Kohlendioxidemissionen

Abb. 1: Globale CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen 1990-2022
* Zu Covid-19-Pandemie siehe auch Corona-Virus und CO2-Emissionen

Die vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen sind entscheidend am anthropogenen Treibhauseffekt und damit an den aktuellen Klimaänderungen beteiligt.

Daten-Quellen

Die Emissionsdaten von Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Energieträger (einschließlich Zementproduktion) lassen sich relativ gut aus der Energiestatistik der einzelnen Staaten abschätzen. Die Angaben der Emissionen aus Änderungen der Landnutzung (Waldrodung, Umwandlung in Ackerland etc.) werden aus Satellitenbeobachtungen und Daten aus der Forst- und Landwirtschaft ermittelt. Statt als Kohlendioxid (CO₂) werden die emittierten Mengen auch als Kohlenstoff (C) angegeben. Kohlendioxid entsteht bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, z.B. fossilen Energieträgern, aus Kohlenstoff und Sauerstoff. 3,667 t CO₂ entsprechen mengenmäßig 1 t Kohlenstoff (1 t C).

Abb. 2: Globale anthropogene CO₂-Emissionen nach Quellen 1850-2021

Gesamtemissionen

Tab. 1: Globale anthropogene CO₂-Emissionen und CO₂-Senken 1850-2022

Seit Beginn der Industrialisierung (um 1850) haben menschliche Aktivitäten die Konzentration langlebiger Treibhausgase in der Atmosphäre deutlich verändert und damit das globale Klima erwärmt. Das wichtigste Treibhausgas ist Kohlendioxid, vor Methan, Distickstoffoxid und weiteren. Zwischen 1850 und 2022 haben die Verbrennung fossiler Rohstoffe (Kohle, Öl und Gas) und Veränderungen in der Landnutzung (vor allem die Umwandlung von Wald in landwirtschaftliche Nutzfläche) etwa 680 Gt C (=2492 Gt CO₂) in die Atmosphäre freigesetzt (Tab. 1). Dadurch erhöhte sich die Masse an Kohlendioxid in der Atmosphäre von ca. 600 Gt C um 1850 auf 879 Gt C im Jahr 2021. 70% des in die Atmosphäre emittierten Kohlendioxids wurden seit 1960 emittiert und 30% seit dem Jahr 2000.

Von den CO₂-Emissionen seit Beginn der Industrialisierung gehen 475 Gt C auf das Konto der Verbrennung fossiler Energieträger und 205 Gt C auf die Änderung der Landnutzung zurück (Tab. 1). Dabei haben sich die Emissionen in den letzten 60 Jahren mehr als verdoppelt. In den 1960er Jahren wurden 4,5 Gt C/Jahr emittiert, 2012-2021 waren es im Mittel schon 10,8 Gt C. und für das Jahr 2022 wurde die Emissionsrate auf 11,1 Gt C geschätzt. Die Erhöhung der Emissionsrate stammt dabei fast ausschließlich aus fossilen Emissionen, während die Emissionen aus der Landnutzungsänderung nahezu gleichgeblieben sind. Ein Vergleich mit Projektions-Szenarien zeigt, dass die globalen Treibhausgasemissionen insgesamt sich nicht auf dem Weg der hohen Szenarien (z.B. SSP8.5) befinden, sondern eher den mittleren Szenarien folgen, was allerdings nicht ausreicht, um die Erwärmung auf unter 2 °C zu begrenzen.

Die anthropogenen Emissionen von Kohlendioxid gelangen zunächst direkt in die Atmosphäre, die die sich am schnellsten ändernde CO₂-Senke ist. Von den anthropogenen Emissionen aus der Verbrennung fossiler Rohstoffe, der Landnutzungsänderung und anderen menschlichen Aktivitäten verbleiben aber nur weniger als die Hälfte in der Atmosphäre, während der Rest vom Ozean und der Landvegetation aufgenommen wird. Zu Beginn der Industrialisierung betrug die atmosphärische CO₂-Konzentration ca. 280 ppm und noch Anfang des 20. Jahrhunderts waren es lediglich 300 ppm. 2020 lag die CO₂-Konzentration dagegen schon bei 412 ppm und im April 2022 bei 420 ppm und hatte sich damit im Laufe des Industriezeitalters um ca. 50% erhöht. Damit nahm die Masse an Kohlenstoff in der Atmosphäre von 590 Gt C im Jahr 1750 auf 876 Gt C im Jahr 2020 zu. In den letzten ca. 50 Jahren verdreifachte sich die Wachstumsrate des atmosphärischen Kohlenstoffgehalts. Dennoch blieb der Anteil des in der Atmosphäre verbliebenen Kohlenstoffs an den gesamten anthropogenen Emissionen erstaunlich stabil bei rund 45%. Der Grund liegt darin, dass Landvegetation und Ozean ihre Aufnahmekapazität proportional zu der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre gesteigert haben.

Emissionen aus Landnutzungsänderungen

Gegenwärtig (Mittel 2012-2021) belaufen sich die Netto-Emissionen von Kohlendioxid aus Änderungen in der Land- und Forstwirtschaft auf 1,2 Gt C/Jahr bzw. 4,4 Gt CO₂. Die wichtigste Ursache ist die Waldvernichtung in den Tropen, aber auch die Trockenlegung von Feuchtgebieten wie Moore und Küstenfeuchtgebiete sowie Waldbrände spielen eine Rolle. Um 1900 waren die Emissionen aus der Landwirtschaft doppelt so hoch wie die aus der Verbrennung fossiler Energieträger und wurden erst nach Mitte des 20. Jahrhunderts von diesen als dominierende Quelle abgelöst (Abb. 2). Seit Beginn der Industrialisierung hat die Veränderung der Bodenbedeckung rund 30% der Kohlenstoff-Emissionen verursacht (200 GtC von 660 GtC anthropogenen Emissionen insgesamt). Über den gesamten Zeitraum 1850-2020 waren die kumulativen anthropogenen Emissionen aus der Landnutzung und die kumulative Landsenke nahezu ausgeglichen. Mit Beginn des neuen Jahrhunderts haben die Emissionen durch eine (vorübergehende) Reduktion der Entwaldung in Südamerika und Wiederaufforstung in Regionen wie den USA, Europa, China und Indien abgenommen, was inzwischen wieder einer Zunahme gewichen ist.

Abb. 3: Jährliche fossile CO₂-Emissionen (2022: Projektion) nach Ländern

Die Landvegetation tauscht sich jedoch nicht nur durch direkte Veränderungen durch den Menschen mit der Atmosphäre aus, sondern ist auch Bestandteil des natürlichen CO₂-Kreislaufs. Als solche nimmt sie Kohlendioxid durch Photosynthese aus der Atmosphäre auf und gibt es durch Veratmung und Verrottung an die Atmosphäre wieder ab. Diese Prozesse stehen zunehmend unter dem Einfluss des Klimawandels und seiner Ursachen. Durch den ansteigenden CO₂-Gehalt der Atmosphäre wird die Photosynthese und das Wachstum von Pflanzen verstärkt (CO₂-Düngeeffekt). Höhere Temperaturen und längere Wachstumszeiten können vor allem in höheren Breiten ebenfalls das Pflanzenwachstum erhöhen. Dadurch wird mehr CO₂ von den Pflanzen aus der Atmosphäre aufgenommen und die Konzentration des Treibhausgases verringert. Andererseits können Dürren, Feuer und Stürme das Pflanzenwachstum beeinträchtigen und CO₂-Emissionen verursachen.

Fossile Emissionen

Die Emissionsentwicklung

Abb. 4: Historische kumulative Anteil CO₂-Emissionen nach Staaten bzw. Regionen. Verändert, übersetzt.

1850 hatte das Vereinigte Königreich die Emissionen aus fossilen Treibstoffen mit 62% noch absolut dominiert. Im Laufe der folgenden über eineinhalb Jahrhunderte hat sich das Bild stark gewandelt. Bei den kumulativen Emissionen von 1850 bis 2021 stehen die USA mit 115 GtC bzw. 24% an der Spitze, darauf folgt die EU mit 80 GtC (17%) und China mit 70 GtC (14%). Aktuell (2021) liegt China bei den fossilen Emissionen pro Jahr mit 31% mit großem Abstand vor den USA (14%), der EU (8%) und Indien mit 7% an der Spitze. Diese vier Regionen emittieren fast 60% der globalen fossilen Emissionen. Auch bei den Pro-Kopf-Emissionen liegt China inzwischen mit 2,2 tC an zweiter Stelle hinter den USA (4,0 tC), aber bereits vor der EU (1,7 tC) und Indien (0,5 tC).

Seit den 1960er Jahren nahmen die Emissionen von Kohlendioxid in allen vier Regionen wie auch im Rest der Welt zunächst zu (Abb. 3). Seit 1980 zeichnet sich dann eine Trendwende in der EU mit leicht abnehmenden CO₂-Emissionen bis heute ab, während den USA diese Wende zu abnehmenden Emissionen erst seit Mitte der 2000er Jahre gelang. Nahezu gleichzeitig wurden die USA von China überholt, dessen Emissionen in den 2000er Jahren eine rasante Zunahme aufweist, die sich dann in den 2010er Jahren abschwächte, inzwischen aber mehr als das Doppelte der US-amerikanischen Emissionen beträgt. Die Indischen Emissionen beschleunigten sich langsam und überholten mit Beginn der 2020er Jahre diejenigen der EU.

Die kumulativen CO₂-Emissionen seit Beginn der Industrialisierung (1850) sind mit 455 GtC (1667 GtCO₂) mehr als doppelt so hoch wie die aus der Landnutzung. Die globale Emissionsrate von Kohlendioxid hat sich in den letzten Jahrzehnten von 3,0 GtC/Jahr (ca. 11 GtCO2) in den 1960er Jahren auf 9,6 GtC/Jahr (35 GtCO2) im letzten Jahrzehnt (2012-2021) mehr als verdreifacht. In den letzten beiden Jahrzehnten ist die Wachstumsrate allerdings von 3,0% pro Jahr in den 2000er Jahren auf 0,5% pro Jahr in 2012-2021 deutlich zurückgegangen. Und 2022 hat dann der russische Überfall auf die Ukraine möglicherweise einen historischen Wendepunkt für die weltweite Energieversorgung ausgelöst. Zahlreiche Staaten und große Emittenten haben neue Programme für eine stärkere Nutzung erneuerbarer Energien aufgelegt, die neuerdings nicht nur aus Klimaschutzgründen, sondern auch aus Sicherheitsüberlegungen begründet werden. Zudem haben sich die Preise für Öl und Gas, aber auch für Kohle zeitweilig drastisch erhöht, was Wind und Solarenergie deutlich konkurrenzfähiger gemacht hat. Die Internationale Energieagentur IEA hält es daher für möglich, dass 2025 der Höhepunkt der energiebezogenen CO₂-Emissionen mit 37 GtCO₂ pro Jahr (gegenüber 36,6 GtCO₂ in 2021) überschritten wird.

Die Ursachen

Von den 1700 GtCO₂ an fossilen Emissionen über den Zeitraum 1850-2021 stammen über den gesamten Zeitraum gemittelt 46% aus der Verbrennung von Kohle, 35% aus der von Öl und 15% von der Gas-Nutzung. Die Kohle war im 19. Jahrhundert nahezu die einzige Quelle fossiler CO₂-Emissionen und dominierte auch später die fossilen Quellen bis in die 1960er Jahre hinein (Abb. 2). Von 1970 bis 2000 wurde dann die Erdölnutzung zur wichtigsten Ursache der CO₂-Emissionen. Aufgrund der starken Kohlenutzung während des rasanten Industrialisierungsprozesses in China in den 2000er Jahren setzte sich dann in den 2010er Jahren mit 15 GtCO₂/Jahr die Kohle wieder an die Spitze der CO₂-Quelle, gefolgt von Öl mit ca. 12 GtCO₂/Jahr und Gas mit ca. 7 GtCO₂/Jahr.

Aufschlussreich ist auch die Entwicklung in den Anwendungsbereichen Energiewirtschaft, andere Industriebereiche, Transport- und Gebäudesektor. Dominierend waren seit 1990 durchgehend die fossilen CO₂-Emissionen aus dem Energiesektor, der von ca. 8 GtCO₂ in den 1990er Jahren auf fast das Doppelte mit ca. 15 GtCO₂ in den 2010er Jahren anstieg. Auch der Verkehrssektor verdoppelte sich fast und emittierte in den 2010er Jahren etwa 8 GtCO₂. Die Emissionen aus dem Industriesektor ohne Kraftwerke (Chemie, Stahl, Zement etc.) entwickelten sich ähnlich und zogen mit dem Verkehrssektor fast gleich, während der Gebäudebereich mit 3-4 GtCO₂ sich kaum veränderte.

Abb. 4: CO₂-Emissionen durch Produktion und durch Konsum

Emissionsverlagerung

Abb. 5: Netto-Transfer von CO2-Emissionen aus den Produktions- in die Konsum-Länder. Gezeigt sind die 16 größten Emissions-Transfers in Mt CO2/Jahr. Die Einfärbung der einzelnen Staaten zeigt den Netto-Export (rot) und Netto-Import von CO2-Emissionen (blau) in Mio. t.

Während die Industrieländer sich immer mehr zu Dienstleistungsgesellschaften entwickeln ("Dritte industrielle Revolution"), wird die Produktion von Industriegütern zunehmend von den Entwicklungs- und Schwellenländern übernommen. Als Folge entsteht ein erheblicher Teil der Kohlenstoffemissionen in Ländern wie China zu dem Zweck, die Bevölkerung in den Industrieländern mit Waren zu versorgen. Die Folge ist, dass die Emissionen, die durch die Herstellung zahlreicher in den Industrieländern konsumierten Güter entstehen, in der Regel (z.B. bei dem Paris-Abkommen zur Begrenzung der globalen Erwärmung) den Ländern angerechnet werden, auf deren Territorien die Güter produziert werden. Die Hauptnutznießer der Auslagerung von Produktion und Emissionen in andere Länder sind die USA und die EU, die u.a. auch dadurch ihre Emissionen reduzieren konnten. Andere Staaten wie vor allem China emittieren infolgedessen jedoch mehr Treibhausgase, als es ihrem Konsum und Lebensstil entspricht. Im Falle Chinas sind das (nach Abb. 5) mehr als 1 GtCO₂, bei 11 GtCO₂ territorialen Emissionen insgesamt. Es ist daher vielfach vorgeschlagen worden, für einzelne Staaten eine konsumbasierte Zählung der Treibhausgasemissionen anzuwenden, die die entstehenden Emissionen entlang der Lieferketten jenen Ländern anrechnen, in denen die hergestellten Produkte verbraucht werden. So wird deutlicher, welche Art von Lebensstil zu welchen Belastungen der Atmosphäre führt.

Weblinks

• Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC): Carbon Budget
• Global Carbon Atlas: Fossil Fuels Emissions Animierte Darstellungen in verschiedenen Formaten von 1960 bis zur Gegenwart
• Potsdam Institut für Klimafolgenforschung (Pressemitteilung vom 26.04.2011): Welthandel: Reiche Länder verursachen zunehmend CO₂-Emissionen in ärmeren Ländern
• PNAS: Growth in emission transfers via international trade from 1990 to 2008

Bildergalerie zum Thema

• Bilder zu: Treibhausgasemissionen (Bilder)

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