Charakteristika und Emissionen der Treibhausgase

Zur Quantifizierung der Klimawirksamkeit der verschiedenen Treibhausgase werden die freigesetzten Mengen nach ihrem unterschiedlich hohen klimawirksamen Potenzial gewichtet.

Als Wichtungsgröße wird das so genannte GWP (Global Warming Potential) verwendet. Bei der Berechnung dieser Größe werden hauptsächlich die Absorption von Wärmestrahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge und die Verweilzeit des jeweiligen Gases in der Atmosphäre berücksichtigt. Der GWP-Wert von CO₂, das hier die Referenzsubstanz darstellt, wird gleich Eins gesetzt (siehe Tab. „Im Rahmen der UNFCCC-Berichterstattung zu verwendende GWP-Werte der wichtigsten klimawirksamen Gase“).

Die Beiträge emissionsverursachender Prozesse zum anthropogenen Treibhauseffekt werden global wie folgt geschätzt: Verbrennung fossiler Energieträger ca. 50 %, chemische Industrie (FCKW, FKW und Halone) etwa 20 %, Waldvernichtung und -abholzung ca. 15 %, Landwirtschaft und andere Bereiche (Methan durch Rinderhaltung, Reisanbau und Mülldeponien; Lachgas durch Düngung) etwa 15 %.

Kohlendioxid (CO₂)

Das mengenmäßig wichtigste klimawirksame Gas ist Kohlendioxid (CO₂). Durch energiebedingte anthropogene Aktivitäten gelangen nach Berechnungen der Internationalen Energieagentur (IEA) weltweit jährlich über 26 Mrd. t CO₂ in die Atmosphäre [1].

Wichtigste Senke von CO₂ ist der Ozean. In der terrestrischen Biosphäre, vor allem in Wäldern, werden durch die Photosynthese Kohlenstoffmengen in der Größenordnung von 120 Mrd. t jährlich aus der Atmosphäre aufgenommen und durch mikrobielle Zersetzung und Entwaldung wieder an diese abgegeben. Bei gleich bleibender Vegetation sind die aufgenommenen und abgegebenen CO₂-Mengen etwa gleich groß. Die großflächige Zerstörung von Wäldern führt hingegen zu massiven CO₂-Emissionen. Stickstoffdepositionen, CO₂-Düngewirkung und Bewirtschaftungsmaßnahmen hingegen erhöhen vor allem in den Industriestaaten die Menge des in Biomasse festgelegten CO₂. Diese Vorgänge führen sogar zu einer Nettoaufnahme von CO₂ von etwa 2,57 +/–3,67 Mrd. t CO₂ a^–1.

Methan (CH₄)

Die weltweit anthropogen emittierten CH₄-Mengen werden im IPCC-Bericht von 2001 für das Jahr 2001 auf 347 Mio. t geschätzt, dies entspricht einem Anteil am anthropogenen Treibhauseffekt von rund 20 %. Es entsteht dort, wo organisches Material unter anaeroben Bedingungen abgebaut wird. Die größten Methanmengen natürlichen Ursprungs stammen aus Feuchtgebieten (Sumpfgas). Die wesentlichen anthropogenen Quellen sind Reisanbau, Viehhaltung, Erdöl-/Erdgas-Förderung und -Verteilung, Bergbau und Deponien. Die wichtigste Abbaureaktion von Methan stellt die Umsetzung mit photochemisch in der Atmosphäre gebildeten OH-Radikalen zu CO₂ und H₂O dar.

Distickstoffoxid, Lachgas (N₂O)

Die weltweiten jährlichen N₂O-N-Emissionen werden im IPCC-Bericht von 2007 auf etwa 6,7 Mio. t geschätzt, dies entspricht einem Anteil am anthropogenen Treibhauseffekt von etwa 6 %. Mikrobielle Umsetzungen von Stickstoffverbindungen in den Böden, die sowohl natürlichen als auch anthropogenen Ursprungs (Hauptquelle: Stickstoffdüngung) sein können, sind global die wichtigsten Quellen für N₂O. Stickstoffverbindungen werden in Böden direkt oder auch über den Wasser- und Luftpfad eingetragen. Ein direkter Eintrag von N₂O durch die Industrie in die Atmosphäre erfolgt in der Hauptsache durch Emission von N₂O bei der Adipinsäureherstellung (Adipinsäure: Grundstoff bei der Kunststoffherstellung, Lösemittel, Weichmacher) und in geringerem Umfang durch den Verkehr bei der katalytischen Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen. Photochemische Prozesse bauen das N₂O im Wesentlichen erst in der Stratosphäre ab.

Fluorierte Verbindungen

Zu den fluorierten treibhauswirksamen Verbindungen zählen neben den im Montreal-Protokoll geregelten Halonen, den voll- und teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW und H-FCKW) auch deren chlorfreie Ersatzstoffe, die halogenierten Kohlenwasserstoffe H-FKW, perfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW) und Schwefelhexafluorid (SF₆).

FCKW, H-FCKW, Halone und H-FKW sind ausschließlich anthropogenen Ursprungs. Sie wurden und werden zum Teil noch beim Einsatz von Sprays (Treibgas), aus Schaum- und Dämmstoffen, aus Kühlgeräten und Kälteanlagen (Kältemittel) sowie aus Feuerlöschgeräten emittiert. Darüber hinaus entstehen größere Mengen des H-FKW 23 als Nebenprodukt bei der H-FCKW 22-Produktion.

Die Hauptquellen für die Emissionen von FKW (hier vor allem CF₄, C₂F₆ und C₃F₈) sind die Elektrolyse in der Primäraluminiumherstellung und die Halbleiterproduktion. SF₆-Emissionen gehen vor allem auf Anwendungen dieses Gases in der Nichteisen-Metallproduktion, seinen Einsatz in gasisolierten elektrischen Schaltanlagen und in Schallschutzfenstern zurück.

Die Klimawirksamkeit der fluorierten Verbindungen ist wegen der höheren spezifischen Absorption im infraroten Bereich und teilweise sehr langen atmosphärischen Lebensdauer im Vergleich zu CO₂, CH₄ und N₂O sehr hoch. Daher wurden die nicht im Montreal-Protokoll geregelten H-FKW, FKW und SF₆ im Jahre 1997 in das Kyoto-Protokoll, das  Emissionsreduktionen für klimarelevante Gase vorschreibt, aufgenommen.

Die Emissionen der H-FKW, welche seit Anfang der 90er Jahre als FCKW-Substitute verwendet werden, haben in den vergangenen Jahren rapide zugenommen. So stieg die globale H-FKW 134a-Emission aus der Produktion zwischen 1990 und 2003 von nahezu Null auf etwa 114 800 t [2]. Die aus der H-FCKW-Produktion stammenden H-FKW 23-Emissionen wurden, aus Messungen der atmosphärischen Konzentration in den Jahren 2001 und 2002, für das Jahr 2003 weltweit auf 14 700 t geschätzt [3]. Bei einem Treibhauspotenzial von 14 310 entspricht diese Emissionsmenge 210 Mt CO₂-Äquivalente.

Da ein Großteil der produzierten H-FKW- und SF₆-Mengen in mehr oder weniger geschlossenen Anlagen (Kühlgeräte, Schäume, elektrische Schaltanlagen usw.) zum Einsatz kommen, werden diese gebunkerten Mengen erst mit einer Zeitverzögerung von bis zu 50 Jahren emittiert. Werden diese Mengen am Ende der Nutzungsdauer der Geräte und Anlagen nicht aufgefangen und zerstört oder wieder verwendet, bergen sie ein erhebliches Emissionspotenzial.

[1] Key World Energy Statistics, International Energy Agency (IEA), 2008

[2] www.afeas.org/prodsales_download.html

[3] IPCC/TEAP Special Report on Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System, 2005