Kohlenstoffdioxid

Das Gas, welches bei den Konsumenten (Mensch und Tiere) durch die Atmung freigesetzt und von den Produzenten (Pflanzen, Grünalgen) durch die Photosynthese in energiereiche organische Verbindungen umgewandelt wird. Damit schließt Kohlenstoffdioxid (CO₂) den natürlichen Kohlenstoffkreislauf.

Natürliche Einflüsse des Kohlenstoffdioxids

Die Bedeutung des Kohlenstoffdioxids für das globale Klima ist bedeutend, weil es in der Lage ist, Wärmestrahlung zu absorbieren und dadurch die Atmosphäre zu erwärmen – es trägt damit zum natürlichen Treibhauseffekt bei. Dadurch wird das Leben auf der Erde, wie wir es kennen, erst ermöglicht. Die Konzentration des CO₂ betrug vor der Industrialisierung etwa 280ppm.

Menschliche Einlüsse auf den Kohlenstoffdioxid-Haushalt des Systems Erde

Durch Entwaldung wird die Menge der Pflanzen verringert, die zur Bindung des Kohlenstoffdioxids beitragen können. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe wandelt Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffe durch Verbrennung hauptsächlich in Kohlenstoffdioxid um, welches in die Atmosphäre abgelassen wird. Beide Effekte tragen zu einer Erhöhung der Kohlenstoffdioxidkonzentration auf derzeit (Mai 2020) etwa 415ppm bei.

Hypothese des durch den Menschen verursachten Klimawandels

Nach dieser mit hoher Wahrscheinlichkeit korrekten Hypothese erhöht Kohlenstoffdioxid die Temperatur im System Erde, besonders der Atmosphäre und der Erdoberfläche. Diese Veränderung, die derzeit auch beobachtet wird, wird als Klimawandel bezeichnet.

Daher ist eines der “ Umweltziele“ die Verringerung von Kohlenstoffdioxid-Emissionen durch den Einsatz erneuerbarer Energien und ggf. der Kernenergie. Weiterhin wird versucht, fossile Brennstoffe mit geringeren spezifischen Kohlenstoffdioxidemissionen zu forcieren, also z.B. Kohlekraftwerke durch gasbetriebene GUD-Kraftwerke zu ersetzen.

Ein generelles Problem für die Verifizierung oder Falsifizierung dieser Hypothese besteht darin, dass eine Änderung des Klimas die Beobachtung von Wetterdaten über mehrere Jahrzehnte voraussetzt.

Kohlenstoffdioxid in Ozeanen

Kohlenstoffdioxid spielt auch in den Ozeanen eine bedeutende Rolle. Ozeane nehmen bei einer steigenden Konzentration dieses Gases in der Erdatmosphäre auch mehr Kohlenstoffdioxid auf. Die Kohlenstoffdioxid-Konzentration in den Ozeanen steigt, damit auch der Säuregrad – in anderen Worten: der pH-Wert der Ozeane sinkt dadurch.

Dies hat verschiedene Auswirkungen auf die Lebewesen der Ozeane, so zum Beispiel:
Veränderungen in der Fähigkeit von Algen, Kieselsäureskelette aufzubauen. Auch die Bedingungen für diejenigen Algen, die Photosynthese betreiben, können sich verändern. Algen liefern einen höheren Beitrag zur Umwandlung des Kohlenstoffdioxids in Sauerstoff als die Gesamtheit aller Landpflanzen. Eine Störung der Photosynthesefähigkeit der Algen könnte damit in einer positiven Rückkopplung zu einem schnellen Anstieg der atmosphärischen Kohlenstoffdioxid-Konzentration führen.

Die vielfältigen möglichen Auswirkungen einer in den Ozeanen steigenden Kohlenstoffdioxid-Konzentration sind Gegenstand aktueller Untersuchungen, jdoch noch nicht zuverlässig abzuschätzen.

Veranschaulichung der Kohlenstoffdioxid-Konzentration und ihrer Änderung

Globale Dimension: Die vorindustrielle Kohlenstoffdioxid-Konzentration lag Anfang des 18. Jahrhunderts bei etwa 280 ppmv — ppmv steht für parts per million by volume. In verständlicher Sprache bedeutet dies, dass auf 1 Million Volumenanteile Luft 280 Volumenanteile Kohlenstoffdioxid kommen. Dies ist gleichbedeutend mit

• einem Trinkglas 0.3 Liter voll Kohlenstoffdioxid auf einen Kubikmeter – ein Würfel von 1 x 1 x 1 m³ an Kohlenstoffdioxid oder
• einer etwa 5 Meter hohen Schicht Kohlenstoffdioxid auf der Erdoberfläche, wenn Kohlenstoffdioxid sich nicht mit der Atmosphäre mischen würde.

Die Zunahme der Kohlenstoffdioxid-Konzentration seit etwa 200 Jahren beträgt ca. 100 ml pro Kubikmeter und damit müsste in dem heutigen Bild das 0.3-Liter Trinkglas gegen ein 0.4-Liter Trinkglas ausgetauscht werden.

In dem zweiten Bild entspricht die Zunahme, die aller Wahrscheinlichkeit auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen ist, einer Erhöhung des „Kohlenstoffdioxid-Sees“ um 1.25 Meter auf nunmehr 6.25 Meter.

Veranschaulichung der Kohlenstoffdioxid-Emissionen

Jeder Bundesbürger verursacht im Durchschnitt ca. 10 Tonnen in Deutschland anfallende Kohlenstoffdioxid-Emissionen, wenn man seinen privaten Verbrauch, den Verbrauch durch für ihn existierende öffentliche Einrichtungen und die deutschen Gewerbe- bzw. Industrieunternehmen mitberücksichtigt. 10 Tonnen Kohlenstoffdioxid sind nur schwer vorstellbar — daher ist es sinnvoll, dieses Bild in eine anschauliche Form zu bringen:

• Pro Tag werden im Schnitt knapp 30 Kilogramm Kohlenstoffdioxid freigesetzt.
  Dies entspricht einem Volumen von 15 Kubikmetern. 15 Kubikmeter sind das Volumen eines Kartons, in dem man ein ausgewachsenes Mittelklassefahrzeug gut einpacken könnte. Oder das Volumen eines Badezimmers mit 6 Quadratmetern Grundfläche und 2.5 Meter Deckenhöhe
• Pro Jahr werden im Schnitt 10 000 Kilogramm Kohlenstoffdioxid (=10 Tonnen) emittiert, die ein Volumen von immerhin 5000 Kubikmetern einnehmen!
  Auch hier ein griffiges Bild: Dieses Volumen entspricht einem normal großen Fußballfeld (ca. 100 x 50 Meter), welches mit 1 Meter Kohlenstoffdioxid bedeckt ist.

Gerade das zweite Bild ist sehr beeindruckend. Die natürliche „Höhe“ des Kohlenstoffdioxids (wenn es sich nicht mischen würde) liegt bei etwa 5 Meter. Man stelle sich vor, daß Deutschland seine Kohlenstoffdioxid-Emissionen im Lande behalten müßte. Jeder Bürger „hat“ im Schnitt 4000 Quadratmeter „Deutschland“. Bei der heutigen durchschnittlichen Kohlenstoffdioxid-Emission von 5500 Kubikmetern pro Jahr würden wir jedes Jahr etwa 1.4 Meter draufpacken, hätten also binnen drei Jahren den natürlichen Anteil verdoppelt! Nur die globale Verteilung unserer Kohlenstoffdioxid-Emissionen hat uns vor einer dramatischen Überhöhung der CO₂-Konzentration bewahrt. Deutschland lebt damit, bezogen auf seine eigene Landesfläche, weit über seine Verhältnisse.

Zur Berechnung: Kohlenstoffdioxid hat unter Normalbedingungen eine Dichte von ca. 2 Gramm pro Liter oder 2 Kilogramm pro Liter.

Informationsquellen

• NOAA : Global Monitoring Laboratory : Trends in Atmospheric Carbon Dioxide
  (Aktuelle und historische Werte der atmosphärischen CO2-Konzentration, gemessen in Mauna Loa, Hawaii)