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Anteil einzelner Wirtschaftsbranchen am Klimawandel
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Anteil einzelner Wirtschaftsbranchen am Klimawandel
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Grafik: Jörg Wieprzeck mit Cinema 4D 10.5
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Inhalt
1 Globale Erwärmung und Abschattung
2 Die Studie der NASA
2.1 Ein neuer Ansatz
2.2 Einflüsse unter Berücksichtung aller Effekte
2.2.1 Der Strahlungsantrieb
2.2.2 Beitrag der Wirtschaftsbereiche (Tabelle)
2.2.3 Wärmende und kühlende Effekte
2.2.4 Einflüsse der einzelnen Sektionen
2.2.5 Beispiele für die entgegengesetzte Wirkung wärmender und kühlender Einflüsse
2.2.6 Veränderungen in der Zukunft
2.3 Einflüsse der Bereiche unter Vernachlässigung der kühlenden Aerosole
2.4 Aerosol-Wolken-Effekte
2.5 Wie arbeiteten die Wissenschaftler der NASA-Studie?
2.6 Künftige Projekte
Quellen
Aktualisierungen
1 Globale Erwärmung und Abschattung
In der Atmosphäre der Erde gibt es Gase und Partikel, die das Potenzial haben, das Klima zu verändern. Im Klimasystem der Erde lassen sich Gase und Partikel in zwei Gruppen einteilen.
- Die eine erwärmt das Klima. Ursache sind die so genannten Treibhausgase und Aerosole: Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) Stickoxide (wie Distickstoffmonoxid, das Lachgas), Nitrate, Schwarzer Kohlenstoff und Ozon, in geringem Maß auch Aerosol-Wolken-Effekte. Die Erde erhält ständig Wärme durch die Sonnenstrahlung. Die Gase und Teilchen verhindern, dass die Erdoberfläche diese Wärme ebenso beständig in den Weltraum abstrahlen kann. Folge ist die globale Erwärmung, das global warming.
- Die andere kühlt das Klima. Zu dieser Gruppe gehören Sulfate (Stickstoffdioxid SO2), Nitrate, organischer Kohlenstoff und Aerosol-Wolken-Effekte. Sie reflektieren und streuen die Sonnenstrahlung und sorgen dafür, dass die Erdoberfläche weniger Wärme erhält. Man spricht von der globalen Abschattung, dem global dimming.
2 Die Studie der NASA
2.1 Ein neuer Ansatz
Bisher gingen Studien immer davon aus, in welcher Weise die einzelne Substanzen das Klimasystem beeinflussen. Eine neue Studie von Nadine Unger vom Goddard Institut für Raumstudien (GISS) der US-Raumfahrtbehörde verfolgte einen neuen Ansatz und ging davon aus, in welchem Maße die einzelnen Bereiche der Wirtschaft Einfluss auf das Weltklima haben. Es sei nichts falsch an der bisherigen Vorgehensweise, betonte Unger in einem NASA-Interview. Doch der neue Ansatz sei nützlicher für Entscheidungsträger. Sie müssen wissen, in welcher Weise sich menschliche Aktivitäten auf das Klima auswirken und welche Folgen es hat, wenn sie bestimmte Substanzen in einem Wirtschaftsbereich reduzieren. Außerdem müssten sie die Komplexität der Emissionen beachten, wenn sie diese wirksam mindern wollen.
Die Wissenschaftler analysierten dazu bis Februar 2010 den Einfluss von 13 Wirtschaftssektoren. Jeder von ihnen stößt einen einzigartigen Mix aus Gasen und Aerosolen aus. Jede dieser Mischungen ändert das Klima auf eine eigene Art und auf einer individuellen Zeitskala. Bisher gibt es dazu vereinzelte Studien. Der „Weltklimabericht“ des IPCC nannte nur die von den Wirtschaftsbereichen ausgestoßenen Treibhausgase. Die Studie „Lifestocks Long Shadow“ der Welternährungsorganisation FAO (FAO-Studie) konzentrierte sich nur auf einen Bereich, nämlich die Viehhaltung. Dabei berücksichtigte sie die Treibhausgase, nicht aber die ganze Bandbreite aus wärmenden und kühlenden Effekten. Zudem enthält die FAO-Studie auch Treibhausgase aus der Energie zur Kühlung und Verarbeitung des Fleisches sowie die des Verkehr aus Tiertransporten. Eine ähnliche Studie veröffentlichte das World Watch Institut. Das sind Beispiele aus dem Ernährungsbereich.
„Wir wollten die Informationen in einer Weise anbieten, die für die Entscheidungsträger nützlicher ist“, erklärte Unger. „Dieser Ansatz wird es einfacher machen, Bereiche auszumachen, in denen Emissionsreduktionen den größten Vorteil für das Klima bieten und diejenigen mit unvorhergesehenen Folgen. Die NASA-Studie wurde am 3. Februar 2010 im Internet in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. Dort beschreiben Unger und ihre Kollegen ihr Klimamodell, dass die Jahre 2000 bis 2100 berücksichtigt. Sie stützten ihre Berechnungen auf wirklichkeitsnahe Bestandsaufnahmen von Emissionen, die Wissenschaftler weltweit sammelten. Sie nahmen dabei an, dass jene Emissionen in der Zukunft relativ unveränderlich bleiben werden.
2.2 Einflüsse unter Berücksichtung aller Effekte
2.2.1 Der Strahlungsantrieb
Die NASA-Studie nennt keine Gasmengen oder Prozentzahlen, sondern den Strahlungsantrieb in Milliwatt pro Quadratmeter. Er ist die Standardgröße, um den Beitrag der einzelnen Einflüsse auf das Klimasystem bemessen zu können. Mit der Sonnenstrahlung erhält die Erde innerhalb einer bestimmten Zeit eine bestimmte Menge Energie. Energie mal Zeit ergibt Leistung und der Strahlungsantrieb nennt die Leistung, die durchschnittlich auf einen Quadratmeter Erdoberfläche trifft oder abgestrahlt wird (mehr dazu im Artikel über den Energiehaushalt der Erde). Dabei steht ein positiver Wert für eine Erwärmung, ein negativer für eine Abkühlung. Unter Berücksichtigung der wärmenden und kühlenden Effekte ergibt sich eine Reihenfolge der stärksten Einflüsse auf das Klima.
2.2.2 Beitrag der Wirtschaftsbereiche (Tabelle)
| Sektor | Strahlungsantrieb in mW/m2 |
|---|---|
| Straßenverkehr | 199 |
| Biologische Brennstoffe in Haushalten | 132 |
| Viehhaltung | 98 |
| Fossile Brennstoffe in Haushalten | 84 |
| Abfallwirtschaft und Deponien | 84 |
| Energiewirtschaft | 79 |
| Landwirtschaft | 29 |
| Landschaft | 20 |
| Luftverkehr | -6 |
| Verbrennung landwirtschaftlicher Abfälle | -14 |
| Schiffsverkehr | -43 |
| Verbrennung von Biomasse | -106 |
| Industrie | -158 |
| Summe | 398 |
| Gesamte Sonneneinstrahlung | 342.000 |
Quelle: Unger (2009)
2.2.3 Wärmende und kühlende Effekte
Zunächst erstaunt das Ergebnis, werden doch besonders Energie, Verbrennung von Biomasse (Brandrodung) und die Industrie für den Ausstoß der Treibhausgase verantwortlich gemacht. Doch gleichzeitig entstehen in den Bereichen auch die kühlenden Aerosole, was den wärmenden Einfluß unterschiedlich stark ausgleicht. Das geht so weit, dass die Brandrodung der Regenwälder und die Industrie sogar das Klima abkühlen. Doch das gilt nur, so lange dieser Sektor existiert und mit den heutigen Brennstoffen arbeitet. Unterschiedliche Verweildauern von wärmenden und kühlenden Substanzen in der Luft sorgen dafür, dass der kühlende Effekt früher entfällt als der wärmende.
Mehr über Treibhausgase und Aerosole ...
Kohlendioxid zirkuliert so lange im Kohlenstoffkreislauf, bis absinkendes Meeresplankton oder Torfmoore allmählich neue Erdöl- oder Kohlelagerstätten bilden. Noch heute wird Torf in Deutschland abgebaut und in Indonesien werden sie zusammen mit den Regenwäldern vernichtet. Methan bleibt laut IPCC bis 12 Jahre, Lachgas bis 114 Jahre in der Atmosphäre. Doch schon nach ein paar Tagen oder Wochen wäscht Regen die Aerosole aus der Atmosphäre, wie Unger erklärt.
Das zeigte sich beim Anschlag auf das World Trade Center am 11. September 2001, als in den USA der Flugverkehr zum Erliegen kam. Damals stellte ein Wissenschaftler fest, dass der Himmel ungewöhnlich klar war. Das führte zur Entdeckung der globalen Abschattung. Es bedeutet auch: Wenn erst einmal alle Regenwälder brandgerodet sind, gibt es keine kühlenden Aerosole mehr, während das entstandene Kohlendioxid bleibt.
Um einen Eindruck von einer Welt ohne kühlende Aerosole zu geben, hat Biosphaere in Abschnitt 2.3 eine zweite Tabelle erstellt, die nur die erwärmenden Effekte enthält. Sie hat aber nichts mit der tatsächlichen Zukunft zu tun.
Abbildung 1: Wirkung der Treibhausgase, Aerosole und Effekte der einzelnen Wirtschaftsbranchen in Watt/Quadratmeter. Quelle: Unger (2009)
2.2.4 Einflüsse der einzelnen Sektionen
Die bedeutendste Quelle atmosphärischer Erwärmung ist laut Unger der Straßenverkehr, heute und in naher Zukunft. Personenwagen, Lastwagen und Busse stoßen zwar klimwirksame Treibhausgase aus, aber wenig Aerosole, um diese Wirkung auszugleichen. Zu diesen Aerosolen zählt auch der Ruß, den Filter in Dieselfahrzeugen zurückhalten. So meint auch Unger, die Konzentration auf den Straßenverkehr sei ein Gewinn. „Es ist kurzfristig und langfristig gut für das Klima und es ist gut für unsere Gesundheit.“
Auf Platz zwei liegt die Verbrennung von Biomasse in Haushalten. Dazu zählen vor allem Holz und tierischer Dung zum Heizen und Kochen. Hierzu gibt es bereits Projekte, die das Problem mit Hilfe von Kochkisten oder Solarkochern angehen, die mit einfachen Mitteln auch in Entwicklungsländern hergestellt werden können.
An dritter Stelle stehen die steigenden Viehbestände, zu denen die Methan produzierenden Rinder gehören. Wie die NASA Grafik zeigt, macht dieses Methan den größten Teil der Emissionen aus der Viehhaltung aus. Auf der kühlenden Seite hat sie nur Nitrat-Aerosole anzubieten. Die FAO-Studie macht die Aussage, dass die Viehhaltung eine größere Wirkung auf das Klima habe als der Verkehr. Die NASA-Studie zeigt, dass die Emissionen aus der Landwirtschaft nicht einmal halb so klimawirksam sind als die des Verkehrs. Eine Erkenntnis, die Vertretern der veganen Ernährung eines ihrer Argumente nehmen dürfte. Sie behaupten, Fleisch sei der so genannte „Klimakiller Nummer eins“. Das ist aber nach den neuen Zahlen der Straßenverkehr.
Am unteren Ende des Spektrums steht die Industrie, die eine große Menge Sulfate und andere kühlende Aerosole emittiert. Das gleicht ihre hohen Treibhausgasemissionen so stark aus, dass sie am Ende einen kühlenden Einfluss hat.
Ähnlich verhält es sich mit der Verbrennung von Biomasse. Sie ist Ergebnis von Bränden in Tropenwäldern, der Vernichtung von Regenwald und Buschfeuern. In Afrika und Südamerika werden nach der Ernte auch die Stoppeln auf den Feldern abgebrannt. Das war früher auch in Deutschland gängige Praxis, ist aber heute verboten. Die Biomasse-Verbrennung setzt so viel Kohlenstoffpartikel frei, dass sie die Sonneneinstrahlung und damit kurzfristig auch die Erderwärmung verringern. Langfristig sind es aber die Treibhausgase, die bleiben. Die aber können andere Teile des Klimasystems beeinträchtigen, wie die Menge der Niederschläge und des Trinkwassers, das den Menschen zur Verfügung steht.
2.2.5 Beispiele für die entgegengesetzte Wirkung wärmender und kühlender Einflüsse
Aufgrund von gesundheitlichen Problemen reduzierten viele Industrieländer den Ausstoß von Aerosolen, zum Beispiel durch Filteranlagen. Damit verschwand aber auch ihre kühlende Wirkung aus der Bilanz und damit auch ein unfreiwilliges Geoengineering. Im Geoengineering machen sich Wissenschaftler Gedanken über eine künstliche Beeeinflussung des Klimawandels. Die Freisetzung von Schwefeldioxid war dabei ein Vorschlag, um der Erwärmung entgegenzuwirken. (Biosphaere berichtete) „Die Erwärmung sollte sich beschleunigen, solange wir Aerosole aus der Luft entfernen“, so Unger, „Wir haben aber keine Wahl, als die Emission von Aerosol-Partikeln zu reduzieren, wenn wir die Gesundheit von Menschen und Ökosystemen schützen wollen. Das bedeutet aber auch, dass wir mehr tun müssen, um Treibhausgase und andere wärmende Emissionen zu reduzieren.“
Im Interview nannte Nadine Unger auch das Beispiel von Schwerindustrie und Schiffahrt, die große Mengen Kohle und Marinedieselöl verbrennen. Diese Brennstoffe setzen Kohlendioxid frei, das den Treibhauseffekt verursacht. Sie enthalten aber auch Schwefel, der in Form von Sulfaten in die Luft gelangt, die Sonnenstrahlung ins Weltall zurückwirft und die Wolken aufhellt, die dann ebenfalls verstärkt Sonnenstrahlung reflektieren. Dieser kühlende Effekt überwiegt kurzfristig den wärmenden des Kohlendioxids. In der Bilanz wirken die zwei Bereiche also abkühlend. Im Vergleich dazu stößt der Straßenverkehr Kohlendioxid, Ruß und Ozon aus, aber keine kühlenden Sulfate. Alle diese Bereiche arbeiten und bleiben auch in naher Zukunft mit den aktuellen Brennstoffen in Betrieb. Man kann also die Aerosole nicht ignorieren. Deshalb hält Unger es für vorteilhaft, die Emissionen im Transportbereich zu reduzieren, weil dies in naher Zukunft den größten Effekt hätte.
2.2.6 Veränderungen in der Zukunft
Ungers Projektionen weisen darauf hin, dass sich vor dem Jahr 2100 der Einfluss einiger Sektionen deutlich verändern wird. 2050 wird die Energiewirtschaft den Straßenverkehr als wichtigste Ursache der Erwärmung einholen. Der Industriesektor wird von 2020 bis 2100 vom Ende der Liste auf Platz drei aufrücken. „Der Grund für diese Veränderungen ist, dass die Wirkung der Treibhausgase im Lauf der Zeit anwächst, sich verstärkt und dass sie für lange Zeit in der Atmosphäre bleiben“, so Unger. „Im Gegensatz dazu werden Aerosole nach ein paar Tagen durch Regen ausgewaschen und können nur einen kurzfristigen Einfluß haben.“
2.3 Einflüsse der Bereiche unter Vernachlässigung der kühlenden Aerosole
| Sektor | Strahlungsantrieb in mW/m2 | Prozent |
|---|---|---|
| Energiewirtschaft | 212 |
19,7 |
| Industrie | 166 |
15,4 |
| Verbrennung von Biomasse | 156 |
14,5 |
| Straßenverkehr | 129 |
12 |
| Biologische Brennstoffe in Haushalten | 104 |
9,7 |
| Viehhaltung | 90 |
8,3 |
| Fossile Brennstoffe in Haushalten | 60 |
5,6 |
| Abfallwirtschaft und Deponien | 56 |
5,2 |
| Landwirtschaft | 48 |
4,5 |
| Landschaft | 21 |
1,9 |
| Verbrennung von Abfällen aus der Landwirtschaft | 14 |
1,3 |
| Luftverkehr | 12 |
1,1 |
| Schiffsverkehr | 9 |
0,8 |
| Summe | 1077 |
100 |
Tabelle 2: Wärmende Effekte aus der NASA Studie. Die Zahlen geben im Gegensatz zur Tabelle oben nur ungefähre Werte an, die in der Grafik mit einem Lineal gemessen wurden. Genauere Werte nach Angaben der Studie folgen. Wenn aber das veröffentlichte Balkendiagramm genau ist, - und danach sieht es aus - wird sich an den Prozenten nicht viel ändern. Quelle: Unger (2009)
Diese Tabelle, die nur die erwärmenden Effekte aus der Studie berücksichtigt, zeigt wieder das Bild, das man gewohnt ist: Energie, Industrie und Verbrennung von Biomasse als Hauptverursacher des Klimawandels. Die Tabelle soll vor allem einen Vergleich zu den Studien möglich machen, die nur die Erwärmung durch Treibhausgase berücksichtigten, auch wenn sie noch die Aerosole enthält, welche die Erde erwärmen. Da es keine kühlenden, also negativen Einflüsse gibt, ist eine Angabe von Prozentwerten möglich.
Ein Beispiel: Zur Viehhaltung nennt die FAO-Studie, auf die sich oft Tierrechtler beziehen, einen Anteil von 18 Prozent. Die Studie der NASA kommt nun auf einen Wert von ungefähr 8,3 Prozent. Das mag daran liegen, dass nun die anderen Bereiche sehr viele wärmende Aerosole ausstoßen und daher eine größere Wirkung auf das Klima haben. Schaut man sich im Balkendiagramm die drei einflussreichsten Bereiche an, stellt man fest, dass alle in etwa gleich viel Ozon produzieren. Straßenverkehr und Brennstoffe im Haushalt verursachen aber zusätzlich sehr viel schwarzen Kohlenstoff und Aerosol-Wolken-Effekte. Die Viehhaltung dagegen wird nur durch wenige Sulfate „aufgewertet“. Vernachlässigt man diese Substanzen, könnte man wieder auf 18 Prozent kommen.
Abbildung 2: Balkendiagramm zu Treibhausgasen und Aerosolen und Effekten der einzelnen Wirtschaftsbranchen. Es ist das gleiche wie das weiter oben dargestellte. Quelle: Unger (2009)
2.4 Aerosol-Wolken-Effekte
Die Gruppe betrachtete auch, wie sich Emissionen aus jedem Teil der Wirtschaft auf die Wolken auswirken, erklärte Mitautor Surabi Menon vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley (Kalifornien, USA). Einige Aerosole, wie Sulfate und organischer Kohlenstoff, können Wolken heller und langlebiger machen (Aerosol-Wolken-Effekt). Das hat einen kühlenden Einfluß.
Andere Aerosole wie schwarzer Kohlenstoff (Ruß) absorbieren gleichzeitig Sonnenstrahlung, heizen die Atmosphäre auf und lösen die Verdampfung tiefer Wolken aus. Dieser semidirekte Aerosoleffekt erwärmt die Atmosphäre.
Ungers Analyse zeigt, dass die Emissionen aus der Energiewirtschaft, der Verbrennung von Biomasse und der Industrie Aerosol-Wolken Wechselwirkungen auslösen, die einen stark kühlenden Effekt haben. Straßenverkehr und Verbrennung von Biomasse in Haushalten dagegen verstärken die wärmenden Effekte aus der Aerosol-Wolken-Wechselwirkung.
2.5 Wie arbeiteten die Wissenschaftler der NASA-Studie?
Für jeden Wirtschaftssektor analysierte Ungers Team eine große Bandbreite chemischer Elemente. Dazu gehören, Kohlendioxid, Stickoxide, Methan, organischer Kohlenstoff, schwarzer Kohlenstoff, Nitrate, Sulfate und Ozon. Darüber hinaus berücksichtigten sie die Aerosol-Wolken-Effekte. Um vorherzusagen, wie sich die Treibhausgas- und Aerosolemissionen in der Zukunft auswirken, benutzten die Forscher ein Computermodell des GISS. Dabei gingen sie von einem gleichbleibend hohen Ausstoß aus. Sie betrachteten Momentaufnahmen aus den Jahren 2020 und 2100.
2.6 Künftige Projekte
Unger macht deutlich, dass die Schätzungen mit denen des „Weltklimarates“ IPCC übereinstimmen. Dennoch verbleiben deutliche Unsicherheiten, vor allem beim Einfluß der Aerosole und besonders beim Aerosol-Wolken-Effekt. Es bestehe weiterer Forschungsbedarf. Dabei liefert die Glory - Mission der NASA neue Erkenntnisse. Das Team möchte auch die einzelnen Wirtschaftsbereiche detaillierter untersuchen. Im Energiesektor könnte das eine Aufschlüsselung von Gas- und Kohlekraftwerken sein, im Verkehrssektor die Unterscheidung nach leichten und schweren Fahrzeugen. In Zusammenarbeit mit Umweltökonomen wollen die Forscher auch die Folgekosten durch die Beeinträchtigung von Klima und Luftqualität in allen Sektionen ermitteln. Auf die Ergebnisse kann man gespannt sein.
Quellen
Unger, 2009: Nadine Unger, Tami C. Bond, James S. Wang, Dorothy M. Koch, Surabi Menon, Drew T. Shindella, and Susanne Bauer, Attribution of climate forcing to economic sectors, 11.6.2009
Volland, 2010a: Adam Volland, Road Transportation Emerges as Key Driver of Warming in New Analysis from NASA, Pressemitteilung, NASA, 18.2.2010, http://www.nasa.gov/topics/earth/features/road-transportation.html
Volland, 2010b: Adam Volland, NASA Scientist Nadine Unger Discusses Which Sectors of the Economy Impact the Climate, Pressemitteilung, NASA, 18.2.2010, http://www.nasa.gov/topics/earth/features/unger-qa.html
Autor
Autor: Jörg Wieprzeck
Copyright: © 2002–2010 Biosphaere www.biosphaere.info
Aktualisierungen
01.03.2010: Artikel angelegt
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