Versterkte Broeikaswerking, 1950-2018

Inleiding Broeikaswerking

Door broeikasgassen in de atmosfeer wordt er warmtestraling vanuit het aardoppervlak vastgehouden. Dit broeikaseffect beïnvloedt het weer en het klimaat. De meeste broeikasgassen zoals koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), en lachgas (N₂O) komen ook van nature voor in de atmosfeer en worden uitgestoten of gevormd en afgebroken of opgenomen door natuurlijke processen. Zonder dit 'natuurlijke broeikaseffect' zou de temperatuur aan het aardoppervlak ongeveer 33 °C lager liggen (-18 °C ipv +15 °C) dan dat we nu gewend zijn. Broeikasgassen zijn dus van groot belang voor het leven op aarde zoals we dat kennen.

• Inleiding tot het broeikaseffect

Door menselijk handelen, met name gebruik van fossiele brandstoffen en ontbossing, worden meer broeikasgassen uitgestoten, waardoor hun concentraties in de atmosfeer toenemen. Hierdoor wordt er meer warmte aan het aardoppervlak vastgehouden. Door deze versterkte broeikaswerking verandert het klimaat op aarde. Deze versterkte broeikaswerking kan uitgedrukt worden in Watt per m2 of CO2 equivalenten. Hier is gekozen voor de eerste optie.
Het Klimaatverdrag van de Verenigde Naties uit 1992 heeft als doel om de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer te stabiliseren tot op een niveau waarbij een gevaarlijke menselijke beïnvloeding van het klimaat wordt vermeden (UNFCCC, 1993). Tijdens de Klimaatconferentie in Parijs (2015) is hier een vervolg op gegeven door temperatuurdoelstellingen op lange termijn te formuleren. Het voorkomen van een 'gevaarlijke beïnvloeding van het klimaat' is tijdens deze conferentie vertaald naar een maximale opwarming van de aarde tot ruim onder 2 graden ten opzichte van pre-industrieel, met 1,5 graad als streefwaarde (UNFCCC, 2015).
Toelichting klimaatbeleid rijksoverheid
Om de ontwikkeling van broeikasgassen en klimaat goed te kunnen volgen is het belangrijk om naar alle bekende broeikasgassen te kijken. Naast CO₂ gaat het hierbij om koolstofdioxide en 47 andere stoffen, waaronder gassen die meegenomen zijn in het klimaatverdrag (CH₄, N₂O, en verschillende fluorkoolwaterstoffen) en het Montreal-protocol (die primair de ozonlaag aantasten, maar die ook het klimaat beïnvloeden). Hierbij gaat het ook om deeltjes of aerosolen, zoals sulfaat, roet en nitraat, en ozon (IPCC, 2013). Sommige van deze deeltjes hebben een negatieve broeikaswerking of te wel een koelend effect.

Broeikaswerking neemt verder toe

De versterkte broeikaswerking door alle broeikasgassen, inclusief koelende deeltjes, bedroeg gemiddeld tot en met 2018 bijna 2,7 Watt per m² (op basis van NOAA, 2020 en AGAGE, 2020). Dit is een stijging van 0,4 W/m² ten opzichte van 10 jaar gelden, en van 1,9 W/m² ten opzichte van 1950.
De snelheid waarmee de broeikaswerking toeneemt fluctueert jaarlijks, maar steeg gemiddeld de afgelopen jaren van rond de 0,02 W/m² per jaar in de jaren negentig tot 0,04 W/m² per jaar in afgelopen 10 jaar.

Bijdrages (groepen) broeikasgassen onder het Klimaatverdrag en Montreal Protocol aan de versterkte broeikaswerking

Koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4), lachgas (N2O), en 17 fluorhoudende koolwaterstoffen maken deel uit van het klimaatverdrag. Het Montreal-protocol uit 1987 ter bescherming van de ozonlaag bevat 18 gehalogeneerde koolwaterstoffen die ook een effect hebben op de stralingsbalans.

• Concentratie broeikasgassen, 1950-2018

Tot 2018 was mondiaal de gemiddelde versterkte broeikaswerking van CO2 ruim 2 W/m2. Daarmee is CO₂ het broeikasgas dat het meest bijdraagt aan de versterkte broeikaswerking (77% in 2018). De bijdrage varieerde de laatste 40 jaar tussen 64% en 78%. De versterkte broeikaswerking van CH₄ en N₂O waren in 2018 respectievelijk 0.5 W/m2 (19%) en 0.2 W/m2 (8%). Ook al stijgt de concentratie van CH4, de relatieve bijdrage aan totale versterkte broeikaswerking daalt door een sterkere toename van andere stoffen.
De fluorhoudende koolwaterstoffen onder het klimaatverdrag hadden tot 2018 een versterkte broeikaswerking van rond 0.05 W/m², en dus is de bijdrage beperkt (2% van totale versterkte broeikaswerking.
De bijdrage van de 18 gehalogeneerde koolwaterstoffen onder het Montreal-protocol (met name CFK's en HCFK's) is groter. Tot 2018 hadden zij een versterkte broeikaswerking van 0.3 W/m². Hun aandeel aan de totale broeikaswerking daalde wel in afgelopen decennia (van 15% rond 1990 naar 11% in 2018) als gevolg van het in werking treden van het Montreal-protocol (UNEP, 1987) en het daarmee samenhangende stopzetten van de CFK-productie.

Versterkte broeikaswerking van overige broeikasgassen

Naast de bovengenoemde gassen uit het klimaatverdrag en Montreal Protocol is er ook een categorie van 'overige broeikasgassen' met daarin onder meer aerosolen/deeltjes (sulfaat, nitraat en roet), ozon, en waterdamp.
De invloed van aerosolen op het klimaat is complex. Sommige aerosolen hebben een koelende werking (bijvoorbeeld sulfaat en nitraat deeltjes), doordat zij het zonlicht reflecteren. Andere aerosolen (b.v. roetdeeltjes) hebben een opwarmende werking, doordat zij juist het zonlicht absorberen. Daarnaast zijn aerosol/stofdeeltjes in de atmosfeer ook condensatiekernen voor water, en hebben daardoor een effect op de wolkenvorming en zo indirect dalende broeikaswerking.
De totale broeikaswerking van deze 'overige broeikasgassen' was in 2018 -0.4 W/m2, of te wel netto een koelende werking. Als zodanig compenseren deze stoffen voor ruim 16% de versterkte broeikaswerking in 2018.
Aerosolen hebben hierin het grootste aandeel, zowel direct (-0.3 W/m2) en indirect (-0.5 W/m2). Ozon heeft weer een versterkend effect gehad met een versterkte broeikaswerking van 0.4 W/m2 in 2018.

Beleid ten aanzien van versterkte broeikaswerking

Tijdens de Klimaatconferentie in Parijs (2015) is het doel van 'het voorkomen van gevaarlijke menselijke beïnvloeding van het klimaat' uit het klimaatverdrag van 1992 vertaald naar een het doel om de maximale opwarming van de aarde tot ruim onder 2 graden ten opzichte van pre-industrieel te houden, met 1,5 graad als streefwaarde (UNFCCC, 2015). Om dit te bereiken moeten de mondiale emissies van broeikasgassen in de komende decennia sterk worden gereduceerd, waardoor concentraties en broeikaswerking kunnen stabiliseren of zelfs dalen.
Wetenschappers (IPCC, 2018) hebben diverse scenario's ontwikkeld die de maximale concentratie en totale broeikaswerking van broeikasgassen in de atmosfeer weergeeft, afhankelijk van het temperatuurdoel (1.5^oC en 2.0^oC) en de waarschijnlijkheid/kans om langdurig onder dit doel te blijven (zie vooral IPCC, 2014, 2018). Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen een piekconcentratie en piek broeikaswerking tussen heden en 2100, en een waarde die in 2100 bereikt moet zijn. Verder wordt er een onderscheid gemaakt tussen het wel/niet accepteren van een tijdelijke overschrijding van de temperatuurdoelen, c.q. of de temperatuur in atmosfeer tijdelijk wel/niet meer dan 1.5 en 2 graden gestegen mag zijn om daarna onder die grenswaarden terug te keren. Als men een tijdelijke overschrijding accepteert kan de broeikaswerking eerst tijdelijk hoger uitkomen, maar moet daarna ook sterker dalen.

De versterkte broeikaswerking door alle broeikasgassen was tot en met 2018 bijna 2,7 W/m², met een toename van 0,04 W/m² per jaar. Voor de de meest voorzichtige schatting (meer dan 67% waarschijnlijkheid en geen temperatuuroverschrijding, bovenste deel in Tabel en onderstaande Figuur) van het IPCC rond de maximale mondiale temperatuurstijging van 1.5^oC, moet de versterkte broeikaswerking deze eeuw niet hoger worden dan 2.8 W/m², en dan terugzakken naar 2.1 W/m² in 2100. Voor het 2^oC doel liggen deze waardes op respectievelijk 3.2 W/m² en 2.9 W/m². Uitgaande van de huidige waarde en snelheid, zullen deze grenswaardes van de piekconcentraties mogelijk in 2021 (+1.5^oC doel) en 2034 (+2^oC doel) bereikt worden, waarna de broeikaswerking weer moet dalen (zie Figuur). Als men een minder voorzichtig uitgangspunt accepteert (50% of zelfs 33% waarschijnlijkheid/kans van halen van de doelen), dan worden de termijnen voordat grenswaarden overschreden worden langer (zie Figuur).