Treibhausgase sind gasförmige Stoffe, die zum Treibhauseffekt beitragen. Treibhausgase sind sowohl natürlichen als auch anthropogenen Ursprungs. Die natürlichen Treibhausgase (u.a. Wasserdampf, Kohlendioxid (CO2), und Methan (CH4) heben die durchschnittliche Temperatur auf der Erdoberfläche um etwa 30°C auf +15°C an (natürlicher Treibhauseffekt).
Das wichtigste natürliche Treibhausgas ist Wasserdampf, der etwa zu 70% zum natürlichen Treibhauseffekt beiträgt. Kohlendioxid und Methan haben mit etwa 25% (CO2) bzw. etwa 2% (CH4) einen deutlich geringeren Beitrag am natürlichen Treibhauseffekt.
Das wichtigste anthropogene Treibhausgas ist das Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Energieträger, das zu etwa 60% zum anthropogenen Treibhauseffekt beiträgt. Methan, primär aus der Landwirtschaft und Massentierhaltung, trägt etwa 20% zum anthropogenen Treibhauseffekt bei. Weitere wichtige anthropogene Treibhausgase sind das Distickstoffoxid (Lachgas, N2O) (Beitrag etwa 6%), Fluorkohlenwasserstoffe (FKW bzw. H-FKW), Schwefelhexafluorid (SF6) und fluorierte Chlorkohlenwasserstoffe (FCKW.
Wirkung von Treibhausgasen
Die kurzwellige Sonnenstrahlung wird an der Erdoberfläche zu einem großen Teil reflektiert und als Wärmestrahlung wieder abgestrahlt. Treibhausgase können aufgrund ihrer chemischen Natur in unterschiedlichem Ausmaß die Wärmestrahlung absorbieren und so die Wärme in die Atmosphäre abgeben. Die Treibhauswirksamkeit eines Gases, also wie stark ein Gas die Wärmestrahlung absorbieren und damit entsprechend zum Treibhauseffekt beitragen kann, hängt im Wesentlichen von drei Faktoren ab, der Verweilzeit in der Atmosphäre, dem relativen Treibhauspotential und der Konzentration.
Die atmosphärische Verweilzeit ist die Zeit, die ein Stoff im Durchschnitt in der Atmosphäre verbleibt, bevor er durch chemische oder andere Prozesse aus der Atmosphäre wieder entfernt wird. Je länger die Verweilzeit eines Treibhausgases ist, desto höher ist auch die theoretische Wirkung.
Das relative Treibhauspotential (global warming potential, GWP) ist eine auf das Kohlendioxid normierte Größe, mit der die Wirkung eines Treibhausgases mit der äquivalenten Menge Kohlendioxid verglichen wird. So hat beispielsweise Methan ein etwa 23 mal stärkeres Treibhauspotential als Kohlendioxid. Allerdings sind diese Äquivalenzfaktoren mit großen Unsicherheiten behaftet (s. Abbildung 1).
Die Konzentration eines Treibhausgases in der Atmosphäre bestimmt dessen Beitrag zum Treibhauseffekt. Ein Treibhausgas mit hohem relativen Treibhauspotential aber niedriger Konzentration kann, in Abhängigkeit von der atmosphärischen Verweilzeit, einen geringeren Beitrag zum Treibhauseffekt leisten, als ein Treibhausgas mit niedrigem relativen Treibhauspotential aber hoher Konzentration. Kohlendioxid ist, obwohl es aufgrund der Normierung nur ein relatives Treibhauspotential von 1 hat, aufgrund seiner vergleichsweise hohen Konzentration in der Atmosphäre das derzeit wichtigste Treibhausgas.
Abkommen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen
Die anthropogene Emission von Treibhausgasen verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt. Als mögliche Folge wird nicht nur eine Erwärmung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur der Erde diskutiert, sondern auch ein Klimawandel befürchtet. Im Kyoto-Protokoll wurde daher ein völkerrechtlich verbindliches Abkommen zur Reduzierung des anthropogenen Ausstoßes von wichtigen Treibhausgasen (direkte Treibhausgase) beschlossen. Andere Treibhausgase, die sog. indirekten Treibhausgase, wei z.B. Kohlenmonoxid, CO, Stickoxide, NOx, oder flüchtige Kohlenwasserstoffe ohne Methan, NMVOC, sind im Montreal-Protokoll geregelt, weil sie zur Zerstörung der Ozonschicht beitragen.