FCKW: Unterschied zwischen den Versionen

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Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind vor allem dafür bekannt, dass sie in der Stratosphäre Ozon zerstören. Einige Jahre nach der Entdeckung des [[Ozonloch über der Antarktis| Ozonlochs über der Antarktis]] wurde das Montrealer Protokoll zum Schutz der Ozonschicht verabschiedet. Darin werden jene Gase geregelt, die die stratosphärische Konzentration an Chlor- und Bromverbindungen erhöhen. Es handelt sich dabei generell um halogenierte Kohlenwasserstoffe (Halone), von denen die FCKW (Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe), auf englisch CFC (chloro-fluoro-carbons) eine Untergruppe sind. Gleichzeitig wirken diese jedoch auch als [[Treibhausgase]]. Das Potential zum Ozonabbau und die Treibhauswirkung sind im Prinzip unabhängige Eigenschaften (erstere chemischer und letztere physikalischer Art), so dass die stärksten Ozonzerstörer nicht unbedingt auch die stärksten Treibhausgase sind. Im Gegensatz zu allen anderen Treibhausgasen sind die wichtigsten Fluorchlorkohlenwasserstoffe ausschließlich anthropogenen Ursprungs. Sie sind von Chemikern künstlich hergestellte Stoffe, die seit den 1930er Jahren in der Industrie eine vielfältige Verwendung finden. Als Treibgas werden sie in Sprühdosen und zum Aufblähen von Schäumen benutzt, als Kühlmittel werden sie in Eisschränken, Kühltruhen und Klimaanlagen eingesetzt und als Reinigungsmittel für Textilien und die empfindlichen Teile in der elektronischen Industrie verwendet. Für den technischen Gebrauch besitzen FCKWs ausgezeichnete Eigenschaften: Sie sind unbrennbar, ungiftig und chemisch inert, d.h. sie gehen keine Reaktionen mit anderen Stoffen ein.
Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind vor allem dafür bekannt, dass sie in der Stratosphäre Ozon zerstören. In dem unteren Stockwerk der Atmosphäre, der Troposphäre, wirken sie jedoch als wichtige [[Treibhausgase]]. Im Gegensatz zu allen anderen Treibhausgasen sind Fluorchlorkohlenwasserstoffe ausschließlich anthropogenen Ursprungs. Sie sind von Chemikern künstlich hergestellte Stoffe, die seit den 1930er Jahren in der Industrie eine vielfältige Verwendung finden. Als Treibgas werden sie in Sprühdosen und zum Aufblähen von Schäumen benutzt, als Kühlmittel werden sie in Eisschränken, Kühltruhen und Klimaanlagen eingesetzt und als Reinigungsmittel für Textilien und die empfindlichen Teile in der elektronischen Industrie verwendet. Für den technischen Gebrauch besitzen FCKWs ausgezeichnete Eigenschaften: Sie sind unbrennbar, ungiftig und chemisch inert, d.h. sie gehen keine Reaktionen mit anderen Stoffen ein.
 
  
 
== FCKW als Treibhausgase ==
 
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Das bedeutet aber auch, dass sie, einmal freigesetzt, sehr lange in der Atmosphäre verbleiben und nicht wie etwa [[Methan]] durch chemische Reaktionen zerstört werden. So besitzen die beiden wichtigsten FCKWs CFC-11 (CFCl<sub>3</sub>) und CFC-12 (CF<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>) eine atmosphärische Verweilzeit von 45 bzw. 100 Jahren. Aus der langen Verweilzeit und der starken Absorption im infraroten Spektralbereich resultiert ein hohes Treibhauspotenzial: Jedes Molekül trägt etwa 10000 mal stärker zum Treibhauseffekt bei als ein CO<sub>2</sub>-Molekül! Daher ist der Beitrag der Fluorchlorkohlenwasserstoffe am anthropogenen [[Treibhauseffekt]] im Vergleich zu ihrer geringen Konzentration von einigen Hundert ppt (Billionstel Volumenanteile) relativ hoch.
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Messungen aus dem Jahr 2005 ergeben, dass die Montreal-Gase mit 12 % (0,32 W/m<sup>2</sup>) zum direkten Strahlungsantrieb aller langlebigen Treibhausgase und zu 95 % zu dem der Halocarbone beigetragen haben<ref>IPCC (2007): Climate Change 2007: Working Group I: The Science of Climate Change, 2.3.4</ref>. Dominiert wird diese Entwicklung von den FCKW. Alle halogenierten Kohlenwasserstoffe zusammengenommen tragen mit 0,337 W/m<sup>2</sup> zum Treibhauseffekt bei. Allein der Stoff CFC-12 ist nach [[Kohlendioxid]] (1,46 W/m<sup>2</sup>) und Methan (0,48 W/m<sup>2</sup>) das drittwichtigste anthropogene Treibhausgas. Da Ozon ebenfalls ein Treibhausgas ist, haben die FCKW mittels der Zerstörung der Ozonschicht zugleich einen kühlenden Einfluss auf das Klima. Der gesamte Strahlungsantrieb durch den stratosphärischen Ozonabbau ist mit -0,05 W/m<sup>2</sup> jedoch deutlich kleiner als die Treibhauswirkung der FCKW, so dass ihr netto-Einfluss erwärmend ist.
  
Das bedeutet aber auch, dass sie, einmal freigesetzt, sehr lange in der Atmosphäre verbleiben und nicht wie etwa [[Methan]] durch chemische Reaktionen zerstört werden. So besitzen die beiden wichtigsten FCKWs F11 (CFCl<sub>3</sub>) und F12 (CF<sub>2</sub>CL<sub>2</sub>) eine atmosphärische Verweilzeit von 45 bzw. 100 Jahren. Aus der langen Verweilzeit und der hohen Absorption im infraroten Spektralbereich resultiert ein hohes Treibhauspotenzial (Treibhauswirkung pro kg gegenüber CO<sub>2</sub>) von 6300 bzw. 10200 in den ersten 20 Jahren. Daher ist der Beitrag der Fluorchlorkohlenwasserstoffe am anthropogenen [[Treibhauseffekt]] mit 0,34 W/m<sup>2</sup> im Vergleich zu ihrer geringen Konzentration von einigen Hundert ppt relativ hoch. Sie sind damit nach [[Kohlendioxid]] (1,46 W/m<sup>2</sup>) und Methan (0,48 W/m<sup>2</sup>) das drittwichtigste anthropogene Treibhausgas. FCKWs wirken jedoch nicht nur treibhausfördernd, sondern indirekt durch die Zerstörung von stratosphärischem Ozon mit -0,15 W/m<sup>2</sup> auch in geringem Maße abkühlend.<ref>IPCC (2001): Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of the Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Houghton, J.T. et al., eds), Cambridge and New York, 6.13.1</ref>
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== Entwicklung der atmosphärischen FCKW-Konzentration ==
 
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[[Bild:Fckw11und12.gif|thumb|420 px|Veränderung der Konzentration von FCKW-11 und FCKW-12 über Tasmanien]]
== Entwicklung der atmosphärische FCKW-Konzentration ==
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Die lange Verweilzeit von FCKW-Molekülen in der Troposphäre bewirkt eine gleichmäßige Verteilung rund um den Globus. Seit etwa 1940 hat die atmosphärische Konzentration deutlich zugenommen. Sie zeigte 1981 bei dem vollhalogenierten Kohlenwasserstoff CFC-11 einen Wert von 160 ppt, der 1993 mit 260 ppt seinen Höhepunkt erreichte und seitdem leicht abnimmt. Auch der Gehalt von CFC-113 sinkt seit Mitte der 90er Jahre. Da die Lebensdauern dieser beiden Stoffe aber 45 bzw. 85 Jahre betragen, sinkt die Konzentration um lediglich 2 % bzw. 1 % pro Jahr. CFC-12 hat inzwischen ebenfalls ein Maximum der Konzentration erreicht und wird in den nächsten Jahren wieder abnehmen. Die Ursache für diese Trendwende liegt in dem auf die stratosphärische Ozonzerstörung reagierenden Montrealer Protokoll von 1987 und seinen Verschärfungen in London und Kopenhagen 1990 und 1992, durch die eine deutliche Verringerung der Emissionsraten bei den beiden wichtigsten Fluorchlorkohlenwasserstoffen F11 und F12 erreicht werden konnte. Allerdings nimmt die Konzentration der FCKW-Ersatzstoffe, besonders der teilhalogenierten Verbindungen (HFCKW) wie z.B. HCFC-22 und der perfluorierten Kohlenwasserstoffe (PFKW), stark zu. Die atmosphärische Verweilzeit und das [[Strahlungsantrieb#Das_Global_Warming_Potential | Treibhauspotential]] sind zwar geringer als bei CFC-11 und CFC-12, das Treibhauspotential ist aber immer noch viel höher als bei Kohlendioxid.
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Trotzdem hatte das Montreal-Protokoll insgesamt eine kühlende Wirkung auf das Klima: Die CO<sub>2</sub>-äquivalenten (entsprechend ihrer Wirkung in CO<sub>2</sub>-Mengen umgerechneten) Emissionen der darin geregelten Gase sanken von 2 GtC pro Jahr in den späten 80ern auf jährlich 0,7 GtC im Jahr 2000, was etwa einem Zehntel der CO<sub>2</sub>-Emissionen aus fossilen Brennstoffen entspricht.
  
[[Bild:Fckw11und12.gif|thumb|420 px|Veränderung der Konzentration von FCKW-11 und FCKW-12 über Tasmanien]]
 
  
Die lange Verweilzeit von FCKW-Molekülen in der Troposhpäre bewirkt eine gleichmäßige Verteilung rund um den Globus. Seit etwa 1940 hat die atmosphärische Konzentration deutlich zugenommen. Sie zeigte 1981 bei dem vollhalogenierten Kohlenwasserstoff F11 einen Wert von 160 pptv, der 1993 mit 260 pptv seinen Höhepunkt erreichte und seitdem leicht abnimmt. Bei F12 ist eine Abnahme der Konzentration zwar noch nicht zu erkennen, aber ebenfalls seit Anfang der 1990er Jahre eine deutliche Verringerung der Zuwachsrate. Die Ursache für diese Trendwende liegt in dem auf die stratosphärische Ozonzerstörung reagierenden Montrealer Protokoll von 1987 und seinen Verschärfungen in London und Kopenhagen 1990 und 1992, durch die eine deutliche Verringerung der Emissionsraten bei den beiden wichtigsten Fluorchlorkohlenwasserstoffen F11 und F12 erreicht werden konnte. Allerdings nimmt die Konzentration der FCKW-Ersatzstoffe, besonders der teilhalogenierten Verbindungen (HFCKW) und der perfluorierten Kohlenwasserstoffe (PFKW), stark zu. Während F11 und F12 jedoch eine atmosphärische Verweilzeit von 50 bzw. 102 Jahren und ein Treibhauspotential von 5000 bzw. 7900 (gegenüber Kohlendioxid) in den ersten 20 Jahren besitzen, sind beide Faktoren bei den FCKW-Ersatzstoffen deutlich geringer, das Treibhauspotential aber immer noch viel höher als bei Kohlendioxid.
 
  
 
== Einzelnachweise ==
 
== Einzelnachweise ==

Version vom 21. Juni 2009, 15:46 Uhr

1 Eigenschaften und Verwendung

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind vor allem dafür bekannt, dass sie in der Stratosphäre Ozon zerstören. Einige Jahre nach der Entdeckung des Ozonlochs über der Antarktis wurde das Montrealer Protokoll zum Schutz der Ozonschicht verabschiedet. Darin werden jene Gase geregelt, die die stratosphärische Konzentration an Chlor- und Bromverbindungen erhöhen. Es handelt sich dabei generell um halogenierte Kohlenwasserstoffe (Halone), von denen die FCKW (Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe), auf englisch CFC (chloro-fluoro-carbons) eine Untergruppe sind. Gleichzeitig wirken diese jedoch auch als Treibhausgase. Das Potential zum Ozonabbau und die Treibhauswirkung sind im Prinzip unabhängige Eigenschaften (erstere chemischer und letztere physikalischer Art), so dass die stärksten Ozonzerstörer nicht unbedingt auch die stärksten Treibhausgase sind. Im Gegensatz zu allen anderen Treibhausgasen sind die wichtigsten Fluorchlorkohlenwasserstoffe ausschließlich anthropogenen Ursprungs. Sie sind von Chemikern künstlich hergestellte Stoffe, die seit den 1930er Jahren in der Industrie eine vielfältige Verwendung finden. Als Treibgas werden sie in Sprühdosen und zum Aufblähen von Schäumen benutzt, als Kühlmittel werden sie in Eisschränken, Kühltruhen und Klimaanlagen eingesetzt und als Reinigungsmittel für Textilien und die empfindlichen Teile in der elektronischen Industrie verwendet. Für den technischen Gebrauch besitzen FCKWs ausgezeichnete Eigenschaften: Sie sind unbrennbar, ungiftig und chemisch inert, d.h. sie gehen keine Reaktionen mit anderen Stoffen ein.

2 FCKW als Treibhausgase

Das bedeutet aber auch, dass sie, einmal freigesetzt, sehr lange in der Atmosphäre verbleiben und nicht wie etwa Methan durch chemische Reaktionen zerstört werden. So besitzen die beiden wichtigsten FCKWs CFC-11 (CFCl3) und CFC-12 (CF2Cl2) eine atmosphärische Verweilzeit von 45 bzw. 100 Jahren. Aus der langen Verweilzeit und der starken Absorption im infraroten Spektralbereich resultiert ein hohes Treibhauspotenzial: Jedes Molekül trägt etwa 10000 mal stärker zum Treibhauseffekt bei als ein CO2-Molekül! Daher ist der Beitrag der Fluorchlorkohlenwasserstoffe am anthropogenen Treibhauseffekt im Vergleich zu ihrer geringen Konzentration von einigen Hundert ppt (Billionstel Volumenanteile) relativ hoch. Messungen aus dem Jahr 2005 ergeben, dass die Montreal-Gase mit 12 % (0,32 W/m2) zum direkten Strahlungsantrieb aller langlebigen Treibhausgase und zu 95 % zu dem der Halocarbone beigetragen haben[1]. Dominiert wird diese Entwicklung von den FCKW. Alle halogenierten Kohlenwasserstoffe zusammengenommen tragen mit 0,337 W/m2 zum Treibhauseffekt bei. Allein der Stoff CFC-12 ist nach Kohlendioxid (1,46 W/m2) und Methan (0,48 W/m2) das drittwichtigste anthropogene Treibhausgas. Da Ozon ebenfalls ein Treibhausgas ist, haben die FCKW mittels der Zerstörung der Ozonschicht zugleich einen kühlenden Einfluss auf das Klima. Der gesamte Strahlungsantrieb durch den stratosphärischen Ozonabbau ist mit -0,05 W/m2 jedoch deutlich kleiner als die Treibhauswirkung der FCKW, so dass ihr netto-Einfluss erwärmend ist.

3 Entwicklung der atmosphärischen FCKW-Konzentration

Datei:Fckw11und12.gif
Veränderung der Konzentration von FCKW-11 und FCKW-12 über Tasmanien

Die lange Verweilzeit von FCKW-Molekülen in der Troposphäre bewirkt eine gleichmäßige Verteilung rund um den Globus. Seit etwa 1940 hat die atmosphärische Konzentration deutlich zugenommen. Sie zeigte 1981 bei dem vollhalogenierten Kohlenwasserstoff CFC-11 einen Wert von 160 ppt, der 1993 mit 260 ppt seinen Höhepunkt erreichte und seitdem leicht abnimmt. Auch der Gehalt von CFC-113 sinkt seit Mitte der 90er Jahre. Da die Lebensdauern dieser beiden Stoffe aber 45 bzw. 85 Jahre betragen, sinkt die Konzentration um lediglich 2 % bzw. 1 % pro Jahr. CFC-12 hat inzwischen ebenfalls ein Maximum der Konzentration erreicht und wird in den nächsten Jahren wieder abnehmen. Die Ursache für diese Trendwende liegt in dem auf die stratosphärische Ozonzerstörung reagierenden Montrealer Protokoll von 1987 und seinen Verschärfungen in London und Kopenhagen 1990 und 1992, durch die eine deutliche Verringerung der Emissionsraten bei den beiden wichtigsten Fluorchlorkohlenwasserstoffen F11 und F12 erreicht werden konnte. Allerdings nimmt die Konzentration der FCKW-Ersatzstoffe, besonders der teilhalogenierten Verbindungen (HFCKW) wie z.B. HCFC-22 und der perfluorierten Kohlenwasserstoffe (PFKW), stark zu. Die atmosphärische Verweilzeit und das Treibhauspotential sind zwar geringer als bei CFC-11 und CFC-12, das Treibhauspotential ist aber immer noch viel höher als bei Kohlendioxid. Trotzdem hatte das Montreal-Protokoll insgesamt eine kühlende Wirkung auf das Klima: Die CO2-äquivalenten (entsprechend ihrer Wirkung in CO2-Mengen umgerechneten) Emissionen der darin geregelten Gase sanken von 2 GtC pro Jahr in den späten 80ern auf jährlich 0,7 GtC im Jahr 2000, was etwa einem Zehntel der CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen entspricht.


4 Einzelnachweise

  1. IPCC (2007): Climate Change 2007: Working Group I: The Science of Climate Change, 2.3.4

5 Siehe auch


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