Treibhauspotential

Das (relative) Treibhauspotential (auch Treibhauspotenzial; englisch Global warming potential, greenhouse warming potential oder GWP) oder CO₂-Äquivalent gibt an, wie viel eine festgelegte Masse eines Treibhausgases zum Treibhauseffekt beiträgt. Als Vergleichswert dient Kohlenstoffdioxid; die Abkürzung lautet CO₂e (für equivalent). Der Wert beschreibt die mittlere Erwärmungswirkung über einen bestimmten Zeitraum; oft werden 100 Jahre betrachtet.

Beispielsweise beträgt das CO₂-Äquivalent für Methan bei einem Zeithorizont von 100 Jahren 25: Das bedeutet, dass ein Kilogramm Methan innerhalb der ersten 100 Jahre nach der Freisetzung 25-mal so stark zum Treibhauseffekt beiträgt wie ein Kilogramm CO₂.

Das Treibhauspotential ist aber nicht mit dem tatsächlichen Anteil an der globalen Erwärmung gleichzusetzen, da sich die Emissionsmengen der verschiedenen Gase stark unterscheiden. Mit diesem Konzept können bei bekannten Emissionsmengen die unterschiedlichen Beiträge einzelner Treibhausgase verglichen werden.

In der ersten Verpflichtungsperiode des Kyoto-Protokolls werden Emissionsmengen mit Hilfe der CO₂-Äquivalente der einzelnen Gase bewertet und so gemäß ihren Treibhauspotentialen gewichtet. Dies bedeutet, dass beispielsweise eine Methan-Emissionsreduktion um eine Tonne gleichwertig zu einer CO₂-Reduktion um 21 Tonnen ist, da in beiden Fällen Emissionen in der Höhe von 21 Tonnen CO₂-Äquivalent weniger anfallen. Maßgeblich sind dabei die Zahlen gemäß dem zweiten Sachstandsbericht des IPCC aus dem Jahr 1995, bei einem Zeithorizont von 100 Jahren.

Das IPCC selbst gibt jedoch GWP-Werte für Zeithorizonte von 20 Jahren, 100 Jahren und 500 Jahren an und betont, dass dessen Wahl von politischen Überlegungen bestimmt sei. So sei z. B. ein langer Zeithorizont zu wählen, wenn bevorzugt die Eindämmung der langfristigen Folgen der globalen Erwärmung angestrebt wird.

Werte von Treibhausgaspotentialen

Treibhausgas	Summen- formel	Quelle	GWP gemäß Kyoto-Protokoll (bezogen auf 100 Jahre)	GWP gemäß IPCC AR4 (bezogen auf 20 Jahre)	GWP gemäß IPCC AR4 (bezogen auf 100 Jahre)	Verweildauer [Jahre]
Kohlenstoffdioxid	CO2	Verbrennung fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas in Verkehr und Industrie) und von Biomasse (Wald-/ Brandrodung), Zementproduktion, ebenfalls entsteht es bei der äußeren Atmung
Methan	CH4	Reisanbau, Viehzucht, Kläranlagen, Mülldeponien, Steinkohlenbergbau (Grubengas), Erdgas- und Erdölproduktion, Zerfall von Methanhydrat-Vorkommen durch die globale Erwärmung
Distickstoffoxid (Lachgas)	N2O	Stickstoffdünger in der Landwirtschaft, Verbrennung von Biomasse
Tetrafluorethan (R-134a, HFC-134a)	C2H2F4	Kältemittel in Kühlanlagen
Fluorchlorkohlenwasserstoffe	z.B. CClF3	Gruppe verschiedener Verbindungen, Treibgase in Sprühdosen, Kältemittel in Kühlanlagen, Narkosemittel, Füllgase in Schaumstoffen. In Deutschland seit 1995 verboten.
Fluorkohlenwasserstoffe FKW/HFKW	z.B. CHF3	Treibgase in Spraydosen, Kältemittel in Kühlanlagen, Füllgase in Schaumstoffen
Stickstofftrifluorid	NF3	Herstellung von Halbleitern, Solarzellen und Flüssigkristallbildschirmen
Schwefelhexafluorid	SF6	Schutzgas bei der technischen Erzeugung von Magnesium, Isoliergas in Hochspannungsschaltanlagen

Quellen und Anmerkungen:

Einflussgrößen

Das relative Treibhauspotential (GWP) eines Treibhausgases wird durch verschiedene Faktoren bestimmt. Entgegen einem gelegentlich vorgebrachten Einwand ist zusätzlich in die Atmosphäre emittiertes Kohlenstoffdioxid (CO₂) in der Lage, den Treibhauseffekt zu verstärken, obwohl das vorhandene CO₂ innerhalb seiner Absorptionsbanden die Wärmestrahlung bereits praktisch vollständig absorbiert.

Die Erde strahlt im Mittel in einer Höhe von 5500 m Wärme ins All ab, nicht auf Meeresspiegelniveau. Eine Erhöhung der Treibhausgaskonzentrationen dort bewirkt, dass der Bereich, in dem die Erde ihre Wärme ins All abstrahlt, nach oben wandert. Damit dort die Wärmestrahlung gleich stark ist, muss sich auch das Temperaturfeld nach oben verschieben. Die Temperatur steigt also entsprechend dem Temperaturgradienten an.

Einfluss des Absorptionsverhaltens

Der Effekt eines Treibhausgases beruht auf seiner Fähigkeit, die von der Erdoberfläche reflektierte Wärmestrahlung im Infrarotbereich zu absorbieren und so die Atmosphäre zu erwärmen (Treibhauseffekt). Da hier der zusätzliche Erwärmungseffekt des Gases betrachtet wird, ist insbesondere sein Absorptionsverhalten in denjenigen Spektralbereichen von Bedeutung, in denen die natürlich vorhandenen Treibhausgase (vor allem Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid) nicht oder nur wenig absorbieren. Dies ist insbesondere das sog. atmosphärischen Fenster im Bereich 8–13 Mikrometer Wellenlänge.

Einfluss von Konzentration und Molekülgeometrie

Der Strahlungsantrieb eines Treibhausgases hängt nichtlinear von seiner Konzentration ab. Diese nichtlineare Abhängigkeit ist näherungsweise eine logarithmische Funktion. Dies bedeutet, dass eine Konzentrationsänderung von beispielsweise 2 auf 3 ppm dieselbe Wirkung wie eine Konzentrationsänderung von 20 ppm auf 30 ppm (bzw. 200 ppm auf 300 ppm usw.) hat. Neben der im Vergleich mit beispielsweise CO₂ größeren Zahl möglicher Schwingungsformen komplexer Moleküle ist dies ein weiterer Grund, dass sich die Konzentrationsänderung eines im atmosphärischen Fenster absorbierenden Spurengases, das natürlichserseits nicht oder nur in extrem kleinen Konzentrationen existiert, so stark auswirkt, wie in der Tabelle aufgezeigt.

Das Absorptionsverhalten eines Treibhausgases, also in welchen Wellenlängenbereichen es die Wärmestrahlung absorbieren kann, hängt von der molekularen Struktur des jeweiligen Gases ab.

Einfluss der Verweilzeit

Ebenfalls von entscheidender Bedeutung ist die mittlere Verweilzeit des Gases in der Atmosphäre. Hierbei spielt auch der gewählte Zeithorizont eine wichtige Rolle. So haben Fluor-haltige Treibhausgase aufgrund ihrer hohen Verweilzeit (z. B. 3200 Jahre für SF₆) in der Atmosphäre ein wesentlich höheres GWP als Treibhausgase ohne Fluoratome im Molekül, auch für lange Zeithorizonte. Methan (Verweilzeit ca. 12 Jahre) wirkt andererseits kurzfristig, sein GWP ist daher für kurze Zeithorizonte wesentlich größer als für lange.

Weblinks

• Intergovernmental Panel on Climate Change: The Physical Science Basis
• Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen: Global Warming Potentials