Neue Forschung: Lachgasemissionen, die 300-mal stärker sind als CO₂, gefährden die Zukunft der Erde'

Lachgas aus der Landwirtschaft und anderen Quellen sammelt sich so schnell in der Atmosphäre an, dass es die Erde auf eine gefährliche 3 ℃ -Erwärmung in diesem Jahrhundert bringt, hat unsere neue Forschung herausgefunden.

Jährlich werden mehr als 100 Millionen Tonnen Stickstoff in Form von Kunstdünger auf Kulturpflanzen ausgebracht. Die gleiche Menge wird wieder auf Weiden und Getreide in Gülle von Nutztieren gegeben.

Diese kolossale Menge an Stickstoff lässt Getreide und Weiden üppiger wachsen. Es setzt aber auch Lachgas (N₂O) frei, ein Treibhausgas.

Die Landwirtschaft ist die Hauptursache für die zunehmenden Konzentrationen und wird dies wahrscheinlich auch in diesem Jahrhundert bleiben. Die N₂O-Emissionen aus Landwirtschaft und Industrie können reduziert werden, und wir müssen dringend Maßnahmen ergreifen, wenn wir das Erdklima stabilisieren wollen.

2000 jahre atmosphärischer Lachgas-Konzentrationen. Beobachtungen aus Eisbohrkernen und Atmosphäre. Quelle: BoM/CSIRO/AAD.

Woher kommt Lachgas?

Wir haben festgestellt, dass sich die N₂O-Emissionen aus natürlichen Quellen wie Böden und Ozeanen in den letzten Jahrzehnten nicht wesentlich verändert haben. Aber die Emissionen aus menschlichen Quellen haben rapide zugenommen.

Die atmosphärischen Konzentrationen von N₂O erreichten 2018 331 Teile pro Milliarde, 22% über dem Niveau um das Jahr 1750, bevor das Industriezeitalter begann.

Die Landwirtschaft verursachte im Jahrzehnt bis 2016 fast 70% der globalen N₂O-Emissionen. Die Emissionen entstehen durch mikrobielle Prozesse im Boden. Der Einsatz von Stickstoff in Kunstdüngern und Gülle ist ein wesentlicher Treiber dieses Prozesses.

Weitere menschliche N₂O-Quellen sind die chemische Industrie, Abwasser und die Verbrennung fossiler Brennstoffe.

N₂O wird in der oberen Atmosphäre vor allem durch Sonnenstrahlung zerstört. Aber Menschen emittieren N₂O schneller als es zerstört wird, also sammelt es sich in der Atmosphäre an.

N₂O baut sowohl die Ozonschicht ab als auch trägt zur globalen Erwärmung bei.

N₂O hat als Treibhausgas das 300-fache Erwärmungspotenzial von Kohlendioxid (CO₂) und verbleibt durchschnittlich 116 Jahre in der Atmosphäre. Es ist das drittwichtigste Treibhausgas nach CO₂ (das bis zu Tausenden von Jahren in der Atmosphäre verbleibt) und Methan.

N₂O baut die Ozonschicht ab, wenn es mit Ozongas in der Stratosphäre interagiert. Andere ozonabbauende Substanzen wie chlor- und bromhaltige Chemikalien wurden nach dem Montrealer Protokoll der Vereinten Nationen verboten. N₂O ist im Rahmen des Protokolls nicht verboten, obwohl das Pariser Abkommen versucht, seine Konzentrationen zu reduzieren.

Ein Landwirt entleert Dünger in Maschinen
Die Reduzierung des Düngemitteleinsatzes in landwirtschaftlichen Betrieben ist entscheidend für die Reduzierung der N₂O-Emissionen.

Was wir gefunden haben

Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen hat Szenarien für die Zukunft entwickelt, in denen die verschiedenen Wege skizziert werden, die die Welt bis 2100 zur Emissionsreduzierung einschlagen könnte. Unsere Forschung ergab, dass die N₂O-Konzentrationen begonnen haben, die in allen Szenarien vorhergesagten Werte zu überschreiten.

Die aktuellen Konzentrationen stehen im Einklang mit einem globalen Durchschnittstemperaturanstieg von deutlich über 3 ℃ in diesem Jahrhundert.

Wir haben festgestellt, dass die globalen vom Menschen verursachten N₂O-Emissionen in den letzten drei Jahrzehnten um 30% gestiegen sind. Die Emissionen aus der Landwirtschaft stammten hauptsächlich aus synthetischen Stickstoffdüngern, die in Ostasien, Europa, Südasien und Nordamerika eingesetzt wurden. Emissionen aus Afrika und Südamerika werden von Emissionen aus Viehdung dominiert.

In Bezug auf das Emissionswachstum kommen die höchsten Beiträge aus Schwellenländern – insbesondere Brasilien, China und Indien –, wo die Pflanzenproduktion und die Viehbestände in den letzten Jahrzehnten rapide zugenommen haben.

Die N₂O-Emissionen Australiens waren in den letzten zehn Jahren stabil. Der Anstieg der Emissionen aus Landwirtschaft und Abfall wurde durch einen Rückgang der Emissionen aus Industrie und fossilen Brennstoffen ausgeglichen.

Regionale Veränderungen der N₂O-Emissionen durch menschliche Aktivitäten von 1980 bis 2016 in Millionen Tonnen Stickstoff pro Jahr. Daten von: Tian et al. 2020, Natur. Quelle: Global Carbon Project &Ampere; Internationale Stickstoff-Initiative.

Was ist zu tun?

N₂O muss Teil der Bemühungen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen sein, und es wird bereits daran gearbeitet. Seit den späten 1990er Jahren sind beispielsweise in den USA, Europa und Japan Bemühungen zur Reduzierung der Emissionen aus der chemischen Industrie, insbesondere bei der Herstellung von Nylon, erfolgreich.

Die Reduzierung der Emissionen aus der Landwirtschaft ist schwieriger – die Nahrungsmittelproduktion muss aufrechterhalten werden und es gibt keine einfache Alternative zu Stickstoffdüngern. Es gibt jedoch einige Optionen.

In Europa sind die N₂O-Emissionen in den letzten zwei Jahrzehnten mit steigender landwirtschaftlicher Produktivität gesunken. Dies wurde weitgehend durch staatliche Maßnahmen zur Verringerung der Verschmutzung von Wasserstraßen und Trinkwasser erreicht, was zu einem effizienteren Einsatz von Düngemitteln führte.

Weitere Möglichkeiten zur Reduzierung der N₂O-Emissionen aus der Landwirtschaft sind:

  • besseres Management von Tierdung

  • düngen so, dass es den Bedürfnissen der wachsenden Pflanzen besser entspricht

  • abwechselnde Kulturen, um diejenigen einzubeziehen, die ihren eigenen Stickstoff produzieren, wie Hülsenfrüchte, um den Bedarf an Dünger zu reduzieren

  • verbesserte Effizienz Düngemittel, die die N₂O-Produktion senken.

Globales Lachgas-Budget 2007-16. Übernommen von Tian et al. 2020. Natur. Quelle: Global Carbon Project &Ampere; Internationale Stickstoff-Initiative.

Netto-Null-Emissionen erreichen

Den übermäßigen Einsatz von Stickstoffdüngern zu stoppen, ist nicht nur gut für das Klima. Es kann auch die Wasserverschmutzung reduzieren und die Rentabilität der Landwirtschaft steigern.

Selbst mit der richtigen Agrarpolitik und den richtigen Maßnahmen werden synthetische Düngemittel und Dungdünger benötigt. Um den Sektor auf Netto-Null-Treibhausgasemissionen zu bringen, wie es zur Stabilisierung des Klimas erforderlich ist, sind neue Technologien erforderlich.

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