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Treibhauspotential


Das (relative) Treibhauspotential (auch Treibhauspotenzial; englisch Global warming potential, greenhouse warming potential oder GWP) oder CO2-Äquivalent einer chemischen Verbindung ist eine Maßzahl für den relativen Effekt des Beitrags zum Treibhauseffekt. Sie gibt also an, wie viel eine festgelegte Masse eines Treibhausgases zur globalen Erwärmung beiträgt. Als Vergleichswert dient Kohlenstoffdioxid; die Abkürzung lautet CO2e (für equivalent). Der Wert beschreibt die mittlere Erwärmungswirkung über einen bestimmten Zeitraum; oft werden 100 Jahre betrachtet.

Beispielsweise beträgt das CO2-Äquivalent für Methan bei einem Zeithorizont von 100 Jahren 25: Das bedeutet, dass ein Kilogramm Methan innerhalb der ersten 100 Jahre nach der Freisetzung 25-mal so stark zum Treibhauseffekt beiträgt wie ein Kilogramm CO2.

Das Treibhauspotential ist aber nicht mit dem tatsächlichen Anteil an der globalen Erwärmung gleichzusetzen, da sich die Emissionsmengen der verschiedenen Gase stark unterscheiden. Mit diesem Konzept können bei bekannten Emissionsmengen die unterschiedlichen Beiträge einzelner Treibhausgase verglichen werden.

In der ersten Verpflichtungsperiode des Kyoto-Protokolls werden Emissionsmengen mit Hilfe der CO2-Äquivalente der einzelnen Gase bewertet und so gemäß ihren Treibhauspotentialen gewichtet. Dies bedeutet, dass beispielsweise eine Methan-Emissionsreduktion um eine Tonne gleichwertig zu einer CO2-Reduktion um 21 Tonnen ist, da in beiden Fällen Emissionen in der Höhe von 21 Tonnen CO2-Äquivalent weniger anfallen. Maßgeblich sind dabei die Zahlen gemäß dem zweiten Sachstandsbericht des IPCC aus dem Jahr 1995, bei einem Zeithorizont von 100 Jahren.

Das IPCC selbst gibt jedoch GWP-Werte für Zeithorizonte von 20 Jahren, 100 Jahren und 500 Jahren an und betont, dass dessen Wahl von politischen Überlegungen bestimmt sei. So sei z. B. ein langer Zeithorizont zu wählen, wenn bevorzugt die Eindämmung der langfristigen Folgen der globalen Erwärmung angestrebt wird.

Werte von Treibhausgaspotentialen

Treibhausgas Summen-
formel
Quelle GWP gemäß Kyoto-Protokoll[1]
(bezogen auf 100 Jahre)
GWP gemäß IPCC AR5[2]
(bezogen auf 20 Jahre)
GWP gemäß IPCC AR5[2]
(bezogen auf 100 Jahre)
Verweildauer in Jahren gemäß IPCC AR5[2]
Kohlenstoffdioxid CO2 Verbrennung fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) und von Biomasse (Wald-/ Brandrodung), Zementproduktion, ebenfalls entsteht es bei der äußeren Atmung 00.000.001 00.000.001 00.000.001 kann nicht als einzelner Zahlenwert angegeben werden
2,3,3,3-Tetrafluorpropen (R1234yf) C3H2F4 Kältemittel in Kühlanlagen 00.000.04,4 0.00,033
Methan CH4 Reisanbau, Viehzucht, Kläranlagen, Mülldeponien, Steinkohlenbergbau (Grubengas), Erdgas- und Erdölproduktion, Zerfall von Methanhydrat-Vorkommen durch die globale Erwärmung 00.000.021 00.000.084 00.000.028 0.012
Distickstoffoxid
(Lachgas)
N2O Stickstoffdünger in der Landwirtschaft, Verbrennung von Biomasse 00.000.310 00.000.264 00.000.265 0.0121
1,1,1,2-Tetrafluorethan
(R-134a, HFC-134a)
C2H2F4 Kältemittel in Kühlanlagen 0.0001.000 0.0003.710 0.0001.300 0.0134
Fluorchlorkohlenwasserstoffe
z. B. CClF3 Gruppe verschiedener Verbindungen, Treibgase in Sprühdosen, Kältemittel in Kühlanlagen, Narkosemittel, Füllgase in Schaumstoffen. In Deutschland seit 1995 verboten. 000010.900 000013.900 00640
Fluorkohlenwasserstoffe
(FKW, HFKW)
z. B. CHF3 Treibgase in Sprühdosen, Kältemittel in Kühlanlagen, Füllgase in Schaumstoffen 000010.800 000012.400 00222
Stickstofftrifluorid NF3 Herstellung von Halbleitern, Solarzellen und Flüssigkristallbildschirmen[3] 000012.800 000016.100 00500
Schwefelhexafluorid SF6 Schutzgas bei der technischen Erzeugung von Magnesium, Isoliergas in Hochspannungsschaltanlagen 000023.900 000017.500 000023.500 3.200

Einflussgrößen

Das relative Treibhauspotential (GWP) eines Treibhausgases wird durch verschiedene Faktoren bestimmt. Entgegen einem gelegentlich vorgebrachten Einwand ist zusätzlich in die Atmosphäre emittiertes Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Lage, den Treibhauseffekt zu verstärken, obwohl das vorhandene CO2 innerhalb seiner Absorptionsbanden die Wärmestrahlung bereits praktisch vollständig absorbiert.

Die Erdatmosphäre strahlt im Mittel in einer Höhe von 5500 m Wärme ins All ab, nicht auf Meeresspiegelniveau.[4] Eine Erhöhung der atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen bewirkt, dass der Bereich, in dem die Erde ihre Wärme ins All abstrahlt, nach oben wandert. Damit die Wärmeabstrahlung gleich der Einstrahlung bleibt, muss sich auch der Abstrahlungsbereich nach oben verschieben. Die bodennahe Temperatur steigt dann entsprechend dem atmosphärischen Temperaturgradienten an.[5]

Einfluss des Absorptionsverhaltens

Der Effekt eines Treibhausgases beruht auf seiner Fähigkeit, die von der Erdoberfläche und bodennahen Luftschichten im mittleren Infrarotbereich (3 bis 50 µm) emittierte Wärmestrahlung zu absorbieren und teilweise wieder zur Erde zurückzustrahlen und so die Abkühlung der Atmosphäre zu behindern (Treibhauseffekt). Da hier der zusätzliche Erwärmungseffekt des Gases betrachtet wird, ist insbesondere sein Absorptionsverhalten in denjenigen Spektralbereichen von Bedeutung, in denen die natürlich vorhandenen Treibhausgase (vor allem Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid) nicht oder nur wenig absorbieren. Dies ist insbesondere das sog. atmosphärische Fenster im Bereich 8–13 Mikrometer Wellenlänge.

Einfluss von Konzentration und Molekülgeometrie

Der Strahlungsantrieb eines Treibhausgases hängt nichtlinear von seiner Konzentration ab. Diese nichtlineare Abhängigkeit ist näherungsweise eine logarithmische Funktion. Dies bedeutet, dass eine Konzentrationsänderung von beispielsweise 2 auf 3 ppm dieselbe Wirkung wie eine Konzentrationsänderung von 20 ppm auf 30 ppm (bzw. 200 ppm auf 300 ppm usw.) hat. Neben der im Vergleich mit beispielsweise CO2 größeren Zahl möglicher Schwingungsformen komplexer Moleküle ist dies ein weiterer Grund, dass sich die Konzentrationsänderung eines im atmosphärischen Fenster absorbierenden Spurengases, das natürlicherseits nicht oder nur in extrem kleinen Konzentrationen existiert, so stark auswirkt, wie in der Tabelle aufgezeigt.[6]

Das Absorptionsverhalten eines Treibhausgases, also in welchen Wellenlängenbereichen es die Wärmestrahlung absorbieren kann, hängt von der molekularen Struktur des jeweiligen Gases ab.

Einfluss der Verweilzeit

Ebenfalls von entscheidender Bedeutung ist die mittlere Verweilzeit des Gases in der Atmosphäre. Hierbei spielt auch der gewählte Zeithorizont eine wichtige Rolle. So haben Fluor-haltige Treibhausgase aufgrund ihrer hohen Verweilzeit (z. B. 3200 Jahre für SF6) in der Atmosphäre ein wesentlich höheres GWP als Treibhausgase ohne Fluoratome im Molekül. Methan (Verweilzeit ca. 12 Jahre) wirkt andererseits kurzfristig, sein GWP ist daher für kurze Zeithorizonte wesentlich größer als für lange. Als Vergleich sei noch die Verweilzeit von CO2 mit ca. 120 Jahren beziffert,[7] wobei anzumerken ist, das dies das Lösungsgleichgewicht für Kohlendioxid von Atmosphäre und den oberen Meeresschichten betrifft. Sinken CO2-haltige Wassermassen in die Tiefsee ab, erhöht sich die Verweilzeit in dem Zwischenspeicher Ozean auf einige tausend Jahre.

Aktuelle Werte

Seit vorindustrieller Zeit hat sich die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre von vorindustriell ca. 280 ppm auf 400 ppm im Jahr 2015 erhöht. Zusammen mit der Erhöhung der Konzentration vieler anderer Treibhausgase ergibt sich für das Jahr 2015 ein Gesamt-Strahlungsantrieb, der einem CO2-Äquivalent von 485 ppm entspricht. Die Konzentration der relevanten anderen Treibhausgase war vorindustriell nahezu Null, was auch für das CO2-Äquivalent zu einem Vergleichswert von ca. 280 ppm führt. [8]

Siehe auch

  • Das Ozonabbaupotential ist die analoge Maßzahl zum GWP zu Beschreibung des relativen Effekts beim Abbau der Ozonschicht (Ozonloch).

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Global Warming Potentials . In: United Nation Framework Convention on Climate Change. 2013. Abgerufen am 26. Mai 2013.
  2. 2,0 2,1 2,2 G. Myhre, D. Shindell, F.-M. Bréon, W. Collins, J. Fuglestvedt, J. Huang, D. Koch, J.-F. Lamarque, D. Lee, B. Mendoza, T. Nalajima, A. Robock, G. Stephens, T. Takemura, H. Zhang et al.: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Working Group I contribution to the IPCC Fifth Assessment Report. Hrsg.: Intergovernmental Panel on Climate Change. 30. September 2013, Chapter 8: Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, S. Table 8.1.A, Seiten 8–88 bis 8–99 (climatechange2013.org PDF; 2,84 MB [abgerufen am 13. Oktober 2013] Final Draft Underlying Scientific-Technical Assessment).
  3. Ray F. Weiss et al.: Nitrogen trifluoride in the global atmosphere. In: Geophys. Res. Lett., 35, L20821, doi:10.1029/2008GL035913.
  4. Vorlesung Atmosphärenchemie WS 2005/2006, letzte Folie (PDF; 1,8 MB)
  5. Spencer Weart: The Discovery of Global Warming, Center of History am American Institute of Physics, 2003, aip.org
  6. IPCC Third Assessment Report, Kapitel 6.3.5, Radiative Forcing of Climate Change, Simplified expressions grida.no
  7. Die Treibhausgase. Umweltbundesamt
  8. NOAA’s Annual Greenhouse Gas Index des Jahres 2013

Kategorien: Klimawandel

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