Das Kyoto-Protokoll nennt sechs Treibhausgase: Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), und Lachgas (N2O) sowie die fluorierten Treibhausgase (F-Gase): wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW), perfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW), und Schwefelhexafluorid (SF6). Seit 2015 wird Stickstofftrifluorid (NF3) zusätzlich einbezogen. Sie können durch Anwendung der sogenannten GWP-Werte (aktuell die des Vierten Sachstandsberichtes der IPCC im 100-Jahre-Horizont) miteinander normiert werden. In Deutschland entfielen 2020 87,1% Prozent der Freisetzung von Treibhausgasen auf Kohlendioxid, 6,5 Prozent auf Methan, 4,6 Prozent auf Lachgas und rund 1,7 Prozent auf die F-Gase.
Das wichtigste natürliche Treibhausgas ist Wasserdampf, das für fast zwei Drittel des natürlichen Treibhauseffekts verantwortlich ist. Es absorbiert in breiten Spektralbereichen um 3 µm, 5 µm und 20 µm nahezu vollständig. In anderen Wellenlängenbereichen wie um 4 µm und um 10 µm lässt es die Infrarotstrahlung aber nahezu vollständig passieren. In diesen Bereichen wirken dagegen die anderen Treibhausgase. So absorbiert das zweitwichtigste natürliche Treibhausgas, das Kohlendioxid, gerade um 4 µm und 15 µm. Ozon, Distickstoffoxid und Methan füllen weitere Lücken des Wellenlängenspektrums. Natürlich kommt es auch zu Überlappungen, d.h. Bereichen im Spektrum, wo mehrere Gase gleichzeitig absorbieren. Wenn dies eintritt oder ein Gas schon stark vorhanden ist, kann das dazu führen, dass die Strahlung einer solchen Wellenlänge gar nicht mehr durch die Atmosphäre gelangen kann. Zusätzliche Gase führen dann nicht mehr zu einer stärkeren Absorption. Trotzdem steigt aber der Treibhauseffekt noch etwas, weil an den Rändern der Linien die Absorption noch zunimmt. Die Vorstellung, zusätzliches Kohlendioxid in der Atmosphäre habe wegen dieser „Sättigung“ gar keinen Effekt mehr, ist daher falsch.
Kohlendioxid
Kohlendioxid ist ein geruch- und farbloses Gas, das aus sehr stabilen Molekülen besteht. Anthropogenes Kohlendioxid entsteht unter anderem bei der Verbrennung fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) und macht den Großteil des vom Menschen zusätzlich verursachten Treibhauseffektes aus. Quellen sind vor allem die Strom- und Wärmeerzeugung, Haushalte und Kleinverbraucher, der Verkehr und die industrielle Produktion. Zusätzlich in die Erdatmosphäre anthropogen emittiertes Kohlendioxid wird durch die natürlichen physikalischen und biogeochemischen Prozesse im Erdsystem nur sehr langsam abgebaut. Nach 1000 Jahren sind davon noch etwa 15 bis 40 Prozent in der Atmosphäre übrig. Der gesamte Abbau dauert jedoch mehrere hunderttausend Jahre.
Methan
Methan ist ein geruch- und farbloses, hochentzündliches Gas. Die durchschnittliche Lebenszeit in der Atmosphäre beträgt um die 12,4 Jahre, wesentlich kürzer als die von CO2. Trotzdem macht es einen substanziellen Teil des menschengemachten Treibhauseffektes aus, denn das Gas ist 25mal so wirksam wie Kohlendioxid. Methan entsteht immer dort, wo organisches Material unter Luftausschluss abgebaut wird. In Deutschland vor allem in der Land- und Forstwirtschaft, insbesondere bei der Massentierhaltung. Eine weitere Quelle sind Klärwerke und Mülldeponien.
Natürliche Prozesse entfernen Methan wieder – Methansenken: Wichtig bei der Oxidierung von Methan zu Wasser und Formaldehyd und schließlich zu CO2 ist das sogenannte Hydroxil-Radikal in der Luft. Eine kleine Rolle spielen zudem Bakterien, die in den obersten Bodenschichten sitzen. Sie nutzen das CH4 aus der Luft als Energiequelle und bauen es dabei ab.Etwa das Hydroxil-Radikal – eine sehr kurzlebige Verbindung aus Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Das OH-Radikal wird auch als „Waschmittel der Atmosphäre“ bezeichnet. Etwa 90 Prozent des Methans werden in der unteren Atmosphäre von OH-Radikalen abgebaut. Es entsteht Wasser und über einige Zwischenschritte letztendlich CO2. Das Problem: Da die Methanemissionen weltweit steigen, sinkt der Pegel an OH-Radikalen, weil häufiger die Oxidationsreaktion mit Methan stattfindet. So wird das nachkommende Methan erst nach längerer Zeit abgebaut und befeuert bis dahin die Erderwärmung.
Lachgas (Distickstoffoxid)
Lachgas ist ein farbloses, süßlich riechendes Gas. Die durchschnittliche Lebenszeit in der Atmosphäre beträgt etwa 121 Jahre. Es gelangt vor allem über stickstoffhaltigen Dünger und die Massentierhaltung in die Atmosphäre, denn es entsteht immer dann, wenn Mikroorganismen stickstoffhaltige Verbindungen im Boden abbauen. In der Industrie entsteht es vor allem bei chemischen Prozessen (u.a. der Düngemittelproduktion und der Kunststoffindustrie). Das Gas kommt in der Atmosphäre zwar nur in Spuren vor, ist aber 298-mal so wirksam wie CO2 und macht daher einen auf die Menge bezogen überproportionalen Teil des anthropogenen Treibhauseffektes aus.
F-Gase (HFKW, FKW, SF6, NF3)
Viele fluorierte Kohlenwasserstoffverbindungen (F-Gase) sind selbst im Vergleich zu Methan und Lachgas extrem treibhauswirksam. Auch ihre Verweildauer in der Atmosphäre ist enorm lang. Im Gegensatz zu den übrigen Treibhausgasen kommen Fluorkohlenwasserstoffe in der Natur nicht vor. F-Gase werden produziert um als Treibgas, Kühl- und Löschmittel oder Bestandteil von Schallschutzscheiben (insbesondere SF6) eingesetzt zu werden. Emissionen können im Wesentlichen durch Vermeidung, sachgerechte Entsorgung und durch Wiederverwendung gemindert werden.
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