Welche Treibhausgase gibt es und welche fallen besonders in der Chemie an?

Die Anreicherung von Treibhausgasen in der Atmosphäre ist die Hauptursache für die fortschreitende Klimaerwärmung. Die Folge sind Dürreperioden, Starkregen, Stürme und Überschwemmungen. Eismassen schmelzen und lassen den Meeresspiegel ansteigen. Aber warum sind Treibhausgase schädlich? Welche Treibhausgase gibt es eigentlich? Und wo entstehen sie? Hier finden Sie die Antworten.

Was hat ein Treibhaus mit dem Klima gemeinsam?

In einem Treibhaus dringen elektromagnetische Wellen aus der Sonne durch die gläsernen Wände und Decken ins Innere. Das können sie, weil sie überwiegend aus sichtbarem Licht bestehen. Treffen die Wellen auf Gegenstände, werden diese wärmer.

Die Wärme bleibt im Treibhaus und lässt die Temperatur der Luft und der Gegenstände im Inneren ansteigen. Treibhausgase, die aus natürlichen Quellen stammen und zusätzlich von der Industrie, der Landwirtschaft oder dem Verkehr ausgestoßen werden, haben die gleiche Wirkung. Die kurzen Wellen der Sonne lassen sie nahezu vollständig hindurch, lange Wellen, die von der Erde zurückkommen, werden teilweise aufgenommen oder zurückgestoßen.

Dadurch unterscheiden sich Treibhausgase von den Hauptbestandteilen der Luft, dem Stickstoff und dem Sauerstoff, die auch lange Wellen fast ungehindert passieren lassen. Das hat folgenden Grund: Wärme ist die Bewegung der Teilchen, aus denen die Stoffe zusammengesetzt sind. Die Moleküle der Gase Stickstoff und Sauerstoff bestehen aus nur zwei Atomen, die sich lediglich aufeinander zu- und voneinander wegbewegen können. Darauf haben nur sehr wenige Wellen mit ganz bestimmten Wellenlängen Einfluss. Die Moleküle von Treibhausgasen bestehen aus mindestens drei Atomen, die sich auf unterschiedliche Weise gegeneinander bewegen. Deshalb können sie größere Bereiche der Wellenlängen und damit mehr Wärme aufnehmen oder reflektieren.

Warum sind Treibhausgase schädlich?

Die wichtigsten Treibhausgase sind Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid. Sie waren schon Bestandteil der Lufthülle unserer Erde, als die Industrie noch in den Kinderschuhen steckte. Wasserdampf gelangt durch die Verdunstung von Wasser in die Atmosphäre. Dort bleibt er so lange, bis sich die Luft abkühlt. Dann kondensiert er, bildet Wolken und fällt als Regen, Hagel oder Schnee auf die Erde zurück.

Durch die Entwicklung der Industrie und des Verkehrswesens sowie die Intensivierung der Landwirtschaft hat der Mensch den Anteil des Kohlenstoffdioxids in den letzten 200 Jahren jedoch immer stärker ansteigen lassen und weitere Treibhausgase freigesetzt. Infolge der Treibhausgasemission verschiebt sich das Gleichgewicht zu immer höheren Temperaturen. Der Wasserdampfgehalt in der Luft nimmt mit der Temperatur zu. Die aufgetauten Permafrostböden setzen dabei weiter Gase frei.

Das alles verstärkt den Treibhauseffekt zusätzlich. Die Auswirkungen sind Dürreperioden, extreme Wetterereignisse, schmelzende Eismassen. Extreme Wetterereignisse zerstören die Infrastruktur und damit die Energie- und Rohstoffversorgung der Industrie. Der Wasserstand in Flüssen und Seen verringert sich in Dürreperioden sehr stark. Das kann der Chemie und der Energieerzeugung, die den Gewässern Kühlwasser entnehmen, schwer zu schaffen machen. Außerdem verkraften die Flüsse bei niedrigem Wasserstand und hohen Temperaturen das Einleiten von Abwässern nicht mehr. Um den Lebensraum von Tieren und Pflanzen zu erhalten, können Einleitverbote erforderlich werden und die Erzeugung vieler Stoffe in der Chemie zum Stillstand bringen. Es ist also langfristig selbstzerstörend, Treibhausgase in der Chemie und den übrigen Wirtschaftsbranchen freizusetzen.

Welche Treibhausgase gibt es?

Neben Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf sind vor allem Methan, Lachgas, Fluorkohlenwasserstoffe, perfluorierte Kohlenwasserstoffe, Schwefelhexafluorid und Stickstofftrifluorid am Treibhauseffekt beteiligt. Fluorkohlenwasserstoffe und perfluorierte Kohlenwasserstoffe sind Stoffgruppen, die unter der Bezeichnung F-Gase zusammengefasst werden. Die Treibhausgasemission dieser Stoffe in den Bereichen Gebäudebewirtschaftung, Verkehr, Landwirtschaft und Industrie wird statistisch erfasst. Es gibt jedoch weitere Stoffe, die sich klimaschädlich auswirken. Dazu gehören unter anderem Ozon in den bodennahen Luftschichten, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Ammoniak.

Dank der Fortschritte, die in der Chemie erzielt wurden, ist die Treibhausgasemission derartiger Stoffe in allen Bereichen kontinuierlich gesunken. Die Wirkung der einzelnen Gase auf das Klima ist unterschiedlich. Sie hängt davon ab, wie viel Wärme sie aufnehmen bzw. reflektieren und wie lange sie in der Atmosphäre verbleiben. Die Einschätzung der Auswirkungen erfolgt mit Hilfe des Treibhauspotentials. Aus der englischen Bezeichnung „greenhouse warming potential“ leitet sich die für das Treibhauspotential allgemein verwendete Abkürzung GWP ab. Der Wert gibt an, wie viel stärker eine bestimmte Menge des Treibhausgases im Verlauf von 100 Jahren im Vergleich zu Kohlenstoffdioxid zum Klimawandel beiträgt. Deshalb ist in unserem Sprachraum auch der Begriff CO₂-Äquivalent geläufig.

Die CO₂ Äquivalente betragen zum Beispiel für

• Kohlenstoffdioxid 1
• Methan 25
• Lachgas 298
• Stickstofftrifluorid 17200
• Schwefelhexafluorid 22800

Wo entstehen Treibhausgase?

Kohlenstoffdioxid

Den größten Anteil am Aufkommen von Treibhausgasen haben die CO₂-Emissionen. Sie fallen vor allem bei der Erzeugung von Energie aus fossilen Brennstoffen und bei der Verbrennung von Treibstoffen in Fahrzeugmotoren an. Da die Chemie sehr energieintensiv ist, entfällt ein hoher Anteil der Treibhausgase in der Chemie auf die Nutzung von elektrischem Strom und die Erzeugung von Dampf und Heißwasser für die Wärmeversorgung. CO₂-Emissionen entstehen außerdem bei vielen Verfahren in der Chemie. Kohlenstoffdioxid wird beispielsweise bei der Herstellung von Soda und Ammoniak sowie bei der Zementherstellung freigesetzt. In der Industrie entstehen außerdem bei der Stahlerzeugung und der Gebäudebewirtschaftung erhebliche CO₂-Emissionen.

Methan

Methan entsteht, wenn organische Substanzen in Abwesenheit von Luftsauerstoff von Mikroorganismen zersetzt werden. Quellen für die Emission von Methan sind vor allem landwirtschaftliche Betriebe, Klärwerke und Mülldeponien.

Lachgas

In der Chemie wird für Lachgas die Bezeichnung Distickstoffmonoxid verwendet. Es bildet sich beim Abbau von stickstoffhaltigen chemischen Verbindungen im Boden. Dazu gehören vor allem künstliche Düngemittel und Gülle. Deshalb gehört die Landwirtschaft, vor allem die Massentierhaltung, zu den Hauptverursachern von Lachgasemissionen. In der chemischen Industrie entstehen größere Mengen Lachgas bei der Produktion von Caprolactam, Adipinsäure und Salpetersäure. Caprolactam und Adipinsäure werden zu Kunststoffen weiterverarbeitet, Salpetersäure wird in vielen Bereichen der Chemie als Grundstoff verwendet.

Fluorierte Kohlenwasserstoffverbindungen (F-Gase)

F-Gase sind künstlich erzeugte chemische Stoffe, die hauptsächlich als Treibgase, Kältemittel in Klimaanlagen oder Löschmittel dienen. Ihr Einsatz ist durch zwei F-Gase-Verordnungen geregelt. Die Freisetzung dieser Treibhausgase wird vor allem durch regelmäßige Dichtheitskontrollen von Anlagen und die sachgerechte Entsorgung der Technik verhindert. Zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen in der Chemie führt auch die Wiederverwendung der Gase aus verschrotteten Geräten.

Schwefelhexafluorid

Schwefelhexafluorid ist ein sehr schweres, reaktionsträges Gas. Es dient in der Elektrotechnik als Isoliergas. Außerdem wird es in Schallschutzscheiben und in der Halbleiterindustrie verwendet. Die Freisetzung wird eingedämmt, wenn es in hermetisch abgeschlossenen Systemen eingesetzt wird.

Stickstofftrifluorid

Stickstofftrifluorid findet verbreitet in der Halbleiterindustrie Verwendung. Bei der Herstellung von Solarmodulen und Flüssigkristallbildschirmen dient es als Reinigungsmittel. Darauf ist die Freisetzung dieses Treibhausgases in die Atmosphäre zurückzuführen. Abhilfe kann der Einsatz in geschlossenen Systemen herbeiführen.