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Wörterbuch

Kohlendioxid

Kohlendioxid ist der Ergebnis vieler natürlichen Prozessen. Alle diese haben einen langzeitigen ausgeglichen Zyklus in der Biosphäre. Aber die Menschen stören diese natürliche Ausgleichung.

  • Kohlenstoffdioxidsenke

    • Kohlendioxid Senken entfernen Kohlenstoff von der Oberfläche der Erde. Bevor Menschen fossiler Brennstoffe zu verbrennen begann, gab es ein langfristiges Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffzufluss aus Vulkanen und Kohlensenke im Meer und anaerobe Prozesse auf dem Land.

      Kohlenstoff ist ständig in Austausch zwischen den anorganischen und organischen Formen. Anorganische Kohlenstoff ist in einer oxidierten Form, die durch die Photosynthese reduziert wird, wenn sie den Lebenszyklus durch den pflanzliche Biomassewachstum eintritt. Daher CO2 reduziert sich zu Glukose (C6H12O6). Als komplexe Kette von Kohlenstoffatome, ist Glukose wesentlich energiereicher als CO2. Es ist dieser Energiespeicher, der lebenden Organismen mit ihrem nötigen Brennstoffe versorgt. Durch die Respiration wird Kohlenstoff durch eine Reihe von Schritten zu das niedrigste Energieniveau, oxidierten anorganischen CO2 zurückgebracht.

      Kohlenstoff in der Erdkruste ist von hauptsächlich biologischen Ursprung, und hat eine Verweilzeit von 2,7 x 105 Jahre. Dieser Kohlenstoff wird hauptsächlich geformt durch die Ablagerungen von lebenden Organismen, die Calciumcarbonat (CaCO3) in ihren Schalen verwendet haben, und bildet Sedimentgesteine, wie Kalkstein, oder andere durch Metamorphismus. Karbonategestein ist im Wesentlichen ein permanentes Reservoir an Kohlenstoff, jedoch eine geringe Menge an Kohlenstoff in die Atmosphäre durch Vulkane freigesetzt wird.

      Unter anaeroben Bedingungen, beispielsweise in Sümpfen, gibt es nicht genügend Sauerstoff verfügbar, um die Kohlenstoff in Detritus (Blätter und toten Organismen) zu oxidieren, so wird Kohlenstoff aus der Oberfläche-Umgebung entfernt, in was als Kohlenstoffspeicher bekannt ist. Es ist dieser Kohlenstoff, der unterirdisch komprimiert und erwärmt wird, um die fossilen Brennstoffe zu bilden: Kohle, Gas und Öl. Dank der anaeroben Land und Ozean Kohlenstoffsenken, hat sich die Erde, ein Gleichgewicht zwischen Sauerstoff und Kohlendioxid durch den Mechanismus des Lebens beibehalten.

      Menschliche Aktivitäten sind derzeit die größte Quelle des Ungleichgewichts zum fein abgestimmten Kohlenstoffkreislauf

      Kohlenstoff als CO2 in die Atmosphäre hat eine kurze Verweilzeit. Im durchschnitt, ein Molekül CO2, das bei der Atmung und Zersetzung freigesetzt ist, wird für nur 3,2 Jahre in der Luft zirkulieren, vor es in den Lebenszyklus durch Fotosynthese zurückkehrt. Die Atmosphäre mischt durch Windanlagen auf etwa der gleichen Zeitskala. Dies bedeutet, dass lokale Variationen in CO2 Konzentrationen erstellt werden können. Es gibt auch natürliche Schwankungen der Zustrom und Fortzüge von Kohlenstoff, aufgrund von Schwankungen in Klima, Wetter und vulkanischer Aktivität.Menschliche Aktivitäten sind derzeit die Hauptursache von Kohlenstoff-Ungleichgewicht im Kohlenstoffkreislauf der Erde, dank die Freisetzung von über 50 Gt Kohlendioxid pro Jahr aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe.

      Schätzungen der Kohlenstoffspeicher

      /Gt (Milliarden Tonnen Kohlenstoff)

      1. Atmosphäre: 800
      2. Biomass: 550
      3. Boden: 2300
      4. Reaktive Sedimenten: 6000
      5. Ozeane Oberfläche: 1000
      6. tiefe Ozean: 37,000
      7. Fossilen-Brennstoffe: 10,000
      Schätzungen der natürlichen Kohlenstoffflüsse

      /Gt (Milliarden Tonnen Kohlenstoff) jährlich

      1. Pflanzenatmung: 60
      2. Fotosynthese: 120
      3. Mikrobielle Zersetzung und Atmung: 60
      4. Luft-Meer Gasaustausch: 90 freigegeben/ 92 aufgenommen
      Estimates of carbon accumulation/sinks

      /Gt (Milliarden Tonnen Kohlenstoff) jährlich

      1. Anthropogene (vor allem die Verbrennung fossiler Brennstoffe) Beiträge zur Atmosphäre: 9
      2. Insgesamt natürliche Atmosphäre Austausch: 5
        1. Net terrestrische Aufnahme: 3
        2. Net Ozean-Aufnahme: 2

      Die Atmosphäre hat eine Netto-4GT pro Jahr Akkumulation von Kohlenstoff durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen und anderen menschlichen Aktivitäten verursacht.

  • CO2-Bilanz

    • Ein CO2-Bilanz [Englisch: carbon footprint] oder Fußabdruck ist historisch definiert als die Gesamtmenge der Treibhausgasemissionen, die durch eine Person, Ereignis, Organisation, oder Produkt verursacht wird, ausgedrückt als Kohlenstoffdioxid-Äquivalent. Der CO2-Äqu. pro Person pro Jahr in Deutschland ist knapp 11 Tonnen (weltweiter Durschschnitt = 6,8 t).

      Definition

      Der Product Carbon Footprint (CO₂-Fußabdruck von Produkten) bezeichnet die Bilanz der Treibhausgasemissionen entlang des gesamten Lebenszyklus eines Produkts in einer definierten Anwendung und bezogen auf eine definierte Nutzeinheit.

      Memorandum 'Product Carbon Footprint' (PCF) von BMU, UBA und Öko-Institut von 2011

        Der Produktlebenszyklus soll die gesamte Wertschöpfungskette umfassen:
      1. Herstellung, Gewinnung und Transport der Rohstoffe und Vorprodukte
      2. Produktion und Distribution
      3. Nutzung, Nachnutzung
      4. Entsorgung/Recycling

      Ein Maß für die Gesamtmenge der Emissionen von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) einer definierten Population, eines Systems oder einer Aktivität unter Berücksichtigung aller relevanten Quellen, Senken und Lagerung innerhalb der räumlichen und zeitlichen Grenze der Bevölkerung, des Systems oder der Tätigkeit von Interesse. Berechnet als Kohlendioxid-Äquivalent unter Verwendung des relevanten 100-jährigen globalen Erwärmungspotentials (GWP100).

      Treibhausgase (THG oder engl. GHG greenhouse gases) können durch Transport, Bodenabfertigung und Produktion und Verbrauch von Nahrungsmitteln, Kraftstoffen, Industriegütern, Materialien, Holz, Straßen, Gebäuden und Dienstleistungen emittiert werden. Zur Vereinfachung der Berichterstattung wird sie häufig in Form der Menge des Kohlendioxids oder seines Äquivalents anderer Treibhausgasemissionen ausgedrückt.

      Kohlenstoff-Bilanzen sind viel spezifischer als ökologische Fußabdrücke, da sie direkte Emissionen von Gasen messen, die den Klimawandel in die Atmosphäre auslösen. Die wichtigsten Einflüsse auf die CO2-Bilanz sind die Bevölkerung, die Wirtschaftsleistung und die Energie- und Kohlenstoffintensität der Wirtschaft. Diese Faktoren sind die Hauptziele von Einzelpersonen und Unternehmen, um Kohlenstoffabdrücke zu verringern.

      Carbon Footprints können durch die Entwicklung alternativer Projekte wie Solar- und Windenergie, die umweltfreundliche, erneuerbare Ressourcen oder Wiederaufforstungen sind, die Wiederauffüllung bestehender Wälder oder bewaldeter Flächen verringert werden. Diese Beispiele werden als "Carbon Offset" bezeichnet, die Gegenwirkung von Kohlendioxidemissionen mit einer äquivalenten Reduktion von Kohlendioxid in der Atmosphäre.

      Der durchschnittliche US-Haushalt CO2-Fußabdruck ist etwa 50 Tonnen CO2e pro Jahr.

      Energie-Kohlenstoffabdrücke

      Elektrizität ist für rund 37% der Kohlendioxid-Emissionen verantwortlich.

      Kohle ist der schmutzigste Treibstoff im gewöhnlichen Gebrauch für Elektrizität und für jedes Megajoule der erzeugten Wärmeenergie ca. 91 g (CO2e)/MJth von Steinkohle (Anthrazit), oder ca. 94 g(CO2e)/MJth für Braunkohle. Dies entspricht ca. 900 g(CO2e)/kW⋅he erzeugter Strom für Steinkohle. Braunkohle emittiert ca. 900 g(CO2e)/kW⋅he erzeugter Strom.

      Norme

      ISO 14067: Bilanzierung des CO₂-Fußabdrucks von Produkten.

      In Großbritannien wurde 2008 eine von BSI (British Standards Institute) erarbeitete Standardisierung der Methodik des CO₂-Fußabdrucks von Produkten mit dem britischen Standard 'PAS 2050:2008' abgeschlossen.

      Beispiele

      Rindfleisch: ca. 13 kg CO₂-eq pro Kilo (variiert je nach Transport, Lagerung und Zubereitungsart)

      Kartoffeln: ca. 600g CO₂-eq pro Kilo

      Waschmittel: 600-850g CO₂-eq pro Wäsche.

      Orangensaft: 880-1440g CO₂-eq pro Liter.

      Leuchtmittel: 60W Glühbirne = 34kg CO₂-eq pro 1000 St. Gebrauch; 11W Kompaktleuchtstofflampe = 6,5kg CO₂-eq pro 1000 St. Gebrauch;

  • Kohlendioxid

    • Kohlendioxid CO2 ist ein Treibhausgas, und damit eine der Hauptursachen der anthropogenen globalen Erwärmung.

      Kohlendioxid-Quelle

      Fossile Brennstoffe: 34% Stromerzeugung, 3% Straßenfahrzeuge, 14% Gebäudeheizung, 28% Industrie und Gewerbe

      Reichweite

      Global

      Auswirkungen

      Hauptursache für den Treibhauseffekt, der für die beobachtete globale Erwärmung und den Klimawandel verantwortlich ist. Kohlendioxid ist eine der mindestens acht Gase durch menschliche Aktivitäten freigesetzt, die die atmosphärischen Eigenschaften ändern, wie zum Beispiel das Rückhaltung infraroter Wärmestrahlung in der Troposphäre.

      Gegenmaßnahmen

      Vorgeschlagener Übergang von der ineffizienten, auf Basis von fossilen Brennstoffen, zu einer effizienteren und Erneuerbarenergie-basierten, Wirtschaft. Insbesondere, Industrie und Stromerzeugung unterliegen Beschränkungen, und das Kyoto-Protokoll sieht vor, dem Finanzinstrument von Emissionsgutschriften (IET Markt), die einen Preis für Kohlenstoff-Emissionen setzt, nach dem Verursacherprinzip.

      Aussichten

      Globale CO2 Emissionen sind weiter gestiegen, trotz der zunehmenden Beweise für globale Erwärmung. Die USA hat das Kyoto-Protokoll nicht ratifiziert, mit Folgen auf seine Wirksamkeit. Die Entwicklungsländer haben als Resultat wenige Motivation Clean Technology statt schmutzigen zu importieren.

      Es gibt Hinweise darauf, dass das politische Bewusstsein kann noch bewirken die weit verbreitete Annahme von bestehenden und neuen Technologien. Gegen diesen positiven Trend kommt die sehr schmutzige Praxis der Schieferölforderung.

      Ressourcen

      The Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC)

      Das Kohlendioxid Information Analysis Center (CDIAC), das an der Oak Ridge National Laboratory (ORNL) der US-Department of Energy (DOE) befindet, ist das primäre Klimawandel- und Informations-Datenanalysezentrum für den US-DOE.

  • Kohlenstoff

    • Kohlenstoff ist die Grundlage allen Lebens. Moleküle, die Kohlenstoff als Grundlage oder Kohlenstoff in einer Kette oder Polymere enthalten, werden organische Moleküle genannt.

      Kohlenstoff ist wesentlich für das Leben auf dem Planeten, und strömt in einem Kreislauf durch die Biosphäre und die Lithosphäre. Kohlenstoff tritt durch die Photosynthese in den Lebenszyklus. Dabei absorbieren Pflanzen CO2, vereinen es, mithilfe der Sonnenenergie, mit Wasser und produzieren auf diese Weise Zellulose (C6H12O5)n. Das große Molekül wird dann in Zucker (Glucose C6H12O6) und somit in Aminosäuren, Proteine und andere Substanzen umgewandelt, die Organismen aufbauen.

      Der Haupttransportweg von Kohlenstoff ist die Atmosphäre. Im Schnitt gibt es etwa 300 Teile pro Million von CO2 in der Atmosphäre (0,3%). Das ist in der Tat nicht sehr viel. Für jedes Kohlendioxidmolekül im Umlauf in der Atmosphäre gibt es im Durchschnitt 70 Sauerstoffmoleküle bzw. 240 Stickstoffmoleküle!

      GISS images

      Wenn aber Kohlenstoff in so geringen Mengen in der Atmosphäre vorhanden und gleichzeitig so wesentlich für das Leben ist, könnte man glauben, dass Probleme entstehen, wenn es zu wenig anstatt zu viel Kohlenstoff gibt.

      Das Problem liegt allerdings bei den fossilen Brennstoffen. Obwohl es ein grobes Gleichgewicht zwischen der Pflanzentranspiration (Konvertierung von atmosphärischem Kohlenstoff in Zellulose) und die Retournierung von Kohlenstoff in die Atmosphäre als CO2 (Respiration, Zerfall, Verbrennung), gibt es auch das große Bild: den Kohlenstoffkreislauf. Kohlenstoff geht aus der Biosphäre "verloren", wenn Torf unter die Erde gelangt oder wenn Organismen sterben und zum Teil des Meersediments werden. Umgekehrt gelangt Kohlenstoff durch den Zerfall von Karbonatgestein, das zu Magma wird und aus den Vulkanen ausgeworfen wird, wieder in die Atmosphäre.

      Diese Lithosphäre unterirdischer Quellen von Kohlenstoff sollte auch langfristig in einem Gleichgewicht bleiben. Fossile Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas) sind Mittelstufen von Kohlenstoff in sogenannten "Sinks": d.H. in Senkungen, in denen tote, organische Substanzen unter dem Gewicht der Erde tief in der Kruste gedrückt wurden. Dieser Kohlenstoff ist viele Millionen Jahre alt und sollte noch lange Zeit außerhalb der Atmosphäre bleiben.

      Solar and Earth radiation spectra

      Seit dem Beginn der industriellen Revolution haben Menschen immer mehr Kohle verbrannt, während Kraftfahrzeuge Millionen Tonnen von Öl im Jahr konsumierten. Dadurch gelangte sehr viel Kohlenstoff viel zu früh in die Biosphäre zurück und verursachte dabei einen starken Anstieg an CO2 in der Atmosphäre. Tatsächlich gibt es anstelle von 0,3% nun 0,4% CO2-Konzentration in der Troposphäre, d.h. in unteren 15 km der Atmosphäre.

      Dieser Überschuß an Kohlenstoff legt sich wie eine Wolldecke um die Erde: Die einfallende Sonnenstrahlung hat eine kürzere Wellenlänge als Wärmestrahlung. Das bedeutet, dass der größte Teil der Sonnenstrahlung durch die Atmosphäre gelangt, um von der Erdoberfläche absorbiert zu werden, die dadurch erwärmt wird. Die Erde strahlt diese Energie dann mit einer längeren Wellenlänge im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums zurück. CO2, Methan und Wasser in der Atmosphäre können diesen längeren Wellenlängen absorbieren, sodass die Energie in der Atmosphäre eingefangen wird. Anstatt die Energie der Sonnenstrahlung jeden Tag im richtigen Verhältnis zurück in den Weltraum zu strahlen, behält die Erde mehr und mehr davon, und erwärmt dadurch den Erdboden, das Meer und die Atmosphäre.

      Kohlendioxid ist das Treibhausgas, das am meisten durch menschliche Aktivitäten erzeugt wird. Deshalb ist Kohlenstoff der Hauptakteur im Klimawandel und die einzige Lösung, die Verwendung fossiler Brennstoffe zu beenden. Die prozentualen Reduktionen, die auf der Pariser Konferenz, Dezember 2015, im Kyoto-Protokoll 1997, und von der UNFCCC 1992, diskutiert worden waren, sind politische Ziele. Es gibt allerdings keinen "sicheren Wert" von überschüssigen Kohlenstoff-Emissionen, bei dem man sicher sein kann, dass keine unumkehrbare Veränderung der Biosphäre verursacht wird.

      Als großes Säugetiere, genießen wir eine temporäre Nische in einem dynamischen System. Änderungen der Ausgangsbedingungen sind nicht von Vorteil für uns.