Concentratie broeikasgassen, 1950-2018

Concentraties broeikasgassen

Door de aanwezigheid van broeikasgassen in de atmosfeer wordt er warmtestraling vanuit het aardoppervlak vastgehouden, wat mede het klimaat op aarde bepaalt. Zonder deze gassen zou het ongeveer 33 graden kouder zijn dan nu. De belangrijkste broeikasgassen zijn waterdamp (H₂O), koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), ozon (O₃), distikstofoxide of lachgas (N₂O), en gehalogeneerde koolwaterstoffen (CFKs, HFKs, PFKs en SF₆). Daarnaast bevat de atmosfeer deeltjes of aerosolen, zoals sulfaat, roet en nitraat, welke ook invloed uitoefenen op het klimaat (IPCC, 2013). De concentratie van veel broeikasgassen en deeltjes wordt bepaald door zowel menselijk handelen als natuurlijke processen. Door menselijke activiteiten nemen de concentraties van veel van deze stoffen in de atmosfeer met name in de laatste 50 jaar toe.

• Inleiding tot het broeikaseffect

Concentratie koolstofdioxide stijgt verder

De mondiaal gemiddelde concentratie van koolstofdioxide (CO₂) is in 2018 gestegen tot 408 ppm (deeltjes per miljoen luchtdeeltjes) (NOAA, 2020; AGAGE, 2020). Daarmee is de concentratie bijna 5% hoger dan 10 jaar terug, en 46% boven het gemiddelde pre-industriële niveau (gemiddelde van periode 1750-1850, 281 ppm). Het groeitempo in de jaren '90 bedroeg gemiddeld 1,5 ppm per jaar. Dit steeg in de periode 2000-2010 tot gemiddeld rond de 2,0 ppm per jaar, en tot 2,4 ppm per jaar over periode 2010-2018.
De stijging van de CO₂ concentratie wordt grotendeels veroorzaakt door emissies die samenhangen met menselijke activiteiten, met name in China, de Verenigde Staten, Europa en India (IPCC, 2013; PBL, 2017b). CO₂ komt vooral vrij bij de verbranding van fossiele brandstoffen en bij de omvorming van bosgebieden naar landbouwgronden.

Methaanconcentratie meer dan dubbele dan voor de industrialisatie

Methaan (CH₄) is het op twee na belangrijkste broeikasgas (na CO₂ en waterdamp). De mondiaal gemiddelde CH₄ concentratie is in 2018 verder gestegen naar 1859 ppb (deeltjes per miljard luchtdeeltjes), ruim 9 ppb meer dan in 2017 (+0.5%), en ruim 69 ppb hoger dan 10 jaar geleden (+3,4%). De concentratie is in 2018 bijna 2,5 keer zo hoog als de gemiddelde pre-industriële concentratie van circa 754 ppb. De stijging was beperkt in de periode 2000-2006, maar steeg in de afgelopen 10 jaar met gemiddeld bijna 7 ppb per jaar. Dit enerzijds door een verhoogde natuurlijk CH4 uitstoot vanuit opwarmende veengebieden (Poulter et al, 2017; Zhang et al, 2017; Neumann et al. 2019), anderzijds antropogeen door meer intensieve landbouw (m.n. rijstbouw), en meer gebruik van fossiele brandstoffen en biomassa (WMO, 2016, Worden et al, 2017)
CH₄ komt bij menselijk handelen vooral vrij als gevolg van veeteelt, rijstproductie, productie van kolen, olie en gas en van afval (vuilstortplaatsen en afvalwater). Daarnaast komt methaan vrij als gevolg van natuurlijke processen zoals ontdooien van permafrost in arctische gebieden (Dlugokencky et al., 2009; Neumann et al. 2019; Masyagina and Menyailo 2020).

Concentratie distikstofoxide neemt verder toe

De mondiaal gemiddelde concentratie in de atmosfeer van distikstofoxide of lachgas (N₂O) kwam in 2018 uit op 332 ppb. Dat is een stijging van bijna 3% (+9,4 ppb) tov 2008 en ruim 20% boven het gemiddelde pre-industriële 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), zwavelhexafluoride (SF6), gehalogeneerde fluorkoolwaterstoffen (HFK), en perfluorkoolwaterstoffen (PFK). Van nature komen de meeste van deze gassen niet voor in de atmosfeer. Zij komen vrij bij verschillende industriële productieprocessen en producten. Voorbeelden zijn het gebruik en de productie van koelvloeistoffen (bijvoorbeeld HFK-134a wordt voornamelijk gebruikt als koelmiddel in airconditioners van auto's) en elektrische isolatoren bij hoogspanningsleidingen (bij hun productie komt bijvoorbeeld SF6 vrij).
Fluorhoudende gassen komen in kleinere hoeveelheden voor dan de eerder beschreven stoffen (nu in ppt = aantal deeltjes per biljoen luchtdeeltjes). Ze hebben in het algemeen wel een sterke broeikaswerking. Beleidsmatig vallen de chloorhoudende gassen (bijvoorbeeld CFKs, HCFKs en CH3CCl3) onder het Montrealprotocol (om de ozonlaag te beschermen, UNEP, 1987), andere onder het klimaatverdrag (HFK, PFK, SF6).
Sinds het inwerking treden van het Montrealprotocol in 1989 daalt de concentratie van CFKs in de atmosfeer. Belangrijke CFKs zijn CFK-11 en CFK-12. Hun concentratie is in 2018 respectievelijk 15% (nu 227 ppt) en 7% (nu 508 ppt) gedaald ten opzichte van de hoogste concentratie in respectievelijk 1993 (267 ppt) en 2003 (544 ppt) (AGAGE, 2020).
De concentratie van HCFK's -chloorfluorkoolwaterstoffen die ook waterstof H bevatten - neemt juist toe (AGAGE, 2020). De concentratie van deze groep stoffen is tot 2018 tussen de 20 en 30% gestegen ten opzichte van 10 jaar geleden (bijvoorbeeld HCFK-22 27% van 192 naar 244 ppt in 2018). Hun bijdrage aan het klimaateffect is echter nog vrij gering. HCFK's worden relatief snel afgebroken in de atmosfeer in vergelijking met CFK's, waardoor de bijdrage aan de temperatuurstijging 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. Daarom worden, bijvoorbeeld, HFK's veelal gebruikt als vervangers van de CFKs. De concentraties van deze broeikasgassen vertonen een stijgende lijn (AGAGE, 2020). Hun concentratie in de atmosfeer is nog laag. Maar de groep van de HFK's laat in het algemeen een sterk stijgende concentratie in de atmosfeer zien, waardoor de totale bijdrage aan de broeikaswerking zal toenemen, ook omdat de levensduur van sommige gassen zeer lang (>1000 jaar) is.
Ook de concentratie van de perfluorkoolwaterstoffen (PFK's) CF₄, en C₂F₆ blijft in de recente jaren toenemen. De mondiaal gemiddelde concentratie van CF₄ bedroeg in 2018 ongeveer 85 ppt. Dit is een stijging van bijna 1 ppt (+1%) ten opzichte van 2017, een fractie hoger dan de gemiddelde stijging over de laatste 20 jaar. De concentratie in 2018 van C₂F₆ steeg ten opzichte van 2017 met ongeveer 2% (nu 4,7 ppt), terwijl de jaarlijkse toename rond het jaar 2000 ongeveer 5% was.
In 2018 bedroeg de mondiaal gemiddelde concentratie van zwavelhexafluoride (SF₆) 9.6 ppt, wat een stijging is van 0.4 ppt (+4%) en 3.1 ppt (+49%) ten opzichte van respectievelijk 2017 en 2008.

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 vertaald naar opwarming van de aarde tot ruim onder 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).

• Toelichting klimaatbeleid overheid

Diverse studies hebben het 1,5°C en 2°C graden doel vertaald naar niveaus waarop de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer zouden moeten stabiliseren (Van Vuuren et al, 2011; IPCC, 2014; PBL, 2017). Deze studies laten zien dat de concentratieniveaus van alle broeikasgassen - inclusief methaan, lachgas en ozon- nog maar beperkt mogen stijgen, waarbij de mate van toename afhangt van het temperatuurdoel en de waarschijnlijkheid die men acceptabel vindt.
Inleiding tot het broeikaseffect