Referat Der Treibhauseffekt

_{Der Treibhauseffekt}

_Entstehung

Zusammensetzung der Luft

In chemischer Hinsicht setzt sich die Atmosphäre aus drei Komponenten zusammen: Erstens aus einem

Gasgemisch, zu dessen wichtigsten Bestandteilen in trockener, nicht verunreinigter Luft der Stickstoff mit

der Sauerstoff mit , das Argon mit 9 und das Kohlendioxid mit 5 Prozent gehören. Zweitens aus festen und flüssigen Schwebeteilchen Aerosole ) wie beispielsweise Staub, Ru , Salze, Pflanzenpollen etc. sowie drittens aus Wassertropfen und Eispartikel Hydrometeore ).

Klimawirksame Spurengase führen zur Erwärmung der Erdoberfl che

Der atmosph rische Wasserdampf ist auch als wichtigstes klimarelevantes Spurengas von Bedeutung. Spurengase kommen nur in sehr geringer Konzentration vor. Klimawirksame Spurengase besitzen zudem die Eigenschaft, die einfallende Sonnenstrahlung nahezu ungehindert passieren zu lassen, die von der Erdoberfläche ausgehende Infrarotstrahlung hingegen zu absorbieren, in Wärme umzuwandeln und teilweise wieder auf die Erde zurückzustrahlen. Durch diese W rmer ckführung' kommt es zwischen der Erdoberfläche und der unteren Atmosph re, wie in einem Treibhaus zu einer Erwärmung von ca. 3 Grad Celsius.

Ohne Treibhauseffekt g be es auf der Erde nur Dauerfrost

Ohne die Mitwirkung der Treibhausgase w re die Erde eine lebensfeindliche Eisw ste mit einer mittleren Temperatur von 8 Grad Celsius. Statt dessen garantiert der Treibhauseffekt angenehme + 5 Grad Celsius, woran allein der Wasserdampf mit 2 Prozent und das Kohlendioxid mit 2 Prozent beteiligt sind. Dennoch darf der Einfluß der übrigen Treibhausgase nicht unterschätzt werden. Sobald n mlich ihre Konzentration und damit die Lufttemperatur zunimmt, verdunstet auf der Erde mehr Wasser, was wiederum den atmosphärischen Wasserdampfgehalt erhöht und den Treibhauseffekt verst rkt.

Methan, Lachgas, Ozon und FCKW verstärken ebenfalls den Treibhauseffekt

Noch höhere Zuwachsraten werden bei den übrigen, bereits genannten Spurengasen, verzeichnet, die aber eine erheblich niedrigere atmosphärische Konzentration aufweisen als das Kohlendioxid. So hat sich das vorindustrielle Mischungsverh ltnis von Methan CH ) bis heute mit einer jährlichen Steigerung von

Prozent von 8 auf 4 ppm mehr als verdoppelt. Die Ursache daf r liegt hauptsächlich im globalen

Bevölkerungswachstum begründet und geht im einzelnen auf die Ausweitung des Reisanbaus und der Rinderhaltung, die Emissionen aus Mülldeponien sowie auf die Verluste bei der Erdgas- und Erdölgewinnung zurück. Ahnlich verhält es sich beim Distickoxid oder Lachgas N O dessen

atmosphärische Anreicherung pro Jahr 5 Prozent beträgt.

Seine Zunahme beruht vor allem auf dem überh hten Einsatz von stickstoffhaltigem Dünger und der

Verbrennung von Biomasse.

In unmittelbarem Zusammenhang mit der anhaltenden Luftverschmutzung, insbesondere dem verkehrsbedingten Photosmog , steht dagegen das verst rkte Aufkommen des bodennahen und überaus treibhauswirksamen Ozons O Seine Konzentration steigt j hrlich um 5 bis 1 Prozent - im Unterschied zum lebenswichtigen Ozon in der oberen Atmosphäre - und erreicht immer häufiger gesundheitsschädliche Spitzenwerte. Um ein absolut k nstliches und ausschlie lich vom Menschen geschaffenes Produkt handelt es sich bei den Fluorchlorkohlenwasserstoffen FCKW). Sie dienten bisher als Treibgase f r Spraydosen,

zur Herstellung von Kunststoffschäumen sowie als Reinigungsmittel in der Elektronikindustrie. Trotz ihres äu erst geringen Volumenanteils und des eingeleiteten Produktionsverbots bis zum Jahr 0 tragen die FCKW heute schon ber 0 Prozent zum 'Zusatz Treibhauseffekt bei.

Im Wärmeabsorptionsvermögen liegt die Gefährlichkeit vieler Spurengase

Dies beweist jedoch auch, daß die Wirksamkeit eines Treibhausgases nicht allein von dessen atmosphärischem Mischungsverhältnis abhängt. Ein ebenso gro er Einfluß kommt der Molekülstruktur

eines Spurengases und dem sich daraus ergebenden Wärmeabsorptionsvermögen zu. Das heißt, die Fähigkeit die von der Erdoberfläche reflektierte W rmestrahlung aufzunehmen und treibhauswirksam umzusetzen. Dar ber hinaus spielt die atmosphärische Verweilzeit der Treibhausgase eine ma gebliche Rolle. Sie beschreibt die durchschnittliche atmosphärische Aufenthaltsdauer der Gasteilchen, bevor diese wieder durch chemische Reaktion oder durch den bergang in die Biosph re aus der Atmosph re verschwinden. Deshalb werden die niedrigen Konzentrationen vieler Spurengase durch ihr hohes Wärmeabsorptionsvermögen und ihre lange atmosphärische Verweilzeit mehr als ausgeglichen. So ist etwa die Treibhaus-Wirksamkeit eines Methanmoleküls siebenundzwanzigmal, die eines Lachgasmoleküls zweihundertsechsmal und die von FCKW Molekülen sechzehntausendmal höher als die eines Kohlendioxid- Molek ls. Das erklärt auch, warum bereits 0 Prozent des zus tzlichen Treibhauseffekts den Nicht-CO - Spurengasen' zuzuschreiben sind. Dieser Prozentsatz dürfte sich, trotz Einstellung der FCKW Produktion, auf absehbare Zeit kaum verringern, sondern aufgrund der langen atmosphärischen Verweilzeit der Nicht- CO Spurengase' eher noch vergrössern. Nichtsdestoweniger bleibt das Kohlendioxid mit seinem - Prozent-Anteil am zus tzlichen Treibhauseffekt das wichtigste Spurengas anthropogenen Ursprungs.

Folgen des Treibhauseffekts

Die Weltmitteltemperatur nimmt seit 0 kontinuierlich zu

Inwieweit ein solcher Temperaturanstieg bereits eingetreten ist, lä t sich aus den bestehenden meteorologisch-klimatologischen Messungen ableiten. Hinreichend repr sentative Me reihen liegen f r die bodennahe Mitteltemperatur auf der Nord- und Südhalbkugel der Erde seit Mitte des letzten Jahrhunderts vor. Aus ihnen k nnen wir, trotz starker jährlicher Schwankungen, einen eindeutigen Erwärmungstrend für den Zeitraum der letzten 0 Jahre in der Gr enordnung von ca. 5 bis 7 Grad Celsius erkennen.

Der Erwärmungstrend fällt regional höchst unterschiedlich aus

Die Aussagekraft dieses weltweit gültigen Durchschnittswertes ist jedoch begrenzt, da hierbei die vielfältigen räumlichen und jahreszeitlichen Unterschiede unber cksichtigt bleiben. So fand beispielsweise in den tropischen Breiten nur eine geringe Temperaturzunahme statt, während in Nordamerika und Sibirien die Temperatur um bis zu fünf Grad Celsius anstieg. Gänzlich anders verhielt sich wiederum der europäische Sommer, wo es in einzelnen Regionen sogar zu Abk hlungseffekten kam. Dagegen brachte der Herbst durchgängig wärmere Temperaturen nach Europa.

Zahlreiche Hinweise k ndigen die Umstellung des Klimas an

Im Zuge der weltweiten Erw rmung ergaben sich eine Reihe weiterer klimawirksamer Ver nderungen, die einen bereits eingetretenen Klimawandel wahrscheinlich erscheinen lassen: Die Alpengletscher zogen sich in den vergangenen 0 Jahren um mehr als ein Drittel zur ck. Parallel dazu nahm die jährliche Schneebedeckung auf der nördlichen Erdhalbkugel seit 3 um rund acht Prozent ab. Gleichzeitig

erhöhten sich die Oberflächentemperaturen der tropischen Ozeane zwischen 9 und 9 um 5 Grad Celsius. Durch die damit verbundene W rmeausdehnung des Meerwassers und das Abschmelzen der Festlandgletscher stieg wiederum der Meeresspiegel in den letzten hundert Jahren weltweit um durchschnittlich 0 bis 5 Zentimeter.

Kleine Ursachen zeigen eine große Wirkung

Diese Beobachtungen finden zwar ein ffentliches Interesse, geben im allgemeinen aber keinen Anlaß zur Besorgnis. Immerhin lagen die Durchschnittstemperaturen zwischen dem . und . Jahrhundert, w hrend des mittelalterlichen Klimaoptimums , 5 bis 0 Grad Celsius h her als heute. Wenn die Temperaturen weiter steigen, kommt es mit Sicherheit zu gro r umigen Klimaänderungen und somit zu tiefgreifenden sozioökonomischen Problemen, wie die Gefährdung der Land- und Wasserwirtschaft und die Bedrohung der küstennahen Siedlungen.

Der Klimawandel verhei t f r die Erde eine ungewisse Zukunft

Die negativen Auswirkungen der beginnenden Klima nderung zeigen sich seit einiger Zeit in der besonders anfälligen wechselfeuchten Klimazone der nordafrikanischen Sahel-Region. Hier führten bereits geringe Temperaturerhöhungen zu einer Ausweitung des Wüstengürtels und Austrocknung der Böden sowie zu verst rkten Erosionserscheinungen und einer Häufung von D rreperioden im Wechsel mit Starkniederschl gen. Diese Entwicklung verschärfte zwangsläufig die ohnehin angespannte Ernährungssituation und machte die Sahel Zone zu einem riesigen Hungergebiet.

Rauchgas-Emissionen verursachen einen zus tzlichen Treibhauseffekt

Hierbei geht es vor allem um die st ndig zunehmende Nutzung von fossilen Prim renergietr gern, das

heißt, um das Verbrennen von Kohle, Erdgas und Erdöl. So stieg die Nachfrage nach Prim renergie seit der

Jahrhundertwende um den Faktor , während die Weltbevölkerung im gleichen Zeitraum nur' um das

5fache anwuchs. Dadurch gelangte immer mehr Kohlendioxid (CO ) in die Atmosphäre, das sich dort fortlaufend ansammelte und den Treibhauseffekt zusätzlich verstärkte.

Jahr für Jahr setzt der Mensch 9 Gigatonnen Kohlendioxid frei

Ende des . Jahrhunderts fielen bei der Verbrennung fossiler Energieträger weltweit erst 1 Gigatonnen an. Inzwischen liegt dieser Anteil bei 2 Gigatonnen Kohlendioxid, die j hrlich in die Atmosphäre entweichen. Hinzu kommt eine weitere, nicht weniger bedeutsame Emissionsquelle: die Brandrodung der ökologisch überaus wertvollen tropischen Regenwälder. Durch sie gehen jedes Jahr über 0 Millionen Hektar Tropenwald verloren, wobei 5 Gigatonnen Kohlendioxid freigesetzt werden. Zus tzlich wird dadurch die photosynthetische Umwandlung von CO in O verhindert.

Ozonloch und Treibhauseffekt

Die Wissenschaftler haben lange Zeit angenommen, daß Ozonloch und Treibhauseffekt zwei Phänomene sind, die sich v llig unabh ngig voneinander entwickeln. Die Prozesse, die zu ihrer Entstehung f hren, spielen sich ja in unterschiedlichen Stockwerken der Atmosphäre ab. Inzwischen gibt es aber Vermutungen über einen Zusammenhang beider Vorgänge. Eine aktuelle wissenschaftliche Hypothese sieht folgenden Zusammenhang von Ursachen und Wirkungen. Der Mensch produziert Fluorchlorkohlenwasserstoffe FCKW) und zerstört dadurch die Ozonschicht. Das so entstehende Ozonloch l t die gef hrliche UV B- Strahlung hindurch, die das Plankton in den Weltmeeren schädigt. Dadurch können diese Einzeller weniger Kohlendioxid aufnehmen. Das wäre aber dringend notwendig, weil durch die Verbrennung fossiler Energieträger immer mehr CO2 in die Atmosphäre gelangt. Der Treibhauseffekt wird verst rkt, die globale Oberflächentemperatur steigt schneller.

Was kann man dagegen tun?

In der Kraftwerkstechnik geht es stets um eine Steigerung der Wirkungsgrade

Am erfolgreichsten verliefen die Bemühungen um eine rationellere Energieanwendung bisher allerdings bei der Verbesserung der Wirkungs- und Nutzungsgrade. Das gilt sowohl f r die Umwandlung der Primärenergietr ger in den Kraftwerken, als auch f r die Umwandlung der Endenergie beim Verbraucher.

So stiegen die Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung durch die Fortschritte in der Kraftwerkstechnik von circa vier Prozent um die Jahrhundertwende auf mittlerweile 0 Prozent. Und die Entwicklung bleibt nicht stehen: Neue Kraftwerkstypen, wie die Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerke (GUD-Kraftwerke , arbeiten heute mit Wirkungsgraden von ber 0 Prozent. Daneben befinden sich Kombikraftwerke mit druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung und integrierter Kohlevergasung in der Erprobung, die ebenfalls eine effektivere Umwandlung der eingesetzten Prim renergie erlauben.

Im Kraftwerksbetrieb kommt es aber nicht nur auf den Wirkungsgrad, sondern noch mehr auf die Nutzungsgrad einer Anlage an. Sie besagen, in welchem Umfang der eingesetzte Brennstoff während eines bestimmten Zeitraums tats chlich genutzt wurde. Einen ma geblichen Beitrag leistet dabei seit langem die gekoppelte Erzeugung von Strom und W rme Kraft Wärme Kopplung ) in Heizkraftwerken. Ihr Nutzungsgrad liegt bis zu 0 Prozent über dem der getrennten Strom- und Wärmegewinnung, sofern f r beide Kopplungsprodukte - elektrische Energie und Wärme - eine sinnvolle Verwendungsm glichkeit besteht. Angesichts des rückläufigen industriellen Wärmebedarfs dürften k nftig vor allem kleinere Anlagen mit höherer Stromkennzahl (Verhältnis Strom- zur W rmeerzeugung) gefragt sein, wobei Energieeinsparungen bis zu 0 Prozent als realisierbar erscheinen.

Erneuerbare Energien reduzieren den Verbrauch an fossilen Brennstoffen

Wärmepumpen erlauben natürlich nicht nur die Nutzung anfallender W rmeverluste, sondern auch die Gewinnung der in der Luft, im Erdreich und im Wasser gespeicherten Sonnenenergie. Sie geben damit ein gutes Beispiel, wie durch den Einsatz erneuerbarer Energien endliche, also fossile und nukleare Energieträger eingespart werden k nnen. Immerhin eignen sich drei Viertel aller Ein- und Zweifamilienh user für eine nachträgliche Installation von W rmepumpen, die bei Neubauten ohnehin keine Probleme bereitet. Demnach lie en sich, bei einem langfristigen Sättigungswert von 0 bis 0 Prozent aller Wohnungen und der heute gebr uchlichen W rmed mmung, pro Jahr etwa 4 Millionen Liter Heiz l mit Raumheiz Wärmepumpen-Anlagen einsparen. Dies bedingt allerdings massive preispolitische Unterst tzungsma nahmen, ohne die es den erneuerbaren Energiequellen an Konkurrenzfähigkeit fehlt.

In diesem Zusammenhang sollten wir aber nicht übersehen, daß der Einsatz regenerativer Energiequellen oftmals nicht zu einer rationelleren Energieanwendung f hrt. Es handelt sich dabei vielmehr um einen reinen Substitutionsvorgang, um den Austausch von nicht emeuerbaren mit erneuerbaren Energietr gern, der in

der Summe eher eine Steigerung als eine Minderung des Verbrauchs bewirkt. Streng genommen bringt nur die passive Solarenergienutzung eine echte Energieeinsparung, nicht jedoch all die anderen aktiven Systeme zur Nutzung der Sonnen- und Windenergie beziehungsweise der Wasserkraft und Biomasse. Gleichwohl ist der Einbezug regenerativer Energiequellen in die Bedarfsdeckung aus kologischen Gr nden zur Schonung unserer Vorr te an Kohle und Kohlenwasserstoffen sowie zur Minderung der Umwelt- und Immissionsbelastungen dringend geboten.

Haushalt und Verkehr verfügen heute über die größten Energiespar Reserven

Genau umgekehrt verhält es sich beim Verkehrssektor, dessen Anteil am Endenergieverbrauch seit 1960 um ber 0 Prozent zunahm. Er bertraf damit in den letzten Jahren sogar die Anteile der Privathaushalte

sowie der Industrie und stellt inzwischen den mengenmässig bedeutensten Endenergiebereich dar. Die Verantwortung hierf r tr gt ausschließlich der Stra enverkehr, der 0 erst 6 Prozent, 0 Jahre sp ter aber bereits 7 Prozent der f r den Verkehrssektor erforderlichen Endenergie in Anspruch nahm. Demgegen ber spielt der Schienenverkehr heute mit einem Anteil von drei Prozent hinsichtlich des Energieverbrauchs nur eine untergeordnete Rolle. Der Luftverkehr bringt es immerhin auf einen Anteil von neun Prozent und die Binnenschifffahrt gerade noch auf ein Prozent. Insofern liegt das Energiesparpotential des Verkehrssektors vor allem im Stra enverkehr und dies gilt es mit Nachdruck zu erschlie en.

Eine differenziertere Betrachtung empfiehlt sich auch beim energieintensiven Sektor der Haushalte und Kleinverbraucher. In ihrem Bereich entfällt der berwiegende Teil des Endenergiebedarfs gem ß der gesamtdeutschen Verbrauchsbilanz auf die Raumheizung. Im einzelnen ben tigen die Haushalte

Prozent und die Kleinverbraucher 9 Prozent, zusammen also 1 Prozent, des gesamten Heizwärme- Bedarfs. Wenn wir dem Haushalt und Kleinverbrauch somit sektoral gesehen die gr te Bedeutung in bezug auf Energiesparma nahmen beimessen, dann trifft dies in erster Linie auf die Raumheizw rme zu.

Die privaten Haushalte bezogen dabei ihre Heizenergie zu 1 Prozent aus Erdöl, zu 9 Prozent aus Erdgas, zu 8 Prozent aus Fernwärme, zu 5 Prozent aus Strom sowie zu 7 Prozent aus Kohle und erreichten insgesamt einen Nutzungsgrad von 2 Prozent der eingesetzten Heizungs-Endenergie.