Treibhauspotenzial - Global warming potential

Treibhauspotential ( GWP ) die Wärme durch jedes absorbierte Treibhausgas in der Atmosphäre , als ein Vielfaches der Wärme , die von der gleichen absorbiert würde Masse von Kohlendioxid ( CO
2
). GWP ist 1 für CO
2
. Bei anderen Gasen hängt es vom Gas und dem Zeitrahmen ab.

Kohlendioxidäquivalent ( CO
2
e oder CO
2
eq oder CO
2
-e) wird aus GWP berechnet. Es kann in Gewicht oder Konzentration gemessen werden . Für jede beliebige Gasmenge ist es die Menge an CO
2
die die Erde so stark erwärmen würde wie diese Menge dieses Gases. Damit bietet es eine gemeinsame Skala zur Messung der Klimawirkungen verschiedener Gase. Es wird als GWP mal Menge des anderen Gases berechnet. Wenn ein Gas beispielsweise ein GWP von 100 hat, haben zwei Tonnen des Gases CO
2
e von 200 Tonnen, und 1 Teil pro Million des Gases in der Atmosphäre hat CO
2
e von 100 Teilen pro Million.

Werte

Kohlendioxid ist die Referenz. Es hat ein GWP von 1 unabhängig vom verwendeten Zeitraum. CO
2
-Emissionen führen zu einem Anstieg der atmosphärischen CO .- Konzentration
2
das wird tausende von jahren halten. Schätzungen der GWP-Werte über 20, 100 und 500 Jahre werden regelmäßig in Berichten des Weltklimarats zusammengestellt und überarbeitet :

  • SAR (1995)
  • TAR (2001)
  • AR4 (2007)
  • AR5 (2013)
  • AR6 (2021)

Obwohl neuere Berichte mehr wissenschaftliche Genauigkeit widerspiegeln, verwenden Länder und Unternehmen weiterhin SAR- und AR4-Werte zu Vergleichszwecken in ihren Emissionsberichten. AR5 hat 500-Jahres-Werte übersprungen, aber GWP-Schätzungen einschließlich der Klima-Kohlenstoff-Rückkopplung (f) mit großer Unsicherheit eingeführt.

GWP-Werte und Lebensdauern Lebensdauer
(Jahre)
Treibhauspotenzial, GWP
20 Jahre 100 Jahre 500 Jahre
Methan CH
4
12,4 56
72
84 / 86f
96
21
25
28 / 34f
32
39f (biogen)
40f (fossil)
6,5
7,6
Distickstoffmonoxid ( N
2
O
)
121,0 280
289
264 / 268f
310
298
265 / 298f
170
153
HFC-134a ( Fluorkohlenwasserstoff ) 13,4 3710 / 3790f 1300 / 1550f 435
FCKW-11 ( Fluorchlorkohlenwasserstoff ) 45.0 6900 / 7020f 4660 / 5350f 1620
Tetrafluorkohlenstoff (CF 4 / PFC-14) 50.000 4880 / 4950f 6630 / 7350f 11.200
HFC-23 ( Fluorkohlenwasserstoff ) 222 12.000
10.800
14.800
12.400
12.200
Schwefelhexafluorid SF
6
3.200 16.300
17.500
22.800
23.500
32.600
Wasserstoff (H 2 ) 4–7 N / A 4.3 N / A

Der IPCC listet viele weitere hier nicht aufgeführte Stoffe auf. Einige haben ein hohes GWP, aber nur eine geringe Konzentration in der Atmosphäre. Die Gesamtwirkung aller fluorierten Gase wird auf 3 % aller Treibhausgasemissionen geschätzt.

Die in der Tabelle angegebenen Werte gehen davon aus, dass die gleiche Masse der Verbindung analysiert wird; aus der Umwandlung eines Stoffes in einen anderen ergeben sich unterschiedliche Verhältnisse. Zum Beispiel verbrennen Methan würde zu Kohlendioxid den Treibhauseffekt reduzieren, sondern um einen kleineren Faktor als 25: 1 , da die Masse an Methan verbrannt geringer ist als die Masse an Kohlendioxid freigesetzt (Verhältnis 1: 2,74). Wenn Sie mit 1 Tonne Methan mit einem GWP von 25 beginnen, haben Sie nach der Verbrennung 2,74 Tonnen CO
2
, von denen jede Tonne ein GWP von 1 hat. Dies ist eine Nettoreduktion von 22,26 Tonnen GWP, was den Effekt der globalen Erwärmung um ein Verhältnis von 25:2,74 (ca. 9-mal) verringert.

Verwendung im Kyoto-Protokoll und UNFCCC

Im Rahmen des Kyoto-Protokolls vereinheitlichte die Vertragsstaatenkonferenz 1997 die internationale Berichterstattung, indem sie beschloss (Beschluss 2/CP.3), dass die für den IPCC Second Assessment Report berechneten Werte des GWP zur Umrechnung der verschiedenen Treibhausgasemissionen in vergleichbares CO
2
Äquivalente.

Nach einigen Zwischenaktualisierungen wurde dieser Standard 2013 von der Warschauer Tagung des UN-Rahmenübereinkommens über Klimaänderungen (UNFCCC, Entscheidung 24/CP.19) aktualisiert, um die Verwendung eines neuen Satzes von 100-Jahres-GWP-Werten zu verlangen. Sie veröffentlichten diese Werte in Anhang III und entnahmen sie dem 2007 veröffentlichten 4. Sachstandsbericht des Weltklimarats.

Diese Schätzungen von 2007 werden noch bis 2020 für internationale Vergleiche verwendet, obwohl die neueste Forschung zu Erwärmungseffekten andere Werte gefunden hat, wie in der obigen Tabelle gezeigt.

Treibhausgas Chemische Formel 100-jährige Treibhauspotenziale
(Schätzungen von 2007, für Vergleiche 2013-2020)
Kohlendioxid CO 2 1 0
Methan CH 4 25 0
Lachgas N 2 O 298 0
Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW)
HFC-23 CHF 3 14800 0
Difluormethan (HFC-32) CH 2 F 2 675 0
Fluormethan (HFC-41) CH 3 F 92 0
HFC-43-10mee CF 3 CHFCHFCF 2 CF 3 1640 0
Pentafluorethan (HFC-125) C 2 HF 5 3500 0
HFC-134 C 2 H 2 F 4 (CHF 2 CHF 2 ) 1100 0
1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a) C 2 H 2 F 4 (CH 2 FCF 3 ) 1430 0
HFC-143 C 2 H 3 F 3 (CHF 2 CH 2 F) 353 0
1,1,1-Trifluorethan (HFC-143a) C 2 H 3 F 3 (CF 3 CH 3 ) 4470 0
HFC-152 CH 2 FCH 2 F 53 0
HFKW-152a C 2 H 4 F 2 (CH 3 CHF 2 ) 124 0
HFC-161 CH 3 CH 2 F 12 0
1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan (HFC-227ea) C 3 HF7 3220 0
HFC-236cb CH 2 FCF 2 CF 3 1340 0
HFC-236ea CHF 2 CHFCF 3 1370 0
HFC-236fa C 3 H 2 F 6 9810 0
HFC-245ca C 3 H 3 F 5 693 0
HFC-245fa CHF 2 CH 2 CF 3 1030 0
HFC-365mfc CH 3 CF 2 CH 2 CF 3 794 0
Perfluorierte Kohlenwasserstoffe
Kohlenstofftetrafluorid – PFC-14 CF 4 7390 0
Hexafluorethan – PFC-116 C 2 F 6 12200 0
Octafluorpropan – PFC-218 C 3 F 8 8830 0
Perfluorbutan – PFC-3-1-10 C 4 F 10 8860 0
Octafluorcyclobutan – PFC-318 cC 4 F 8 10300 0
Perfluorpentan – PFC-4-1-12 C 5 F 12 9160 0
Perfluorhexan – PFC-5-1-14 C 6 F 14 9300 0
Perfluordecalin – PFC-9-1-18b C 10 F 18 7500 0
Perfluorcyclopropan cC 3 F 6 17340 0
Schwefelhexafluorid (SF 6 )
Schwefelhexafluorid SF 6 22800 0
Stickstofftrifluorid (NF 3 )
Stickstofftrifluorid NF 3 17200 0
Fluorierte Ether
HFE-125 CHF 2 OCF 3 14900 0
Bis(difluormethyl)ether (HFE-134) CHF 2 OCHF 2 6320 0
HFE-143a CH 3 OCF 3 756 0
HCFE-235da2 CHF 2 OCHClCF 3 350 0
HFE-245cb2 CH 3 OCF 2 CF 3 708 0
HFE-245fa2 CHF 2 OCH 2 CF 3 659 0
HFE-254cb2 CH 3 OCF 2 CHF 2 359 0
HFE-347mcc3 CH 3 OCF 2 CF 2 CF 3 575 0
HFE-347pcf2 CHF 2 CF 2 OCH 2 CF 3 580 0
HFE-356pcc3 CH 3 OCF 2 CF 2 CHF 2 110 0
HFE-449sl (HFE-7100) C 4 F9OCH 3 297 0
HFE-569sf2 (HFE-7200) C 4 F9OC 2 H 5 59 0
HFE-43-10pccc124 (H-Galden 1040x) CHF 2 OKF 2 OK 2 F 4 OCHF 2 1870 0
HFE-236ca12 (HG-10) CHF 2 OKF 2 OCHF 2 2800 0
HFE-338pcc13 (HG-01) CHF 2 OCF 2 CF 2 OCHF 2 1500 0
(CF 3 ) 2 CFOCH 3 343 0
CF 3 CF 2 CH 2 OH 42 0
(CF 3 ) 2 CHOH 195 0
HFE-227ea CF 3 CHFOCF 3 1540 0
HFE-236ea2 CHF 2 OCHFCF 3 989 0
HFE-236fa CF 3 CH 2 OCF 3 487 0
HFE-245fa1 CHF 2 CH 2 OCF 3 286 0
HFE-263fb2 CF 3 CH 2 OCH 3 11 0
HFE-329mcc2 CHF 2 CF 2 OCF 2 CF 3 919 0
HFE-338mcf2 CF 3 CH 2 OCF 2 CF 3 552 0
HFE-347mcf2 CHF 2 CH 2 OCF 2 CF 3 374 0
HFE-356mec3 CH 3 OCF 2 CHFCF 3 101 0
HFE-356pcf2 CHF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 265 0
HFE-356pcf3 CHF 2 OCH 2 CF 2 CHF 2 502 0
HFE-365mcfIch werde t3 CF 3 CF 2 CH 2 OCH 3 11 0
HFE-374pc2 CHF 2 CF 2 OCH 2 CH 3 557 0
– (CF 2 ) 4 CH (OH) – 73 0
(CF 3 ) 2 CHOCHF 2 380 0
(CF 3 ) 2 CHOCH 3 27 0
Perfluorpolyether
PFPMIE CF 3 OCF(CF 3 )CF 2 OCF 2 OCF 3 10300 0
Trifluormethylschwefelpentafluorid (SF 5 CF 3 )
Trifluormethylschwefelpentafluorid SF 5 CF 3 17 0

Bedeutung des Zeithorizonts

Das GWP eines Stoffes hängt von der Anzahl der Jahre (gekennzeichnet durch einen Index) ab, über die das Potenzial berechnet wird. Ein Gas, das schnell aus der Atmosphäre entfernt wird, kann zunächst eine große Wirkung haben, aber für längere Zeiträume verliert es an Bedeutung, wenn es entfernt wird. So hat Methan ein Potenzial von 34 über 100 Jahre (GWP 100 = 34), aber 86 über 20 Jahre (GWP 20 = 86); umgekehrt hat Schwefelhexafluorid ein GWP von 22.800 über 100 Jahre, aber 16.300 über 20 Jahre (IPCC Third Assessment Report). Der GWP-Wert hängt davon ab, wie die Gaskonzentration in der Atmosphäre mit der Zeit abnimmt. Dies ist oft nicht genau bekannt und daher sollten die Werte nicht als genau angesehen werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, bei der Angabe eines GWP einen Hinweis auf die Berechnung anzugeben.

Das GWP für ein Gasgemisch ergibt sich aus dem nach Massenanteilen gewichteten Durchschnitt der GWPs der einzelnen Gase.

Üblicherweise wird von den Aufsichtsbehörden ein Zeithorizont von 100 Jahren verwendet.

Wasserdampf

Wasserdampf ist eines der wichtigsten Treibhausgase , aber einige Probleme verhindern eine direkte Berechnung des GWP. Es hat ein tiefgreifendes Infrarot-Absorptionsspektrum mit mehr und breiteren Absorptionsbanden als CO
2
und absorbiert auch Strahlungsmengen ungleich null in seinen schwach absorbierenden Spektralbereichen. Als nächstes hängt seine Konzentration in der Atmosphäre von der Lufttemperatur und der Wasserverfügbarkeit ab; Bei einer globalen Durchschnittstemperatur von ~16 °C wird beispielsweise eine durchschnittliche Luftfeuchtigkeit von ~18.000 ppm auf Meereshöhe erzeugt ( CO
2
ist ~400ppm und somit Konzentrationen von [H 2 O]/[ CO
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] ~ 45x). Im Gegensatz zu anderen Treibhausgasen zerfällt Wasserdampf in der Umwelt nicht, daher muss anstelle des zeitabhängigen Zerfalls von künstlichem oder überschüssigem CO
2
Moleküle. Andere Probleme, die seine Berechnung erschweren, sind die Temperaturverteilung der Erde und die unterschiedlichen Landmassen auf der Nord- und Südhalbkugel.

Kritik und andere Kennzahlen

Das globale Temperaturänderungspotential (GTP) ist eine weitere Möglichkeit, Gase zu vergleichen. Während GWP die absorbierte Wärme schätzt, schätzt GTP den resultierenden Anstieg der durchschnittlichen Oberflächentemperatur der Welt in den nächsten 20, 50 oder 100 Jahren, verursacht durch ein Treibhausgas, relativ zum Temperaturanstieg, den die gleiche Masse an CO
2
würde dazu führen. Die Berechnung des GTP erfordert die Modellierung, wie die Welt, insbesondere die Ozeane, Wärme aufnehmen. GTP wird in denselben IPCC-Tabellen wie GWP veröffentlicht.

GWP* wurde vorgeschlagen, um kurzlebige Klimaschadstoffe (SLCP) wie Methan besser zu berücksichtigen, indem eine Änderung der Emissionen von SLCPs auf eine feste Menge CO . bezogen wird
2
.

Berechnung des Treibhauspotenzials

Das GWP hängt von folgenden Faktoren ab:

Ein hohes GWP korreliert mit einer großen Infrarotabsorption und einer langen atmosphärischen Lebensdauer. Die Abhängigkeit des GWP von der Absorptionswellenlänge ist komplizierter. Selbst wenn ein Gas Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge effizient absorbiert, hat dies möglicherweise keinen großen Einfluss auf sein GWP, wenn die Atmosphäre bereits die meiste Strahlung bei dieser Wellenlänge absorbiert. Ein Gas hat die größte Wirkung, wenn es in einem "Fenster" von Wellenlängen absorbiert, in dem die Atmosphäre ziemlich transparent ist. Die Abhängigkeit des GWP als Funktion der Wellenlänge wurde empirisch ermittelt und als Graph veröffentlicht.

Da das GWP eines Treibhausgases direkt von seinem Infrarotspektrum abhängt, ist der Einsatz der Infrarotspektroskopie zur Untersuchung von Treibhausgasen von zentraler Bedeutung, um die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf den globalen Klimawandel zu verstehen .

Genauso wie der Strahlungsantrieb ein vereinfachtes Mittel zum Vergleich der verschiedenen Faktoren bietet, von denen angenommen wird, dass sie das Klimasystem beeinflussen, sind die Treibhauspotenziale (Global Warming Potentials, GWPs) eine Art von vereinfachten Indizes, die auf Strahlungseigenschaften basieren und verwendet werden können, um die potenzielle Zukunft abzuschätzen Auswirkungen von Emissionen verschiedener Gase auf das Klimasystem im relativen Sinne. Das GWP basiert auf einer Reihe von Faktoren, einschließlich der Strahlungseffizienz (Infrarot-Absorptionsfähigkeit) jedes Gases im Verhältnis zu der von Kohlendioxid sowie der Zerfallsrate jedes Gases (die Menge, die über eine bestimmte Anzahl von aus der Atmosphäre entfernt wird). Jahre) im Vergleich zu Kohlendioxid.

Die Strahlungsantriebskapazität (RF) ist die Energiemenge pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit, die vom Treibhausgas absorbiert wird und ansonsten in den Weltraum verloren gehen würde. Sie lässt sich durch die Formel ausdrücken:

wobei der Index i ein Intervall von 10 inversen Zentimetern darstellt . Abs i repräsentiert die integrierte Infrarotabsorption der Probe in diesem Intervall, und F i repräsentiert die RF für dieses Intervall.

Der Weltklimarat (IPCC) liefert die allgemein anerkannten Werte für das GWP, die sich zwischen 1996 und 2001 leicht verändert haben. Eine genaue Definition der Berechnung des GWP findet sich im Dritten Sachstandsbericht 2001 des IPCC. Das GWP ist definiert als das Verhältnis des zeitintegrierten Strahlungsantriebs aus der augenblicklichen Freisetzung von 1 kg Spurenstoff zu 1 kg Referenzgas:

wobei TH der Zeithorizont ist, über den die Berechnung betrachtet wird; a x ist die Strahlungseffizienz aufgrund einer Zunahme der atmosphärischen Häufigkeit des Stoffes um eine Einheit (dh Wm −2 kg −1 ) und [x(t)] ist der zeitabhängige Häufigkeitsabfall der Substanz nach einer sofortigen Freisetzung von es zum Zeitpunkt t=0. Der Nenner enthält die entsprechenden Größen für das Referenzgas (dh CO
2
). Die Strahlungseffizienzen a x und a r sind nicht notwendigerweise über die Zeit konstant. Während die Absorption von Infrarotstrahlung durch viele Treibhausgase linear mit ihrer Häufigkeit variiert, zeigen einige wichtige ein nichtlineares Verhalten für aktuelle und wahrscheinliche zukünftige Häufigkeiten (z. B. CO
2
, CH 4 und N 2 O). Für diese Gase wird der relative Strahlungsantrieb von der Häufigkeit und damit vom angenommenen zukünftigen Szenario abhängen.

Da alle GWP-Berechnungen ein Vergleich mit CO
2
die nichtlinear ist, sind alle GWP-Werte betroffen. Eine andere Annahme, wie oben beschrieben, führt zu niedrigeren GWPs für andere Gase, als dies bei einem detaillierteren Ansatz der Fall wäre. Dies klären und gleichzeitig CO . erhöhen
2
hat mit steigender ppm-Konzentration immer weniger Einfluss auf die Strahlungsabsorption, stärkere Treibhausgase wie Methan und Lachgas haben andere thermische Absorptionsfrequenzen als CO
2
die nicht so stark aufgefüllt (gesättigt) sind wie CO
2
, daher sind steigende ppm dieser Gase weitaus bedeutsamer.

Kohlendioxid-Äquivalent

Kohlendioxidäquivalent ( CO
2
e oder CO
2
eq oder CO
2
-e) wird aus GWP berechnet. Es kann in Gewicht oder Konzentration gemessen werden. Für jede beliebige Gasmenge ist es die Menge an CO
2
die die Erde so stark erwärmen würde wie diese Menge dieses Gases. Damit bietet es eine gemeinsame Skala zur Messung der Klimawirkungen verschiedener Gase. Es wird als GWP mal Menge des anderen Gases berechnet.

Als Gewicht CO
2
e ist das Gewicht von CO
2
das die Erde so stark erwärmen würde wie ein bestimmtes Gewicht eines anderen Gases; es wird als GWP mal Gewicht des anderen Gases berechnet. Wenn ein Gas beispielsweise ein GWP von 100 hat, haben zwei Tonnen des Gases CO
2
e von 200 Tonnen, und 9 Tonnen des Gases haben CO
2
e von 900 Tonnen.

Als Konzentration CO
2
e ist die Konzentration von CO
2
die die Erde so stark erwärmen würden wie eine bestimmte Konzentration eines anderen Gases oder aller Gase und Aerosole in der Atmosphäre; es wird als GWP mal Konzentration des anderen Gases/der anderen Gase berechnet. Zum Beispiel CO
2
e von 500 ppm würde eine Mischung aus atmosphärischen Gasen widerspiegeln, die die Erde bis zu 500 ppm CO . erwärmen
2
würde es erwärmen.

CO
2
Die Berechnungen hängen von der gewählten Zeitskala ab, typischerweise 100 Jahre oder 20 Jahre, da Gase mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in der Atmosphäre zerfallen oder auf natürliche Weise absorbiert werden.

Die folgenden Einheiten werden häufig verwendet:

  • Durch die UN - Klimaplatte ( IPCC ): Milliarden Tonnen = n × 10 9 Tonnen von CO
    2
    Äquivalent (Gt CO
    2
    Äq)
  • In der Industrie: Millionen Tonnen Kohlendioxidäquivalente (MMTCDE) und MMT CO
    2
    Gl.
  • Für Fahrzeuge: Gramm Kohlendioxidäquivalent pro Meile (g CO
    2
    e/Meile) oder pro Kilometer (g CO
    2
    e/km)

Die obige Tabelle zeigt beispielsweise das GWP für Methan über 20 Jahre mit 86 und Lachgas mit 289, so dass Emissionen von 1 Million Tonnen Methan bzw. Lachgas Emissionen von 86 bzw. 289 Millionen Tonnen Kohlendioxid entsprechen.

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Quellen

IPCC-Berichte

Andere Quellen

Externe Links

Literaturverzeichnis