch Stickstofftrifluorid (NF3) mit zu den Treibhausgasen gerechnet. Sie tragen in unterschiedlichem Umfang zu den Emissionen in Deutschland bei (vorläufige Zahlen für 2021, Stand März 2022, Quelle Umweltbundesamt):
- 88,6 Prozent Kohlendioxid
- 6,3 Prozent Methan
- 3,7 Prozent Lachgas
- 1,5 Prozent F-Gase
Rekordanstieg des Treibhausgases Methan in der Atmosphäre
Nach Angaben des Treibhausgas-Bulletin 2021 der Weltwetterorganisation (WMO) hat die Konzentration von Methan, Kohlendioxid und Lachgas in der Atmosphäre 2021 jeweils einen Höchststand seit Beginn der Messungen vor 40 Jahren erreicht. Insbesondere bei dem stark klimaschädlichen Methan stieg die globale Durchschnittskonzentration 2020 und 2021 nach WMO-Schätzungen mit 15 ppb bzw. 18 ppb (parts per billion - Teilchen Methan pro Milliarde Teilchen) auf jetzt 1908 ppb deutlich stärker als im langjährigen Durchschnitt. 2021 entspricht die Methankonzentration in der Atmosphäre damit 262 Prozent des Niveaus vor der Industrialisierung.
Das Treibhausgas Kohlendioxid
Entstehung
Ein Braunkohlekraftwerk.
Kohlendioxid (CO2) entsteht fast ausschließlich, wenn die fossilen Energieträger Kohle, Erdgas oder Erdöl verbrannt werden. Quellen sind zum Beispiel die Industrie, der Verkehr sowie die Strom- und Wärmeerzeugung.
Quelle Brandrodung
Brandrodung als Quelle des Treibhausgases CO2
Stämme und Zweige von Bäumen bestehen etwa zur Hälfte aus Kohlenstoff. Beim Verbrennen verbindet er sich mit dem Sauerstoff in der Luft zum klimaschädlichen Kohlendioxid. Durch Brandrodung wird Regenwald großflächig in Acker- und Weideflächen umgewandelt. Dabei werden auch riesige Mengen an Kohlendioxid in die Atmosphäre gejagt.
Verstärkereffekt
Ein verbranntes Waldstück.
Wenn Bäume und andere Pflanzen wachsen, binden sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre mittels Photosynthese. Werden Wälder abgeholzt oder abgebrannt, können sie kein weiteres Kohlendioxid mehr speichern - eine doppelt negative Wirkung.
Wirkung
Kohlendioxid macht den Großteil des vom Menschen verursachten Treibhauseffekts aus. Im Mittel dauert es 120 Jahre, bis das CO2 aus der Luft wieder abgebaut wird.
Das Treibhausgas Methan
Entstehung
Verlauf des Methangehalts in der Atmosphäre seit Beginn der 1980er-Jahre.
Methan (CH4) entsteht, wenn organisches Material unter Luftausschluss abgebaut wird. Zersetzen sich etwa Pflanzen in Feuchtgebieten unter Wasser ohne Sauerstoffzufuhr, führt dies zu Methanemissionen - je wärmer es ist, desto schneller. Beim Abbau von Kohle, Öl oder Erdgas wird ebenfalls Methan freigesetzt. Aber auch Mülldeponien, Klärwerke und der Nassreisanbau geben Methan ab, genau wie Ozeane - und Wiederkäuer. Viehhaltung ist für etwa ein Drittel der menschgemachten Methan-Emissionen die Ursache.
Klimasünder Kuh
Kuh als Klimasünder?
Wiederkäuer setzen Methan beim Verdauen frei - und rülpsen und furzen es in die Welt hinaus: Spätestens alle drei Minuten entweicht einer Kuh ein Wind - im Jahresdurchschnitt macht das über 100 Kilogramm Methan. In der klimaschädigenden Wirkung entspricht dies einem CO2-Ausstoß von 18.000 gefahrenen Autokilometern. Hinzu kommen aber noch die tatsächlichen Ausscheidungen einer Kuh: 90 weitere Kilogramm Methan pro Jahr fallen durch ihren Kot an.
Wirkung
Methan wirkt sich 10- bis 25-mal so stark auf den Treibhauseffekt aus wie Kohlendioxid, ist also bis zu 25-mal klimaschädlicher als CO2. Bis zu 15 Jahre bleibt es in der Atmosphäre erhalten und trägt gut 16 Prozent zum Treibhauseffekt bei.
Senkung
2021 ist die Konzentration von Methan in der Atmosphäre so stark gestiegen wie nie zuvor seit Beginn der systematischen Messungen vor fast 40 Jahren. Die Gründe für den Höchststand sind aber unklar. Ein Großteil stammt nach Angaben der WMO wohl aus Feuchtgebieten und Reisfeldern. Ob der Anstieg von Methan in der Atmosphäre eine Folge des Klimawandels ist, weil etwa Feuchtgebiete feuchter und wärmer werden, sei unklar. Allerdings könnte der Anstieg von Methan auch auf eine natürliche Variabilität zurückzuführen sein, schreibt die WMO in ihrem Treibhausgas-Bulletin 2021.
Bei Wiederkäuern suchen Forscher seit Jahrzehnten nach Möglichkeiten, die Methanbildung einzudämmen. Gesucht wird nach Futter, das im Kuhmagen weniger stark fermentiert. Oder nach Zusätzen, die die Methanbildung hemmen. Am wirkungsvollsten ist aber die Umstellung unserer Ernährungsgewohnheiten. Der weltweite Fleischkonsum müsste sinken.
Die Treibhausgase FCKW, FKW und HFKW
Die Nachfolger von FCKW
Fluorkohlenwasserstoffe zählen zu den anthropogenen Treibhausgasen. Sie kommen in der freien Natur nicht vor.
Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wurden hauptsächlich als Treibsubstanz in Spraydosen oder als Kühlmittel verwendet. Weil sie die Ozonschicht schädigten, wurde im Montrealer Abkommen von 1987 ein schrittweiser Verzicht auf FCKW vereinbart. Innerhalb der Europäischen Union ist es seit 1995 verboten, FCKW herzustellen oder zu vertreiben. Als Ersatz wurden Fluorkohlenwasserstoffe eingesetzt. Diese Gasverbindungen enthalten kein Chlor und wirken sich deshalb nicht auf die Ozonschicht aus - wohl aber als Treibhausgase massiv aufs Klima.
Verwendung
Fluorkohlenwasserstoffe kommen in der Natur nicht vor. Sie werden gezielt hergestellt. Man unterscheidet zwischen teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW), die zum Beispiel in Kühlsystemen und als Treibgas in Sprays eingesetzt werden, und perfluorierten Kohlenwasserstoffen (FKW), die zum Beispiel in der Halbleiterindustrie gebraucht werden. Oft werden die Gase fluorierter Substanzen auch als fluorierte Treibhausgase oder kurz F-Gase bezeichnet. Damit sind in der Regel Fluorkohlenwasserstoffe gemeint. Dazu gehören aber auch Stickstofftrifluorid (NF3), das unter anderem bei der Herstellung von Solarzellen und Flachbildschirmen entsteht, und Schwefelhexafluorid (SF6), das zum Beispiel als Isolationsgas in der Energietechnik, im Anlagenbau und für Schallschutzfenster sowie zur Herstellung von optischen Glasfaserkabeln benutzt wird. Weil die F-Gase sehr starke Treibhausgase sind, soll ihre Verwendung ebenfalls schrittweise reduziert werden.
Wirkung
F-Gase sind die stärksten Treibhausgase. Je nach Art der Zusammensetzung sind sie 100- bis 24.000-mal klimawirksamer als CO2. Einmal in die Atmosphäre gelangt, können sie dort je nach Beschaffenheit mehrere Hundert Jahre überdauern.
Treibhausgas: Sorgenkind Trichlorfluormethan
Trichlorfluormethan (CFC-11) ist ein Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW). Eigentlich ist sein Einsatz als Kühlmittel ebenfalls seit dem Montrealer Protokoll verboten. Infolgedessen sank sein Anteil in der Atmosphäre seit Mitte der 1990er-Jahre auch zunächst. Seit 2012 hat sich dieser Rückgang jedoch auffallend verlangsamt. Das sprach für eine erneute illegale Produktion von CFC-11. Die in London ansässige gemeinnützige Umweltschutzorganisation Environmental Investigation Agency (EIA) hat sie 2018 in China aufgespürt. Laut chinesischen Behörden kam es zu Verhaftungen, Materialbeschlagnahmungen und dem Abriss von Produktionsanlagen. Internationale Forscherteams konnten zwischen 2017 und 2019 einen drastischen Rückgang der CFC-11-Emissionen regional und global beobachten. Sie sanken jährlich um Tausende Tonnen. Der Rückgang ist damit vergleichbar oder sogar höher als der ursprüngliche Anstieg in den Jahren zuvor. Vertreter des Montreal-Protokolls wollen die atmosphärischen Messungen in Schlüsselregionen der Erde erweitern, denn das Messnetz ist noch lückenhaft.
Das wichtigste Treibhausgas der Erde ist ... Wasserdampf?
Unter den im Kyoto-Protokoll aufgelisteten Treibhausgasen fehlt das für die Erde wichtigste Treibhausgas: Wasserdampf. Tatsächlich ist der Wasserdampf in der Erdatmosphäre für den größten Beitrag zum Treibhauseffekt verantwortlich. Wie kann das sein? Der Wasserdampf spielt vor allem beim natürlichen Treibhauseffekt eine Rolle - demjenigen Effekt, der auf der Erde für eine angenehme Temperatur sorgt und verhindert, dass unser Planet eine lebensfeindliche, zugefrorene Eiskugel ist. Somit ist Wasserdampf als natürliches Treibhausgas von den "menschengemachten", also anthropogenen Treibhausgasen zu unterscheiden.
Wasserdampf als natürliches Treibhausgas
Wasserdampf ist zwar ein Treibhausgas, aber kein Antrieb des menschengemachten Klimawandels.
Die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre wird größtenteils über die Lufttemperatur geregelt, und nicht über von Menschen verursachte Emissionen. Zwar kann warme Luft prinzipiell mehr Wasserdampf aufnehmen. Steigt nun die globale Durchschnittstemperatur aufgrund des Klimawandels an, kann die Luft auch prinzipiell mehr Wasserdampf aufnehmen. Bis dieser kondensiert und als Niederschlag wieder zurück auf die Erde fällt, verbleibt er durchschnittlich zehn Tage in der Erdatmosphäre. Die Menge an Wasserdampf hängt nicht nur direkt von der Temperatur, sondern auch von der Anwesenheit anderer Treibhausgase ab. Obwohl Wasserdampf auch selbst ein Treibhausgas ist, stufen ihn Forschende nicht als einen Antrieb des Klimawandels ein, sondern eher als einen Rückkopplungseffekt.