Concentratie broeikasgassen, 1980-2014

Concentraties broeikasgassen

Er zijn diverse gassen in de atmosfeer die de energiebalans van de aarde beïnvloeden en zo het klimaat bepalen. De belangrijkste broeikasgassen zijn waterdamp (H2O), koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), ozon (O3), distikstofoxide of lachgas (N₂O), gehalogeneerde koolwaterstoffen (b.v. CFK, PFK, en SF₆), ozon. Daarnaast bevat de atmosfeer deeltjes of aerosolen, zoals sulfaat, roet en nitraat (IPCC, 2013). Door menselijke activiteiten nemen de concentraties van veel van deze stoffen in de atmosfeer toe.

• Inleiding tot het broeikaseffect

Concentratie koolstofdioxide stijgt verder

De mondiaal gemiddelde concentratie van koolstofdioxide (CO₂) is in 2014 gestegen tot 397 ppm (deeltjes per miljoen luchtdeeltjes) (NOAA, 2015, AGAGE, 2015). Daarmee is de concentratie bijna 6% hoger dan 10 jaar terug en 41% boven het gemiddelde pre-industriële niveau (gemiddelde van periode 1750-1850). In de periode 2000-2014 steeg de CO₂-concentratie met gemiddeld bijna 2,0 ppm per jaar. Het groeitempo in de jaren '90 bedroeg gemiddeld 1,5 ppm per jaar.

De stijging van de concentraties wordt grotendeels veroorzaakt door meer antropogene emissies, met name in China en de Verenigde Staten (IPCC, 2013). CO₂ komt vooral vrij bij het gebruik van fossiele brandstoffen en bij de omvorming van bosgebieden naar landbouwgronden.

Methaanconcentratie blijft stijgen in 2014

Methaan (CH₄) is na CO₂ het belangrijkste broeikasgas. De mondiaal gemiddelde CH₄ concentratie is in 2014 verder gestegen naar 1822 ppb (deeltjes per miljard luchtdeeltjes), bijna 7 ppb meer dan in 2013 (Dlugokencky, 2016). De concentratie is in 2014 ongeveer 2,5 keer zo hoog als de gemiddelde pre-industriële concentratie van circa 750 ppb. De stijging was beperkt in de periode 2000-2006, maar stijgt sindsdien weer met gemiddeld bijna 6 ppb per jaar. De redenen van deze fluctuaties zijn nog in discussie (IPCC, 2013). De trendmatige stijging wordt waarschijnlijk veroorzaakt door menselijke activiteiten, fluctuaties mogelijk door natuurlijk processen als methaan uit wetlands in arctische gebieden bij hogere temperaturen (Dlugokencky et al., 2009).

CH₄ komt vooral vrij als gevolg van veeteelt, rijstproductie, productie van kolen, olie en gas en van afval (vuilstortplaatsen en afvalwater).

Concentratie distikstofoxide neemt verder toe

De mondiaal gemiddelde distikstofoxide of lachgas (N₂O) concentratie kwam eind 2014 uit op 327 ppb. Dat is een stijging van bijna 3% tov 2004 en ruim 20% boven het gemiddelde pre-ïndustriële niveau (gemiddelde van periode 1750-1850).

Distikstofoxide komt vooral vrij door landbouwactiviteiten, waaronder de productie en het gebruik van dierlijke mest en het gebruik van kunstmest.

Trend in concentraties fluorhoudende broeikasgassen varieert

Een andere categorie van broeikasgassen is die van fluorhoudende gassen zoals chloor-fluor-koolwaterstoffen (CFK's), zwavelhexafluoride (SF₆), gehalogeneerde fluorkoolwaterstoffen (HFK), en perfluorkoolwaterstoffen (PFK's). Van nature komen de meeste van deze gassen niet voor in de atmosfeer. De gassen hebben in het algemeen een sterke broeikaswerking. Beleidsmatig vallen sommige van deze gassen (c.q. CFKs, HCFKs en CH3CCl3) onder het Montrealprotocol (om de ozonlaag te beschermen, UNEP, 1987), anderen onder het klimaatverdrag.

De concentratie in de atmosfeer van de CFKs daalt langzaam verder. Hun bijdrage aan het versterkte broeikaseffect was 11%, nu 10%. Belangrijke CFKs zijn CFK-11 en CFK-12. Hun concentratie is respectievelijk 4% en 13% gedaald ten opzichte van omstreeks 2000 (AGAGE, 2015).

De concentratie van HCFK's -chloorfluorkoolwaterstoffen die ook nog waterstof H bevatten - neemt juist wel toe (AGAGE, 2015). De concentratie hiervan is met 60% gestegen tov het jaar 2000. De bijdrage aan het klimaateffect echter nog vrij gering. HCFK's worden relatief snel afgebroken in de atmosfeer in vergelijking met CFK's, waardoor de bijdrage aan het toekomstig klimaat naar verwachting ook beperkt zal zijn.

• Concentratie ozonlaagafbrekende stoffen, 1978-2021

Andere fluorbevattende broeikasgassen zijn HFK's, PFK's en SF₆. Zij breken de ozonlaag niet af en vallen onder het klimaatverdrag. De concentraties van deze broeikasgassen vertonen een stijgende lijn (NOAA, 2015). Hun totale bijdrage aan de broeikaswerking is nu nog maar 1%. Maar naar verwachting zal dit toenemen, ook omdat de levensduur van sommige gassen zeer lang (>1000 jaar) is.

• De groep van de HFK's laat in het algemeen een stijgende concentratie in de atmosfeer zien. Deze stoffen worden nu veelal gebruikt als vervangers van de CFKs, omdat de HFKs geen effect op de ozonlaag hebben.
• HFK-134a laat de grootste stijging zien. De concentratie ervan komt in 2014 in de buurt van die van CF₄, het fluorhoudende broeikasgas met tot nu de hoogste concentratie in de atmosfeer (rond de 80 ppt). De toename per jaar van HFK-134a vlakt af. Vergelijk: 40% toename in 1999,15% in 2005 en 6% in 2014.
• De concentratie van HFK-23 toont een 3-5% per jaar stijging tussen 2000 en 2014. De concentratie is nu 27 ppt.
• Sterk opkomende HFKs zijn de HFK-32, HFK-125 en HFK-143a. Sinds jaar 2000 is de concentratie van bijna niets naar respectievelijk 9, 16 en 16 ppt gestegen.
• De concentraties van de perfluorkoolwaterstoffen (PFK's) CF₄, en C₂F₆ zijn de laatste jaren nauwelijks meer gestegen, respectievelijk met circa 1 en 2% per jaar. Hun mondiaal gemiddelde concentratie bedroeg in 2014 respectievelijk 81 en 4.4 ppt.
• De mondiaal gemiddelde concentratie van zwavelhexafluoride (SF₆) bedroeg in 2014 ongeveer 8 ppt. De jaarlijkse toename hiervan (SF₆) ligt sinds 2001 tussen de 5% en 6% per jaar.
  
  De fluorhoudende broeikasgassen zijn krachtige broeikasgassen die uit industriële producten en bij productieprocessen kunnen vrijkomen. Een voorbeeld is het gebruik en de productie van koelvloeistoffen. HFK-134a wordt voornamelijk gebruikt als koelmiddel in airconditioners van auto's. SF6 vindt vooral toepassing als elektrische isolator in hoogspanningsleidingen.

Klimaatverdrag en na te streven concentraties in de atmosfeer

Het Klimaatverdrag van de Verenigde Naties (UNFCCC, 1993; Rio de Janeiro) heeft als doel om de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer te stabiliseren op een niveau waarbij een gevaarlijke beïnvloeding van het klimaat door menselijk handelen wordt vermeden. Deze 'gevaarlijke beïnvloeding van het klimaat' is eind 2015 in Parijs nog vertaald naar opwarming van de aarde tot maximaal 2 graden ten opzichte van pre-industrieel, met 1,5 graad als streefwaarde (UNFCCC, 2015). Om dit te bereiken moeten de mondiale emissies van broeikasgassen sterk worden gereduceerd.

Het Kyoto Protocol uit 1997 (UNFCCC, 1997; Kyoto), was hier een eerste, bescheiden aanzet toe. De gassen koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), lachgas (N₂O), HFKs, PFKs en SF₆ vallen onder het Kyoto protocol. In Parijs is hier een vervolg op gegeven door scherpere doelstellingen op lange termijn te formuleren (UNFCC, 2015).

Klimaatverandering: beleid ter vermindering van broeikasgasemissies
Diverse studies hebben het 1,5o en 2o graden doel vertaald naar niveaus waarop de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer zouden moeten stabiliseren (Meinshausen et al, 2009, 2011; Van Vuuren et al, 2011; IPCC, 2014). Voor het 2o doel geven deze studies een 67% kans van slagen als de concentratie van alle broeikasgassen - inclusief ozon, waterdamp en aerosolen - stabiliseert op maximaal 480 ppm CO₂ equivalenten, 50% bij een stabilisatie op 530 ppm CO₂ equivalenten, en 10% bij een stabilisatie op 650 ppm CO₂ equivalenten (IPCC, 2014).

• Inleiding tot het broeikaseffect