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Seit über 33 Jahren weiss die Menschheit, dass die anthropogenen Emissionen an Treibhausgasen, insbesondere an CO2, das weltweite Klima erwärmen werden («Klimaerwärmung», «Treibhauseffekt» resp. «Climate change» genannt). Prominent darauf hingewiesen wurde bereits im «Brundtland-Bericht» von 1987.22 Dieser Bericht definierte auch das heutige Verständnis einer nachhaltigen Entwicklung. Diese verlangt von der heutigen Generation, die Nutzung von Ressourcen auf ein Mass zu begrenzen, welches es ermöglicht, dass die zukünftigen Generationen ihre Bedürfnisse befriedigen können.
Während damals der Klimaeffekt eine auf wissenschaftlicher Forschung beruhende Prognose war, können heute die Auswirkungen der tatsächlichen Klimaerwärmung immer besser erkannt werden. Die damaligen Prognosen wurden zur Realität des Jahres 2020 und darüber hinaus. Trotzdem steigen die Emissionen an Treibhausgasen ungebremst weiter (Abb. 17). Zu den 17 Nachhaltigkeitszielen der UNO bis 2030 gehört auch das Ziel, die Klimaerwärmung zu bekämpfen (SDG 13 Climate Action).
Abb. 17: Langfristige Entwicklung der CO2-Emissionen nach Regionen 23
Der Treibhauseffekt beruht auf der verstärkten Wärmeabsorption der Treibhausgasmoleküle in der Atmosphäre. Die Sonnenstrahlung wird durch diese Moleküle verstärkt absorbiert, was zu einer Temperaturerhöhung in der Atmosphäre führt, wenn die Konzentration dieser Moleküle zunimmt. Dieser Effekt kann auch im Labor nachgestellt, nachgewiesen und berechnet werden. Es gibt verschiedene Moleküle, welche einen solchen Erwärmungseffekt bewirken. CO2 ist das «Leit-Molekül», weil die Menschheit davon weitaus am meisten emittiert. CO2 ist aber bei Weitem nicht das Molekül, welches den grössten Treibhausfaktor aufweist. Für das Weltklima weiter relevant sind Methan-Emissionen (CH4), Emissionen von Lachgas (Distickstoffoxid N2O) und von vielen künstlichen Kälte- und Treibmitteln (F-Gasen und viele andere Gase). Für den Treibhauseffekt relevant ist die Erwärmungswirkung des Moleküls im Vergleich mit der eines CO2-Moleküls sowie die Verweildauer in der Atmosphäre. Aus diesen beiden Faktoren wird der Treibhausfaktor (GWP, Global Warming Potential,) bestimmt, für einen Zeithorizont von 100 Jahren (Tab. 1). CO2 hat dabei definitionsgemäss den Wert GWP = 1.
Tab. 1: Klimawirkung verschiedener Gase 24
Infolge der unterschiedlichen Wirkung von Treibhausgasen werden die massenmässigen Emissionen dieser anderen Treibhausgase oft in äquivalente CO2-Emissionen umgerechnet. Diese Emissionen werden dann (gemäss den Regeln des SI-Einheitensystems nicht ganz korrekt) mit der Einheit Tonnen CO2e (tCO2e) angegeben. CO2 machte im Jahr 2016 ca. 75 % der Treibhauswirkung aus, etwa genauso viel wie der Energiesektor. Methan ist das zweitbedeutendste Treibhausgas, mit etwa 17 % der Wirkung, gefolgt von Lachgas (ca. 6 %) und den Kältemitteln mit gut 2 %.
Neben dem Energiesektor (genauer 73 %) trägt die Landwirtschaft (Kühe, Reisfelder, die Methan emittieren, Lachgas infolge Düngung) mit knapp 12 % zum Treibhauseffekt bei. Industrielle Prozesse (insb. die Zementherstellung) tragen knapp 6 % bei, das Abholzen der Wälder bewirkt etwas mehr als 6 % der Klimaerwärmung, und Abfälle (resp. deren Vergärung auf Halden) tragen 3 % bei (Abb. 18).
Abb. 18: Weltweite Treibhausgasemissionen im Jahr 2016 25
Die Konzentration an CO2 in der Atmosphäre ist im Jahre 2020 auf über 400 ppm gestiegen. Dies ist deutlich höher als das, was in den letzten 800 000 Jahren je vorkam. Dies kann durch die Analyse von Luftbläschen in Eisbohrkernen aus der Antarktis nachgewiesen werden. Diese Zunahme der Konzentration an CO2 in der Atmosphäre kann gut mit den anthropogenen Emissionen an CO2 erklärt werden. Demzufolge verbleibt etwas mehr als die Hälfte an emittiertem CO2 in der Atmosphäre. Ein weiterer Teil wird durch die Ozeane absorbiert. Dies führt zu einer zunehmenden Versauerung der Meere mit drastischen Auswirkungen auf alle Schalentiere. Die Versauerung hat zur Folge, dass deren kalk-basierten Schalen mehr und mehr zu Gips zerfallen. Ein weiterer, schwieriger nachzuweisender Anteil der CO2-Emissionen wird von zunehmender Pflanzenmasse aufgenommen. Es wird vermutet, dass, trotz Abholzung der Wälder insbesondere in tropischen Regionen, die pflanzliche Masse insgesamt auf der Erde zunimmt. Die höhere CO2-Konzentration in der Luft hat auch eine positive Wirkung auf das Pflanzenwachstum, genauso wie höhere Temperaturen im Norden.
Abb. 19: CO2– Konzentration in der Atmosphäre 26
Die Konzentration an weiteren Treibhausgasen hat sich ebenfalls deutlich über vorindustrielle Werte erhöht. Diese Treibhausgase führen insgesamt zu einer eindeutigen und gut messbaren Erhöhung der mittleren Temperatur in der Erdatmosphäre von im Jahre 2020 etwa einem Grad Celsius (Abb. 20).
Abb. 20: Globaler Temperaturanstieg seit 1850 27
Dieser Temperaturanstieg führt inzwischen zu drastischen Auswirkungen wie trockene Sommer, Hitzewellen, Abschmelzen der Gletscher und Schmelzen der Eisbedeckungen der Arktis und der Antarktis, höherem Meeresspiegel, mehr Waldbränden sowie mutmasslich häufigeren Stürmen und Starkregen mit Überschwemmungen.
Um die Welt für die inzwischen 8 Milliarden Menschen weiterhin bewohnbar zu erhalten, muss der Temperaturanstieg auf max. 1.5 °C begrenzt werden, die CO2-Konzentration in der Atmosphäre unter 450 ppm bleiben. Dies bedarf riesiger, weltweiter Anstrengungen, die letztendlich aber billiger sind als die zu erwartenden Schäden durch eine unkontrollierte Klimaerwärmung.