Die Treibhausgase
Welche gibt es, wie entstehen sie und wie wirken sie?

Treibhausgase sind, wie der Name schon sagt, gasförmige Stoffe, welche wesentlich zur globalen Erwärmung beitragen und natürlichen, wie auch menschlichen Ursprung haben können.
Sie absorbieren einen Teil der vom Boden abgegebenen Infrarotstrahlung, welche, würde sie nicht gebunden, ins Weltall entweichen würde. Diese Strahlung wirkt dann genauso, wie die Energie, die zusätzlich von der Sonne ausgeht.
Auf Grund natürlicher Treibhausgase ist das Leben auf der Erde erst lebenswert, denn ohne den sogenannten natürlichen Treibhauseffekt wäre die untere Atmosphäre etwa 35°C kälter, so dass die Durchschnittstemperaturen bei ungefähr 20°C im Minus liegen würden.
Der Anstieg bestimmter Treibhausgase kann heutzutage jedoch zu einem großen Teil auf den Menschen zurückgeführt werden. Hierbei wird vom anthropogenen Treibhauseffekt gesprochen. Dieser verstärkt dementsprechend den natürlichen Treibhauseffekt und führt somit zur globalen Erwärmung.

Seit dem Kyoto-Protokoll wird zwischen 6 verschiedenen Treibhausgasen unterschieden:

• Kohlendioxid (CO2) ist ein farbloses, unbrennbares Gas. Es ist im freien Zustand natürlicher Bestandteil unserer Atmosphäre sowie vieler Mineralquellen.
  
  Der CO2-Kreislauf ist in der Natur einer der wichtigsten Kreisläufe. Er transportiert den für alle Lebewesen notwendigen Kohlenstoff zwischen Luft, Boden und Wasser. Der CO2-Gehalt der Atmosphäre zeigt dabei einen deutlichen Jahreszyklus auf. So liegt er im April höher als im Oktober, was mit der Pflanzen-Aktivität während der unterschiedlichen Jahreszeiten zusammenhängt.
  

  Von den Pflanzen wird Kohlenstoffdioxid mit Hilfe des Sonnenlichts in Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O2) zerlegt. Dieser Vorgang wird Photosynthese genannt. Der Kohlenstoff bleibt dabei in der Pflanze und der Sauerstoff wird an die Umwelt abgegeben. Dieser wird daraufhin von tierischen Organismen aufgenommen und durch den Energiewechsel innerhalb des Körpers wieder zu CO2 umgewandelt. Durch diesen CO2-Austausch zwischen Atmosphäre und Biosphäre kommt es neben den Jahresschwankungen auch zu Schwankungen während des Tages.
  

  Gegenüber dem biologischen CO2-Kreislauf sind die geochemischen Umsätze, wie Vulkanausbrüche und die Verbrennung fossiler Brennstoffe, zwar verschwindend gering, aber dafür umso folgenreicher: CO2 ist als eines der wichtigsten klimarelevanten Gase maßgeblich an der Regulation des Wärmehaushalts beteiligt. Es verändert den Strahlungshaushalt der Erde, indem es die kurzstrahlige Sonnenstrahlung fast ungehindert auf die Erdoberfläche passieren lässt aber die langwellige, von der Erde emittierte Wärmestrahlung teilweise absorbiert.

  Nur etwa 4 Prozent des jährlich emittierten CO2 stammt aus anthropogenen Ursprüngen. So betragen die natürlichen Kohlendioxid-Emissionen etwa 600 Mrd. Tonnen pro Jahr. Greift der Mensch nun durch zusätzliche Emissionen in den CO2-Kreislauf ein, gefährdet er eindeutig das Weltklima.
  

• Methan (CH4) ist ein farbloses, geruchloses, ungiftiges Gas, welches bei Verbrennung in Kohlenstoffdioxid und Wasser zerfällt. Es gehört ebenfalls zu den klimarelavanten Treibhausgasen.

  Es kann als Brenn- oder auch als Heizgas genutzt werden. Seine Umweltrelevanz ergibt sich aus dem, durch Methan geförderten Ozonabbau. Zu dem ist es mit einem Anteil von knapp 20% der wichtigste Verursacher des Treibhauseffekts. Die globalen Methanemissionen werden auf etwa 500 Mio. Tonnen pro Jahr geschätzt, von denen knapp drei viertel auf menschliche Aktivitäten zurückgehen.

  Methan entsteht bei sämtlichen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen in Sümpfen, Nassreisfeldern oder bei der Massenviehhaltung. So entsteht es während der Verdauung bei Rindern oder anderen Wiederkäuern.

• Distickstoffmonooxid (N2O), welches unter dem Begriff Lachgas bekannt ist, ist ein farbloses, nichtbrennbares (aber brandförderndes) Gas, welches schlecht in Wasser löslich ist. Andere Bezeichnungen sind beispielsweise Distickstoffoxid oder auch Stickoxydul und Stickoxidul.

  Ebenso wie Methan trägt N2O zum Ozonabbau bei. Durch Spaltung von Ozon (O3) in ein freies Sauerstoffatom und ein O2-Molekül sorgt es in der unteren Stratosphäre zu einer Reihe von chemischen Prozessen, bei denen sowohl Methan, Wasserdampf als auch Stickoxide oxidiert werden. Zur Folge hat dieser Prozess die Senkung des Ozongehalts der Atmosphäre und damit die Vergrößerung des Ozonlochs.

  Heute beträgt der Anteil des Lachgases am vom Menschen verursachten Treibhauseffekt bei etwa 5%.

• Perfluorierte Kohlenwasserstoffe (PFC) sind beispielsweise Tetrafluormethan (CF4) und Hexafluorethan (C2F6) Auch sie gelten auf Grund ihrer Eigenschaften als treibhausrelevant. Sie wirken weder für Mensch, Tier noch Pflanzen toxisch.

  Sie entstehen hauptsächlich während der Alu-Produktion. So können bei der Elektrolyse während Herstellung von Aluminium bei sogenannten Anodeneffekten Fluor, das durch die Zersetzung des Schmelzmittels Kryolith entsteht, sowie der Kohlenstoff der Anoden zu CF4 und C2F6 reagieren.

  CF4 ist ein natürlich vorkommendes Treibhausgas, welches in Erdgasvorkommen und Graniten zu finden ist. Freigesetzt wird es beispielsweise über Entgasungsprozesse. Etwa die Hälfte des derzeitigen Bestandes an CF4 in der Atmosphäre ist auf derartig natürliche Ursachen zurückzuführen. Hingegen wird C2F6 ausschließlich anthropogenen Quellen zugeschrieben.

  Der Anteil der perflourierten Kohlenwasserstoffe am anthropogenen Treibhauseffekt liegt insgesamt bei etwa 0,2%.

• Halogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFC oder H-FKW) sind Gase, die ausschließlich auf anthropogene Prozesse zurückzuführen sind.

  Sie sind häufig in Dämmstoffen, Feuerlöschgeräten oder Kühlaggregaten zu finden. Sie ersetzten dort die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), welche der Ozonschicht schaden. Da  sie aber ebenfalls als Treibhausgase gelten, sind sie in hohem Maße schädlich für das Klima.

• Schwefelhexafluorid (SF6) ist eine Verbindung aus Schwefel und Fluor. Unter Normalbedingungen ist es ein farb- und geruchloses, ungiftiges Gas. Es ist nicht brennbar und äußerst reaktionsträge.

  Auf Grund dieser Eigenschaft wird es als Isolationsgas in der Spannungstechnik eingesetzt. Dort dient es ebenfalls als Löschgas, um Schaltlichtbögen zu unterbrechen. Weiterhin wird SF6 in der Halbleiter-, Display- sowie der Mikrotechnik eingesetzt. Im Halbleiterbereich dient es als Ätzgas und wird als Isoliergas beim Routinetesten mikroelektronischer Schaltkreise im Rahmen der Qualitätssicherung verwendet.

  Desweiteren verwendet man SF6 in großem Umfang als Schutzgas bei der technischen Erzeugung von Magnesium. Hier verhindert es den Kontakt der heißen Metallschmelze mit der Luft. Durch diesen Prozess werden bei dieser Anwendung sehr große SF6-Mengen in die Atmosphäre abgegeben.

  Die Fluorverbindungen, zu denen neben dem SF6 auch fluorierte Kohlenwasserstoffe zählen haben einen Anteil von etwa 1% am Treibhauseffekt.

• Weitere Treibhausgase

  Neben den genannten existieren noch weitere klimarelevante Gase. Dies sind unter anderem Stickstoffoxide, die bei Verbrennungsprozessen entstehen und nichtmethanhaltige flüchtige organische Verbindungen (NM VOC). Letztere werden bei unvollständigen Verbrennungsprozessen, insbesondere in Kraftfahrzeugen sowie bei der Verwendung von Lösungsmitteln und industriellen Produktionsprozessen freigesetzt. Zuletzt sei noch Schwefeldioxid genannt, das hauptsächlich bei der Verbrennung von Öl und Kohle emittiert.