Treibhauseffekte

Klimagase

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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Treibhauseffekte
Der heutzutage negativ belastete Treibhauseffekt wird schon seit Jahrtausenden in der passiven solaren Architektur angewandt. Ein Glashaus bzw. Wintergarten wird seit Jahrhunderten als "Sonnenfalle" genutzt. Im 16. Jahrhundert wurden ein Glashaus als Gewächshaus (Orangerie) zur Aufzucht von Pflanzen verwendet. Aber der gleiche Effekt führt zunehmend zur Erderwärmung.

Erderwärmung
Verantwortlich sind die in der Atmosphäre vorhanden bzw. eingetragenen Gase (Treibhausgase - Klimagase) bezeichnet. Aber hier beginnt der Streit, welche Faktoren und Vorgänge wirklich für die Erderwärmung ausschlaggebend sind.
Um das Phänomen der Erderwärmung einfach zu erklären, werden die Vorgänge innerhalb eines Treibhauses herangezogen. Hier wird die Sonnenstrahlung durch die Glasscheiben durchgelassen, aber die Erwärmung der internen Flächen nicht wieder herausgelassen.
Der Streit, welche Gase (Klimagase, auch Treihausgase genannt) in der Atmosphäre naturgegeben (atmosphärischer Treibhauseffekt*1) oder von Menschen verursacht (anthropogener Treibhauseffekt*2) sind, wird wohl ständig weitergeführt. Letztendlich sind viele verschiedene Gase für den Klimawandel (Erderwärmung) verantwortlich. Alle diese Gase kommen in einem mehr oder weniger großen Anteil in der Natur vor.

*1 Die Sonne beeinflusst das Klima der Erde, indem sie in sehr kurzen Wellenlängen Energie ausstrahlt (überwiegend im sichtbaren oder fast sichtbaren [z. B. ultravioletten] Teil des Lichtspektrums). Ein Drittel der Sonnenenergie, die die Oberfläche der Erdatmosphäre erreicht, wird direkt zurück ins All reflektiert. Der Rest wird von der Erdoberfläche und in geringerem Umfang auch von der Atmosphäre absorbiert. Um die absorbierte Energie auszugleichen, muss die Erde durchschnittlich dieselbe Energiemenge wieder ins All zurückstrahlen. Da die Erde viel kälter ist als die Sonne, strahlt sie in viel längeren Wellenlängen, vorwiegend im infraroten Teil des Lichtspektrums. Ein Großteil dieser von Land und Ozean abgegebenen thermischen Strahlung wird von der Atmosphäre einschließlich der Wolken absorbiert und zur Erde zurückgestrahlt.
*2 Freisetzung klimawirksamer Spurengase (Klima bzw. Treibhausgase), Partikelemissionen Ruß, Feinstaub, Staub bzw. Sandkörner) und Veränderungen der Erdoberflächenbeschaffenheit
(städtische Siedlungsgebiete, Landtrockenlegung, Waldrodung)
- Wie wirkt sich die gleichzeitige Absorption und Emission von Wärmestrahlung in den verschiedenen Höhen der Atmosphäre aus?
- Wie wirken sich die Strömungen in der Atmosphäre aus?
- Haben die Vorgänge einen größeren anthropogenen (menschlichen) Einfluss oder sind es natürliche Vorgänge?
- Welchen Einfluss haben die vermehrte Wolkenbildung und der Aerosolausstoß der Vulkane?
- Wirken diese Vorgänge ausgleichend?


Das Klimasystem
Quelle: © Enquête-Kommission "Schutz der Erdatmosphäre"

Also Fragen über Fragen, die nur durch exakte Messungen, aber nicht durch Klimaberechnungen, erfasst werden können, da jeder Faktor, der in den Berechnungen nicht richtig angesetzt bzw. gewichtet wird, zu falschen Ergebnissen bzw. Interpretationen führen kann.

Zusammenhänge und Wechselwirkungen im Klimasystem - Jucundus Jacobeit
Biosphäre im Klimasystem - Bildungsserver

Glashauseffekt
Der Treibhauseffekt wird schon seit Jahrtausenden in der passiven solaren Architektur angewandt. Ein Beispiel ist das antike Griechenland vor rund 2.500 Jahren, das damals ebenfalls in einer Energiekrise steckte. Als Lösung für das Problem des immer knapper und teurer werdende Brennholzes wurde die verglaste Südfläche mit weitüberstehendem Vorbau entwickelt. Sokrates beschrieb dies so: "In Häuser, die nach Süden blicken, dringt die Sonne im Winter durch die Vorhalle bis in die Wohnräume vor und wärmt sie. Im Sommer jedoch hält das Dach der Vorhalle die Sonne ab und spendet kühlenden Schatten."  mehr > hier ein paar Beispiele   Quelle: Buch der Synergie - Achmed A. W. Khammas
Ein Glashaus bzw. Wintergarten wird seit Jahrhunderten als "Sonnenfalle" genutzt. Im 16. Jahrhundert wurden ein Glashaus als Gewächshaus (Orangerie) zur Aufzucht von Pflanzen verwendet. Diese überdachten botanischen Gärten wurden freistehend oder an die Häuser gebaut. In der heutigen Zeit gehört ein Wintergarten durch die Entwicklung der Glasherstellung und der technischen Weiterentwicklung der Lüftungstechnik schon zu der "normalen" Ausstattung im gehobenen Wohnungsbau. Hier wird er hauptsächlich zu der Erweiterung der Wohnfläche verwendet und hat als Nebeneffekt die Nutzung der Sonnenenergie.

In jedem Glashaus und Wintergarten wirkt der "Treibhauseffekt" bzw. "Glashauseffekt". Das bedeutet, der größte Anteil der Sonnenstrahlung dringt durch die Glasscheiben, da der Hauptanteil der Sonnenstrahlung im gelben Wellenlängenbereich (0.5 µm) liegt, für die die Glasscheiben durchlässig sind. Davon kommen 60 bis 70 % der auf den Boden bzw. Wände. Diese erwärmten Flächen strahlen die Wärme im infraroten Wellenlängenbereich (>3.5 µm) ab und diese Wärmestrahlung wird von den Glasscheiben reflktiert. Wenn die Wärmestrahlung im Innern des Raumes die Strahlungsleistung der einfallenden Strahlung von außen erreicht hat, stellt sich ein Strahlungsgleichgewicht ein. Die Wärme bleibt also in dem Raum und hierbei wird die Meinung verteten, dass dabei nicht die Reflektierung der Scheiben bei der Aufheizung des Raumes eine Rolle spielt sondern nur die Konvektion an den warmen Flächen und die durch die Glasscheiben behinderte Lufbewegung. Dadurch kann keine Wärme abtransportiert werden. > mehr

Wie funktioniert der Treibhauseffekt?
Klimagas - Gashydrate und Methanhydrate
CO2-neutral

Klimagase
Treibhauseffekt
Quelle: WDR Wissen

Der Streit, welche Gase (Klimagase, auch Treihausgase genannt) in der Atmosphäre naturgegeben (atmosphärisch) oder von Menschen verursacht (anthropogen) sind, wird wohl ständig weitergeführt. Letztendlich sind viele verschiedene Gase für den Klimawandel (Erderwärmung) verantwortlich. Alle diese Gase kommen in einem mehr oder weniger großen Anteil in der Natur vor.
Welches der Gase den Hauptanteil am Treibhauseffekt hat, ist auch unter den Fachleuten umstritten. Wasserdampf wird als Hauptursache vor dem Kohlendioxid angesehen. Wobei der Wasserdampf aber nur indirekt und die anderen Gase direkt wirken. Aber auch diese These ist umstritten, da eine verstärkte Wolkenbildung weniger Sonneneinstrahlung durch die Reflektion zulässt.

CO2-Lüge?

Die wichtigsten Klimagase sind
      •  Kohlendioxid (CO2) > Kohlenstoffdioxid
      •  Kohlenmonoxid (CO) > Kohlenstoffmonoxid
      •  Methan (CH4)
      •  Ozon (O3)
      •  Distickstoffoxid (N2O) > Lachgas
      •  Teilhalogenisierte Kohlenwasserstoffe (HKFW)
      •  Halogenierte Fluorkohlenwasserstofe (FCKW)
      •  Perfluorierte Kohlenwasserstoffe (PFC)
      •  Schwefelhexafluorid.(SF6)
      •  Nichtmethanhaltige flüchtige organische Verbindungen (NM VOC)
      •  Wasserdampf (H2)
Zusammensetzung der ausgestoßenen Klimagase
Quelle: Umweltbundesamt, World Resources Institute, dpa

Kohlendioxid (CO2) > Kohlenstoffdioxid
Das Kohlendioxid (Kohlenstoffdioxid) ist ein linear aufgebautes Molekül und entsteht durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe. Aber auch Menschen, Tiere und sogar Bäume und Pflanzen emitieren CO2 in die Atmosphäre. Es ist gut in Wasser löslich. Kohlendioxid ist ein Klimagas, dass durch die Anreicherung in der Atmosphäre die Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche in das Weltall verhindert und so zu einer Erderwärmung über den Treibhauseffekt zum Klimawandel beiträgt.

Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen (ÖL, Gas, Kohle) wird der Kohlenstoff freigesetzt, der in den letzten Jahrmillionen gebunden wurde. Die Atmosphäre reichert sich mit diesem Gas an, weil es nicht in diesen Mengen von der Natur aufgenommen werden kann. Ein Teil dieses Gases wird auch in den Ozeanen gebunden und senkt den pH-Wert des Wassers.


Kohlenmonoxid (CO) > Kohlenstoffmonoxid
Bei einer unvollständigen Verbrennung (Sauerstoffmangel) von Brennstoffen, kann besonders bei Gas- und Holzheizungen Kohlenmonoxid entstehen. Aber es wird auch durch vulkanische Aktivitäten, Wald- und Buschbränden in die Atmosphäre freigesetzt. Es baut sich im Gegensatz zum Kohlendioxid innerhalb von 1 bis 3 Monaten wieder ab.

Methan (CH4)
Methan ist ein brennbares Gas, das beim Faulprozess organischer Stoffe (Mülldeponien, Kohlebergwerken, Abwasserreinigung) entsteht und ist der Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Sumpfgas und Holzgas. Auch beim Reisanbau und durch die Viehzucht (das Gas entweicht aus dem Verdauungssystem der Wiederkäuer) entsteht Methan.
Auf dem Grund der Ozeane und in den Permafrostböden befinden sich enorme Mengen von Methanhydrat, dass durch die Erhöhung der Temperaturen und durch die Förderung und den Transport ausgast.
Nach Kohlenstoffdioxid ist es das bedeutendste von Menschen indirekt freigesetzte Klimagas und ist 20 bis 30mal wirkungsvoller gegenüber dem Kohlendioxid (CO2).

Ozon (O3)
Bei elektrischen Entladungen, Oxidations- und Verdunstungsvorgängen entsteht Ozon (O3). Es ist in sehr geringen Mengen (ca. 0,02 bis 0,1 mg/m3) auch in der Atmosphäre nachweisbar.
Ein erhöhter Ozonanteil in den unteren Schichten der Atmosphäre verhindert die Wärmeabstrahlung von der Erdoberfläche in das Weltall und trägt so zum Treibhauseffekt bei.

Der Ozonmangel in der Stratosphäre (Ozonloch, vor allem über der Antarktis und Arktis) ist auf den Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) aus Spraydosen und Kältemitteln zurückzuführen. An diesen Stellen kann die UV-Strahlung der Sonne verstärkt bis zur Erdoberfläche durchdringen. Das fehlende Ozon hat Auswirkungen auf das Klima und dem Wachstum der Pflanzen.


Distickstoffoxid (N2O) > Lachgas
Distickstoffoxid (Lachgas) entsteht bei der Verbrennung von Biomasse (Holz, Stroh, Biogas), durch den Straßenverkehr und in der Landwirtschaft durch den Einsatz von Stickstoffdünger. Es reichert sich in der Atmosphäre an, da es eine Lebensdauer von ca. 150 Jahren hat.
Die klimaschädliche Wirkung dieses Gases ist ca. 300mal größer gegenüber dem Kohlendioxid (CO2) und trägt dadurch extrem zum Treibhauseffekt bei.

Teilhalogenisierte Kohlenwasserstoffe (HKFW)
Die FCKW’s (Kältemittel) in Kälte- und Klimaanlagen sind durch teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe ersetzt worden. Sie haben nur einen geringeren direkten Treibhauseffekt und eine geringere Lebensdauer. Aber auch in Hartschäumen und PU–Montageschäumen (in Spraydosen) befinden sich diese Gase.

Halogenierte Fluorkohlenwasserstofe (FCKW)
Diese klimaschädlichen Gase (CF4, C2F6, C3F8, C4F8) sind hauptsächlich für den Abbau der Ozonschicht über der Antarktis und Arktis verantwortlich. Die klimaschädliche Wirkung ist ca. 15.000mal größer gegenüber dem Kohlendioxid (CO2).
In vielen alten Kälte- und Klimaanlagen befinden sich noch FCKW’s (Kältemittel) und auch in Spraydosen und Aufschäummittel wurde es als Treibmittel verwendet. Sie wurden durch H-FKW’s und FKW’s ersetzt. Diese sind im Vergleich mit FCKW nicht als so klimaschädlich angesehen.

Perfluorierte Kohlenwasserstoffe (PFC)
 Perfluorierte (vollfluorierte) Kohlenwasserstoffe (CF4, C2F6, C3F8, C4F8) absorbieren die Infrarotstrahlung und tragen deswegen zum Treibhauseffekt bei, zumal einige Gase eine Verweilzeit bis zu 50 000 Jahren in der Atmosphäre haben. Die klimaschädlichen Wirkungen z. B. von CF4 ist ca. 6.500mal, C2F6 ca. 9.200mal und C3F8 ca. 7.000mal größer gegenüber dem Kohlendioxid (CO2).

Der Einsatz dieser Gase ist seit einigen Jahren verboten und dürfen nur mit einer Ausnahmegenehmigung verwendet werden, so z. B. in der Halbleiter- und Aluminiumherstellung.


Schwefelhexafluorid.(SF6)
Das Schwefelhexafluorid wird als das schädlichste Klimagas bezeichnet. Die schädliche Wirkung ist ca. 22.800mal größer gegenüber dem Kohlendioxid (CO2) und zerstört die Ozonschicht. Der Abbau durch die UV-Strahlung der Sonne dauert ca. 3.200 Jahre. Da aber der Anteil unter den klimarelevanten Gasen sehr gering ist und aufgrund der Schwere der Gasse, wird die Wirkung auf den Treibhauseffekt als wenig relevant angesehen.
Dieses Gas wird hauptsächlich in elektronischen Anlagen, als Stabilisator in der Reifenindustrie und als Schaummittel verwendet.

Nichtmethanhaltige flüchtige organische Verbindungen (NM VOC)
Diese Wasserstoff-Kohlenstoff-Verbindungen sind schwierig zu erfassen. Die klimarelevanten Wirkungen sind noch nicht vollständig erforscht.
Diese NMVOC’s entstehen durch unvollständige Verbrennungen Kfz-Motoren und der Verdunstung von Kraftstoffen (Tankbelüftung und Undichtigkeiten an Fahrzeugen, Betankung, Umschlag und Lagerung). Auch bei der Verwendung von Lösemitteln und im Bereich der chemischen Industrie, Mineralölindustrie und Nahrungsmittelindustrie.

Wasserdampf (H2O)
Da durch die zunehmende Erderwärmung die Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann, nimmt auch in der oberen Erdatmosphäre die Wolkenbildung zu. Aber auch der steigende Luftfahrtverkehr emittiert Wasserdampf in die oberen Luftschichten.
Der Wasserdampf trägt aber nur indirekt und die anderen Klimagase direkt zur Erderwärmung bei. Diese These ist umstritten, da eine verstärkte Wolkenbildung weniger Sonneneinstrahlung durch die Reflektion zulässt, das dann wieder zu einer Abkühlung der Atmosphäre führen könnte. Außerdem schwankt die Konzentration des Dampfgehaltes in der Atmosphäre und ist wissenschaftlich schwer zu erfassen und zu beurteilen.
Quelle: © Enquête-Kommission "Schutz der Erdatmosphäre"

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