CO2-Emissionen und Erderwärmung

Der menschengemachte Klimawandel entsteht durch Gase (sogenannte Treibhausgase), die durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangen. Diese Gase lassen die kurzwelligen Sonnenstrahlen auf dem Weg zur Erde zum grossen Teil passieren, die langwellige, von der Erde emittierte elektromagnetische Strahlung (auch Wärmestrahlung genannt) wird jedoch teilweise durch die Gase aufgehalten und zur Erde zurückgeschickt. Dieser sogenannte Treibhauseffekt führt dazu, dass sich die Erdoberfläche erwärmt.

Um wie viel die erhöhte Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre die Oberflächentemperatur der Erde erhöht, hängt von vielen verschiedenen Wechselwirkungen ab, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten wirken. Da diese Wechselwirkungen sehr komplex sind und sich teilweise auch gegenseitig beeinflussen, besteht nach wie vor grosse physikalische Unsicherheit darüber, um wie viel die Oberflächentemperatur der Erde steigt, je höher die Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre ist. Ein vereinfachter Ansatz, um den Zusammenhang zwischen der erhöhten Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre und der Temperaturzunahme auf der Erde zu verstehen, ist der sogenannte Kohlenstoffbudget-Ansatz.

Mit dem Kohlenstoffbudget-Ansatz (engl. carbon budget approach) kann man beispielsweise abschätzen, wie viel CO₂ wir weltweit noch ausstossen dürfen, um das 1,5 bzw. 2°C Ziel zu erreichen.

Der Kohlenstoffbudget-Ansatz propagiert, dass zwischen der Erhöhung der durchschnittlichen globalen Oberflächentemperatur und dem bis zu diesem Zeitpunkt ausgestossenen CO₂ ein linearer Zusammenhang besteht. Der Ansatz fokussiert auf die Konzentration von CO₂ in der Atmosphäre, da dies das mit Abstand wichtigste Treibhausgas darstellt. Konkret bedeutet das, dass zusätzlich ausgestossenes CO₂ unmittelbar zu einer langfristigen (über einen Zeitraum von mehreren Jahrhunderten) Erhöhung der Temperatur auf der Erde führt. Im Durchschnitt rechnet man mit einer Temperaturerhöhung von 2 tausendstel Grad pro GtC. Diese Zahl ist aber nach wie vor mit grosser Unsicherheit behaftet, wie man in Abbildung 2 sieht.

Der Kohlenstoffbudget-Ansatz liefert uns einen bestimmten Wert an CO₂-Emissionen, der nicht überschritten werden darf, wenn die globale Erderwärmung auf eine bestimmte Temperatur beschränkt werden soll (bspw. +1,5 oder 2°C). Wenn man von diesem Wert die bereits emittierten CO₂-Emissionen seit 1870 abzieht, erhält man das sogenannte Kohlenstoffbudget – die Anzahl Gt CO₂, die global noch emittiert werden dürfen, bevor wir bei Netto-Nullemissionen sein müssen. Netto-Null bedeutet, dass durch menschliche Aktivitäten weltweit kein zusätzliches CO₂ mehr emittiert wird. Wenn die weitere Erhöhung der Oberflächentemperatur eventuell gestoppt werden soll, ist es unabdingbar, dass wir mittelfristig Netto-Nullemissionen erreichen.

Der Kohlenstoffbudget-Ansatz funktioniert sehr gut, um die weltweite Temperaturerhöhung von 1,1°C seit 1870 zu erklären: Von 1870 bis Ende 2017 wurden weltweit rund 550–600 GtC emittiert. Bei einer durchschnittlichen Temperaturerhöhung von 2 tausendstel °C pro GtC sollte sich die globale Temperatur im selben Zeitraum also um 1,1°C erhöht haben. Dies entspricht der beobachteten Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur von 1870 bis 2017 um 1,1°C sehr gut.

Der Kohlenstoffbudget-Ansatz zeigt auch eindrücklich, wie wenig Zeit bleibt um das 1,5 bzw. 2°C Ziel noch zu erreichen. Bei den derzeitigen Emissionsraten wird das Kohlenstoffbudget im Mittel in weniger als 15 Jahren für das 1,5°C Ziel und in weniger als 40 Jahren für das 2°C Ziel aufgebraucht sein.

Um das 1,5°C oder 2°C Ziel zu erreichen, haben sich verschiedene Länder verpflichtet ihre Treibhausgasemissionen bis 2050 (unter anderem die EU, USA, Kanada und Schweiz) bzw. bis 2060 (China) auf Netto-Nullemissionen abzusenken.

Wenn wir davon ausgehen, dass sich die Länder an ihre Verpflichtungen halten und ihre Treibhausgasemissionen vom jetzigen Stand von ca. 10 GtC pro Jahr bis 2050 bzw. 2060 linear auf null absenken, würde über den verbleibenden Zeithorizont bis 2050 global noch 150 GtC ausgestossen, und bis 2060 noch 200 GtC (Vergleiche Abbildung 3).

Gemäss Tabelle 1 wäre das zu viel, um das 1,5°C Ziel mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% oder mehr zu erreichen. Mit grosser Wahrscheinlichkeit würde es aber reichen, um die Erderwärmung bei weniger als 2°C einzudämmen.

Tabelle 1: Verbleibendes Kohlenstoffbudget um das 1,5°C-Ziel (oben) oder das 2°C-Ziel (unten) mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit zu erreichen. Quelle: IPCC (2018).

Um global Netto-Nullemissionen zu erreichen, muss nicht zwingend jedes einzelne Land seine Emissionen auf Nettonull reduzieren. Wenn es Länder gibt, die mehr CO₂ aufnehmen oder speichern können, als sie ausstossen (beispielsweise durch Aufforstung), können einzelne andere Länder mehr ausstossen als sie aufnehmen oder speichern können. Dies scheint aber zumindest langfristig unrealistisch, da die Aufnahme und Speicherung von CO₂ insbesondere über die Ausweitung von Ökosystemen geschieht. Die Ausweitung und damit die Speicherkapazität von Ökosystemen sind jedoch langfristig begrenzt. Zudem ist global derzeit zu beobachten, dass durch die Zerstörung von terrestrischen Ökosystemen (zum Beispiel Abholzung des Regenwalds) noch zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre entlassen wird, anstatt dass Ökosysteme dieses aufnehmen.

Vor diesem Hintergrund sollte sich auch die Schweiz darauf einstellen, dass sie langfristig Netto-Nullemissionen erreichen muss. Insbesondere heisst dies, dass die Verlagerung von Treibhausgasemissionsreduktionen ins Ausland nur kurzfristig eine sinnvolle klimapolitische Strategie für die Schweiz sein kann. Mittel- bis langfristig muss auch die Schweiz das Netto-Nullemissionsziel zwingend erreichen, um die Erderwärmung durch den menschgemachten Klimawandel zu stoppen.

Quellen:

Ricke, K and Caldeira, K, «Maximum warming occurs about one decade after a carbon dioxide emission», Environmental Research Letters, 2014, 9(12), DOI 124002.

IPCC, 2018: Global warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty [V. Masson-Delmotte, P. Zhai, H. O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J. B. R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M. I. Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, T. Waterfield (eds.)]. In Press.