Ist Wasserstoff ein Klimagas?
Wenn wir die gesamte Verbrennung fossilier energien von heute auf morgen auf Wasserstoff umstellen, wäre das dann auch ein Problem für das Klima wegen dem Wasserdampf? Wasserdampf ist ja das wichtigste Treibhausgas.
12 Antworten
Du vergisst zunächst mal, dass auch bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen schon Wasserdampf entsteht. Sprich, wenn du auf Wasserstoff umstellst, entsteht nicht plötzlich Wasserdampf an Stellen, wo vorher kein Wasserstoff entstanden ist.
Mal eine Beispielrechnung:
Wasserstoff hat eine dreimal höhere massenbezogene Energiedichte als z.B. Benzin. Nämlich 33 kWh je kg gegenüber 12 kWh je kg. Gleichzeitig hat eine Brennstoffzelle einen Wirkungsgrad von ca. 60 % und ein Benzinmotor von ca. 30%. Heißt: um 100 kWh nutzbare Energie zu bekommen, musst du entweder 5 kg Wasserstoff oder 23 kg Benzin verwenden.
So: Bei der "Verbrennung" von 5 kg Wasserstoff in einer Brennstoffzelle entstehen 45 kg Wasserdampf. Und bei der Verbrennung von 23 kg Benzin entstehen 32,7 kg Wasserdampf. Das sind nur 38 % mehr.
Und/aber: Nebenbei würden 71 kg CO2 eingespart.
So, und das ist jetzt der Knackpunkt: CO2 wird etwa 1000-fach treibhauswirksamer eingestuft als Wasserdampf. Sprich, wenn du 71 kg CO2 einsparst und dafür 13 kg mehr Wasserdampf ausstößt, hast du die Treibhauswirkung deiner Energieerzeugung um 99,98 % reduziert.
Sprich:
Ja, die Umstellung auf Wasserstoff würde etwas mehr Wasserdampf bedeuten.
Aber du würdest dabei eben auch viel CO2 sparen und weil CO2 auf die Masse bezogen einen sehr viel höheren Treibhauseffekt hast, wäre die Mehrproduktion an Wasserstoff ein völlig zu vernachlässigender Faktor und die Reduktion an Treibhauswirkung wäre gigantisch.
Wasserdampf ist ja das wichtigste Treibhausgas.
Ja. Das liegt aber nicht daran, dass es pro kg eine starke Treibhauswirkung hätte. Hat es nämlich nicht.
Sondern es liegt daran, dass wir, besonders im Vergleich zu anderen Treibhausgasen, unglaubliche Mengen an Wasserdampf in der Atmosphäre haben.
DOI: 10.1088/1748-9326/aae018
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aae018
In der Schlussfolgerung:
We find that vapour added at current irrigation rates would yield a net ERF of −0.1 to +0.05 W m−2 and that the 100 year effective GWP for vapour emitted near the surface is −0.001 to +0.0005, making emitted water, at best, a thousand times less effective per kg at altering the heat budget of the Earth than emitted carbon dioxide.
Im nächsten Satz steht allerdings auch die Begründung:
Moreover we find a top-of-atmosphere cooling, rather than a warming. The primary reason for this is that the added water vapour rains out before it can reach the altitudes required to significantly contribute to Earth’s greenhouse effect. Moreover, humidity near the surface increases the low-level cloud cover, which in our simulation dominates changes to the greenhouse effect.
Natürlich hast du recht, was die IR-Absorption angeht. Aber so weit kommt der Wasserdampf eben nicht, dass das zum Thema wird.
Vielen Dank für die Information. Da glaubt man mal was zu wissen und schon war das auch wieder nix. Dass Wolken Schatten spenden, UV-Strahlung abhalten und damit einen kühlenden Einfluss haben, ist natürlich trivial. Aber dass der Wasserdampf nicht auch in erdnahen Schichten IR-aktiv sein soll, erschließt sich mir nicht so recht. Denn auch hier gilt das Lambert-Beersche-Gesetz. Und der Extinktionskoeffizent ist eine Konstante, die nicht höhenabhängig ist. Auch ist der mittlere Wassergehalt der Atmosphäre mit 2500 ppm deutlich höher als der von CO2. Nun wird es dabei wesentlich sein, wie viel von dem Wasser als Wasserdampf und wie viel in Form von Wolken vorliegt. Es ist halt alles nicht so einfach, wie es oft auf den ersten Blick erscheint.
Ich habe mir den Artikel und Deinen Kommentar jetzt einmal etwas genauer angeschaut. Da geht es nicht um den Beitrag des Wasserdampfes als gesamtes, sondern offenbar nur um den Anteil, der durch Bewässerungsmaßnahmen o.ä. bewirkt wird. Da steht am Anfang des Abstracts: "
"AbstraktWasserdampf ist das am häufigsten vorkommende und stärkste Treibhausgas in der Erdatmosphäre und wird durch menschliche Aktivitäten emittiert."
Wobei hier besser stehen sollte, dass Wasserdampf auch durch menschliche Aktivitäten emittiert wird. Der natürliche Wasserkreislauf dürfte hier eine weitaus größere Rolle spielen und der menschliche Beitrag eher vernachlässigbar sein.
Damit muss ich nicht von meiner bisherigen Ansicht Abstand nehmen, dass Wasserdampf den höchsten Einfluss auf den Treibhauseffekt hat. Damit will ich den Einfluss von Kohlendioxid nicht relativieren.
Gravierend falsch (da hilft auch deine Rechnung nicht) ! Dazu zitiere ich am besten aus Hermann Flohn: Das Problem der Klimaänderungen in Vergangenheit und Zukunft.-Darmstadt 1985 [Zur vita von Prof. Flohn - am besten bei Wiki nachsehen], S. 65 ff. - "Das Plancksche Strahlungsgesetz ...liefert eine maximale Intensität bei Wellenlängen um 10µm.... In der Atmosphäre werden große Teile dieses Bereichs von Absorptionsbanden des Wasserdampfes und des Kohlendioxyds eingenommen. ... Zusammen mit der schmalen Absorptionsbande des Ozons absorbieren CO2 (12%) und Wasserdampf (35%) der infraroten Wärmestrahlung der Erdoberfläche." S.69: "Obwohl der Wasserdampf bei weitem der stärkste Absorber langwelliger Strahlung ist ... steht heute die allmähliche Zunahme des CO2-Gehalts ... im Mittelpunkt des Interesses. Das hängt damit zusammen, daß ..." " Die Überlappungder Absorptionsbanden von H2O und CO2 ist für alle Rechnungen mit Strahlungsmodellen ein Problem ..." Weiter zur Ozeantemperatur: Nach Möller (1963; Journal of Geophysical Research 68, p. 3877ff.) "ist die Erwärmung tatsächlich nur zum kleineren Teil auf das CO2 zurückzuführen, während die Koppelung mit der Ozeanverdunstung (H2o) den größeren Anteil stellt." Daran hat sich nichts geändert! Soweit zur Behauptung, CO2 wäre 1000fach treibhauswirksamer als H2O.
1. Wasserstoff selbst ist kein Klimagas, da es keine Infrarotstrahlung absorbiert wie zum Beispiel Kohlendioxid oder Methan. In der oberen Atmosphäre beiträgt, die die Abstrahlung von Energie in den Weltraum erschweren.
2. Selbst wenn wir die gesamte Verbrennung fossiler Energien von heute auf morgen auf Wasserstoff umstellen würden, würde das nicht unbedingt ein Problem für das Klima wegen dem Wasserdampf darstellen. Denn Wasserdampf ist zwar das wichtigste Treibhausgas, aber es bleibt nur wenige Tage in der Atmosphäre und wird durch Niederschläge schnell wieder ausgewaschen
aber wieso ist methan ca. 50 mal so schädlich wie co2 obwohl methan nicht 50 mal so viele verbindungen hat?
Erstens Methan ist etwa 25-mal klimaschädlicher als CO2 nicht 50
und es liegt daran, dass Methan eine asymmetrische Molekülstruktur besitzt, die ihm eine höhere Effektivität bei der Absorption von Wärmestrahlung verleiht.
Doch ist es. Das Methan Molekül hat eine tetraeder Struktur und damit keine Symmetrieachse.
Wenn das die Definition von Asymmetrie wär hättest du recht. Aber Asymmetrie heißt nicht einfach keine Symmetrieachse.
Asymmetrie bedeutet eigentlich Seitenverschiedenheit (also keine Spiegelebene/-achse) und die hast du bei Methan nicht. In der Chemie werden außerdem solche Kohlenstoffatome als asymmetrisch bezeichnet, die 4 verschiedene Substituenten haben. Und auch das ist hier nicht der Fall.
Nein, was du beschreibst ist chiralität. Ich spreche eher von Dingen wie Spiegelsymmetrie welche relevant ist für die Arten der Schwingungen die das Molekül vollführen kann.
https://www.ac.rwth-aachen.de/extern/AKS/smx/smx/orientierung/symmet/index.htm
Ich hätte hier vielleicht präziser formulieren sollen.
2. Die Absorption von Infrarotstrahlung auf der molekularen Ebene ist auf die Schwingungen der Atome im Molekül zurückzuführen. Wenn ein Molekül Infrarotstrahlung absorbiert, wird es in einen höheren Energiezustand versetzt. Die Energie der absorbierten Strahlung entspricht der Energie, die benötigt wird, um die Schwingungen der Atome im Molekül anzuregen.
Sie Dehnungsschwingungen und Biegungsschwingungen die Methan aufgrund seiner Tetraederstruktur vollführt erlaubt es Infrarotstrahlung in einem breiteren Spektrum als das lineare CO2-Molekül zu absorbieren. Das bedeutet, dass Methan mehr Wärmeenergie einfangen kann als CO2.
Das ist mir schon bewusst, nur ist Asymmetrie da trotzdem der falsche Begriff. (Ein Tetraeder ist übrigens symmetrisch)
Wie und ob Wechselwirkung mit IR Strahlung möglich sind hängt in erster Linie von der Dipolmomentänderung während der Schwingungen ab. Die Struktur des Moleküls spielt da auch mit rein, ja, aber das lässt sich nicht einfach auf symmetrisch und asymmetrisch runter brechen.
Wasserdampf wird durch Niederschläge nicht aus der Atmosphäre "ausgewaschen" - im Gegenteil: bei Niederschlagswetterlagen steigt der Wasserdampfgehalt (bis zur Kondensation) an.
Wasserdampf ist hier unten weniger relevant - das Problem entsteht, wenn er in grosser Hoehe eine aehnliche Wirkung wie CO2 entwickelt. Waermestrahlung wird zurueckreflektiert.
(sichtbare Wellenlaenge zwischen etwa 4 und 7 Mikrometer)
Waermestrahlung wird zurueckreflektiert.
Oh, wenn mehr Wärmestrahlung zurück ins Weltall reflektiert würde, würde das ja sogar der Erwärmung unserer Atmosphäre entgegen wirken ;)
Die, die von der Erde kommt - von der Sonne kommt kurzwelligere Strahlung.
Wasserstoff nein.
Wasserdampf ja. Aber nicht Moleküle aus 2 Atomen. Ab drei wirds klimarelevant, und so sind H2 und O2 und N2 raus.
Hallo!
Allerdings kondensiert es wieder zu Wasser und geht somit wieder in den weltweiten Wasserkreislauf über.
Gruß
Martin
Das wäre eine absolut neue Information für mich und , soweit ich das Prinzip der Infrarotspektroskopie verstanden habe, auch nicht nachvollziehbar, Insbesondere im NIR-Bereich zeigt Wasser sehr breite Absorptionsbanden, was die Messung von Proben leider oft erschwert. Kannst Du bitte belastbare Quellen für die Einstufung nennen?