Treibhausgase - Entstehung und Wirkung

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1 Europa Universität Viadrina Frankfurt (Oder) Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät Vorlesung Energiewirtschaft Sommersemester 2007 Treibhausgase - Entstehung und Wirkung Astrid Ende Matr.-Nr astridende@gmail.com 7. Fachsemester

2 Der Treibhauseekt kurz erklärt Um die Wirkung von Treibhausgasen auf die Erde verstehen zu können, muÿ man den natürlichen Treibhauseekt verstehen. Die von der Sonne auf die Erde ausgestrahlte kurzwellige Strahlung wird entweder direkt wieder in den Weltraum reektiert oder insbesondere vom Erdboden absorbiert. Der Erdboden gibt die aufgenommene Sonnenstrahlung gröÿtenteils Nachts wieder als Wärmestrahlung an die Lufthülle ab (siehe Abblidung 1). Die Wärmestrahlungstrahlung ist dann langwellig. In der Atmosphäre trit diese Wärmestrahlung zum Teil auf Treibhausgase und wird von diesen zum Teil wieder zurück auf den Erboden gestrahlt oder absorbiert. Dadurch steigt die bodennahe Temperatur an. Dieser Eekt führt dazu, dass der Temperaturdurchschnitt auf der Erde nicht bei -18 Celcius liegt, sondern bei +15. Aus der groÿen Ähnlichkeit des beschriebenen Prozesses mit dem in glasbedachten Treibhäusern, wie sie aus dem Gartenbau bekannt sind, erklärt sich der Name Treibhauseekt. Wobei der zunehmende Ausstoÿ von Treibhausgasen zu einer Verstärkung des beschriebenen Eektes und führt damit zu einer gröÿeren Erwärmung der Erde mit den damit verbundenen Folgen für einen Klimawandel. Treibhausgase Nicht alle Gase der Atmosphäre absorbieren Infrarotstrahlung im gleichen Maÿe. Im Gegensatz zu den Treibhausgasen absorbieren, die hauptsächlich in der Atmosphäre vorkommenden, Gase Sauersto und Sticksto keine Wärmestrahlung. Der gröÿte Teil des beschriebenen Treibhauseektes ist auf Treibhausgase zurückzuführen, die natürlich in der Atmosphäre vorkommen. Die Treibhausgase, wie sie im Kyotoprotokoll aufgelistet werden, sind: Kohlendioxid (CO 2 ), Methan (CH 4 ), Lachgas Sickoxid(N 2 O). Weitere Treibhasugase sind Wasserdampf (H 2 O), uorierte Treibhausgase und Ozon O 3, die nicht im Kyoto-Protokoll behandelt werden. Diese Gase haben unterschiedliche Auswirkungen auf den Treibhauseekt, die sich aus ihrer Verweildauer in der Atmosphäre, der Menge der freigesetzten Gase und ihrer Fähigkeit Wärmestrahlen wieder zu absorbieren, ergeben. H 2 O gelangt durch den natürlichen Wasserkreislauf, also durch Verdunstung, in die Atmosphäre. Es ist für rund 2/3 des natürlichen Treibhauseektes verantwortlich. Der Mensch greift nicht direkt in den Wasserkreislauf ein, allerdings kann bei steigenden Temperaturen mehr 1

3 Feuchtigkeit von der Atmosphäre aufgenommen werden, dies wiederum führt zu einem verstärkten Temperatureekt. Ob die durch den Flugverkehr verusachten Kondensstreifen, die Eiswolken von unterschiedlicher Dauer sind, einen Einuss auf die Strahlungsbilanz der Erde haben und einen zusätzlichen Treibhauseekt verursachen, ist ungeklärt bzw. sehr schwer zu beziern und die Wirkung wird im Allgmeinen als gering gesehen. CO 2 entsteht auf natürlichem Wege durch Atmung, Zersetzung bzw. Verrottung von Panzen und durch Ausgasungen aus dem Wasser. Die Verbrennung von fossilen Brennstoen, wie Holz, Kohle, Öl und Gas, erzeugt die Hauptmenge des von Menschen verursachten CO 2, Hauptverursacher sind die Industrieländer, wobei die Schwellenländer, insbesondere Indien und China vermehrt CO 2 erzeugen. CO 2 soll für 60% der von Menschen verursachten Treibhausgase verantwortlich sein und hat einen Anteil von 80% an den in den Industrieländern (zusätzlich) ausgestoÿenden Treibhausgasen. Ein weiterer Verursacher von zusätzlichem CO 2 in der Atmosphäre ist die Rodung groÿer Waldgebiete, wie in den tropischen Regenwälder, aber auch im Norden in Sibirien und Kanada. Das vorher in diesen Gebieten gebundene CO 2 wird durch Verbrennen oder Zersetzung freigesetzt. Gleichzeitig wird durch die veränderte Landnutzung die Strahlungbilanz der Erde verändert. CO 2 bendet sich 50 bis 200 Jahre in der Atmosphäre, bevor es wieder in den Boden oder die Ozeane gelangt und dort gebunden wird. Durch die bakterielle Zersetzung von organischem Material, wie es in Sümpfen oder durch Tiere, insbesondere Termiten, geschieht, entsteht die Mehrheit des natürlich vorkommenden CH 4. Gleichzeitig ist CH 4 mit rund 20% das zweitwichtigste Gas, welches für den zusätzlichen, von Menschen verursachten, Treibhauseekt verantwortlich ist. Zusätzliches CH 4 wird durch den Bergbau, das Verbrennen fossiler Brennstoe, Viehzucht, insbesondere Rinderzucht, Reisanbau, durch die damit verbundene Flutung der Felder, sowie auf Deponien, bei der Lagerung von organischen Abfällen, von den Menschen produziert. Seine Verweildauer in der Atmosphäre beträgt 10 bis 15 Jahre, gleichzeitig ist CH 4 wesentlich klimawirksamer, 23 mal mehr, als CO 2. N 2 O wird natürlich von den Meeren, den Regenwälder und durch Bakterien freigesetzt. Düngemittel auf Stickstobasis, die Verbrennung von fossilen Brennstoen und industrielle Verwendung von Sticksto zur Chemikalienproduktion tragen zum menschenverursachten Treibhauseekt bei. N 2 O absorbiert die Wärme dabei 310 mal stärker als CO 2. Eine weitere Gruppe von Treibhausgasen sind die uorierten Treibhausgase. Im Gegensatz zu den anderen vorgestellten Verbindungen kommen sie in der Natur nicht vor und sind immer von Menschen produziert worden. Zu ihnen gehören: SF 6, ein Schutz- und Füllgas, die FCKWs, die als Kühlmittel verwendet wurden. FCKWs sind mittlerweile allerdings verboten und werden 2

4 nicht mehr produziert. Zu den uorierten Treibhausgasen gehören auch Peruorkohlenstoe, die in der Aluminiumproduktion benutzt werden und H-FCKWs, die als Ersatzstoe für FCKWs benutzt werden. Ihr Treibhausgaspotential ist aufgrund der Vielfältigkeit der Verbindungen unterschiedlich. Ihr Anteil am Ausstoÿ der Treibhausgase in den Industriestaaten beträgt 1,5%. Gleichzeitig verbleiben sie extrem lange, zwischen 1,5 und Jahren, in der Atmosphäre, da sie sehr reaktionsträge sind. Die bisherigen Verbotsmaÿnahmen, die allerdings vorrangig dem Schutz der Ozonschicht gelten, führen auch zu einer zukünftigen Verringerung ihrer Konzentration in der Atmosphäre. Ein weiteres Treibhausgas ist O 3. Unterhalb der Stratosphäre schützt O 3 nicht vor UV- Strahlung sondern trägt zum Treibhauseekt bei. Da es aber nur ein photochemisches Reaktionsprodukt anderer Stoe, insbesondere NO 2, ist hat der Mensch keinen direkten Einuss auf seine Entstehung, vermieden werden kann es nur über eine Senkung der am Entstehungsprozess beteiligten Stoe erreicht werden. Auswirkungen der menschenverursachten Treibhausgase Die genauen Auswirkungen von Klimagasen, die ursächlich auf den Menschen zurückzuführen sind, ist schwer. Seit dem Bestehen der Erde gab es immer wieder Warm- und Kaltphasen, ohne dass der Mensch eingerien hat. Gleichzeitig ist auch die Sonneneinstrahlung nicht immer konstant. Auch die Konzentration von natürlichen Treibhausgasen war im Lauf der Erdgeschichte nicht konstant. Doch sieht man die Veränderungen der Treibhausgaskonzentration (siehe Abbildung 2) seit der Industrialisierung kann ein menschlicher Einuss auf die Treibhausgasemissionen nicht verneint werden. Betrachtet man gleichzeitig den Anstieg der Durchschnittstemperaturen (siehe Abbildung 3) seit der Industrialisierung, so kann ein Zusammenhang zwischen Treihausgaskonzentration und erhöhter Temperatur kaum ausgeschlossen werden. Allerdings ist es weiterhin schwierig, die genauen Auswirkungen des Ausstoÿes von Treibhausgasen, insbesondere bei zukunftsbezogenen, Klimamodellen genau zu berechnen und von natürlichen Schwankungen zu trennen. Die meisten zusätzlichen Treibhausgase, die der Mensch verursacht, entstehen beim Verbrauch von fossilen Energieträgern und durch veränderte Landnutzung. Hier liegen auch die gröÿten Potentiale zur Senkung des Treibhausgasausstoÿes. Technischer Fortschritt kann den Hauptbeitrag zur Senkung von Treibhausgasen leisten, besonders wenn er durch gesetzliche Maÿnahmen unterstützt wird. Die Verbote von FCKWs und die Maÿnahmen der letzten 30 3

5 Jahre zur regionalen Umweltverbesserung haben gezeigt, dass eine Veringerung von Emissionen bei gleichzeitigem Erhalt oder Verbesserung des Lebensstandardes möglich ist. Abbildung 1: Strahlungshaushalt der Erde 4

6 Abbildung 2: Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre Abbildung 3: Globaler Anstieg der Durchschnittstemperaturen 5