apa.at
Mehr zum Thema / Jochen Stadler / Mittwoch 01.12.21

Der Koh­len­stoff­kreis­lauf

Koh­len­stoff ist der aller­wich­tigs­te Bau­stein von Lebe­we­sen. Er bil­det das Rück­grat aller orga­ni­schen Ver­bin­dun­gen. Meis­tens ist er mit ande­ren Ele­men­ten wie Sauer­stoff, Was­ser­stoff, Phos­phor und Stick­stoff liiert und sie bil­den etwa  Koh­len­hy­dra­te, Eiweiß­stof­fe, Erb­gut­sub­stan­zen und Fet­te. Nur sehr sel­ten tritt er solo auf, näm­lich als Gra­phit und Diamanten.
Foto: APA Koh­len­stoff bil­det das Rück­grat aller orga­ni­schen Verbindungen

Koh­len­stoff ist der aller­wich­tigs­te Bau­stein von Lebe­we­sen. Er bil­det das Rück­grat aller orga­ni­schen Ver­bin­dun­gen. Meis­tens ist er mit ande­ren Ele­men­ten wie Sauer­stoff, Was­ser­stoff, Phos­phor und Stick­stoff liiert und sie bil­den etwa  Koh­len­hy­dra­te, Eiweiß­stof­fe, Erb­gut­sub­stan­zen und Fet­te. Nur sehr sel­ten tritt er solo auf, näm­lich als Gra­phit und Diamanten.

Die Erde ist ein geschlos­se­nes Kohlenstoffsystem

 

Für Koh­len­stoff ist die Erde ein „geschlos­se­nes Sys­tem“. Was bei­spiels­wei­se durch nukle­ar­che­mi­sche Pro­zes­se oder Meteo­ri­ten dazu­kommt, ist men­gen­mä­ßig abso­lut ver­nach­läs­sig­bar, eben­so win­zi­ge Ver­lus­te durch die Raum­fahrt. Auf der Erde selbst ist er Bestand­tei­le ver­schie­dens­ter Kreis­läu­fe zwi­schen Leben und Tod, der Luft, des Was­sers, der Gestei­ne, von Orga­nis­men und Böden (Atmo‑, Hydro‑, Litho‑, Bio- und Pedo­sphä­re). Es gibt unzäh­li­ge Teil-Kreis­läu­fe zwi­schen den fünf Sphä­ren, und inner­halb die­ser oft in sich geschach­tel­te und von­ein­an­der abhän­gi­ge Koh­len­stoff-Kreis­läu­fe. Wenn mehr CO2 frei­ge­setzt wird als auf­ge­nom­men, spricht man von einer CO2-Quel­le, umge­kehrt (höhe­re Auf­nah­me als Abga­be) von einer CO2-Sen­ke. Im Lauf der Zeit kön­nen aus Sen­ken Quel­len wer­den und umgekehrt.

 

Koh­le, Erd­öl und Erd­gas stel­len Koh­len­stoff­la­ger im Erd­in­ne­ren dar. Der Mensch mach­te sie durch Aus­beu­tung und Ver­bren­nung zu Koh­len­stoff­quel­len. Was er der Litho­sphä­re ent­nom­men hat und immer noch ent­nimmt und ver­brennt, rei­chert sich als Koh­len­stoff­di­oxid (CO2) in der Atmo­sphä­re an und ver­stärkt dort den Treib­haus­ef­fekt. Jener ist zwar prin­zi­pi­ell wich­tig und ermög­licht den heu­ti­gen Pflan­zen, Tie­ren und Mikro­ben, auf der Erde zu leben, da es sonst eisig kalt wäre, aber sei­ne erd­ge­schicht­lich unge­mein rasche Stei­ge­rung führt unge­bremst zu kata­stro­pha­len, lang­fris­ti­gen Ver­än­de­run­gen für das Leben der Men­schen, vie­ler ande­rer Orga­nis­men und Ökosysteme .

Koh­len­stoff wird in Mil­lio­nen Giga­ton­nen gemessen

Auf der Erde gibt es 75 Mil­lio­nen Giga­ton­nen Koh­len­stoff. Davon sind der­zeit rund 850 Giga­ton­nen in der Atmo­sphä­re. Die Atmo­sphä­re reagiert extrem sen­si­bel auf Ände­run­gen im Koh­len­stoff­fluss. Außer­dem ist die Frei­set­zungs­men­ge durch fos­si­le Brenn­stof­fe seit der Indus­tria­li­sie­rung bis 2019 mit 635 Giga­ton­nen Koh­len­stoff fast so hoch, wie die Gesamt­men­ge in der Atmo­sphä­re. Etwa die Hälf­te ist dort ver­blie­ben, und je ein Vier­tel in den Ozea­nen und Land-Öko­sys­te­men.  Die Land­le­be­we­sen ent­hal­ten 800 Giga­ton­nen Koh­len­stoff, jene im Meer drei Giga­ton­nen. Die Böden beher­ber­gen rund vier­mal so viel wie die Atmo­sphä­re. Auch im Per­ma­frost sind ähn­li­che hohe Koh­len­stoff­vor­rä­te wie im Boden. In den Gesteins­schich­ten sind 99,85 Pro­zent der glo­ba­len Koh­len­stoff­men­ge zumeist inak­tiv gespeichert.

Koh­len­stoff ist jüngst zu sehr in Bewegung

Die wich­tigs­ten Koh­len­stoff-Sen­ken stel­len die Pflan­zen der Erde dar. Sie bin­den im Jahr rund 123 Giga­ton­nen Koh­len­stoff und geben durch Atmung 60 Giga­ton­nen frei. Die Dif­fe­renz bleibt als Bio­mas­se gebun­den oder wan­dert in den Boden. Die Men­schen ent­zie­hen der Litho­sphä­re Koh­len­stoff und emit­tie­ren die­sen als CO2 an die Atmo­sphä­re, näm­lich neun Giga­ton­nen jähr­lich durch die Ver­bren­nung der fos­si­len Ener­gie­trä­ger Koh­le, Erd­öl und Erd­gas sowie die Zement­her­stel­lung. Um dem Kli­ma­wan­del Ein­halt zu gebie­ten, müs­sen die fos­si­len Treib­haus­gas­emis­sio­nen in den kom­men­den Jahr­zehn­ten voll­kom­men ein­ge­stellt werden.
Laut Son­der­be­richt des Welt­kli­ma­ra­tes (IPCC) sol­len die glo­ba­len CO2 Emis­sio­nen bis 2030 um 25 Pro­zent für das 2‑Grad-Ziel gesenkt wer­den und 2070 Net­to-Null errei­chen, und um 45 Pro­zent für das 1,5 Grad-Ziel bei einem Net­to-Null anno 2050. Egal ob für einen Stopp der Erd­er­wär­mung bei 3, 2 oder 1,5 Grad: Zu einem bestimm­ten Zeit­punkt müs­sen die Emis­sio­nen Net­to-Null sein.

Anstieg der CO2-Konzentration

Durch die Ver­bren­nung fos­si­ler Ener­gie­trä­ger inner­halb eines erd­ge­schicht­lich sehr kur­zen Zeit­raums steigt die CO2 Kon­zen­tra­ti­on in der Atmo­sphä­re seit der Beginn der Indus­tria­li­sie­rung und vor allem seit Mit­te des 20. Jahr­hun­derts an. Betrug der Anteil von CO2 im Jahr 1800 noch 280 ppm (Antei­le pro Mil­li­on) war er 2020 412 ppm. Solch eine Kon­zen­tra­ti­on (380 bis 450 ppm) gab es zuletzt im „mitt­le­ren Plio­zän“ vor etwa 3,6 Mil­lio­nen Jah­ren (Zum Ver­gleich: der „moder­ne Mensch“ ent­stand vor etwa 300.000 Jah­ren). Damals war der Mee­res­spie­gel 24 Meter höher als heu­te, die Tem­pe­ra­tur 4,0 Grad Cel­si­us über jener der vor­in­dus­tri­el­len Zeit. Neben der CO2-Kon­zen­tra­ti­on stei­gen auch die Kon­zen­tra­tio­nen der ande­ren Treib­haus­ga­se wie Methan und Lach­gas kontinuierlich.

Wald ist Öster­reichs wich­tigs­ter Kohlenstoffspeicher

Der Wald leis­tet einen wich­ti­gen Bei­trag zum Klimaschutz 

„In Öster­reich ist der Wald der größ­te Koh­len­stoff­spei­cher“, erklär­te Gise­la Pröll, Exper­tin für Öko­sys­tem­for­schung im Umwelt­bun­des­amt in Wien gegen­über APA-Sci­ence: „Er leis­tet einen wich­ti­gen Bei­trag zum Kli­ma­schutz, denn er nahm die letz­ten Jahr­zehn­te mehr Koh­len­stoff auf, als er abgab“. Die Bäu­me und ande­re Pflan­zen ver­wer­ten Koh­len­di­oxid aus der Atmo­sphä­re, um es mit Was­ser und der Ener­gie aus Son­nen­licht mit­tels Pho­to­syn­the­se in Sauer­stoff und Koh­len­hy­dra­te zu ver­wan­deln. „Ein Teil wird ver­at­met, aber der meis­te Koh­len­stoff wird in den Stäm­men und Zwei­gen, Blät­tern und den Wur­zeln gespei­chert“, sag­te sie. Wenn das Laub abge­wor­fen wird, oder Wur­zeln abster­ben, gelangt der Koh­len­stoff in den Boden, wo beträcht­li­che Men­gen erhal­ten blei­ben. Der Koh­len­stoff­kreis­lauf im Wald wird aber auch durch den Kli­ma­wan­del ver­än­dert. „Es wird erwar­tet, dass Extrem­ereig­nis­se wie Tro­cken­pe­ri­oden, Dür­ren, Stür­me und Bor­ken­kä­fer­ka­la­mi­tä­ten zuneh­men“, so Pröll. Dadurch kann der Wald von einer Koh­len­stoff­sen­ke zu einer Koh­len­stoff­quel­le wer­den. Auch nach Dür­re­jah­ren wür­de laut Lang­zeit­da­ten vom For­schungs­stand­ort Zöbel­bo­den ver­rin­ger­tes Baum­wachs­tum auf­tre­ten, was wie­der­um ver­rin­ger­te Koh­len­stoff­spei­che­rung bedeu­te. „Dadurch bleibt mehr in der Atmo­sphä­re“, sag­te die Expertin.

Wald­be­wirt­schaf­tung ver­än­dert die Kohlenstoff-Speicherkapazität

Durch geeig­ne­tes Manage­ment kann man die Koh­len­stoff­spei­cher-Kapa­zi­tä­ten der Wäl­der so gut wie mög­lich aus­nut­zen, und gleich­zei­tig etwa die Bio­di­ver­si­tät erhö­hen und ande­re posi­ti­ve Effek­te für die Kli­ma­wan­del­an­pas­sung her­aus­schla­gen, meint Pröll. Wie man dies am bes­ten macht, wür­de gera­de im Pro­jekt „Mana­ge­Beech“ unter­sucht. In einem ande­ren Pro­jekt (Cent­forCSink) habe man her­aus­ge­fun­den, dass Anfang des 20. Jahr­hun­derts die inten­si­ve Holz­nut­zung sowie star­kes Bor­ken­kä­fer­auf­kom­men den Wald im Natio­nal­park Kalk­al­pen kurz­fris­tig zu einer Koh­len­stoff­quel­le statt ‑Sen­ke mach­te, berich­tet sie. Ers­tens war die gespei­cher­te Bio­mas­se weg­ge­fal­len, zwei­tens die Funk­ti­on des Kro­nen­da­ches, die Umge­bung zu küh­len. Dadurch wur­den die Abbau­pro­zes­se in den Böden beschleu­nigt und Koh­len­stoff frei­ge­setzt. „Wenn jun­ge Bäu­me nach­wach­sen dreht sich der Effekt aber wie­der um, denn sie spei­chern wie­der­um Koh­len­stoff“, erklär­te Pröll: „Natür­lich sind auch sta­bi­le, arten­rei­che Misch­wäl­der wich­tig“. Stö­run­gen wie Wind­wür­fe und Tro­cken­heit betref­fen ver­mehrt die Fich­ten, die bekann­ter­ma­ßen Kli­ma­wan­del­ver­lie­rer sind, da sie schlecht mit Tro­cken­heit umge­hen kön­nen und als Flach­wurz­ler bei Stür­men schnell ent­wur­zelt wer­den kön­nen. Auch den Bor­ken­kä­fern haben sie wenig entgegenzusetzen.

CO2 in der Wert­schöp­fungs­ket­te Holz

Wenn dem Wald Holz ent­nom­men wird, ist der Koh­len­stoff im Holz dadurch noch nicht emit­tiert, so die Exper­tin. Der Koh­len­stoff wird am bes­ten in viel­fäl­ti­gen Holz­pro­duk­ten so lan­ge wie mög­lich gespei­chert, und am Ende der Pro­dukt­le­bens­dau­er und Recy­cling-Mög­lich­kei­ten ener­ge­tisch genutzt. Selbst die sofor­ti­ge ener­ge­ti­sche Ver­wen­dung ist aber der Nut­zung fos­si­ler Brenn­stof­fe vor­zu­zie­hen, sofern das Holz aus nach­hal­ti­ger Bewirt­schaf­tung stammt und der­art Emis­sio­nen aus Erd­gas, Erd­öl und Koh­le ein­ge­spart werden“.

Ihr Kol­le­ge Peter Weiss von der Abtei­lung Emis­si­ons­in­ven­tu­ren und Kli­ma­schutz des Umwelt­bun­des­am­tes in Wien hat sich mit den Part­nern BFW und BOKU die CO2-Bilanz der Wert­schöp­fungs­ket­te Holz genau­er ange­se­hen. Sowohl durch Holz­pro­duk­te, als auch die ener­ge­ti­sche Holz­ver­wen­dung wür­de man im Ver­gleich zu Ersatz­pro­duk­ten sehr vie­le Treib­haus­gas-Emis­sio­nen spa­ren. Je län­ger die Nut­zungs­dau­er eines Pro­dukts ist, umso grö­ßer ist der posi­ti­ve Effekt, da der Koh­len­stoff damit der Atmo­sphä­re län­ger ent­zo­gen bleibt.

Stichwörter