Dankzij het broeikaseffect is er leven op Aarde!

De zon warmt het aardoppervlak op met voornamelijk kortgolvige UV-stralen. Onze planeet zendt op zijn beurt warmte uit, in de vorm van langere IR-stralen. Een aantal gassen in onze atmosfeer, die bekend staan als de broeikasgassen, absorberen deze IR-straling en geven deze energie langzaam terug af. Net als een serre of broeikas, verhinderen deze gassen dus dat de warmte kan ontsnappen.

De belangrijkste broeikasgassen zijn waterdamp (H2O), koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4), distikstofoxide of lachgas (N2O) en ozon (O3). Ze komen van nature voor in onze atmosfeer en zorgen ervoor dat de Aarde een leefbare planeet is. Want zonder broeikaseffect was de gemiddelde temperatuur op Aarde -18°C graden in plaats van de huidige +15°C.

Sinds de industriële revolutie is de hoeveelheid broeikasgassen in de aardatmosfeer echter drastisch toegenomen. Allerlei proxy-indicatoren (waarvan ijskernen wellicht de bekendste zijn) geven aan dat de concentratie broeikasgassen in onze atmosfeer vandaag de hoogste is in minstens 800.000 jaar. Dit heeft geleid tot een versterkt broeikaseffect en dus een klimaatverandering of opwarming van de Aarde.

 

De mens is grotendeels verantwoordelijk voor het versterkt broeikaseffect: verbranding van fossiele brandstoffen, productie van cement, maar ook landbouw, veeteelt en de verandering van landgebruik (voornamelijk ontbossing) dragen bij tot de verhoging van de concentratie aan broeikasgassen.

De verschillende broeikasgassen worden uitgestoten in verschillende concentraties en hebben een verschillend ‘opwarmend vermogen‘ (Global Warming Potential of GWP), dat het effect van dit gas gedurende een periode van 100 jaar weergeeft. CO2 wordt hier als referentie genomen en kreeg dan ook de referentiewaarde 1 mee. Om de uitstoot van de verschillende gassen in eenzelfde eenheid uit te kunnen drukken en hun gezamenlijk effect te berekenen, worden de uitgestoten hoeveelheden omgerekend naar CO2-equivalenten. Bv. methaan heeft een GWP van 25: de uitstoot van 1 kg stemt dus overeen met 25 kg CO2-equivalenten.

 

Natuurlijke broeikasgassen

1. Waterdamp (H2O) :

  • is het belangrijkste broeikasgas dat van nature aanwezig is in de atmosfeer
  • ontstaat door verdamping van water op het aardoppervlak

2. Koolstofdioxide (CO2) :

  • ontstaat bij de natuurlijke afbraak van plantaardig of dierlijk materiaal,
  • wordt opgenomen door planten in de fotosynthese (omzetting van CO2 en water tot suikers onder invloed van zonlicht)
  • wordt in grote mate door menselijke activiteiten geproduceerd, voornamelijk bij:
    • de opwekking van energie door verbranding van fossiele brandstoffen (steenkool, aardolie en aardgas),
    • ontbossing, vooral in de tropen voor omschakeling naar landbouw (platbranden),
    • industriële processen zoals de productie van cement en kalk,
    • activiteiten in de petrochemie en  de metaalnijverheid.
  • De CO2-concentratie is sinds 1750 met meer dan 45% gestegen van 280 naar 411 ppm begin 2019 (ppm = parts per million – deeltjes per miljoen deeltjes) ! De uitstoot afkomstig van fossiele oorsprong is sinds 1990 gestegen van 22 naar 36 Gt CO2/jaar (Gt = gigaton of miljard ton). Dit gas heeft van alle broeikasgassen het grootste aandeel in het broeikaseffect (meer dan 50%)!

De animatie hieronder (wekelijkse CO2-metingen te Mauna Loa (Hawaï)) toont duidelijk dat de CO2-concentratie jaar na jaar blijft toenemen.

 

3. Methaan (CH4)

  • ontstaat bij de ontbinding van plantaardig materiaal in vochtige gebieden.
  • Iets meer dan de helft van de totale uitstoot is afkomstig van menselijke activiteiten:
    • de landbouw (in rijstvelden, door darmgisting bij herkauwers, het gebruik van mesthopen en drijfmest)
    • de behandeling van huishoudelijk afval (storten en compostering)
    • de exploitatie en distributie van aardgas (lekken, onvolledig of niet verbrand gas)
  • De concentratie van methaan is sinds 1750 met zo’n 150% gestegen van 700 naar 1774 ppb in 2005 (ppb = parts per billion – deeltjes per miljard deeltjes) en is verantwoordelijk voor ongeveer 20% van het broeikaseffect. De methaanuitstoot is het afgelopen decennium redelijk stabiel gebleven.
    heeft een “opwarmend vermogen” (GWP = Global Warming Potential) dat 25 keer hoger is dan CO2.

4. Distikstofoxide (N2O) of lachgas

  • De uitstoot van lachgas door menselijke activiteiten is afkomstig van:
    • de landbouw (het gebruik van stikstofhoudende meststoffen)
    • de chemische industrie (bv. de productie van salpeterzuur)
    • de verbranding van fossiele brandstoffen voor huisverwarming en transport
  • De huidige concentratie is ongeveer 16% hoger dan in 1750 en is gestegen van 270 naar 319 ppb in 2005 (ppb = parts per billion – deeltjes per miljard deeltjes). Het gas is verantwoordelijk voor ongeveer 6% van het broeikaseffect
  • N2O heeft een “opwarmend vermogen” dat 298 keer hoger is dan CO2!

5. Ozon (O3)

  • is van nature aanwezig in de stratosfeer (op 10-15 km hoogte), waar het schadelijke UV-straling van de zon absorbeert. Die absorptie van energie zorgt er ook voor dat de temperatuur in de stratosfeer toeneemt met de hoogte. De verlaagde concentraties van ozon op deze hoogte (het zogenaamde “ozongat”) wordt veroorzaakt door ozonafbrekende stoffen van menselijke oorsprong, zoals een aantal gefluoreerde koolwaterstoffen (bv. drijfgassen uit spuitbussen).
  • wordt echter ook gevormd in de troposfeer (de menselijke leefomgeving) door een chemische reactie – onder invloed van sterk zonlicht – tussen stoffen afkomstig van luchtvervuiling. Ozon, een zeer reactief gas, is schadelijk voor de gezondheid, heeft een negatieve impact op de productie van landbouwgewassen enz.

 

“Industriële” broeikasgassen

6. Gefluoreerde koolwaterstoffen (CFK’s, HCFK’s, HFK’s, PFK’s):

  • doen dienst als koelvloeistof (koelkasten en airco), solvent (o.m. voor de schoonmaak van elektronica), brandblusmiddel en worden gebruikt in de productie van aluminium en kunststofschuim;
  • absorberen heel sterk de infrarode straling en zijn scheikundig erg stabiel, waardoor ze een belangrijk aandeel in het broeikaseffect voor hun rekening nemen (de GWP’s variëren tussen 1.300 en 11.700);
  • CFK’s en HCFK’s zijn verantwoordelijk voor de afbraak van de ozonlaag en zijn verboden door het Protocol van Montreal (1987). De vervangproducten (HFK’s) zijn niet schadelijk, maar hebben wel een effect als broeikasgas

7. Zwavelhexafluoride (SF6) :

  • wordt gebruikt in transformatoren en dubbel glas (geluidsisolatie)
  • wordt in zeer kleine hoeveelheden geproduceerd, maar absorbeert IR-straling zeer sterk (het “opwarmend vermogen” is 23.900 keer hoger is dan dat van CO2!). De moleculen zijn scheikundig zeer stabiel.

8. Stikstoftrifluoride (NF3) :

  • een kleurloos, geurloos, niet ontvlambaar maar toxisch gas;
  • wordt steeds meer gebruikt als industriële ontvetter in de productie van LCD-schermen en fotovoltaïsche cellen;
  • door zijn hoog “opwarmend vermogen” van 17.200 en de snelle groei van zijn industrieel gebruik (NF3 vervangt steeds vaker SF6), heeft zijn uitstoot een grotere impact dan oorspronkelijk gedacht.

Onderstaande figuur toont grafisch welke sector verantwoordelijk was voor welke uitstoot van broeikasgas met menselijke oorsprong in 2000[1].

Om de uitstoot van deze broeikasgassen te verminderen, werden verschillende milieuwetten uitgevaardigd. Met succes: in Europa daalde de uitstoot met 17,9% tegenover 1990. Dit dankzij onder andere meer hernieuwbare energie, energie-efficiëntie, een lagere uitstoot in transport- en industriesector[2].

Andere landen hebben minder strenge milieuwetgeving en/of zijn in volle economische ontwikkeling die in grote mate gebaseerd is op fossiele brandstoffen. De jaarlijkse globale uitstoot van menselijk gerelateerde broeikasgassen blijft hierdoor stijgen. Vooral het aandeel van CO2 stijgt sterk[3].

[1] World resources institute, Climate Analysis Indicator Tool (CAIT), Navigating the Numbers: Greenhouse Gas Data and International Climate Policy, December 2005; Intergovernmental Panel on Climate Change, 1996 (data for 2000).

[2] www.knack.be/nieuws/planet-earth/uitstoot-broeikasgassen-daalde-sinds-1990-met-17-9-in-eu/article-normal-623059.html

[3] IPCC (2014) Summary for Policymakers, In: Climate Change 2014, Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Edenhofer, O., R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, E. Farahani, S. Kadner, K. Seyboth, A. Adler, I. Baum, S. Brunner, P. Eickemeier, B. Kriemann, J. Savolainen, S. Schlömer, C. von Stechow, T. Zwickel and J.C. Minx (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

[4] Vlaamse Milieumaatschappij i.s.m. KU Leuven, VITO & KMI (2015) MIRA Klimaatrapport 2015, over waargenomen en toekomstige klimaatveranderingen