Der Vergleich verschiedener Faktoren, die unser Klima beeinflussen können, ist eine knifflige und trotzdem sehr wichtige Sache. Welchen Einfluss hat eine bestimmte Menge an Sulfat-Aerosolen im Vergleich zu einer bestimmten Erhöhung der Sonnenaktivität, oder eine bestimmte Erhöhung des Kohlendioxids im Vergleich zum troposphärischen Ozon?

Die Klimaforscher haben dieses Problem “gelöst”, indem sie sich immer auf eine Abrechnungsgröße beziehen, den so genannten Strahlungsantrieb oder “Radiative forcing”. Dieses Radiative Forcing (RF oder Neudeutsch Strahlungsforcing) ist vom IPCC definiert als “Änderung der Energiebilanz am Atmosphärenoberrand pro Fläche” und wird somit in Watt/m2 angegeben. Soweit so gut.

Wie ich hier und hier bereits erklärt habe, ist das RF der verschiedenen Treibhausgase (genauer der anthropogen verursachten Änderung ihrer Konzentration) eine sehr gut verstandene Sache, die allerdings trotzdem einiges an Rechnungen benötigt. Man muss die Absorptionslinien der verschiedenen Gase exakt kennen (einige abertausende) und den Transport der infraroten Wärmestrahlung von der Erdoberfläche an höheren und kälteren Schichten Linie für Linie berechnen, immer unter Einbeziehung möglicher Interferenzen mit den Spektrallinien anderer Gase. Tut man das dann so genau wie möglich kommt man beim CO2 auf ungefähr 1.6W/m2 und beim Methan auf 0.5W/m2 Radiative Forcing im Vergleich zur vorindustriellen Konzentration dieser beiden Gase.

Diese RF-Werte sind natürlich die Konsequenz des Konzentrationsanstiegs beider Gase - vor allem seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts

Beim CO2 von 280ppm (ppm= parts per million) auf heute ca 380ppm (also ca. 30 Prozent) und beim Methan von ca 770ppb (parts per billion) auf heute 1770ppb (also ca. 130 Prozent). Die Änderung des Methans ist mit 1000ppb=1ppm also zwei Größenordnungen kleiner als die des CO2 und doch macht das Methan allein praktisch 1/3 des Radiative forcings des CO2 aus.

Wie kommt das? Beide Gase zeigen ein sehr unterschiedliches Verhalten, wenn sie erstmal in der Atmosphäre sind. CO2 ist das entscheidende “Nahrungsmittel” aller Pflanzen, es wird von ihnen absorbiert und in organisches Material verwandelt, was teilweise erst nach sehr sehr langer Zeit verrotet und wieder als CO2 in der Atmosphäre auftaucht. Es wird außerdem vom Ozean absorbiert und ist dort teil des ozeanischen Carbonatzyklus, dessen typische Zeitskala hunderte bis tausende von Jahren beträgt. Methan andererseits wird hauptsächlich durch photochemische Reaktionen mit den so genannten OH-Radikalen in Wasser und CO2 umgeformt (d.h. am Ende ist praktisch alles Methan oxidiert und endet als CO2 im Kohlenstoffzyklus). Diese Reaktionen finden hauptsächlich in der Stratosphäre statt und die Verweildauer des Methan in der Atmosphäre wird mit ca. 13 Jahren angegeben.

Was sind die Konsequenzen dieses so unterschiedlichen Strahlungsverhaltens der beiden Gase und ihrer unterschiedlichen Verweildauer? Ein sehr interessanter Artikel in La Recherche (dem französischen Spektrum der Wissenschaft, wenn man so will) von Benjamin Dessus, Bernard Laponche und Hervé Le Treut macht auf einige überraschende Punkte beim Vergleich des Kohlendioxids und des Methans aufmerksam. Wenn diese Punkte auch rein naturwissenschaftlicher Natur sind, so liegen doch einige politisch/ökonomische Schlussfolgerungen nahe.

Doch langsam und von vorne. Zuerst einmal zurück zu der Frage warum ist das Methan beim Strahlungsforcing eigentlich so viel wichtiger als das CO2?
Figur 1: Ausgehende Infrarot Strahlung der Erde nach David Archers Buch: Global Warming, Understanding the Forecast.

Antwort gibt Figur 1, welches das berechnete ausgehende Infrarot Spektrum der Erde zeigt. Offensichtlich gilt es zwei Faktoren zu berücksichtigen:

1) Je mehr ein Treibhausgas nahe dem Strahlungsmaximum der Erde zwischen ca. 400 und 800 Zyklen pro cm absorbiert, umso effektiver kann es den Wärmeverlust der Erde eindämmen. CO2 hat hier ein klares Plus gegenüber dem Methan, welches eher am Rande des Spektrums aktiv ist.

2) Je höher die Konzentration eines Gases bereits ist oder je höher die Konzentration von Gasen ist, die im gleichen Spektralbereich absorbieren, umso weniger wird eine weiter Erhöhung noch ausrichten. Man spricht davon, dass ein Spektralbereich gesättigt ist.

Tatsächlich stellt sich heraus, dass der zweite Faktor der entscheidende ist. Hier hat das Methan klar die Nase vorne. Außer dem ebenfalls nur in geringen Mengen vorliegende Lachgas (N2O) gibt es im Methanspektrum keine Konkurrenz. Jede kleine Erhöhung des Methan haut voll rein und verändert stark die in diesem Bereich noch emittierte Wärmestrahlung. Mit den im dritten IPCC Bericht angegebenen Faustformeln (Tabelle 6.2, Seite 358 im TAR des IPCC) um das instantane Strahlungsforcing der verschiedenen Gase zu berechnen, komme ich auf ein Forcing des Methans, welches ca 90 Mal wichtiger ist als das des CO2. Oder anders ausgedrückt, im Moment der Emission ist ein Kilo Methan so strahlungsaktiv wie 90 Kilo CO2.

Was aber passiert im Laufe der Zeit?

Schließlich wird ja das Methan doch wesentlich schneller abgebaut als das CO2. Wie kann man das CO2 und das Methan im Laufe der Jahrzehnte miteinander vergleichen? Dazu hat sich das IPCC ein schlaues Verfahren ausgedacht und das so genannte “global warming potential” (GWP) definiert. Das GWP vergleicht das aufaddierte Strahlungsforcing einer punktuell (Zeitpunkt 0) emittierten Gasmenge (sagen wir ein Kilo Methan emittiert im Jahr 2008) mit dem gleichen Strahlungsforcing der gleichen Menge CO2 zum Zeitpunkt T. Da das Methan deutlich schneller abgebaut wird als das CO2, schmilzt sein riesiger Vorsprung, den ich oben mit einem Faktor 90 angegeben habe, im Laufe der Zeit langsam zusammen. Nach 100 Jahren (das ist die vom IPCC vorgeschlagene Standardvergleichszeit), also im Jahre 2108, ist ein Kilo Methan, das heute emittiert wurde, noch ungefähr so strahlungseffektiv wie 21 Kilo CO2, die heute emittiert würden.

Das ist im übrigen die typische Maßzahl des IPCC, mit der alle anthropogenen Treibhausgase miteinander verglichen werden: CO2 Aequivalenz nach 100 Jahren. Das ist die Erklärung dafür, dass man häufig Sätze hört, wie “Methan ist ca 20 mal so wichtig wie CO2″. Für Frankreich z.B. bedeutet das, dass die Emission von 341 Mega-Tonnen CO2 (=10^6 Tonnen) einer bescheiden anmutenden Menge von 2.6MT Methan gegenüberstehen. Diese 2.6 MT Methan müssten aber nach IPCC besser in ihrem “global warming potential” verglichen werden und zählen daher als ca. 56 MT CO2, also ca ein Sechstel der CO2 Emissionen!

Der oben erwähnte Artikel in La Recherche macht aber auf ein, so glaube ich, häufiges Missverständnis aufmerksam. Der IPCC vergleicht den Effekt einer heute emittierten Menge CO2 mit einer Menge ebenfalls heute emittierten Menge CH4 in 100 Jahren. Das ist aber nicht wirklich die Situation, wenn man mögliche Maßnahmen miteinander vergleicht. Politisch/technologische Maßnahmen heute, die meinethalben die Energieeffizienz von Autos oder Wohnanlagen verbessern und so CO2-Emissionen reduzieren oder das in Müllhalden produzierte Methan vermeiden, schütten eine CO2 oder Methan-Quelle zu: Jedes Jahr! Man müsste also, um wirklich Methan-Maßnahmen mit CO2-Maßnahmen zu vergleichen, ein JEDES JAHR eingespartes Kilo Methan mit einem ebenfalls jedes Jahr eingespartem Kilo CO2 vergleichen.

Figur 2: Vergleich einer CO2 Sparmaßnahme im Jahr 0 mit der gleichen Sparmaßnahme von CH4. Zu Beginn entspricht 1 Kilo CH4 ca 100 Kilo CO2, ein Effekt der sich im Lauf der Zeit langsam abschwächt. Aus Dessus, Laponche, le Treut: La Recherche, März 2008.

Figur 2 zeigt, dass so ein Vergleich die Wichtigkeit des Methans noch deutlicher macht. Eine heute abgeschaffte Quelle von einem Kilo Methan würde im Jahre 2108 einer abgeschafften 40 Kilo CO2-Quelle entsprechen. Mittelfristig (also etwa für die nächsten 30-50 Jahre, bedeutet das sogar ein Faktor 80-60 siehe Figur 2) wird diese wichtige Rolle des Methans noch deutlicher. Die europäische Gemeinschaft hat als Ziel seiner Klimaschutzmaßnahmen eine Stabilisierung der Treibhausgasemissionen von ca. 450 ppm CO2 Äquivalenten (also mit global warming potential berechnet wie oben erklärt) angegeben und möchte dies anstreben, indem die entsprechenden Emissionen in ca. 10-15 Jahren ihr Maximum erreichen und dann im Jahre 2050 noch ca. die Hälfte der Emissionen von 1990 betragen. Dies sind, soweit ich das als Nichtfachmann in Energie- und Emissionsfragen sagen kann, sehr anspruchsvolle Ziele.

Im Detail sind dabei eine Halbierung der CO2-Emissionen und eine Reduktion der Methan- und Lachgas-Emissionen um ca. 30 Prozent vorgesehen. Vielleicht sollte man bei den beiden häufig vergessenen Treibhausgasen, CH4 und N2O, nochmal genauer hinschauen. Man könnte sich vielleicht wertvolle “Zeit” einkaufen, um das umso viel kniffligere Problem des Kohlendioxids und damit letztlich der Energieversorgung der Erde zu lösen.