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Abfalltechnik Referat
CO2 und Klimawandel
Carrel Maxence & Graf Paloma
10. Dezember 2009
CHANGE CLIMATE CHANGE
Der Klimawandel ist ein umfangreicher Themenbereich, welcher zu unserem alltäglichen
Leben gehört und in den Medien allgegenwärtig ist. Diese Präsentation fokussiert sich nur
auf einige Aspekte, die aktuell sind, d.h. das Kyoto-Protokoll, den CO2 -Emissionsmarkt, das
Geoengineering und die Klimakonferenz in Kopenhagen.
1 Luftverschmutzung
Durch menschliche Aktivitäten werden viele verschiedene Gase in die Atmosphäre emittiert. Die Menge der Emissionen war lange so gering, dass deren Einflüsse auf das Klima
vernachlässigbar oder kaum spürbar waren. Seit der industriellen Revolution ist dies aber anders. Die Menschen beeinflussen das Klima durch ihre Aktivitäten und hauptsächlich durch
die emittierten Gase. Unter diesen Gasen hat das Kohlendioxid pro emittierter Menge verhältnismässig nur eine kleine Bedeutung, da es jedoch durch die Verbrennungsprozesse zur
Energiegewinnung mit Abstand in den grössten Mengen ausgestossen wird, ist es dennoch
zum wichtigsten Treibhausgas geworden.
Die verschiedenen antropogenen Gase können in drei Kategorien eingeteilt werden:
• Treibhausgase
• Smoggase
• Ozonabbauende Gase
Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht über den Effekt und die Stärke der Auswirkungen
der wichtigsten antropogenen Gase.
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Tabelle 1: Information über die Effekte der verschiedenen Gasen, wobei ein + eine Verstärkung
und - eine Verminderung des Effektes bedeutet.
Gas
Treibhauseffekt
Strat. Ozonabbau
CO2
CH4
N Ox
N2 O
SO2
F CKW
O3
+
+
+/+/+/+/-
+
+
+
Smog
CO2 -Äquivalent
1
62
+
290
+
5000
+
Bereits im Jahr 1896 vermutete Svante Arrhenius einen Zusammenhang zwischen der CO2 Konzentration in der Atmosphäre und der Temperatur an der Erdoberfläche. Nach seinen
Berechnungen hätte eine Verdoppelung des damaligen CO2 -Gehalts in der Atmosphäre eine Erhöhung der Temperatur von 6◦ C an der Erdoberfläche bedeutet. Seine Berechnungen
erweisen sich heute als realistisch wenn wir nachrechnen: die CO2 -Konzentration in der Atmosphäre beträgt zurzeit 387ppm im Gegensatz zu 280ppm im Jahr 1890. Dies entspricht
einer Erhöhung der Temperatur von ungefähr 0.75◦ C. Die Konzentration nimmt momentan jährlich um circa 2 ppm zu, was einem CO2 -Ausstoss von 36 Gigatonnen entspricht. Die
aktuelle Konzentration ist die höchste seit 850’000 Jahren. Die historischen Treibhausgaskonzentrationen können aus der Analyse von Eisbohrkernen rekonstruiert werdern. Die älteste
Messserie der CO2 -Konzentration wurde 1958 in Hawaii auf dem Mount Loa begonnen, die
sogenannte Keeling-Kurve.
2 Das 2◦ C-Ziel
Die Frage, welche sich die Forscher nun stellen, ist um wieviel Grad sich die Erde noch
erwärmen darf, bevor das Ökosystem einen kritischer Schwellenwert erreicht und aus dem
Gleichgewicht gerät. Die Wissenschaftler des UNO-Klimarates (IPCC) haben sich auf einen
Wert von 2◦ C geeinigt, der auf keinen Fall überschritten werden darf. Dieser Richtwert gilt
es nun auf eine entsprechende Klimapolitik zu übertragen und verbindliche Emissionsziele
zu formulieren. Im Rahmen des Umweltgipfels diesen Juli haben sich die G8-Staaten zur
Begrenzung der globalen Erwärmung auf 2 Grad entschlossen. Die Folgen des Klimawandels spüren wir aber bereits jetzt schon, Hitzewellen wie in Europa im Jahr 2003, stärkere
und häufigere Überflutungen, Hurricanes und Taifuns sowie das Abschmelzen der Gletscher
und der Polkappen, was zu einer Erhöhung des Meerespiegel führt. Die Länder, welche
am schlimmsten von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sind und sein werden,
sind zumeist die Entwicklungsländer, welche selbst nur einen vernachlässigbaren Teil zu den
Treibhausgasemissionen beitragen. Inselstaaten wie die Malediven oder Polynesien würden
wohl auch beim Einhalten des 2◦ C-Zieles nicht erhalten bleiben, weshalb sie auf strengere
Emissionsziele pochen, d.h. einen Zielwert von 1.5◦ C anpeilen. Wobei es nur schon für das
2◦ C-Ziel noch einen gewaltigen Effort der Industriestaaten bedarf. Die CO2 -Konzentration
in der Atmosphäre darf dazu einen bestimmten Wert nicht überschreiten, welcher nur bei
einer Reduktion des jährlichen CO2 -Ausstosses um die Hälfte bis zum Jahr 2050 erreicht
2
werden kann. Es wäre das nachhaltige Ziel, weniger
h ials eine Tonne CO
h 2ipro Kopf undhJahr
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zu produzieren. Die USA produzieren derzeit 19 ap , Westeuropa 6 ap
und China 3 ap
.
Diese Senkung des CO2 -Ausstosses kann nur erfolgen, wenn drastische Massnahmen ergriffen werden. Die Änderung des Lebensstils, Investitionen in alternative Energien und einen
funktionierenden Emissionsmarkt.
3 Geoengineering
Die Skeptik, dass der CO2 -Austoss genügend reduziert werden kann ist gross, so befassen
sich die Wissenschaftler auch schon mit dem Gedanken, die Wirkung des bereits ausgestossenen CO2 zu entschärfen. Der Ansatz des Geoengineering bildet einen anderen Ansatz, dem
Klimawandel entgegenzuwirken.
Das Prinzip des Geoingeneering ist in Fachkreisen sehr umstritten, nur schon deshalb, weil
die Ursachen dabei nicht bekämpft werden. Auch ist keine der möglichen Lösungen frei von
Unsicherheiten oder einfach auszuführen. Dennoch ist es wert, diese Idee weiterzuverfolgen,
da es uns mehr Zeit geben könnte für die Umstellung von den fossilen Energieträgern zu
den erneuerbaren Energien. Grundsätzlich lassen sich die Geoengineering Methoden in zwei
Kategorien teilen:
• Carbon Dioxide Removal (CDR). Das Prinzip hinter dem CDR ist es, die bereits
emittierten Treibhausgase wieder aus der Atmosphäre zu entfernen oder sie an der
Quelle, sprich am Emissionsort zu binden.
• Solar Radiation Management (SRM). Das Prinzip des SRM liegt darin, den Reflexionskoeffizient der Erdatmosphäre zu erhöhen, um weniger Sonnenenergie auf die
Erdoberfläche zu lassen um somit der Klimaerwärmung entgegenzuwirken.
3.1 Carbon Dioxide Removal Methoden (CDR)
Nachfolgend werden die wichtigsten CDR Methoden genauer erklärt.
Wiederbewaldung und verstärkter Waldschutz Auf der Erde gibt es auch natürliche CO2 Senken, die Ozeane und die Biosphäre. Wird die Speicherfähigkeit der Erde an CO2 erhöht,
kann somit teilweise die erhöhten Emissionswerte kompensiert werden. Diese Methode ist
sofort umsetzbar und billig. Sie ist risikofrei und hat keine negativen Auswirkungen auf das
Ökosystem ausser eventueller Konflikte in der regionalen Landnutzung und der Biodiversität.
Der Zeitraum ist eher langfristig und das Wirksamkeitspotential ist limitiert.
Eisendüngern im Ozeane Analog der Wiederbewaldung wird hier das Ziel angestrebt,
mehr CO2 in den Ozeanen zu speichern. Eisen ist ein limitierender Faktor für das Wachstum des Phytoplanctons. Die Düngung des Ozeans mit Eisen würde das Wachstum des
Phytoplanktons erhöhen und die steigende Photosyntheseleistung würde zu einer Abnahme des Kohlendioxids in der Atmosphäre führen. Nach dem Absterben des Phytoplanctons
würde die Biomasse in die Tiefen des Ozeanes absinken und dort gespeichert bleiben. Die
Möglichkeit Kohlendioxid auf diesem Weg zu entfernen ist auch eher preisgünstig, doch um
wirklich eine Wirksamkeit zu erreichen, müssten riesige Flächen gedüngt werden, was logistisch eine grosse Herausforderung wäre. Kritiker halten dieser Methode entgegen, dass über
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das Ökosystem Ozean zu wenig bekannt ist und eine Eisendüngung lokal das Gleichgewicht
stören könnte, was zu unabsehbaren Folgen führen würde.
Carbon Dioxide Capture and Storage (CCS) Diese Methode baut darauf auf das CO2
beim Ausstoss in die Atmosphäre zu binden. Während dem Verbrennungsprozess, zum Beispiel in einem Kohlekraftwerk, würde das CO2 mit einer Karbonatwäsche aus dem Abgas
gewaschen werden. Dieses Produkt wird anschliessend wieder erhitzt und das CO2 somit
in konzentrierter Form wieder ausgeschieden. Dieses Gas muss danach gespeichert werden.
Als geeignete Speicherplätze werden allgemein Sedimentschichten in grosser Tiefe angesehen, deren Poren mit Salzwasser gefüllt sind. Die Drücke in diesen Tiefen lassen das CO2
eine ähnliche Dichte aufweisen wie das Salzwasser, welches somit aus den Poren verdrängt
werden könnte. Die ersten Pilotanlagen bei denen das Abscheiden des Kohlendioxid in kleinen Mengen gelingt, existieren bereits. Ob diese Methode jedoch auch bei grossen Anlagen
funkioniert, wird sich noch zeigen müssen. Das Hauptproblem bei dieser Methode liegt bei
der Speicherung, da das CO2 im Gegensatz, zum Beispiel zum Atommüll, ein viel grösseres
Volumen besitzt und geeignete Speicherplätze begrenzt sind. Da ein Gas auch viel flüchtiger ist als ein Feststoff, muss ein Speicherplatz absolut dicht sein, ansonsten ist das Risiko
einer Entweichung zu gross. Ein weiteres Problem besteht in der Verdrängung des Salzwassers, welches lateral wegfliesst und eventuell in angrenzende Süsswasseraquifere eindringen
könnte, womit die Frischwasserquellen gefärdet werden würden.
Abbildung 1: Carbon dioxide capture, transport and storage.
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3.2 Solar Radiation Management
Zwei verschiedene Ansätze zum SRM wurden bisher diskutiert:
Oberflächenalbedomethode Als erstes kann die Albedo der Erdoberfläche reduziert werden, was zu einer tieferen Strahlungsbilanz auf der Erdoberfläche führen würde. Das ’Cool
Roofing’ beinhaltet das Prinzip, urbane Flächen mit einer hellen Farbe zu übermalen. Strassen, Plätze und vorallem Hausdächer würden somit einen tieferen Albedowert erhalten. Die
Wirkungsweise dieser Methode ist durch den Flächenanteil der bebauten Zonen begrenzt,
jedoch würden sich keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt ergeben, ausser der hohen
Produktion von hellen Farbmaterialien. Eine weitere Idee wäre es, grossflächige, reflektierende Plastikflächen in den Wüste auszulegen. Grundsätzlich ist diese Technik wirksam, jedoch
nur lokal. Auf das Abschmelzen der Polkappen hätte diese Massnahmen genauso wie das
’Cool Roofing’ keine Auswirkungen.
Atmosphärenalbedomethode Zwischen 1950 und 1980 ist die weltweite Durchschnitttemperatur trotz dem bereits spürbaren Klimawandel gesunken. Dies wird allgemein als Global Dimming bezeichnet. Die Ursache dafür war der hohe Gehalt an Sulphataerosol in der
Stratosphäre, welcher zu weniger Nettostrahlung auf der Erdoberfläche führte. Die erhöhte
Aerosolkonzentration wirkte wie eine Vorhang über der Erde und liess weniger kurzwellige
Sonnenstrahlung auf die Oberfläche gelangen. Striktere Umweltvorschriften und neue, sauberere Technologien führten zu einer Reduktion der Sulphatemissonen und einem Anstieg der
Strahlungbilanz auf der Oberfläche. Diesen Effekt der Albedoverminderung wollen sich nun
einige Wissenschaftler zunutze machen, um die Strahlungsbilanz auf der Erde zu manipulieren. Grosse Mengen an Sulphat würden somit mit Flugzeugen in die Stratosphäre gebracht
werden. Grundsätzlich kann nicht am Funktionieren dieser Methode gezweifelt werden, nur
wäre es logistisch ein enormer Aufwand eine wirkungsvolle Menge an Sulphat in die Stratosphäre zu transportieren. Hinzu kommt, dass es schwierig ist, eine Überzeugung zu finden für
eine Methode, bei der die Luft absichtlich mit grossen Mengen eines Aerosols verschmutzt
wird. Die Unsicherheiten und Risiken beinhalten unter anderem, dass die Veränderung der
Stratosphäre einen Einfluss auf den Monsoon und das Klima in Afrika haben kann, die
Wolkenbildung in der Troposphäre würde beeinflusst werden, das Ozonloch könnte dadurch
wieder grösser werden, sowie würde dies auch die Effektivität der Solarenergiegewinnung
verringern.
4 Klimakonferenzen
4.1 Chronologie der Klimakonferenzen
Während des 20. Jahrhunderts hat sich die Beziehung der Menschen zur Umwelt geändert. Die Menschheit hat das Bewusstsein dafür entwickelt, dass die natürlichen Ressourcen
knapp sind und dass ihr Tun negative Auswirkungen auf das Ökosystem haben kann. Der
erste nachhaltige Weckruf in dieser Entwicklung war wohl das Erkennen des Ozonloches
in den 70er Jahren. Um diesem Problem wirksam entgegenzutreten, wurde international
zusammengearbeitet um politisch verbindliche FCKW Emissionsziele festzulegen, was 1987
zum Montreal Protokoll führte. Als das Problem des Klimawandels an Bedeutung gewann,
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wurden die Klimakonferenzen ins Leben gerufen sowie verschiedene internationale Institutionen gegründet.
Die Meilensteine in dieser Entwicklung sind:
• 1987. Montreal-Protokoll: Ab 1989 dürfen FCKW nicht mehr verwendet werden. Diese
Maßnahme soll die Ozonschicht schützen.
• 1988. Gründung des IPCC (Intergovernemental Panel on Climate Change, UNOKlimarat), dessen Hauptaufgabe darin besteht, die Risiken der globalen Erwärmung
zu beurteilen und Vermeidungstrategien zu finden. Diese Aufgabe wird durch die Veröffentlichung von wissenschaftlichen Berichten erfüllt.
• 1992. Erdgipfel in Rio: Die öffentlichen Verkehrsmitteln müssen gefördert werden. Ein
Übergang zu alternativen Energiequellen, die langfristig die fossilen Energien ersetzen,
soll angestrebt werden.
• 1997. 3. Klimakonferenz in Kyoto (Kyoto-Protokoll).
• 2007. Al Gore und das IPCC bekommen den Friedensnobelpreis.
• 2009. 15. Klimakonferenz in Kopenhagen. (Nach Kyoto?)
• 2012. Ende der Kyoto-Protokoll Massnahmen.
4.2 Das Kyoto-Protokoll
An der 3. Klimakonferenz in Kyoto 1997 haben die Vertragsstaaten das sogenannte KyotoProtokoll verabschiedet. In dem Protokoll verpflichten sich die Industriestaaten verbindlich,
ihre gemeinsamen Emissionen der sechs wichtigsten Treibhausgase im Zeitraum 2008 bis
2012 um 5,2% unter das Niveau von 1990 zu senken. Dabei haben die einzelnen Länder
unterschiedliche Emissionsbegrenzungsverpflichtungen akzeptiert (z. B. USA -7%, Japan 6%, Russland +/-0%). Die EU hat ihre gemeinschaftliche Kyoto-Verpflichtung von -8%
intern noch einmal umverteilt, so dass z. B. Deutschland -21%, Großbritannien -12,5% und
Frankreich +/-0% erbringen müssen.
Ratifizierung des Kyoto-Protokolls Es gab zwei Bedingungen, damit das Kyoto-Protokoll
in Kraft tritt:
• Mindestens 55 Staaten müssen das Protokoll ratifizieren.
• Diese 55 Staaten müssen mindestens 55% der CO2-Emissionen des Jahres 1990 verursachten.
Mittlerweile sind beide Bedingungen erfüllt. Das Kyoto-Protokoll trat Anfang 2005 in Kraft.
Bisher haben 184 Staaten das Kyoto-Protokoll ratifiziert, darunter alle EU-Mitgliedstaaten,
Kanada, Neuseeland, Norwegen, Japan, sowie Brasilien, China, Mexiko, Indien, Südafrika
und Südkorea.
Die USA und Australien hatten das Protokoll zunächst nicht ratifiziert. Damals waren die
USA für 36,1% des weltweiten Ausstoßes an Treibhausgasen verantwortlich, Russland für
17,4%. Deshalb konnte ohne eines dieser beiden Länder die benötigten 55% nicht erreicht
werden. Am 16. Februar, 90 Tage nach der Ratifizierung durch das Russische Parlement,
trat das Kyoto-Protokoll dann in Kraft. Australien hat das Kyoto-Protokoll nach langem
Zögern und erst nach einem Regierungswechsel im Jahr 2007 ratifiziert.
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Kyoto-Mechanismen Im Kyoto-Protokoll gibt es drei Mechanismen, die Industrieländern
dabei helfen sollen, ihre in Kyoto vereinbarten Emissionsreduktionsziele zu erreichen, indem
sie die Kosten der Reduktion senken können. Es handelt sich um den Emissionshandel, den
Mechanismus für umweltverträgliche Entwicklung (Clean Development Mechanism) und die
Gemeinsame Umsetzung (Joint Implementation). Das bekannteste der drei Instrumente ist
der Emissionshandel, deshalb foküssiert sich diese Präsentation darauf. Der Emissionshandel erlaubt es Industrieländern untereinander mit Emissionsrechten zu handeln. Das funktioniert folgendermaßen: Jedes Land bekommt eine bestimmte Menge an Emissionsrechten
zugeteilt. Die Menge der Emissionsrechte pro Land wird so festgelegt, dass ein Land dann
seine Emissionsrechte genau ausschöpft, wenn es sein in Kyoto festgesetztes nationales Emissionsreduktionsziel genau erfüllt. Reduziert ein Land mehr als es in Kyoto vorgesehen war,
kann es überschüssige Emissionsrechte in Form von Lizenzen an ein anderes Land verkaufen, welches noch über dem Reduktionsziel emittiert. Der Käufer kann sich diese Lizenzen
als eigene Emissionsreduktion gutschreiben. Die Lizenzen werden international meistbietend
verkauft, der Preis wird also vom Markt bestimmt.
Das Kyoto-Protokoll stellt bisher das wichtigste Instrument der internationalen Klimapolitik dar. Aber es ist doch nicht mehr als ein erster Schritt auf einem langen Weg. Schließlich
brauchen wir, um den 2◦ C-Grenzwert nicht zu überschreiten, eine Reduktion des Treibhausgasausstoßes der Industrieländer um 50% bis zum Jahr 2050. Das Kyoto-Protokoll sorgt
jedoch nur für die ersten 5% bis zum Jahr 2012!
4.3 Klimakonferenz in Kopenhagen
Am 7. bis 18. Dezember 2009 wird im Kopenhagen die 15. Konferenz der UNO über den Klimawandel stattfinden. Ziel dieser Konferenz ist es, die Zeit nach Ablauf des Kyoto-Protokolls
vorzubereiten. Die Massnahmen die getroffen werden, müssen soziale Gerechtigkeit, Energiesicherheit und Lebensqualität der Menschheit gewährleisten. Das langfristige Ziel dafür
wäre eine Abnahme der aktuellen CO2 -Konzentration bis zu den vorindustriellen Werten,
die circa 300ppm betrugen.
China und die Vereinigten Staaten haben nur teilweise an dem Kyoto-Protokoll teilgenommen. China wurde damals als Entwicklungsland betrachtet und sollte seine CO2 Emissionen
nur geringfügig reduzieren. Die Vereinigten Staaten haben das Kyoto-Protokoll unterschrieben, aber nie ratifiziert. Das Protokoll ist dort nie in Kraft getreten. Diese beiden Länder
verursachen zurzeit 40% der globalen CO2 Emissionen. Nun zeigen diese beiden Länder
die Absicht, bei der Erstellung des neuen Protokolles mitzuarbeiten.. Trotz dieser Ansichten bleibt die Wahrscheinlichkeit, dass während dieser Konferenz konkrete Massnahmen für
die Nachfolge des Kyoto-Protokolls getroffen werden, ziemlich gering. Die Hoffnung muss
aber nicht aufgegeben werden. Schweden und Norwegen haben vorgeschlagen, eine andere
Konferenz zu organisieren, falls die von Kopenhagen misslingen sollte. . .
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Literatur
[1] www.letemps.ch/sciences_environnement
[2] www.prima-klima-weltweit.de
[3] "Bekommt die Erde Fieber ?", ETH Globe, Juni 2009.
[4] Carbon Dioxide Capture and Storage, Technical Summary, IPCC Special Report,
2005.
[5] Geoengineering the climate, The Royal Society, September 2009.
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