CO₂ Konzentration und Klimawandel

Dr. Engin Bagda

CO₂ Konzentration in der Atmosphäre

Der Klimawandel, bedingt durch die Erhöhung der Temperatur auf der Erde, wird auf „Treibhausgase“ zurückgeführt. Das prominenteste Treibhausgas ist das CO₂.  Die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre, gemessen an 9 Stationen des Deutschen Wetterdienstes ist in Abbildung 1 wiedergegeben. Im Winter sind die CO₂-Konzentrationen wegen des verstärkten Bedarfs an Energie hoch (Heizen), im Sommer sinkt die CO₂ Konzentration auf ein Minimum, da durch die Vegetation CO₂ aufgenommen wird und der Energiebedarf geringer ist.

Abbildung 1: Jahresgang der CO₂ Konzentrationen 2015 bis 2023 an den Stationen: Gartow (GAT), Helgoland (HEL), Hohenpreißenberg(HPB), Jülich(JUE), Karlsruhe(KIT), Lindenberg (LIN), Ochsenkopf (OXK), Steinkimmen(STE), Torfhaus(TOH) gemessen vom Deutschen Wetterdienst, sowie „European backgraound“ (X_MHD_X). Schwarz: Alle 9 deutschen Stationen gemittelt über 30 Tage.
Quelle:   Wetter und Klima - Deutscher Wetterdienst - ICOS (dwd.de)

Die CO₂-Konzentration wird seit 1957 auf 3397 m Höhe an der Station Maouna Loa auf Hawaii gemessen. In Abbildung 2 sind die auf Maouna Loa und an verschiedenen Standorten in Deutschland gemessenen CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre aufgetragen. Alle zeigen, wie die Messungen in Abbildung 1, die gleiche und zunehmende CO₂ Konzentration über die Jahre. Demnach ist die CO₂-Konzentration über die Erde gleichmäßig verteilt und lokale Maßnahmen zur Reduktion der CO₂ Konzentration sind lokal nicht wirksam. Deswegen kann die anthropogene, von Menschen gemachte, CO₂ Konzentration in der Atmosphäre, wenn überhaupt, nur durch internationale Bemühungen reduziert werden, was der Hintergrund der jährlichen UN-Klimakonferenzen COP (Abkürzung für Conference of Parties) ist.

Abbildung 2: CO₂ Konzentration in der Atmosphäre gemessen auf 3400 m Höhe auf dem Mauna Loa seit 1957, sowie Messungen im Schauinsland, auf der Zugspitze sowie „Welttrend“

Was sind „Treibhausgase”

Treibhausgase halten Wärme in der Erdatmosphäre. Dadurch ermöglichen die Treibhausgase überhaupt ein Leben auf der Erde, an deren Oberfläche, ohne die Treibhausgase, sonst Temperaturen um die -18°C herrschen würden.

Treibhausgase sind im Wesentlichen Kohlendioxid CO₂ (87%), Methan CH₄ (5%), Lachgas N₂O (2%) sowie in geringerem Umfang  Fluorierte Kohlenwasserstoffe (F-Gase). Treibhausgase wirken je nach Art unterschiedlich stark auf die wärmeisolierende Wirkung der Atmosphäre. Um den Effekt der ausgestoßenen Mengen verschiedener Treibhausgase auf die Temperatur der Erdoberfläche zu vergleichen, wird das Konzept der „CO₂-Äquivalente“ (CO_2.Äq) benutzt. Dabei wird die Menge eines Treibhausgases in die entsprechende Menge CO₂ umgerechnet, die über einen gegebenen Zeitraum dieselbe Erderwärmung bewirkt. Der Faktor, anhand dessen eine Menge eines Treibhausgases in die entsprechenden CO₂-Äquivalente umgerechnet wird, ist das „Treibhauspotenzial” des jeweiligen Gases. Die Wirkung von CO₂ dient dabei als Vergleichswert und hat das Treibhauspotenzial von 1. Zur Vergleichbarkeit der Treibhauspotenziale wird ein Zeitraum von 100 Jahren zugrunde gelegt, da sich Treibhausgase in der Atmosphäre unterschiedlich lang „aufhalten“ bevor sie absorbiert werden. Auf 100 Jahre betrachtet, hat Methan ein Treibhauspotenzial von 28; Lachgas eines von 298. Das bedeutet, dass eine Einheit Lachgas das 298-fache Treibhauspotenzial einer Einheit CO₂ hat. Mithilfe der CO₂-Äquivalente lässt sich der Ausstoß von Treibhausgasen bei Produktionsabläufen und bei der Energiegewinnung vergleichen. Deshalb werden Vorgaben und Ziele für die Einsparung von Treibhausgasen in CO₂-Äquivalenten ausgedrückt.

Emissionen von Treibhausgasen

Treibhausgase gelangen seit Jahrmillionen durch natürliche Vorgänge, wie zum Beispiel Waldbrände, Vulkanausbrüche aber auch durch wildlebende  Wiederkäuer in die Atmosphäre. Diese Treibhausgase werden wiederum von den Pflanzen (Photosynthese) und Tieren (insbesondere Schalenbildung von Muscheln sowie Korallen) absorbiert. Viele Gebirge auf der Erde sind nichts anderes als ursprünglich durch Muscheln und Korallen gebundenes CO₂ in Form von Kalkstein. Kohle ist wiederum nichts anderes als im Karbon (vor 300 Millionen Jahren) durch Pflanzen gebundenes CO₂. Durch Menschenhand wird dieses vor Jahrmillionen gebundene CO₂ freigesetzt, was als anthropogenes CO₂ bezeichnet wird. Der Grund der anthropogenen Treibhausgase ist der Hunger der Menschheit nach Energie, Lebensmitteln und nach preiswerten Produkten aus “Kunststoffen”, die mittels Petrochemie gewonnen werden. Auch Kunststoffe zerfallen am Ende ihres Lebenszykluses zu CO₂.

Klimawandel

Das Klima ist die Statistik des „Wetters“, im Allgemeinen der letzten 30 Jahre. Das Wetter ist die Summe von Lufttemperatur, solarer Einstrahlung, Wind und Niederschlagsart sowie -menge während einer Stunde beziehungsweise eines Tages, um die wichtigsten Parameter aufzuzählen. Dabei beeinflussen diese sich gegenseitig, weshalb sie immer als „Paket“ zu betrachten sind. Der „Klimawandel“ ist als Erstes durch die „Temperaturanomalie“ aufgefallen,als festgestellt wurde, dass seit der Industrialisierung Mitte des 19. Jahrhunderts die mittlere Lufttemperatur auf der ganzen Welt, statistisch betrachtet, angestiegen ist (siehe Abbildung 3). 

Abbildung 3: Temperaturanomalie in Deutschland
(Abweichung der jährlichen Lufttemperatur vom 30 jährigen Mittel der Jahre 1961-1990)
 

Mit dem Temperaturanstieg weltweit haben auch die „Extremwetterereignisse“ zugenommen, die aus Presse, Medien und Wissenschaft bekannt sind. Wissenschaftlich abgesichert ist, dass die steigenden Konzentrationen der Treibhausgase zu einer Erwärmung der Atmosphäre führen. Deshalb ist Ziel vieler Überlegungen, die anthropogenen Emissionen der Treibhausgase zu reduzieren, um die Erwärmung der Atmosphäre und damit den Klimawandel zu stoppen.

Ausblick

Das „Erschreckende“ an Abbildung 1 und 2 ist, dass trotz der Abnahme der CO₂-Emission in Deutschland von 1990 bis 2023 von 46% (siehe Die Energiewende in Deutschland: Stand der Dinge 2023 (agora-energiewende.de) dieses sich nicht beim Anstieg der CO₂-Konzentration der Atmosphäre bemerkbar gemacht hat. Auch die „Corona-Delle“ der Weltwirtschaft 2020 bis 2022 ist am Anstieg der CO₂-Konzentration der Atmosphäre nicht bemerkbar. Mit Kenntnis dieser Tatsache ist es nun eine Frage, wie verhindert werden kann, dass die Erde sich weiter erwärmt, also das Klima so bleibt, wie es ist. Dabei ist zum einen die demographische Veränderung der Weltbevölkerung und zum anderen das Konsumverhalten (Wohlstand) der Menschen von Bedeutung.