kohlenstoffgitter

CO2 Lexikon

Mit ein paar Daten und Fakten die Zusammenhänge und Lösungsmöglichkeiten der Klimaerwärmung besser verstehen.

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Was ist Kohlenstoff?

Name: Das Wort kommt vom germanischen kolo, das lateinische carbõ bezeichnet Holzkohle.

Chemische Eigenschaften: Es ist das 6. Element des Periodensystems und wird mit C abgekürzt. Kohlenstoff besitzt die Fähigkeit zur Bildung langer, komplexer, stabiler Moleküle und weist von allen Elementen die größte Vielfalt an Verbindungen auf. Darauf basiert die gesamte organische Chemie und das macht Kohlenstoff zum Zentralatom allen Lebens auf der Erde.

Was ist CO2?

CO2 ist ein farbloses saures Gas, das in geringen Konzentrationen geruchlos ist. Es besteht aus
einem zentralen Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen, die jeweils durch eine Doppelbindung an das Kohlenstoffatom gebunden sind. Es ist gut wasserlöslich, nicht brennbar und ungiftig. Außerdem ist es schwerer als Sauerstoff und kann Sauerstoff in Bodennähe daher verdrängen,
was zum Beispiel sogenannte „Weinkellerunfälle“ verursachen kann.

Mineralwasser

Wo kommt Kohlenstoff vor?

Wie entsteht eine Tonne CO2?

Eine Tonne Erdgas besteht hauptsächlich aus Kohlenwasserstoff (CH4). Wenn man diese Menge verbrennt (oxidiert), dann gehen Wasserstoff (H) und Kohlenstoff (C) jeweils eine neue Verbindung mit Sauerstoff (O) ein. Das Molekulargewicht von C ist 12, das von O ist 16, das von CO2 folglich 44. Ein CO2-Molekül ist somit fast dreimal so schwer wie ein CH4- Molekül. Aus einer Tonne Erdgas entstehen so fast drei Tonnen CO2 und Wärme.

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Wieviel CO2 ist aktuell in der Luft?

Wieviel CO2 kommt jährlich dazu?

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Quelle: Scripps Institue of Oceanography
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Quelle: IPPC Assessment Report 5 Abb 6.1

Die Atmosphäre besteht zu 99 Prozent aus Stickstoff und Sauerstoff. Kohlendioxid hingegen macht nur 0,05 Prozent aus. Vor dem industriellen
Zeitalter, das ungefähr 1800 begann, lag die Konzentration bei rund 280 ppm, bis heute ist sie auf 410 ppm angestiegen. Absolut sind das 800 Gt
Kohlenstoff, oder 3.000 Gt CO2. Insgesamt wurden seit Beginn der Industrialisierung ca. 530 Gt Kohlenstoff durch fossile Energieträger freigesetzt, von denen etwa knapp die Hälfte in der Atmosphäre verblieb und jeweils ein Viertel von Ozeanen und Landökosystemen wieder aufgenommen wurde.

Jährlich werden 220 Gt Kohlenstoff emittiert, davon 210 natürlich und 10 zusätzlich durch den Menschen. Gleichzeitig werden aber auch 218 Gt durch Pflanzen und Meere wieder aufgenommen, sodass im Saldo ungefähr 2 Gt langfristig in der Atmosphäre verbleiben und den Treibhaus-Effekt anheizen.

Wer emittiert wieviel CO2?

CO2 gelangt durch natürlich Prozesse in die Atmosphäre, wenn Tiere atmen, wenn Pflanzen verrotten oder wenn Vulkane ausbrechen. Dazu kommen durch Menschen verursachte Emissionen wie durch Verbrennen fossiler Brennstoffe, Viehhaltung und Brandrodung von Wäldern.

Zuletzt wurden 39 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr ausgestoßen, die drei größten Emittenten waren China, die USA und die EU. Österreich hat global einen Anteil von nur 0,2 Prozent. Allerdings ist das jährliche Volumen in den letzten 20 Jahren um 15 Prozent gestiegen und pro Kopf haben die Menschen in Österreich einen doppelt so großen Fußabdruck wie der weltweite Durchschnitt.

Quelle: NOAA 2013 (weltweit)
Quelle: JRC-Bericht (EU 2019), %-Änderung seit 2000
Quelle: Emissionen nach IPPC- Report der EU
(weltweit 2014)

Wieviel trägt die Industrie dazu bei?

An den weltweiten CO2-Emissionen sind mehrere Wirtschaftssektoren beteiligt, auch die Industrie. Sie stößt rund ein Fünftel der Gesamtmenge aus, davon die Papierindustrie rund 10 Prozent. In der EU hat sich der Ausstoß in fast allen Sektoren seit 1990 reduziert, auch der der Industrie (-35 %). Einzig der Verkehr emittiert mehr (+20 %).

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Was ist mit anderen Treibhausgasen?

Kohlendioxid (CO2) ist das bekannteste und mengenmäßig wichtigste Gas, das einen Treibhauseffekt auslöst. Es gibt aber auch noch andere Gase, die den gleichen oder stärkere Effekte haben, und durch menschliches Handeln ebenfalls vermehrt emittiert werden. Dazu gehört zum Beispiel Methan (CH4), das Rinder freisetzen, oder Lachgas (N2O), das beim Düngereinsatz entsteht.

Quelle: UBA 2020

Was heißt DEKARBONISIERUNG?

Was ist SEQUESTRIERUNG?

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sequestrierung

Auf ihrem Gipfel 2015 vereinbarten die G7-Staaten, die Weltwirtschaft
bis 2100 vollständig zu “dekarbonisieren”. Damit ist die Umstellung unseres Wirtschaftens gemeint, so dass weniger und letztendlich gar kein Kohlendioxid mehr emittiert wird.

Das Ziel kann auf zwei Weisen erreicht werden:

  1. Zero Emission: dann wird durch Menschen tatsächlich
    kein weiteres CO2 mehr emittiert.
  2. Net Zero: Dann werden zwar weiterhin gewisse Mengen
    an CO2 emittiert, doch wird der Ausstoß durch
    Maßnahmen kompensiert, entweder durch die Verringerung
    von natürlicher Emission, oder durch steigende
    Entnahme aus der Atmosphäre. Die gängigste Methode
    dazu ist, zusätzliches Waldwachstum zu ermöglichen.
    Es wird aber auch an Sequestrierung geforscht.

Sequestrierung oder auch Carbon capture and storage (CCS) ist der Fachbegriff für einen Vorgang, bei dem CO2 abgeschieden und gespeichert werden kann. Durch die dauerhafte Einlagerung in unterirdische Stätten wird die Emission in die Atmosphäre reduziert. Sequestrierung eignet sich am besten an Orten, wo punktuell viel CO2 auftritt, zum Beispiel bei Kraftwerken, Industrieanlagen oder Bergwerken. Das Gas kann durch Wäscher oder andere Methoden entzogen werden, und wird dann in ehemalige Erdgas- oder Erdöl-Lagerstätten gepresst oder in tiefliegende Aquiferer (Wasseradern) geleitet. Die Technik ist zurzeit noch nicht ausgereift und auch nicht wirtschaftlich. Die Anlagen verschlechtern die Energieeffizienz der Kraftwerke erheblich und reduzieren den CO2-Ausstoß
höchstens um 2/3. Außerdem können die Lagerstätten langfristig undicht sein, sodass das Gas wieder austritt oder das Grundwasser belastet. In Österreich sind zurzeit keine CCS-Lagerstätten zugelassen.

Warum ist CO2 eigentlich schlecht?

Kohlendioxid ist wichtig für das Leben auf der Erde, aber schon ein sehr geringer Anstieg bewirkt den Treibhaus-Effekt. Auf der Tag-Seite fällt Sonnenlicht auf die Erde, pro Stunde und Quadratmeter sind das 340 Watt. Die Hälfte davon wird durch Wolken oder Schneeflächen wieder reflektiert (1). Die andere Hälfte gelangt auf den Boden und erzeugt Wärmestrahlung (2), von der auch ein Teil wieder ins All abgestrahlt wird (3). Die Treibhaus-Gase werden durch die Strahlung jedoch zur Schwingung angeregt, was dazu führt, dass sie immer mehr Wärme zurück auf den Boden reflektieren (4).

Die Gase verhalten sich dabei unterschiedlich:
Methan (CH4) zum Beispiel hat einen 25-mal stärkeren Klimaeffekt als Kohlendioxid (CO2). Steigende Temperaturen sind zusätzlich problematisch: zum einen, weil sie zu mehr Wasserdampf in der Atmosphäre führen, was die Wärmereflexion zurück ins All zusätzlich behindert, zum anderen, weil sie die Größe der reflektierenden Eisflächen langsam verringern. Auf der anderen Seite wachsen Pflanzen mit mehr Wärme und CO2 besser, was einen positiven Effekt hat.

warum schlecht

Kohlendioxid (CO2) löst sich als Kohlensäure (H2CO3) in Wasser (H2O) und verringert so den pH-Wert der Ozeane. Seit dem Beginn der Industrialisierung ist der durchschnittliche pH-Wert an der Oberfläche aller Ozeane von 8,2 auf 8,1 gefallen, besonders stark im Nordatlantik. Gerade tropische Korallenriffe, die ein großer Kalk-Speicher sind, leiden unter Erwärmung und Ansauerung.