CO₂ als entscheidender Akteur im Klimawandel

Kohlendioxid gehört neben Stickstoff, Sauerstoff, verschiedenen Edelgasen und anderen Treibhausgasen zu den natürlichen Bestandteilen der Luft. Mit etwa 0,04 % ist sein Anteil zwar verhältnismäßig niedrig, dennoch spielt das Treibhausgas eine bedeutende Rolle für das Leben auf der Erde. Zum Problem wird Kohlenstoffdioxid erst dann, wenn zu viel davon in die Atmosphäre gelangt.

Was ist CO₂? Die wichtigsten Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlenstoffdioxid mit der Summenformel CO₂ – oft auch kurz als „Kohlendioxid“ bezeichnet – ist eine chemische Verbindung aus Sauerstoff und Kohlenstoff. Bei Raumtemperatur ist das Gas:

• farb- und geruchlos
• geschmacksneutral
• nicht brennbar
• gut wasserlöslich (als Produkt entsteht Kohlensäure)

Kohlenstoffdioxid gilt als ungiftig und ist auch nicht als Gefahrstoff deklariert. Allerdings kann eine erhöhte Konzentration von CO₂ in der Umgebungsluft zu Kopfschmerzen, Unwohlsein und Atemstörungen führen. 

In der Industrie wird CO₂ vielseitig genutzt. Zum Einsatz kommt es beispielsweise als Kühlmittel, in Feuerlöschern oder auch als Löse- und Extraktionsmittel.

Wie entsteht CO₂?

CO₂ entsteht auf natürliche Weise als Nebenprodukt der Zellatmung von Lebewesen. Das Gas macht  rund 4 % der Luft aus, die wir ausatmen. Wie viel Kohlenstoffdioxid ein Mensch produziert, hängt dabei von seiner Körpergröße und der Bewegungsbilanz ab. Zudem wird CO₂ beim Zerfall von toten Organismen und durch vulkanische Aktivitäten freigesetzt.

Ein großer Teil der CO₂-Emissionen kommt durch Verbrennung von organischem Material zustande. Dazu zählen neben Holz auch Kohle, Erdöl und Erdgas – fossile Brennstoffe, also solche, die über Jahrmillionen aus Biomasse entstanden sind. Werden sie verbrannt, verbindet sich der darin enthaltene Kohlenstoff mit dem Sauerstoff aus der Atmosphäre zu Kohlenstoffdioxid. 

Die natürlichen CO₂-Emissionen gehören zu einem geschlossenen Kohlenstoffkreislauf: Freigesetztes Kohlenstoffdioxid wird entweder durch die Ozeane in Form von Karbonaten gebunden oder von Pflanzen im Rahmen der Photosynthese umgewandelt. Dabei bauen sie den Kohlenstoff in ihre Substanz ein. Auch in den Permafrostböden der Polargebiete ist Kohlenstoff gespeichert. Diese natürlichen Reservoirs werden in den Geowissenschaften als Kohlenstoffsenken bezeichnet.

Jahrtausendelang war die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre ausgeglichen. Bis der Mensch anfing, riesige Mengen an fossilen Rohstoffen zu verbrennen. Seit der Industrialisierung hat sich der globale Gehalt an Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre um rund 44 % erhöht. Bei einem Gesamtanteil von lediglich 0,04 % mag es so wirken, als sei dies unproblematisch. Der stetige Anstieg hat jedoch weitreichende Folgen für das Klima.

Der natürliche Treibhauseffekt

Um den Einfluss von CO₂ für das Klima zu verstehen, muss man etwas tiefer in das Klimasystem eintauchen. Die Sonnenstrahlen, die auf die Erdoberfläche treffen, werden von ihr aufgenommen und als Wärmestrahlung wieder abgegeben. Ohne die Atmosphäre, welche die Erde umgibt, würde diese Wärmestrahlung ungehindert in den Weltraum entweichen. Der Planet wäre bei -18 °C komplett eingefroren, die Existenz von Leben auf ihm nahezu unmöglich.

Hier kommen die Treibhausgase ins Spiel: Sie nehmen einen großen Teil der Wärmestrahlung auf und geben sie in alle Richtungen wieder ab – auch in Richtung der Erdoberfläche. Die verschiedenen Luftschichten werden so nochmals erwärmt. Dieses Phänomen wird auch als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet. Durch ihn erreicht die Erde eine durchschnittliche Lufttemperatur von 15 °C.

Menschengemachter Treibhauseffekt

Den größten Beitrag zum natürlichen Treibhauseffekt leistet Wasserdampf, der etwa 0,4 % der Erdatmosphäre ausmacht. Sein Anteil hängt von der regionalen Temperatur ab: An den Polen ist weniger vorhanden, in den Tropen dafür mehr. Erhöht sich nun die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre, steigen nicht nur die Temperaturen, sondern gleichzeitig auch der Wasserdampfgehalt. Der Treibhauseffekt verstärkt sich. Durch diese Rückkopplung hat sich das Klima stark verändert: Heute ist es durchschnittlich 1,1 °C wärmer als im Jahr 1850.

Die Erderwärmung führt dazu, dass die Polkappen schmelzen und der Wasserspiegel der Ozeane steigt. Zudem treten immer häufiger Wetterextreme auf, die von langen Hitzewellen und Dürreperioden bis hin zu Stürmen mit Starkregen und Überflutungen reichen. Die Abholzung der Regenwälder, die Ausweitung von Agrarflächen und die Erwärmung der Ozeane führen zudem gleichzeitig dazu, dass weniger CO₂ gebunden werden kann.

CO₂ und seine Rolle für das Klima

Neben Kohlenstoffdioxid gibt es noch andere Treibhausgase, die sich auf das Klima auswirken. Zu den wichtigsten zählen Methan (CH₄), Lachgas (N₂O), wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW), perfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW), Schwefelhexafluorid (SF6) und Stickstofftrifluorid (NF₃). 

Warum hat nun gerade CO₂ eine so große Bedeutung für die Klimaschutzbestrebungen der Länder unserer Erde? Vor allem aufgrund der freigesetzten Menge: Mit rund 45 % macht CO₂ den größten Teil der Treibhausgas-Emissionen aus. 

Da sich die verschiedenen Treibhausgase unterschiedlich stark auf das Klima auswirken, werden sie in CO₂-Aquivalente (CO₂eq oder CO₂e) umgerechnet. Die Kennzahl beschreibt das Treibhauspotenzial in Relation zu CO2. So lassen sich die einzelnen Substanzen besser miteinander vergleichen. Methan trägt beispielsweise die Kennzahl 28. Ein Methan-Molekül wirkt sich also rund 28-mal stärker auf das Klima aus als Kohlenstoffdioxid.

Hierbei wird auch einberechnet, dass die Gase unterschiedlich lange in der Atmosphäre verweilen. Bei Methan, einer Verbindung aus Kohlenstoff und Wasserstoff, ist die Klimawirkung direkt nach der Emission am höchsten. Während es nur etwa 12 Jahre in der Atmosphäre verbleibt, kann sich CO₂ dort mehr als 1.000 Jahre halten.

CO₂-Emissionen in Deutschland und auf der Welt

Das meiste Kohlenstoffdioxid wird von China ausgestoßen, gefolgt von den USA und Indien. Zusammen sind die drei Länder für die Hälfte der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich. Deutschland steht beim CO₂-Ausstoß an sechster Stelle.

Die Hauptverursacher der CO₂-Emissionen in Deutschland:

• Energiewirtschaft 36 % 
• Industrie 23 % 
• Verkehr 19 %
• Gebäude 13 %
• Landwirtschaft 8 %
• Abfallwirtschaft und Sonstiges 1 %

Pariser Klimaabkommen und Klimaschutzplan 2050

Zur Bekämpfung des Klimawandels haben sich fast alle Staaten der Erde dazu verpflichtet, ihre CO₂-Emissionen zu reduzieren. Im Rahmen des Pariser Klimaabkommens von 2015 verständigten sie sich darauf, die Erderwärmung auf deutlich unter 2 °C, besser sogar 1,5 °C, zu begrenzen, wobei die Werte der vorindustriellen Zeit als Referenzpunkte dienen. Für dieses Ziel wollen alle Staaten, auch die Schwellen- und Entwicklungsländer, nationale Selbstverpflichtungen ausarbeiten, die alle fünf Jahre überprüft und ggf. durch neue, strengere Maßnahmen ersetzt werden.

Deutschlands Klimaschutzstrategie ist im „Klimaschutzplan 2050“ festgeschrieben. Langfristiges Ziel ist es, bis 2050 weitgehend CO₂-neutral zu werden. Schon bis 2030 sollen die CO₂-Emissionen gegenüber dem Niveau von 1990 um mindestens 55 % gesenkt werden. Konkrete Maßnahmen definiert das „Klimaschutzprogramm 2030“. Kritiker befürchten jedoch, dass die Maßnahmen nicht weit genug gehen. Schon 2020 drohte Deutschland, seine Klimaschutzziele zu verfehlen, was aufgrund der Corona-Pandemie und der damit verbundenen Lockdowns nicht eintrat.

Aus Erhebungen des Forschungsnetzwerks Global Carbon Project geht hervor, dass die CO₂-Emissionen 2020 weltweit um 7 % gegenüber 2019 zurückgegangen sind. Konkret sank die Menge um 2,4 Milliarden Tonnen auf 36 Milliarden Tonnen CO₂. Nach Aufhebung der weltweiten Corona-Beschränkungen ist ein sprunghafter Anstieg zu erwarten, wie er bereits nach der Finanzkrise 2010 zu beobachten war.

Eine Analyse des Klimasschutzprogramms 2030, die im Auftrag des Umweltbundesamts durchgeführt worden war, ergab, dass Deutschland seine Ziele für 2030 mit den aktuell getroffenen Maßnahmen nicht erreichen wird. Es ist mit einer Lücke von rund 71 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalenten zu rechnen.

Emissionen im Verkehrssektor

Am schlechtesten schneidet in der Analyse der Verkehrssektor ab, der einzige Bereich, in dem bis zur Corona-Krise kaum ein Rückgang der CO₂-Emissionen zu beobachten war. Die Gründe sind in der steigenden Anzahl von Fahrzeugen und Flugreisen, aber auch in immer größeren Fahrzeugleistungen zu suchen. Zudem dominieren nach wie vor fossile Brennstoffe den Automobilsektor. Der CO₂-Ausstoß eines Autos liegt pro Liter Benzin bei 2,3 kg, pro Liter Diesel sind es sogar 2,6 kg CO₂. 

Eine umweltfreundliche Alternative sind Elektroautos. Sie stoßen beim Betrieb keinerlei Emissionen aus. Mittlerweile gibt es E-Auto-Modelle mit einer Reichweite von mehr als 400 km. E-Autos lassen sich über eine kompakte Wallbox auch mit Solarstrom aus der hauseigenen Photovoltaikanlage laden.

Emissionen im Gebäudesektor

Auch im Gebäudesektor gibt es Verbesserungspotenzial. Zwar hat die Bundesregierung mit dem Gebäudeenergiegesetz (GEG) verbindliche Grenzwerte für den Energieverbrauch von Neubauten und sanierten Bestandsgebäuden definiert; aber Kritiker halten sie für unzureichend. Zuletzt wurden die Anforderungen mit der Novelle der (Energieeinsparverordnung (EnEV) im Jahr 2016 verschärft. Eine erneute Überprüfung soll erst im Jahr 2023 erfolgen.

Eine Schlüsselrolle bei der Senkung der CO₂-Emissionen könnten Wärmepumpen spielen: Sie nutzen die Energie der Umwelt dazu, Häuser zu beheizen. Dafür benötigen sie Strom. Besonders klimafreundlich lassen sich Wärmepumpen in Kombination mit Photovoltaikanlagen betreiben.

CO₂-Bilanz nachhaltig verbessern 

In Deutschland sinken die CO₂-Emissionen zwar kontinuierlich, aber längst nicht schnell genug. Nur durch gezielte Maßnahmen, die auf dauerhafte Veränderungen abzielen, kann die CO₂-Konzentration nachhaltig gesenkt werden. Ein wichtiger Schritt auf diesem Weg ist die Energiewende, also der Übergang von der Nutzung fossiler Energieträger und Kernenergie hin zur regenerativen Energieversorgung.

Aber auch jeder Einzelne von uns kann CO₂ einsparen und damit einen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Eine wirkungsvolle Maßnahme ist beispielsweise das Heizen mit Biogas. Pro Person lassen sich so bis zu 1.500 kg CO₂ vermeiden. Und wer eine Photovoltaikanlage auf seinem Dach installieren lässt, spart rund 1.200 kg CO₂ ein.
 

CO₂ aus der Atmosphäre entfernen - eine gute Idee?

Nachgedacht wird selbstverständlich auch über Methoden, wie sich das Kohlendioxid aus der Atmosphäre wieder "einfangen" lässt. Die nachhaltigsten Ideen dafür sind sicher eine  gezielte Aufforstung und eine umweltschonendere Landwirtschaft. Beide Maßnahmen würden bei sinnvoller Anwendung auch dem Erhalt der Biodiversität dienen und somit dem Umwelt- und Klimaschutz. Andere Methoden wie Carbon Capture and Storage (CCS), das Einfangen und "Speichern" des CO₂ sind wohl eher Irrwege, da sie mit einem enormen Energieaufwand und einigen Gefahren verbunden sind.