Kohlendioxid

Eigenschaften

Kohlendioxid (CO₂) ist ein farbloses, unbrennbares, geschmackloses und geruchloses Gas, das unter Normalbedingungen bei -78,5°C fest wird, ohne vorher als Flüssigkeit aufzutreten. Kohlendioxid ist 1,5 mal schwerer als Luft und kann sich in geschlossenen Räumen am Boden anlagern. Der Anteil in der Atmosphäre beträgt 0,035%.

Entstehung

Kohlendioxid entsteht u.a. bei der vollständigen Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe und bei der alkoholischen Gärung. Im sogenannten "Kohlenstoff-Kreislauf'[1] der Erde entsteht Kohlendioxid bei der Atmung von tierischen Organismen. Mit Hilfe von Sonnenlicht wird in den Pflanzen CO₂ in Sauerstoff und Kohlenstoff zerlegt (Photosynthese), der Sauerstoff wird an die Umwelt abgegeben. In diesem wichtigen Naturkreislauf wird Kohlenstoff zwischen Luft, Boden und Meeren transportiert.

Problematisch sind die Folgen von zusätzlichen Kohlendioxidkonzentrationen, wie sie durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas) und die Brandrodungen tropischer Regenwälder hervorgerufen werden. CO₂ ist nämlich das maßgebliche Endprodukt jedes Verbrennungspozesses, es trägt am meisten zum anthropogenen[2] Treibhauseffekt bei. Der natürliche Kreislauf wird gestört und die Stabilität des Weltklimas gefährdet.

Dieses Gleichgewicht wird durch die Menschen zunehmend gestört. Inzwischen dringen in aller Welt jährlich mehr als 20 Milliarden Tonnen CO₂ aus den Schornsteinen von Wohnhäusern, Fabriken und Kraftwerken, werden von Automotoren und Flugzeugdüsen ausgestoßen. Was wir verfeuern, ist organische Substanz, die im Laufe von einigen hundert Millionen Jahren aus den natürlichen Kreisläufen ausgeschieden war. Statt völlig zu verwesen, hatte sie sich allmählich in Kohle, Erdöl und Erdgas verwandelt. Beim Verbrennen verbindet sich jedes Kohlenstoff-Atom in diesen Energieträgern mit zwei Sauerstoff-Atomen zu Kohlendioxid. Aus jeder Tonne hochwertiger Steinkohle beispielsweise, die 90 Prozent Kohlenstoff enthält, entstehen so 3,3 Tonnen Kohlendioxid.

Weitere zwei bis vier Milliarden Tonnen CO₂ gelangen jährlich - grob geschätzt - durch Abholzen und Abbrennen von Wäldern in die Atmosphäre, vor allem bei der Vernichtung tropischer Regenwälder. Die Angaben über das Ausmaß der Zerstörung gehen noch immer weit auseinander. Nach globalen Zusammenfassungen, die Jahre zurückliegen und kaum noch den letzten Stand widerspiegeln dürften, wurden in den Tropen von 1975 bis 1980 jährlich zwischen 205000 und 789000 Quadratkilometer Wald gerodet. Das entspricht im Extremfall einer Fläche, die über dreimal so groß ist wie die Bundesrepublik Deutschland. Neue Schätzungen für das brasilianische Amazonasgebiet anhand von Satellitenaufnahmen ergaben, daß dort allein 1987 rund 200000 Quadratkilometer Wald dem Feuer zum Opfer fielen.

In ihrem unbedachten Tatendrang hat die Menschheit noch Glück gehabt, daß nicht alles von ihr in die Luft gelassene Kohlendioxid in der Atmosphäre hängengeblieben ist. Rund die Hälfte haben die Ozeane bislang in ihrer Mischungsschicht an der Oberfläche gelöst. Das Aufnahmevermögen dieser im Durchschnitt nur wenige hundert Meter mächtigen erwärmten Schicht ist jedoch begrenzt. Ein Speicher für Jahrtausende wären die gewaltigen Massen kaIten Wassers darunter, in denen sich Kohlendioxid weitaus besser löst als in warmem Wasser. 130000 Milliarden Tonnen CO₂ könnten dort, rein rechnerisch, untergebracht werden. Doch gelangt nur sehr langsam CO₂ aus der Atmosphäre und der Mischungsschicht ins kalte Tiefenwasser. Nach den Berechnungen der Experten wird die Atmosphäre in weniger als hundert Jahren doppelt soviel Kohlendioxid enthalten wie um 1800 - sofern nicht entschlossen gegengesteuert wird.

In Österreich haben sich, wie in anderen Industriestaaten, die CO₂-Emissionen seit den 50er Jahren verdoppelt. Die Hauptverursacher sind der Verkehr mit 31%, gefolgt von Kleinverbrauchern (22%) und der Stromerzeugung (15%).

Im Laufe der letzten Jahre wurden auf verschiedenen internationalen Konferenzen Resolutionen zur Reduktion des Kohlendioxidproblems verabschiedet. Dennoch reichen global gesehen die bisherigen Maßnahmen nicht aus, um dieser negativen Entwicklung Einhalt zu gebieten. Sinnvolle Maßnahmen zur Reduzierung von CO₂-Emissionen sind z.B. der Einsatz erneuerbarer Energiequellen und innovativere Verkehrskonzepte.

Um weitere Entwicklungstrends besser abschätzen zu können, wurden vom "Intergovernmental Panel of Climate Change (IPCC)' sechs verschiedene Szenarien untersucht, die auf Annahmen über die Entwicklung zeitlicher Parameter wie Weltbevölkerung, Weltwirtschaft, verfügbare Energiereserven, technologische Fortschritte, Landnutzung etc. beruhen. Bei keinen der Szenarien kann ein Rückgang oder eine Stabilisierung der CO₂-Emissionen erwartet werden. Um eine Stabilisierung auf dem heutigen CO₂-Niveau zu erreichen, müßten ab sofort weltweit die CO₂-Emissionen auf weniger als ein Fünftel des derzeitigen Wertes reduziert werden.

Internationale Klimakongresse tagen in immer kürzeren Zeitabständen und enden fast regelmäßig mit dringlichen Appellen. Im Juni 1988 forderte die Weltkonferenz "The Changing Atmosphere" in Toronto, die Emissionen an Kohlendioxid bis zum Jahr 2005 weltweit um 20 Prozent und bis zur Mitte des nächsten Jahrhunderts um mindestens 50 Prozent zu senken. Fünf Monate darauf hielt der Kongreß "Climate and Development" in Hamburg 30 Prozent CO₂-Reduktion bis zum Jahr 2000 und 50 Prozent schon bis 2015 für notwendig.

DOCH SELTSAM: Die von den Experten weltweit prophezeite Klimakatastrophe findet in der Öffentlichkeit wenig Interesse.

Treibhauseffekt

Die bestimmenden Faktoren der klimatischen Verhältnisse am Erdboden wie mittlere Jahrestemperatur, Wolkenbildung, Niederschläge sowie die Hauptströmungsrichtungen der Luftmassen und Meere sind abhängig von der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Zusammensetzung der Erdatmosphäre.

Wie an den Glasscheiben eines Treibhauses wird in der Troposphäre Sonnenenergie eingefangen, indem Sonnenlicht durchgelassen und die Infrarotstrahlung zurückgehalten wird. Dieser sogenannte 'natürliche Treibhauseffekt' verhindert, daß die von der Sonne ausgehende und die Erde erwärmende Infrarotstrahlung wieder in den Weltraum reflektiert wird. Ohne diesen Effekt läge die Durchschnittstemperatur der Erde nicht bei +15°C, sondern bei -18°C. Die Absorptionsfähigkeit der Spurengase im Infrarotbereich hat einen wichtigen Einfluß auf den Wärmehaushalt der Erdatmosphäre und damit auf das Klima und die Temperatur der Erdoberfläche. Der Treibhauseffekt wird durch klimarelevante Gase wie z.B. Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid und vor allem FCKW verstärkt, so daß es zu einer (unerwünschten) Erhöhung der Durchschnittstemperatur der Erde kommt ('anthropogener Treibhauseffekt'). Die Folgen eines Anstieges um nur 1-2 Grad sind insbesondere Klimazonen- und Artenverschiebungen sowie ein Ansteigen des Weltmeeresspiegels. Alle Gase der Atmosphäre unterliegen einem Kreislauf, bei dem sich Entstehungs- und Abbauraten über lange Zeit die Waage hielten. Heute aber bewegen sich die Mengenanteile der Spurengase nicht mehr in einem konstant bleibenden Gleichgewicht, vielmehr nehmen die Konzentrationen dieser Gase, mit Ausnahme des Ozons in der Stratosphäre, zu.

Dieses Ungleichgewicht wurde durch den Menschen verursacht. Die Konzentration des atmosphärischen Kohlendioxids hat z.B. während der letzten 500000 Jahre zwischen Werten von 200 ppm (ppm = Parts per million, d.h. ein Teil auf eine Million andere Teile) während der großen Eiszeiten und 300 ppm in den Zwischeneiszeiten geschwankt.

Der CO₂-Gehalt in der Atmosphäre ist vor allem seit Beginn der Industrialisierung stark gestiegen (um ca. 27%). Die Konzentration von Methan hat sich sogar verdoppelt und die von Distickstoffoxid hat besonders in den letzten drei Jahrzehnten zugenommen. FCKW´s waren vor 1930 überhaupt nicht in der Atmosphäre vorhanden. Analysen von Luftblasen im antarktischen und grönländischen Eis ergaben, daß um 1800, zu Beginn des Industriezeitalters, nur 280 ppm waren und noch 1950 erst 310 ppm. Der Anstieg läßt sich deutlich mit dem Beginn der Industrialisierung Mitte des 19. Jahrhunderts verbinden.

C         Konzentration

T          Verweilzeit in der Atmosphäre und Biosphäre

Dc Konzentrationsanstieg

THP    spezifisches Treibhauspotential bezogen auf ein Molekül CO₂

Anteil  Mengenanteil der einzelnen Treibhausgase am Treibhauseffekt, der durch die anthropogenen Spurengase hervorgerufen wurde, in den achtziger Jahren dieses Jahrhunderts

Folgen eines zunehmenden Treibhauseffektes

Eine direkte Auswirkung der weiterhin steigenden Konzentration an Treibhausgasen in der Erdatmosphäre zeigt sich an der Erhöhung der mittleren Temperatur am Boden. Unbestritten ist es auf der Erde wärmer geworden: um durchschnittlich 0,7°C seit 1860. Und die Entwicklung beschleunigt sich offenbar. Die höchsten globalen Durchschnittstemperaturen der letzten Jahre (Stand 1990) - seitdem hinreichend Meßergebnisse zur Verfügung stehen - errechneten Klimatologen für sechs Jahre des letzten Jahrzehnts. Die ersten sechs Plätze belegen die Jahre 1988, 1987, 1983, 1981, 1980 und 1986.

Prognosen auf der Grundlage des gegenwärtigen Wissensstandes rechnen innerhalb der nächsten 50 Jahre mit einer Temperatursteigerung von 1,5-4,5 K und in 100 Jahren mit einem Anstieg um 5-6 K auf der Erdoberfläche. Derartige Temperaturänderungen hätten eine Reihe drastischer klimatischer Auswirkungen zur Folge.

Daß auf der Erde derart hohe Temperaturen geherrscht haben, ist lange her. Auskunft über das Klima in der Vergangenheit geben alte Chroniken, aufgefundene Reste von Pflanzen und Tieren, deren Ansprüche an das Klima bekannt, vor allem aber komplizierte Untersuchungen in Gletschereis und Tiefseesedimenten. Als "geologisches Thermometer" dient dabei Sauerstoff, dessen Zusammensetzung aus den unterschiedlich schweren Isotopen Sauerstoff-16 und Sauerstoff-18 temperaturabhängig ist. Aus dem Isotopen-Verhältnis läßt sich die durchschnittliche Lufttemperatur zu jener Zeit errechnen, zu der die untersuchte Sauerstoff-Probe im Eis eingeschlossen oder in Sedimentteilchen gebunden worden ist.

Nicht einmal ein Grad wärmer als heute war es während der Klimaschwankungen in historische Zeit, im "Mittelalterlichen Optimum" und im "Optimum der Römerzeit". In der wärmsten Periode seit der jüngsten Kaltzeit, im "Hauptoptimum" vor 4000 bis 7000 Jahren, lag die Temperatur gut ein Grad höher als heute. Die noch höheren Temperaturen, wie sie der Menschheit wahrscheinlich bald ins Haus stehen, herrschten auf der Erde zuletzt vor der Eiszeit - vor mehr als 2,5 Millionen Jahren.

Wenn der Trend der Emissionen weiterhin anhält, muß - nach Ansicht der Enquete[5]-Kommission des deutschen Bundestages' unter anderem mit folgenden Auswirkungen auf Mensch und Umwelt gerechnet werden:

- Anstieg des Meeresspiegels um 30-90 cm

- Verschiebung der Klimazonen um 200-400 km polwärts

- großräumiges Waldsterben in mittleren und höheren Breiten

- Beeinträchtigung der Wasserressourcen vieler Gebiete

- Verschlechterung der Ernährungssituation großer Teile der Menschheit durch Klimaanomalien, Mißernten, vermehrten Schäden an Kulturpflanzen etc.

Für Österreich würde das laut Österreichischer Akademie der Wissenschaften Folgendes bedeuten:

- Temperaturanstieg mit Schwerpunkt im Winter

- mehr Niederschläge im Winter (allerdings häufiger in Form von Regen)

- weniger Niederschläge im Sommer

- geringere Bodenfeuchte im Sommer

- weniger Tage mit Schneedecke, vor allem im Flachland

Ein derartiges Klimaszenarium würde sich vor allem auf die österreichischen Wälder negativ auswirken. Die wirtschaftlichen Folgen werden in den Auswirkungen auf Land- und Forstwirtschaft, Tourismus und Energiewirtschaft deutlich.

0,7°C globale Temperaturerhöhung ist bereits nicht mehr trivial. Beispielsweise: Eine Temperaturerhöhung von nur 0,1 bis 0,2°C führt in der Sahelzone[6] bei gleichbleibendem Niederschlag dazu, daß die Wüste 100 Kilometer weiter vordringt.

Ein halbes Grad mehr verlängert in England die Vegetationszeit[7] um etwa 14 Tage.

Die Hauptschuld für Treibgasemissionen liegt bei den Industriestaaten. Die einzig sinnvolle Maßnahme ist eine drastische Reduktion der Emissionen aller Treibhausgase, um zumindest zu einer 'Stabilisierung der Treibhausgasemissionen auf einem Niveau, auf dem eine gefährliche anthropogene Klimastörung verhindert wird' (UN-Rahmenabkommen, Art. 2) gelangen zu können.