Concentratie broeikasgassen in de atmosfeer

Concentratie CO₂ beneden 400 ppm_v en broeikasgassen beneden 480 ppm_v CO₂-eq nodig om temperatuurstijging beneden de 2°C te houden

Zowel op mondiaal vlak (Kopenhagen Akkoord van december 2009 in het kader van het Klimaatverdrag van de Verenigde Naties of UNFCCC, bevestigd tijdens de klimaattop in Cancun eind 2010 en in het Klimaatakkoord van Parijs eind 2015) en binnen de EU (o.a. besluit Milieuraad van okt. 2008) zijn beleidsmakers het er over eens dat de wereldwijde gemiddelde temperatuurstijging op langere termijn moet beperkt worden tot maximaal 2°C boven het pre-industriële niveau (referentiejaar 1750). Ook Vlaanderen heeft in haar Vlaams Klimaatbeleidsplan 2013-2020 de doelstelling onderschreven om de stijging van de wereldgemiddelde temperatuur niet boven de 2 °C te laten uitstijgen in 2050 ten opzichte van pre-industriële tijden.

Om de kans op een mondiale temperatuurstijging boven die 2°C op 50 % of minder te houden, moet de CO₂-concentratie stabiliseren beneden 400 ppm_v, en de concentratie van alle Kyoto-gassen (CO₂, CH₄, N₂O, SF₆, PFK's en HFK's) samen onder de 480 ppm_v CO₂-eq. Voor alle broeikasgassen samen (met naast de Kyoto-gassen ook CFK's, HCFK's, ozon en aerosolen), wordt een plafond van 450 ppm_v CO₂-eq naar voor geschoven. Dit ligt lager dan de 480 ppm_v voor Kyoto-gassen door het afkoelend effect van de meeste aerosolen. Om een redelijke kans te hebben de temperatuurstijging verder te beperken tot 1,5°C, verlaagt het plafond van 450 naar 430 ppm_v CO₂-eq. 

Opdat deze plafonds tijdig zouden gerespecteerd worden, moet de mondiale emissie van broeikasgassen al binnen enkele jaren van een stijgende naar een sterk dalende trend worden omgebogen.

Concentratie meeste broeikasgassen blijft toenemen

Van alle CO₂ die door menselijke activiteiten wordt uitgestoten, wordt ongeveer een kwart opgenomen door de oceanen en een ander kwart door de biosfeer (o.a. planten). De andere helft van de CO₂-emissies blijft achter in de atmosfeer.

In 2018 overschreed de jaargemiddelde atmosferische concentratie van CO₂ de drempel van 400 ppm_v, Met 407,8 ppm_v ligt die concentratie nu 47 % boven het pre-industriële niveau van 278 ppm_v. Het laatste jaar nam de concentratie nog met 2,3 ppm_v toe, een groeiritme dat beduidend hoger ligt dan in de jaren 90 (gemiddeld 1,5 ppm_v/jaar) en ook nog net boven het gemiddelde van het afgelopen decennium (2,2 ppm_v/jaar). De huidige CO₂-concentratie is de hoogste van de afgelopen 800 000 jaar (tweede figuur). Het gros van de antropogene emissies van CO₂ in de atmosfeer gedurende de laatste 25 jaar zijn het gevolg van de verbranding van fossiele brandstof en cementproductie. De rest is voornamelijk te wijten aan ontbossing en wijzigingen in landgebruik.

In het verleden zijn stijgingen in atmosferische CO₂-concentraties altijd gevolgd door equivalente temperatuurtoenames. Het huidige CO₂-niveau werd het laatst benaderd midden in het Plioceen, 3 tot 5 miljoen jaar geleden. Het was toen 2 à 3 °C warmer op aarde dan nu al het geval is, en de ijskappen op Groenland en delen van Antarctica waren gesmolten wat leidde tot een zeeniveau dat 10 tot 20 meter hoger lag dan wat we vandaag kennen.

Voor methaan (CH₄) bedroeg de atmosferische concentratie in 2018 al 1 869 ppb_v of meer dan het dubbele (+159 %) van de waarde van de pre-industriële periode (722 ppb_v) (derde figuur). Tussen begin jaren 80 en 2006 nam de jaarlijkse toename af van 16 ppb_v naar 0 ppb_v of zelfs een lichte daling begin jaren 2000. Ondertussen nemen de concentraties opnieuw toe met circa 7 ppb_v per jaar (zelfs 10 ppb_v in 2018). De redenen voor de hernieuwde stijging zijn verhoogde emissies uit waterrijk natuurland (o.a. moerassen) door de toegenomen neerslag in de tropen en van antropogene emissiebronnen te midden het noordelijk halfrond. De huidige CH₄-concentratie is de hoogste in 800 000 jaar. Zo’n 60 % van de methaanemissies zijn van antropogene oorsprong (onder meer de winning en het gebruik van fossiele brandstoffen, veeteelt, rijstteelt en stortplaatsen).

In 2018 bedroeg de atmosferische concentratie van lachgas (N₂O) 331 ppb_v, dit is bijna 23 % meer dan de concentratie gedurende de pre-industriële periode (270 ppb_v) en het hoogste niveau in minstens 1 000 jaar (vierde figuur). Slechts 40 % van de globale lachgasemissies is van antropogene oorsprong: vooral door gebruik van meststoffen en daarnaast ook bij industriële processen en bij de verbranding van biomassa. De toename in het laatste jaar (1,2 ppb_v) ligt wat boven de gemiddelde jaarlijkse stijging in de laatste 10 jaar (0,95 ppb_v/jaar).

Verstoring warmtebalans blijft verder oplopen

De eerste figuur geeft een overzicht van de toename van de atmosferische concentratie van de belangrijkste langlevende broeikasgassen samen sinds 1750, herrekend naar de overeenkomstige stralingsforcering in W/m². Hieruit blijkt een duidelijke versnelling sinds het begin van de jaren ’50 wanneer het energiegebruik sterk toenam en men stilaan CFK’s en aanverwante gassen (o.a. als koelmiddel en drijfgas) begon te gebruiken. De figuur maakt duidelijk dat de belangrijkste bijdrage aan de opwarming van de aarde komt van CO₂, maar dat ook de bijdrage van de andere gassen niet verwaarloosbaar is. De 3 belangrijkste broeikasgassen staan samen in voor bijna 89 % van de toename inzake stralingsforcering sinds het begin van de industrialisatie (1750): 65,9 % voor CO₂, 16,5 % voor CH₄ en 6,4 % voor N₂0. Zelfs na 1990, het referentiejaar voor het Kyoto-protocol, nam het gezamenlijke opwarmend effect van de voornaamste broeikasgassen in onze atmosfeer nog toe met 43 %. Hiervan is 80 % voor rekening van CO₂ zelf.

Naast de gassen waarvan de emissies gereguleerd worden door het Kyoto-protocol van 1997 (CO₂, CH₄, N₂O, SF₆, PFK's en HFK's) spelen ook CFK's en HCFK's een niet te verwaarlozen rol in de warmtehuishouding van de atmosfeer. De uitstoot van die CFK's en HCFK's werd al aan banden gelegd via het Montreal-protocol van 1987 aangezien ze ook bijdragen aan de afbraak van de stratosferische ozonlaag. Het effect van emissiebeperkende maatregelen resulteert inmiddels in een afremming van de concentratietoename en voor enkele gassen zelfs al in een concentratiedaling. CFK-11 en CFK-12 zijn de twee belangrijkste gassen uit deze groep, en hun concentraties lopen terug sinds respectievelijk begin jaren 90 van vorige eeuw en sinds 2005. De concentraties van HCFK's en HFK's nemen daarentegen verder toe, ook al blijft hun bijdrage in de totale stralingsforcering nog beperkt.

Omrekening van de stralingsforcering in de eerste figuur naar CO₂-eq leert dat de concentratie van de Kyoto-gassen tussen 1990 en 2018 is geëvolueerd van 396 ppm_v CO₂-eq naar 468 ppm_v CO₂-eq. Daarmee is in 28 jaar al ruim 86 % van de marge tot het plafond van 480 ppm_v CO₂-eq ingenomen.

Andere stoffen spelen ook een rol

Naast bovenvermelde langlevende broeikasgassen spelen ook nog andere stoffen een rol in de warmtehuishouding van onze atmosfeer:

• troposferische ozon en aerosolen: ozon versterkt het broeikaseffect, terwijl de meeste aerosolen een afkoelend effect hebben. Door het luchtkwaliteitsbeleid los van het klimaatbeleid valt te verwachten dat de concentratie van aerosolen in de omgevingslucht zal afnemen, waardoor hun afkoelend effect zal dalen. In vergelijking met de stoffen die onder het Kyoto- en het Montreal-protocol vallen, hebben ozon en aerosolen een erg korte verblijftijd in de atmosfeer (vaak slechts enkele dagen of weken). Hun concentraties vertonen mondiaal grote verschillen en hun gemiddelde concentratie en effect op de stralingsbalans van de aarde kunnen maar met grote onzekerheid worden bepaald. Daarom zijn ze niet meegenomen in deze indicator;
• waterdamp: levert eigenlijk de belangrijkste bijdrage aan het natuurlijk broeikaseffect, maar in tegenstelling tot de andere broeikasgassen is de directe invloed van de mens op de concentratie ervan minimaal en is de verblijftijd van watermoleculen in de atmosfeer veel korter dan die van de andere ('langlevende') broeikasgassen. Daarom wordt ook water(damp) buiten beschouwing gelaten bij de opvolging van deze indicator.

Meer info

Het mechanisme van oplopende broeikasgasconcentraties en de link met klimaatverandering worden uit de doeken gedaan in het eerste hoofdstuk van het'Klimaatrapport 2015: over waargenomen en toekomstige klimaatveranderingen'.