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Kohlendioxid (CO2) in unserer einzigen Umwelt

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Kohlendioxid und Stickstoff sind zu etwa 80% in unserer Atemluft. Etwa 19% sind Sauerstoff. Industrie und Lebewesen stoßen CO2 aus, Menschen davon 4%, Tiere bis zu 20% Methan (CH4).

CO²
CO² | © CC0/pixabay.com

Es ist wahr, dass Gefahren, die von Kohlendioxid ausgingen, bis 1958 kein Thema waren. Vor mehr als 250 Jahren wurde begonnen die Umsetzung von Kohle in Energie wirtschaftlich zu nutzen. Vor 200 Jahren wurden Schienen auf Bahndämme gezogen und Lokomotiven mit Dampfantrieb aus Kohle gebaut. Vor 150 Jahren hat die Industrialisierung begonnen sich durchzusetzen. Mehr Energien wurden gebraucht und mit Kohle erzeugt. Jahrzehnte später wurden im Individualverkehr mit neuen Antrieben ohne biologische Kräfte die Pferde ersetzt.

Niemand kam damals auf die Idee, dass die nächsten Generationen die bisherige Art des Lebens mit Gefahren für die Umwelt vernichten könnte. An das Klima wurde nicht gedacht. Die Schornsteine begannen immer mehr zu rauchen, für Sprichworte ein Inbegriff des Wohlstands! Jahre später bewegten sich Kraftfahrtzeuge mit viel Lärm und Abgasen durch Auen, Felder und Straßen der wachsenden Städte. Das Klima schränkte die Nutzung der neuen Techniken ein, denn es wurde meist offen gefahren. Der Dunst der Abgase war der Duft der wachsenden Welt und der Lärm war Referenz (Quelle: Verfasser zu Automobilantrieben IW-17.43-2).

Im Pariser Klimaschutzabkommen (PAK) wurde 2015 von 195 Staaten der Welt (insgesamt 205) beschlossen, dass alle Unterzeichnerstaaten dafür Sorge tragen, dass der CO2 – Gehalt der Luft eingeschränkt wird, damit sich die Durchschnittstemperaturen der Erde nicht um mehr als 2° C erhöhen. Dies würde bedeuten, dass sich die Durchschnittstemperaturen auf der Erde nicht um wesentlich mehr als 2° C erhöhen. Zwei Jahre später ist dies Illusion!

Wenn das PAK weltweit ignoriert wird, sind zum Ende dieses Jahrhunderts weltweit erhöhte Durchschnittstemperaturen von etwa 7° C zu erwarten. Im mittelalterlichen Klimaoptimum  (800 – 1400) lagen die Durchschnittstemperaturen in Mitteleuropa  4,5° C höher – ein Gewinn für die Entwicklung unseres aktuellen Umfelds. Grönland war wie Teile der Arktis eisfrei. Andere Erdteile haben darunter mangels Anpassungs-fähigkeit gelitten. Es ist nicht sicher, dass es dazu so schnell kommt, denn Natur-ereignisse können überregional das Gegenteil bewirken. Dazu gehören grundsätzlich alle Vulkanausbrüche (z. B. Krakatau 1885; St. Helen 1980), die Strahlen der Sonne verschleiern. Alle haben Temperatursteigerungen auf Jahre unmöglich gemacht. Uns stehen Ausbrüche von Vulkanen des Feuerrings (um den Stillen Ozean mit 90% aller Vulkane weltweit) mit ungeahnten Auswirkungen bevor.

Auch in Deutschland werden die Treibhausgase vermindernde Vulkanausbrüche erwartet. Bedenklich ist, dass es geplante Schutzmaßnahmen von dafür zuständigen Regierungsstellen für diese Gebiete gibt und nachweislich qualifizierte Maßnahmen veranlasst und realisiert worden sind (n-tv) *). Eine russische Geologin definierte gegenüber dem Verfasser den Ereigniszeitraum zwischen einem Tag und einhundert Jahren. Das könnte den Klimawandel bremsen. Das hier unterstellte Unglück wäre ein Pyrrhos-Sieg über den Klimawandel, aber er wird – wann auch immer – nicht zu vermeiden sein.

Diese aufgrund der Beschreibungen von Katastrophen zu erwartenden Einschränkungen der Temperaturerhöhungen werden nur zum Teil überregional zu bemerken sein (Feuerring, zunächst mit Erdbeben über Mw 8 im St. Andreas-Graben in Kalifornien im Vorgriff auf Vulkan-Ausbrüche. Nach diesen wird der weltweit zu erkennende Temperaturanstieg zeitweise gebremst werden. Andere positive Ereignisse sind mit Ausbrüchen verbunden (3sat), aber kein objektiv und zeitliches Argument gegen Maßnahmen zur Verminderung des CO2 – Ausstoßes.

Die aktuell zu realisierenden Folgen werden als drastisch beschrieben (vgl. Müller-Jung, Joachim; FAZ 2017-10-31: Rekordanstieg von Kohlendioxid in der Atmosphäre 2016). Die UN setzen damit einen bedeutenden Eckpunkt für den Weltklimagipfel ab dem 6. November in Bonn. Das Thema muss außerhalb von Kreisen der Wissenschaft verstanden werden. Es geht nicht um sofortige Maßnahmen. Die Präsidentschaft von Mr. Trump gefährdet keine Existenzen, wenn sie in gut drei Jahren vorbei ist. Viele Präsidenten dieser Art kann sich die Welt in anderen Staaten nicht leisten. Nach Erörterung dieser Hilfsargumente sind die aktuelle Situation und Erkenntnisse zu beachten:

Beispiele sind Braunkohlekraftwerke, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten und große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid ausstoßen, was maßgebliche Ursache der Erderwärmung ist. Die Treibhausgas-Konzentration in der Atmosphäre ist nach der Weltwetterorganisation noch nie so schnell gestiegen wie in 2016. Der Wert liegt bei 403,3 Teilchen pro Million Teilchen (ppm), verglichen mit 400 ppm im Jahr davor, berichtete die Organisation am Montag in Genf.   dpa

Die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre klettert schneller denn je in die Höhe. Die Alarmmeldung ist am 31.10.2017 eingetroffen. Das Treibhausgas in der Atmosphäre ist nach Messungen der Klimaforscher noch nie so schnell gestiegen wie in 2016. Das lag neben den Aktivitäten der Menschen auch am Wetterphänomen El Niño mit seinen erhöhten Ozeantemperaturen und Dürren in den Tropen. Das berichtete die Weltwetterorganisation (WMO) in Genf. Dadurch konnten Ozeane und Wälder nicht so viel klimaschädliches Kohlendioxid (CO2) aufnehmen wie früher. Ohne rapide Einschnitte bei CO2 – und anderen Treibhausgasemissionen steuern wir bis Ende des Jahrhunderts auf gefährliche Temperaturanstiege zu, die deutlich über den Zielen des Weltklimaabkommens von Paris liegen. Künftige Generationen erben einen deutlich unwirtlicheren Planeten (Taalas, Petteri WMO-Generalsekretär, Genf)

Neben den Schlussfolgerungen der Wissenschaft zu bemerken, dass jeder Bürger subjektiv Änderungen seines Umfelds feststellen kann. Können sich diese an derart konstant angenehme Temperaturen Anfang November im Bereich der südlichen Mittelgebirge erinnern? Hatten Bürger in den letzten Jahren im Rhein-Main-Gebiet so viele Fruchtfliegen im Haus, die von draußen kamen. Andere Fliegen? Aber ja! Die Kraniche ziehen – in den letzten Tagen. Haben sie nicht bemerkt, dass schon Frühling ist? Wir haben Glück: Sie ziehen und es ist kein Frühling und unsere Hoffnung bleibt, dass das einige Jahrzehnte noch so bleibt.

Die Konsequenzen sind kritischer: Der Norden Afrikas ist zum Teil nicht mehr lebensfähig. Dort und in der Subsahara lebende Menschen müssen in den Norden kommen, wenn sie überleben wollen… und sie werden kommen. Die Migration 2015 wird für Mitteleuropa dagegen als beschauliche Besuche einzuordnen sein (Schrenk, Friedemann – Goethe-Uni, Frankfurt; 2016-01).

Zugleich hat der Klimawandel aufgrund von mehr Kohlendioxid für viele Menschen gesundheitliche Auswirkungen. Mediziner und Ökonomen haben „Alarm geschlagen“. Der Klimawandel zeigt aktuell gravierende Folgen für die Gesundheit der Weltbevölkerung (Lancet-Fachinformation). Der Klimaschutz müsse intensiviert werden, um einen weltweiten medizinischen Notfall zu vermeiden. An diesem Bericht haben die Weltgesundheitsorganisation WHO und die Weltbank mitgewirkt. Von 2000 bis 2016 waren etwa 125 Millionen Menschen über 65 Jahre Hitzewellen ausgesetzt. Dies hat gesundheitliche Folgen (z. B. Herz-Kreislaufsystem). Bis 2050 könnte die Zahl der Menschen, die an den Folgen von Hitzewellen leiden, eine Milliarde erreichen.

Infektionsraten könnten mit dem fortschreitenden Klimawandel aufgrund von Kohlendioxid steigen (Lancet, Watts et al., 2017). Laut WHO sorgte das Dengue-Fieber vor 1970 in neun Ländern für schwere Ausbrüche. Heute sind es bereits über 100 Länder, in denen sich Menschen regelmäßig infizieren. Und das ist noch nicht die größte klimabedingte Gesundheitsgefahr. Noch schlimmer sollen sich gemäß The Lancet Countdown on Health and Climate Change Ernteverluste durch steigende Temperaturen auswirken. In klimabedrohten Regionen, in denen Menschen zudem von selbst angebauten Lebensmitteln leben, droht Unterernährung. Für kleine Bauern ist es schwieriger ihre Landwirtschaft kurzfristig an neue Gegebenheiten anzupassen.

Da sich für jedes Grad Celsius des globalen Temperaturanstiegs die globalen Weizenerträge um 6%, bei Reis um 10% verringern, werden wir einen unwirtlicheren Planeten vererben. Wärmere Ozeane verringern die Fischbestände. Das Problem der zunehmenden Luftverschmutzung führte 2015 in 21 asiatischen Ländern zu rund 800.000 vorzeitigen vermeidbaren Todesfällen. Weltweit werden in 87% der Städte die Feinstaub-Grenzwerte der WHO regelmäßig überschritten.

Steigende Temperaturen durch Kohlendioxid haben 2000 bis 2016 zu einer um 5,3% niedrigeren Arbeitsproduktivität von auf dem Land geführt. In warmen Regionen ist es an immer mehr Tagen zu heiß, um draußen zu arbeiten. „Die Stadien für die Fußballweltmeisterschaft in Katar werden nachts unter Flutlicht gebaut, das geht in der Landwirtschaft in Afrika nicht“ (Costello, Anthony; WHO-Direktor). Parallel dazu hat sich die Zahl der wetterbedingten Naturkatastrophen seit 2000 um 46% erhöht. Dabei ist in 2016 ein ökonomischer Schaden von 129 Milliarden USD entstanden.

Der weltweite Hunger ist laut der Analyse die größte gesundheitliche Auswirkung des Klimawandels im 21. Jahrhundert. Die Zahl der Hungernden ist global gesehen seit 1990 zunächst deutlich zurückgegangen, seit wenigen Jahren kehrt sich der Trend aber um. In 30 besonders armen und vom Klimawandel betroffenen Ländern in Asien und Afrika habe sich die Zahl der unterernährten Menschen seit 1990 sogar von 398 Millionen auf 422 Millionen erhöht

„Ohne rapide Einschnitte bei CO2 – und anderen Treibhausgasemissionen steuern wir bis Ende des Jahrhunderts auf gefährliche Temperaturanstiege zu, die deutlich über den Zielen des Weltklimaabkommens von Paris liegen. Künftige Generationen erben einen deutlich unwirtlicheren Planeten.“ (Taalas ebda).

Grundlage der aktuellen Befürchtungen bildet die Keeling-Kurve als graphische Darstellung des mittleren globalen Konzentrationsverlaufs des Spurengases Kohlendioxid (CO2) in der Erdatmosphäre seit dem Jahr 1958. Die Konzentration des Treibhausgases steigt durch Änderung der Landnutzung und die Verbrennung fossiler Brennstoffe an. Der charakteristische, schwankende Jahresverlauf der Kurve zeigt, wie die Konzentration in der Luft im Frühling ab- und im Herbst (Basis Nordhalbkugel) zunimmt. Sie zeigt in der Wissenschaftsgeschichte der globalen Erwärmung als Stellenwert den Beleg für die menschlich verursachte globale Erwärmung. Aus den Messdaten wie auch dem Kurvenverlauf konnten bedeutende wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden (Keeling, Charles D.; Mauna Loa, Hawaii 1958).

Sein messtechnischer Beleg des globalen Anstiegs der atmosphärischen Kohlenstoffdioxid-Konzentration war Ausgangspunkt für das Verständnis globaler Erwärmung und wichtiger Datensatz des zwanzigsten Jahrhunderts über Umweltbelastungen (Kennel, Charles; 2005).

Kohlendioxid ist in der größten bekannten Menge in den Ozeanen gespeichert. Mit höherer Lufttemperatur wird es freigesetzt. Erhöht sich die Menge der Treibhausgase durch menschliche Einwirkung, wird somit zusätzlich Kohlendioxid freigesetzt. Die von Präsidenten mehrerer Staaten verbreitete Ignoranz wird für die Zeit ihrer Herrschaft die Katastrophe noch nicht bewirken – wenn sie über wenige Jahre herrschen werden. Das Alarmsignal sollte bei der heute lebenden Menschheit bewirken, dass sie für ihre Nachkommen Maßnahmen ergreift, die eine langfristige Katastrophe vermeiden.

Die Ozeane sind mit dem Kohlendioxid Ausgangspunkt weiterer existenzbedrohender Änderungen. 2000 Kilometer von den Fidschi-Inseln liegt der Insel-Staat Kiribati – noch. Auf den Inseln verschwinden Friedhöfe, am Meer geparkte Fahrzeuge ohne Vorwarnung, Menschen zwei Meter über dem Meer. Dabei können die Menschen dort nicht auf Menschenrechts-Garantien setzen. Die Genfer Flüchtlingskonvention bezieht sich nur auf kriegerische Konflikten und Verfolgung. Kiribati hat deshalb die Sache selbst in die Hand genommen, sich auf Fidschi mit Staatskapital eingekauft, etwa auf der zweitgrößten Insel im Archipel Vanua Levu.

Sie besichtigten die neue Heimat, das Dorf, den Palmenwald und wanderten die Berge hinauf. In den ersten Jahren, versicherten die neuen Landbesitzer, wollen sie es nur zum Anbau von Taro, Kava und Kokosnüssen nutzen und frühestens in zehn Jahren würden die ersten Inselbewohner kommen. Auch den Bewohnern Kiribatis droht eine Identitätskrise. Ihre ganze Vergangenheit war mit dem Meer verbunden. Und nun sollen sie in den Bergen in einem fremden Land leben? In einem verwilderten, steilen Gelände, das sich nur schwer urbar machen lässt?

Status: Die Zahlen lügen nicht, die Menschheit und ihre technischen Produkte stoßen nach wie vor zu viel aus. Dies muss sich ändern (Solheim, Erik; Chef des UN-Umweltprogramms UNEP). Nötig seien dafür „politischer Wille und ein Bewusstsein für die Dringlichkeit“ des Problems.

Das Ziel: Die unglaubliche Vielfalt der Biologie zu nutzen, um neue, nachhaltige Lösungen für die Zukunft zu entwickeln. Dabei sind es vor allem die speziellen Eigenschaften der Biologie, die sie so attraktiv machen. Biologische Systeme sind evolvierbar, sie sind selbstoptimierend, selbstreparierend und sie arbeiten nachhaltig und unter milden Bedingungen. Das sind Eigenschaften, die technische und chemische Systeme bisher nicht besitzen. Wie überlegen biologische Ansätze unseren bisherigen technischen Lösungen sein können, wird offensichtlich, wenn das Molekül Kohlenstoffdioxid (CO2) betrachtet wird, dessen steigende Konzentrationen in der Atmosphäre einen wesentlichen Faktor im Klimawandel darstellen. Dabei wäre Kohlenstoffdioxid eine nachhaltige Kohlenstoffquelle, wenn es uns gelänge, dieses Treibhausgas, das hochverdünnt in der Atmosphäre vorkommt, in für uns Menschen nützliche Verbindungen umzuwandeln. Die Chemie kann bisher keine befriedigende Lösung bieten. Es gibt keinen Katalysator beziehungsweise chemisch-technisches Verfahren, das uns die effiziente und nachhaltige Bindung und Umwandlung von Kohlenstoffdioxid im Großmaßstab erlauben würde. Im Gegensatz zu unseren chemischen Bemühungen hat die Natur bereits einen Prozess erfunden, der im Gigatonnen-Maßstab Kohlenstoffdioxid filtert und umwandelt: die Photosynthese, wie sie von Pflanzen und Algen betrieben wird. Allerdings ist die natürliche Photosynthese nicht die perfekte Lösung.

Zum einen liefert sie Biomasse – ein chemisch komplexes Gemisch, das nicht einfach in die industrielle Wertstoffkette eingespeist werden kann. Zum anderen – und noch viel wichtiger – wird die natürliche Photosynthese nicht ausreichen, um den menschlichen Energie- und Nahrungsbedarf zu decken. Um zum Beispiel den deutschen Energiebedarf mit Holzpellets oder Biotreibstoff versorgen zu können, müsste die Gesamtfläche Deutschlands dreimal so groß sein. Darüber hinaus muss eine stetig wachsende Weltbevölkerung ernährt werden. Dafür aber muss der globale Ernteertrag bis zum Jahr 2050 um schätzungsweise einen Faktor „Zwei“ erhöht werden. Es wird also Zeit, über eine verbesserte oder alternative Photosynthese nachzudenken.

Die Liste an zukünftigen Anwendungen in und mit künstlichen Zellen ist lang und könnte die Zukunft der Menschheit revolutionieren. Vielleicht wird es eines Tages sogar möglich sein, Minimalzellen mit Hilfe einer einfachen App, die auf biologische Datenbanken zugreift, zu programmieren. Die ultimative Demokratisierung der Biologie. Auch wenn dies noch etwas länger Zukunftsmusik bleiben wird, die Biologie hat ihren ersten Schritt in eine synthetische Zukunft gemacht (vgl. Erb, Tobias; Direktor der Abteilung für Synthetische Biochemie am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg). Wir wissen aus der Vergangenheit, dass der Klimawandel nicht linear verläuft (Costello, ebda). Er kann sich sprunghaft beschleunigen, was Auswirkungen hätte, die wir für 2016 ff. befürchten, aber nicht absehen können. Das bringt Herausforderungen mit sich, aber gleichzeitig die Möglichkeit, diese drohende Gefahr in einen der bedeutendsten Fortschritte für die öffentliche Gesundheit in diesem Jahrhundert umzuwandeln.

 

*) Vulkane, die in der Eifel seit 13.500 Jahren „schlafen“, aber aktiv sind. Der nächste Ausbruch ist seit etwa 10.000 Jahren überfällig. Aktuelle Hinweise sind Gasaustritte am Boden des Rheins bei Neuwied, die vor kurzem festgestellt worden sind. Gefahren im Umkreis von 150 Km sind dokumentiert.    

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