Treibhauspotenzial - Global warming potential

  (Umgeleitet von Kohlendioxidäquivalent )

Das globale Erwärmungspotential ( GWP ) ist die Wärme, die von jedem Treibhausgas in der Atmosphäre absorbiert wird, als ein Vielfaches der Wärme, die von derselben Masse Kohlendioxid (CO 2 ) absorbiert würde . GWP ist 1 für CO 2 . Bei anderen Gasen hängt dies vom Gas und vom Zeitrahmen ab. Einige Gase wie Methan haben ein hohes GWP, da eine Tonne Methan viel mehr Wärme absorbiert als eine Tonne CO 2 . Einige Gase, wie Methan, werden im Laufe der Zeit abgebaut, und ihre Wärmeabsorption (GWP) in den nächsten 20 Jahren ist ein größeres Vielfaches von CO 2 als ihre Wärmeabsorption über 100 oder 500 Jahre. Die GWP-Werte werden für jeden Zeitrahmen geschätzt und aktualisiert, wenn sich die Methoden verbessern.

Das 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 Menge eines Gases ist es die Menge an CO 2, die die Erde genauso stark erwärmen würde wie diese Menge dieses Gases. Somit bietet es eine gemeinsame Skala zur Messung der Klimaeffekte verschiedener Gase. Sie wird als GWP-fache Menge des anderen Gases berechnet. Wenn beispielsweise ein Gas 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.

Schätzungen der GWP-Werte über 20 und 100 Jahre werden regelmäßig in Berichten des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimawandel zusammengestellt .

Werte

Kohlendioxid hat ein GWP von genau 1 (da es die Basiseinheit ist, mit der alle anderen Treibhausgase verglichen werden). Die meisten Treibhausgase haben mehr GWP als CO
2, also mehr als 1. Einige haben Werte unter 1, was bedeutet, dass sie die Erde erwärmen, aber nicht so viel wie eine gleiche Menge CO
2würde. Die Werte wurden geschätzt auf:

  • S.714 des IPCC AR5 Fifth Assessment Report 2013, Seite 731 enthält viele weitere Verbindungen, die hier nicht gezeigt werden.
  • p. 212 des IPCC AR4-Bewertungsberichts 2007, Diese Seite enthält viele weitere Verbindungen, die hier nicht gezeigt werden.
GWP-Werte und Lebensdauern Lebenszeit in Jahren Globales Erwärmungspotential (GWP) Quelle mit / ohne
Klima-Kohlenstoff-Rückkopplungen
20 Jahre 100 Jahre 500 Jahre
Methan 12.4 86 34 2013 p714 mit Rückmeldungen
Methan 12.4 84 28 2013 p714 keine Rückmeldungen
Lachgas (N 2 O) 121.0 268 298 2013 p714 mit Rückmeldungen
Lachgas (N 2 O) 121.0 264 265 2013 p714 keine Rückmeldungen
HFC-134a ( Fluorkohlenwasserstoff ) 13.4 3790 1550 2013 p714 mit Rückmeldungen
HFC-134a ( Fluorkohlenwasserstoff ) 13.4 3710 1300 2013 p714 keine Rückmeldungen
FCKW-11 ( Fluorchlorkohlenwasserstoff ) 45.0 7020 5350 2013 p714 mit Rückmeldungen
FCKW-11 ( Fluorchlorkohlenwasserstoff ) 45.0 6900 4660 2013 p714 keine Rückmeldungen
Tetrafluoridkohlenstoff (CF 4 ) 50000 4950 7350 2013 p714 mit Rückmeldungen
Tetrafluoridkohlenstoff (CF 4 ) 50000 4880 6630 2013 p714 keine Rückmeldungen
GWP-Werte und Lebensdauern Lebenszeit in Jahren Globales Erwärmungspotential (GWP) Quelle
20 Jahre 100 Jahre 500 Jahre
Perfluortributylamin (PFTBA) 7100 2013 GRL
Methan 96 32 2018 Sci + 2016 GRL
Methan (biogen) 39 2016 GRL mit Feedback
Methan ("fossil") 40 2016 GRL mit Feedback
Lachgas 114 289 298 153 2007 p212
HFC-134a ( Fluorkohlenwasserstoff ) 14 3830 1430 435 2007 p212
FCKW-11 ( Fluorchlorkohlenwasserstoff ) 45.0 6730 4750 1620 2007 p212
Tetrafluoridkohlenstoff (CF 4 ) 50000 5210 7390 1120 2007 p212
HFC-23 ( Fluorkohlenwasserstoff ) 270 12.000 14.800 12.200 2007 p212
Schwefelhexafluorid 3200 16.300 22.800 32.600 2007 p212

Die in der Tabelle angegebenen Werte setzen voraus, dass die gleiche Masse der Verbindung analysiert wird; Unterschiedliche Verhältnisse ergeben sich aus der Umwandlung einer Substanz in eine andere. Zum Beispiel würde das Verbrennen von Methan zu Kohlendioxid die Auswirkungen der globalen Erwärmung verringern, jedoch um einen kleineren Faktor als 25: 1, da die Masse des verbrannten Methans geringer ist als die Masse des freigesetzten Kohlendioxids (Verhältnis 1: 2,74). Wenn Sie mit 1 Tonne Methan mit einem GWP von 25 beginnen würden, hätten Sie nach der Verbrennung 2,74 Tonnen CO 2 , von denen jede Tonne ein GWP von 1 hat. Dies entspricht einer Nettoreduktion von 22,26 Tonnen GWP, was die globale Reduzierung verringert Erwärmungseffekt im Verhältnis 25: 2,74 (ca. 9-fach).

Das globale Erwärmungspotential von Perfluortributylamin (PFTBA) über einen Zeitraum von 100 Jahren wurde auf ungefähr 7100 geschätzt. Es wird seit Mitte des 20. Jahrhunderts von der Elektroindustrie für elektronische Tests und als Wärmeübertragungsmittel verwendet. PFTBA hat die höchste Strahlungseffizienz (relative Wirksamkeit von Treibhausgasen, um zu verhindern, dass langwellige Strahlung zurück in den Weltraum entweicht) aller bisher in der Atmosphäre nachgewiesenen Moleküle. Die Forscher fanden in Luftproben aus Toronto durchschnittlich 0,18 Teile pro Billion PFTBA, während Kohlendioxid etwa 400 Teile pro Million enthält.

Verwendung im Kyoto-Protokoll und im UNFCCC

Nach dem Kyoto-Protokoll standardisierte die Konferenz der Vertragsparteien 1997 die internationale Berichterstattung, indem sie entschied (Entscheidung 2 / CP.3), dass die für den zweiten IPCC-Bewertungsbericht berechneten GWP-Werte zur Umrechnung der verschiedenen Treibhausgasemissionen in verwendet werden sollten vergleichbare CO 2 -Äquivalente.

Nach einigen Zwischenaktualisierungen wurde dieser Standard 2013 auf 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 fordern. Sie haben diese Werte in Anhang III veröffentlicht und sie dem 4. Bewertungsbericht des zwischenstaatlichen Gremiums für Klimawandel entnommen, der 2007 veröffentlicht wurde. Diese Standards sind ab 2020 noch in Kraft.

Bedeutung des Zeithorizonts

Das GWP eines Stoffes hängt von der Anzahl der Jahre ab (gekennzeichnet durch einen Index), über die das Potenzial berechnet wird. Ein Gas, das schnell aus der Atmosphäre entfernt wird, kann anfänglich eine große Wirkung haben, aber für längere Zeiträume, wenn es entfernt wurde, wird es weniger wichtig. Somit hat Methan ein Potenzial von 34 über 100 Jahre (GWP 100 = 34), aber 86 über 20 Jahre (GWP 20 = 86); Umgekehrt hat Schwefelhexafluorid einen 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 Verweis auf die Berechnung anzugeben.

Das GWP für ein Gasgemisch kann aus dem massenanteilsgewichteten Durchschnitt der GWPs der einzelnen Gase erhalten werden.

In der Regel wird von den Aufsichtsbehörden (z. B. dem California Air Resources Board ) ein Zeithorizont von 100 Jahren verwendet .

Wasserdampf

Wasserdampf ist eines der primären Treibhausgase , aber einige Probleme verhindern, dass sein GWP direkt berechnet wird. Es hat ein tiefgreifendes Infrarot-Absorptionsspektrum mit mehr und breiteren Absorptionsbanden als CO 2 und absorbiert auch Strahlungsmengen ungleich Null in seinen niedrig absorbierenden Spektralbereichen. Als nächstes hängt seine Konzentration in der Atmosphäre von der Lufttemperatur und der Wasserverfügbarkeit ab; Die Verwendung einer globalen Durchschnittstemperatur von ~ 16 ° C erzeugt beispielsweise eine durchschnittliche Luftfeuchtigkeit von ~ 18.000 ppm auf Meereshöhe (CO 2 beträgt ~ 400 ppm und somit Konzentrationen von [H 2 O] / [CO 2 ] ~ 45x). Im Gegensatz zu anderen Treibhausgasen zerfällt Wasserdampf nicht in der Umwelt. Daher muss anstelle des zeitabhängigen Zerfalls von künstlichem oder überschüssigem Wasser ein Durchschnitt über einen bestimmten Zeithorizont oder ein anderes Maß verwendet werden, das mit dem oben genannten "zeitabhängigen Zerfall" übereinstimmt CO 2 -Moleküle. Weitere Probleme, die die Berechnung erschweren, sind die Temperaturverteilung der Erde und die unterschiedlichen Landmassen in der nördlichen und südlichen Hemisphäre.

Andere Metriken: Globales Temperaturänderungspotential (GTP)

Das Global Temperature Change Potential (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, der durch ein Treibhausgas verursacht wird, im Verhältnis zu dem Temperaturanstieg, den dieselbe CO 2 -Masse verursachen würde. Die Berechnung von GTP erfordert die Modellierung, wie die Welt, insbesondere die Ozeane, Wärme absorbieren. GTP wird in denselben IPCC-Tabellen wie GWP veröffentlicht.

Berechnung des globalen Erwärmungspotentials

Das GWP hängt von folgenden Faktoren ab:

Ein hohes GWP korreliert mit einer großen Infrarotabsorption und einer langen atmosphärischen Lebensdauer. Die Abhängigkeit von GWP von der Wellenlänge der Absorption ist komplizierter. Selbst wenn ein Gas Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge effizient absorbiert, kann dies sein GWP nicht wesentlich beeinflussen, 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 von GWP als Funktion der Wellenlänge wurde empirisch ermittelt und als Graph veröffentlicht.

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

So wie der Strahlungsantrieb ein vereinfachtes Mittel zum Vergleich der verschiedenen Faktoren darstellt, von denen angenommen wird, dass sie das Klimasystem miteinander beeinflussen, sind die globalen Erwärmungspotentiale (GWPs) eine Art von vereinfachtem Index, der auf Strahlungseigenschaften basiert und zur Abschätzung der potenziellen Zukunft verwendet werden kann Auswirkungen der Emissionen verschiedener Gase auf das Klimasystem in einem relativen Sinne. GWP basiert auf einer Reihe von Faktoren, einschließlich der Strahlungseffizienz (Infrarotabsorptionsfähigkeit) jedes Gases im Verhältnis zu der von Kohlendioxid sowie der Zerfallsrate jedes Gases (der Menge, die über eine bestimmte Anzahl von aus der Atmosphäre entfernt wird) Jahre) im Verhältnis zu Kohlendioxid.

Die Strahlungsantriebskapazität (RF) ist die Energiemenge pro Flächeneinheit und Zeiteinheit, die vom Treibhausgas absorbiert wird und ansonsten an den Weltraum verloren gehen würde. Es kann ausgedrückt werden durch die Formel:

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.

Das Zwischenstaatliche Gremium für Klimawandel (IPCC) liefert die allgemein anerkannten Werte für GWP, die sich zwischen 1996 und 2001 geringfügig geändert haben. Eine genaue Definition der Berechnung des GWP findet sich im dritten Bewertungsbericht 2001 des IPCC. Das GWP ist definiert als das Verhältnis des zeitintegrierten Strahlungsantriebs aus der sofortigen Freisetzung von 1 kg einer Spurensubstanz zu dem von 1 kg eines Referenzgases:

wobei TH der Zeithorizont ist, über den die Berechnung berücksichtigt wird; a x ist die Strahlungseffizienz aufgrund einer Einheitszunahme der atmosphärischen Häufigkeit der Substanz (dh Wm –2 kg –1 ) und [x (t)] ist der zeitabhängige Abfall der Häufigkeit der Substanz nach einer sofortigen Freisetzung von es zum Zeitpunkt t = 0. Der Nenner enthält die entsprechenden Mengen für das Referenzgas (dh CO
2). Die Strahlungswirkungsgrade 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 hängt der relative Strahlungsantrieb von der Häufigkeit und damit vom zukünftigen Szenario ab.

Da alle GWP-Berechnungen einen Vergleich mit nichtlinearem CO 2 darstellen , sind alle GWP-Werte betroffen. Wenn anders als oben angenommen wird, führt dies zu niedrigeren GWP für andere Gase als ein detaillierterer Ansatz. Dies zu klären, während eine Erhöhung von CO 2 mit steigenden ppm-Konzentrationen immer weniger Einfluss auf die Strahlungsabsorption hat, haben stärkere Treibhausgase wie Methan und Lachgas unterschiedliche Wärmeabsorptionsfrequenzen als CO 2 , die nicht so stark aufgefüllt (gesättigt) sind wie CO 2 Daher sind steigende ppms dieser Gase weitaus bedeutender.

Kohlendioxidäquivalent

Das 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 Menge eines Gases ist es die Menge an CO 2, die die Erde genauso stark erwärmen würde wie diese Menge dieses Gases. Somit bietet es eine gemeinsame Skala zur Messung der Klimaeffekte verschiedener Gase. Sie wird als GWP-fache Menge des anderen Gases berechnet.

Als Gewicht ist CO 2 e 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
2e ist die CO 2 -Konzentration, die die Erde so stark erwärmen würde wie eine bestimmte Konzentration eines anderen Gases oder aller Gase und Aerosole in der Atmosphäre; Es wird berechnet als GWP-mal Konzentration der anderen Gase. Zum Beispiel würde CO 2 e von 500 ppm eine Teile atmosphärischer Gase reflektieren, die die Erde erwärmen, und 500 ppm CO 2 würden sie erwärmen.

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

Die folgenden Einheiten werden häufig verwendet:

  • Durch die UN - Klimaplatte ( IPCC ): Milliarden Tonnen = n × 10 9 Tonnen von CO
    2    Äquivalent (GtCO 2 Äq. )
  • In der Industrie: Millionen Tonnen Kohlendioxidäquivalente (MMTCDE) und MMT CO2 Gl.
  • Für Fahrzeuge: Gramm Kohlendioxidäquivalent pro Meile (gCO 2 e / Meile) oder pro Kilometer (gCO 2 e / km)

Die obige Tabelle zeigt beispielsweise GWP für Methan über 20 Jahre bei 86 und Lachgas bei 289, sodass Emissionen von 1 Million Tonnen Methan oder Lachgas Emissionen von 86 bzw. 289 Millionen Tonnen Kohlendioxid entsprechen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links

Literaturverzeichnis

  • Gohar und Shine, äquivalentes CO
    2    und seine Verwendung zum Verständnis der Klimaeffekte erhöhter Treibhausgaskonzentrationen     , Weather, Nov 2007, S. 307–311.