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Treibhausgase

Erstellt am: 25.03.2011 | Stand des Wissens: 20.11.2023
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Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Laut des Kyoto-Protokolls von 1997 werden folgende Gase zu den vom Menschen freigesetzten Treibhausgasen gezählt:
Kohlenstoffdioxid (CO2),
Methan (CH4),
Distickstoffoxid beziehungsweise Lachgas (N2O) und
die fluorierten Treibhausgase (F-Gase) wie
wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW),
perfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW),
Schwefelhexafluorid (SF6),
Stickstofftrifluorid (NF3).
Die Gase Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4) und Distickstoffoxid (N2O) kommen zwar natürlicherweise in der Atmosphäre vor, ihre Konzentration steigt allerdings erheblich durch den zusätzlichen Ausstoß des Menschen. Während CO2 vor allem durch die Verbrennung fossiler Energieträger und die fortschreitende Entwaldung emittiert wird, entsteht CH4 insbesondere bei der Tierhaltung, beim Reisanbau und auf Abfalldeponien. Fluorierte Treibhausgase (F-Gase) werden dagegen fast ausschließlich durch den Menschen erzeugt, um in Kühl- oder Löschmitteln verwendet zu werden. Sie kommen nicht natürlicherweise in der Umwelt vor. [UBA22w]

Die Wirkung der verschiedenen Treibhausgase, also wie viel Strahlung sie in der Atmosphäre halten, hängt von drei wesentlichen Faktoren ab . [Buho21]:
Der Konzentration, also der Menge eines Treibhausgases in der Atmosphäre.
Der Verweilzeit, also dem Zeitraum von der Freisetzung bis zum Abbau des Gases aus der Atmosphäre.
Der Stärke (Treibhauspotenzial), also der Fähigkeit eines Gasmoleküls, eine bestimmte Menge an Energie aufzunehmen und wieder abzustrahlen.

Diese drei Faktoren sind eng miteinander verknüpft. So hat zum Beispiel die Verweilzeit einen großen Einfluss auf die Konzentration, denn ein Treibhausgas mit einer längeren Verweilzeit sammelt sich stärker in der Atmosphäre an. Auch die Stärke eines Treibhausgases hat nur eine geringe Aussagefähigkeit, ohne die Verweilzeit zu kennen. So kann beispielsweise ein starkes Gas eine geringere Wirkung haben als ein schwaches Gas, wenn ersteres weniger Zeit in der Atmosphäre verweilt. Um diese drei Faktoren zu berücksichtigen und damit die Wirkung der verschiedenen Treibhausgase vergleichbar zu machen, wurde das Maß des Strahlungsantriebes entwickelt. Der Strahlungsantrieb misst den Energiefluss von der Atmosphäre zur Erdoberfläche und wird in der Einheit Watt pro Quadratmeter (W/m2) angegeben. Er wird immer für einen Zeitraum ermittelt, also im Fall von Treibhausgasen in der Regel von Beginn der Industrialisierung bis in die Gegenwart. Das Treibhausgas mit dem höchsten Strahlungsantrieb und dementsprechend dem größten Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt ist CO2. Das liegt daran, dass CO2 am meisten vom Menschen emittiert wird (siehe Abbildung 1) und gleichzeitig eine relativ hohe Verweilzeit in der Atmosphäre aufweist. Während CO2 mehrere Jahrhunderte benötigt, wird Methan schon nach etwa zehn Jahren aus der Atmosphäre abgebaut. Deshalb besitzt CO2 die höchste Konzentration der genannten Treibhausgase in der Atmosphäre (417 Mikromol pro Mol im Jahr 2022) [UBA23o]. Die Stärke (Treibhauspotenzial) von CO2 ist dagegen im Vergleich zu den anderen Treibhausgasen gering. So weist Methan ein Treibhauspotenzial auf, welches etwa 25-mal so hoch ist. [Buho21]
Anteil von CO2 an emittierten Treibhausgasen in Deutschland im Jahr 2022 Abb. 2: Anteil von CO2 an emittierten Treibhausgasen in Deutschland im Jahr 2022 [UBA23p] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Klimawandel und Verkehr (Stand des Wissens: 06.12.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?346302
Literatur
[Buho21] Stephan Buhofer Treibhausgasemissionen verstehen: Der Klimawandel im Kontext von Wissenschaft und Politik , 2021/06/10, ISBN/ISSN 978-3-96238-311-4
[UBA22w] Umweltbundesamt (UBA) (Hrsg.) Die Treibhausgase, 2022/11/14
[UBA23o] Umweltbundesamt (UBA) (Hrsg.) Atmosphärische Treibhausgas-Konzentrationen, 2023/03/20
[UBA23p] Umweltbundesamt (UBA) (Hrsg.) Treibhausgas-Emissionen in Deutschland, 2023/04/11
Glossar
O2
= Sauerstoff. Im Normzustand ist Sauerstoff ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas. Es ist sehr reaktiv, fast jedes chemische Element, abgesehen von Edelgasen, reagiert mit Sauerstoff, um Verbindungen zu bilden.
Sauerstoff ist von großer Bedeutung, weil er wesentlich an den Atmungsprozessen der meisten lebenden Zellen und an Verbrennungsprozessen beteiligt ist. Es ist das am häufigsten vorkommende Element der Erdkruste. Die Luft besteht zu fast einem Fünftel (Volumen) aus Sauerstoff. Ungebundener gasförmiger Sauerstoff besteht normalerweise aus einem zweiatomigen Molekül (O2), es gibt ihn aber auch in dreiatomiger Form (O3,) besser bekannt unter dem Begriff Ozon.
CH4
= Methan. Es ist ein farbloses, geruchloses und leicht brennbares Gas, das zu Kohlendioxid und Wasser verbrennt. Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Deponiegas und Klärgas. Als Erdgas dient es hauptsächlich der Beheizung von Wohn- und Gewerberäumen, als industrielle Prozesswärmeenergie, zur elektrischen Stromerzeugung und in kleinem Umfang als Treibstoff für Kraftfahrzeuge.
Methan gehört zu den klimarelevanten Treibhausgasen. Methan entsteht bei allen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen, wie z.B. in Sümpfen, Nassreisfeldern und Massenviehhaltung. (Der Verdauungstrakt von Wiederkäuern produziert Methan.)
Nach Kohlendioxid ist Methan mit einem Anteil von knapp 20 Prozent wichtigster Verursacher des Treibhauseffekts, wobei es ein 20- bis 30-mal wirksameres Treibhausgas als CO2 ist. Die weltweiten Methanemissionen werden auf 500 Mio. Tonnen/Jahr geschätzt, davon gehen rund 70 Prozent auf menschliche Aktivitäten zurück.
Treibhausgase Diese in der Atmosphäre sich befindlichen Gase verhindern, dass langwellige Infrarotstrahlung auf direktem Weg von der Erdoberfläche ins Weltall gelangt. Sie verhalten sich wie Glasscheiben eines Treibhauses und heizen die Atmosphäre auf. Natürliche Treibhausgase:
  • Wasserdampf
  • Kohlendioxid
  • Ozon
  • Methan
  • Stickoxid
Vom Menschen gemachte Treibhausgase:
  • FKW
  • HFKW
  • FCKW
  • SF6
kW
= Kilowatt. Die SI-Einheit der Leistung. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe W verwendet. Die Einheit ist benannt nach James Watt.
HFKW HFKW sind teilfluorierte Kohlenwasserstoffe, und wie auch FKW (Fluorkohlenwasserstoffe) ist HFKW ein durch menschliche Prozesse hergestelltes Gas. Es dient als Ersatz für die Ozon-schädigenden FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und wird zur Herstellung von Schaumstoff, in Kühlanlagen, als Feuerlöschsubstanzen und als Lösungsmittel verwendet.
HC
= hydrocarbons, zu Deutsch: Kohlenwasserstoffe. Als Kohlenwasserstoffe werden in der Chemie Verbindungen bezeichnet, die ausschließlich Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) im Molekül enthalten.
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
N2O = Distickstoffoxid (Lachgas). Ein farb- und geruchloses, leicht süßlich schmeckendes und chemisch reaktionsträges Gas. Lachgas ist ein Treibhausgas, dessen Treibhauswirksamkeit 298-mal so groß ist wie die von CO2. Menschenverursachte Emissionen stammen hauptsächlich aus der Landwirtschaft.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?345696

Gedruckt am Samstag, 27. April 2024 18:20:43