Kohlendioxidmengen plastisch veranschaulichen

07. April 2017 | Erklärstücke | 1 Kommentare

Täglich hört und liest man von Kohlendioxid-Emissionen und CO2-Einsparungen, dabei werden die Gasmengen in Kilogramm oder Tonnen angegeben. Das ist aus fachlicher Sicht zwar richtig, doch viele Menschen können sich darunter kaum etwas vorstellen – ein Vermittlungsproblem, das viele Klimaschutzakteure kennen. Zwei Methoden zeigen, wie sich CO2-Mengen auf verständliche, alltagstaugliche Art und Weise veranschaulichen lassen: das Umrechnen des Volumens kleiner Kohlendioxidmengen in eine bestimmte Anzahl von Umzugskartons und das Umrechnen großer CO2-Mengen in Waldflächenäquivalente.

 

Umrechnen kleiner CO2-Mengen in Umzugskartons

Die Idee, Umzugskartons als Vergleichsgröße heranzuziehen, um eine bestimmte Menge CO2 zu veranschaulichen, stammt vom „Klimapakt Flensburg“, der hierzu auch einen knapp zweiminütigen, sehr sehenswerten Animationsfilm produziert hat (vgl. https://www.youtube.com/watch?v=w6Ti_T61IzY). Die kluge Kernfrage der Flensburger konzentrierte sich nicht auf die Masse, sondern auf das Volumen des Kohlendioxids. Denn ihre Frage lautete: Wie viel CO2 passt in einen handelsüblichen Umzugskarton? Antwort: etwa 100 Gramm. Für all diejenigen, die sich genauer für diese Umrechnung interessieren, sei an dieser Stelle auch der dazugehörige Rechenweg dargestellt.
 

  • Ein Mol CO2 (6,022 * 1023 Teilchen) hat eine Masse von 44,01 Gramm, dieses Mol CO2 hat unter Normbedingungen (1.013 mbar, 0 oC) ein Volumen von 22,4 Litern (dm3).
  • Demnach haben 44 g CO2 ein Volumen von 22,4 Litern.
  • Laut Wikipedia sind Standard-Umzugskartons etwa 30 bis 33 cm hoch und breit sowie 58 bis 66 cm lang; das Volumen eines Umzugskartons der Größe 30 * 30 * 58 cm beträgt 3 dm * 3 dm * 5,8 dm = 52,2 dm3 (Liter).
  • Der abschließende Dreisatz ergibt: Da 22, 4 Liter CO2 ein Gewicht von 44 Gramm haben, wiegen 52,2 Liter CO2 genau 102,5 Gramm.

Kohlendioxid entsteht zum Beispiel beim Verbrennen von Erdgas (Bild: panthermedia.net/Andreas Pollock).
Abgerundet sind es demnach gerade einmal rund 100 Gramm Kohlendioxid, die in einen handelsüblichen Standard-Umzugskarton passen. Zwei Anwendungsbeispiele zeigen, dass sich diese Umrechnungsmethode deshalb in erster Linie für kleinere CO2-Mengen eignet:

  1. Jedes Watt Dauerleistung verursacht einen jährlichen Stromverbrauch von 8,76 Kilowattstunden und – ausgehend vom bundesweiten Strommix 2016 – Kohlendioxid-Emissionen in Höhe von etwa 5 Kilogramm; diese CO2-Menge entspricht 50 Umzugskartons.
     
  2. In Deutschland betragen die jährlichen CO2-Emissionen pro Kopf etwa 9 Tonnen – diese Kohlendioxidmenge entspricht bereits 90.000 Umzugskartons pro Jahr, das sind pro Kopf immerhin 247 Kartons täglich.

 

Umrechnen großer CO2-Mengen in Waldflächen

Die zweite Methode, Kohlendioxidmengen zu veranschaulichen, basiert auf dem Umstand, dass Wald CO2 speichert. Daher können (eingesparte) CO2-Mengen auch in Waldflächenäquivalente umgerechnet werden.

 

Allerdings kursieren zum – sehr beliebten, weil sehr plastischen – Umrechnen von CO2-Mengen in Waldflächen unterschiedliche Faktoren. Deshalb hat die EnergieAgentur.NRW das Johann Heinrich von Thünen-Institut in Braunschweig konsultiert, das Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei (früher: Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft), um mit einer belastbaren Zahl rechnen zu können. Dieses Institut zeichnet unter anderem verantwortlich für das Erstellen des Nationalen Inventarberichts für das Umweltbundesamt (UBA), die von den Vertragsstaaten der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen jährlich zu erstellende Bilanzierung der nationalen Treibhausgas-Emissionen. Laut Auskunft des Johann Heinrich von Thünen-Instituts entspricht eine (eingesparte) Tonne Kohlendioxid einer Waldfläche von 0,0011483 Quadratkilometern.

 

Für alle, die sich dafür interessieren, wie dieser Umrechnungsfaktor zustande kommt, sei der dazugehörige Rechenweg des Thünen-Instituts an dieser Stelle ebenfalls dargestellt. Ausgangspunkt dieses Rechenweges ist der jährliche Rohholz-Zuwachs des deutschlandweiten Durchschnittswaldes, der mit verschiedenen Umrechnungsfaktoren multipliziert wird, um die CO2-Speicherleistung von einem Quadratkilometer Wald zu ermitteln; ausgehend von diesem Wert wird im letzten Schritt die Fläche berechnet, die einer Tonne CO2 entspricht.
 

  • Laut Bundeswaldinventur 2012 beträgt beim deutschlandweiten Durchschnittswald der jährliche Zuwachs 11,23 m3 Rohholz pro Hektar.
  • Um zunächst die Masse dieser Volumenangabe zu berechnen, wird der Wert des jährlichen Zuwachses mit der Holzdichte multipliziert (0,45 Tonnen trockene Biomasse pro Kubikmeter Rohholz).
  • Im nächsten Schritt wird durch einen weiteren Umrechnungsfaktor die Menge Kohlenstoff pro Tonne trockener Biomasse ermittelt; dieser Faktor beträgt 0,47 (t C/t trockene Biomasse).
  • Anschließend wird mithilfe des Verhältnisses der molekularen Massen von Kohlendioxid (44 g/mol) und Kohlenstoff (12 g/mol) berechnet, wie viel Tonnen Kohlendioxid einer Tonne Kohlenstoff entsprechen (3,67 t CO2/t C).
  • Der letzte Umrechnungsfaktor berücksichtigt das Verhältnis der Flächeneinheiten Hektar und Quadratkilometer (100 ha/km2); durch diesen Faktor wird der bisherige Wert, der sich auf einen Hektar bezieht, auf einen Quadratkilometer umgerechnet.
  • Somit ergibt sich die folgende Gleichung:
    11,23 m3/ha * 0,45 t Biomasse/m3 * 0,47 t C/t Biomasse* 3,67 t CO2/t C * 100 ha/km2 = 870,89 t CO2/km2
  • Ein Quadratkilometer des deutschlandweiten Durchschnittswaldes speichert demnach 870,89 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr; im mathematischen Umkehrschluss (1/870,89) bedeutet dies: 1 t CO2 entspricht einer Waldfläche von 0,0011483 km2.

Sehr anschaulich: das Umrechnen von Kohlendioxidmengen in Waldflächen (Bild: panthermedia.net/Wolfgang Dufner).
Zum Abschluss noch ein weiterer Tipp: Da Flächenangaben in Quadratkilometern das menschliche Vorstellungsvermögen ebenfalls schnell überfordern, empfiehlt es sich, die jeweils ermittelte Fläche durch eine Referenzgröße zu ergänzen und/oder sie in eine aussagekräftige Größe umzurechnen, beispielsweise in Fußballfelder (die vorgeschriebene Länderspielgröße von Fußballfeldern beträgt 68 * 105 Meter = 7.140 m2).

 

Ein Beispiel: Die Beschäftigten der Stadt Dortmund haben den städtischen Stromverbrauch im Fünfjahreszeitraum 2009-2013 um insgesamt 5,3 Millionen Kilowattstunden gesenkt, hierdurch reduzierten sie die CO2-Emissionen um 2.475 Tonnen; dies entspricht einer Waldfläche von 2,84 Quadratkilometern bzw. 398 Fußballfeldern. Zum Vergleich: Die Fläche des Dortmunder Stadtgebiets beträgt 280,4 km2.


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Autor: Tom Küster



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      Umrechnen kleiner CO2-Mengen in Umzugskartons

      Die Idee, Umzugskartons als Vergleichsgröße heranzuziehen, um eine bestimmte Menge CO2 zu veranschaulichen, stammt vom „Klimapakt Flensburg“, der hierzu auch einen knapp zweiminütigen, sehr sehenswerten Animationsfilm produziert hat (vgl. https://www.youtube.com/watch?v=w6Ti_T61IzY). Die kluge Kernfrage der Flensburger konzentrierte sich nicht auf die Masse, sondern auf das Volumen des Kohlendioxids. Denn ihre Frage lautete: Wie viel CO2 passt in einen handelsüblichen Umzugskarton? Antwort: etwa 100 Gramm. Für all diejenigen, die sich genauer für diese Umrechnung interessieren, sei an dieser Stelle auch der dazugehörige Rechenweg dargestellt.
       

      • Ein Mol CO2 (6,022 * 1023 Teilchen) hat eine Masse von 44,01 Gramm, dieses Mol CO2 hat unter Normbedingungen (1.013 mbar, 0 oC) ein Volumen von 22,4 Litern (dm3).
      • Demnach haben 44 g CO2 ein Volumen von 22,4 Litern.
      • Laut Wikipedia sind Standard-Umzugskartons etwa 30 bis 33 cm hoch und breit sowie 58 bis 66 cm lang; das Volumen eines Umzugskartons der Größe 30 * 30 * 58 cm beträgt 3 dm * 3 dm * 5,8 dm = 52,2 dm3 (Liter).
      • Der abschließende Dreisatz ergibt: Da 22, 4 Liter CO2 ein Gewicht von 44 Gramm haben, wiegen 52,2 Liter CO2 genau 102,5 Gramm.

      Kohlendioxid entsteht zum Beispiel beim Verbrennen von Erdgas (Bild: panthermedia.net/Andreas Pollock).
      Abgerundet sind es demnach gerade einmal rund 100 Gramm Kohlendioxid, die in einen handelsüblichen Standard-Umzugskarton passen. Zwei Anwendungsbeispiele zeigen, dass sich diese Umrechnungsmethode deshalb in erster Linie für kleinere CO2-Mengen eignet:

      1. Jedes Watt Dauerleistung verursacht einen jährlichen Stromverbrauch von 8,76 Kilowattstunden und – ausgehend vom bundesweiten Strommix 2016 – Kohlendioxid-Emissionen in Höhe von etwa 5 Kilogramm; diese CO2-Menge entspricht 50 Umzugskartons.
         
      2. In Deutschland betragen die jährlichen CO2-Emissionen pro Kopf etwa 9 Tonnen – diese Kohlendioxidmenge entspricht bereits 90.000 Umzugskartons pro Jahr, das sind pro Kopf immerhin 247 Kartons täglich.

       

      Umrechnen großer CO2-Mengen in Waldflächen

      Die zweite Methode, Kohlendioxidmengen zu veranschaulichen, basiert auf dem Umstand, dass Wald CO2 speichert. Daher können (eingesparte) CO2-Mengen auch in Waldflächenäquivalente umgerechnet werden.

       

      Allerdings kursieren zum – sehr beliebten, weil sehr plastischen – Umrechnen von CO2-Mengen in Waldflächen unterschiedliche Faktoren. Deshalb hat die EnergieAgentur.NRW das Johann Heinrich von Thünen-Institut in Braunschweig konsultiert, das Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei (früher: Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft), um mit einer belastbaren Zahl rechnen zu können. Dieses Institut zeichnet unter anderem verantwortlich für das Erstellen des Nationalen Inventarberichts für das Umweltbundesamt (UBA), die von den Vertragsstaaten der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen jährlich zu erstellende Bilanzierung der nationalen Treibhausgas-Emissionen. Laut Auskunft des Johann Heinrich von Thünen-Instituts entspricht eine (eingesparte) Tonne Kohlendioxid einer Waldfläche von 0,0011483 Quadratkilometern.

       

      Für alle, die sich dafür interessieren, wie dieser Umrechnungsfaktor zustande kommt, sei der dazugehörige Rechenweg des Thünen-Instituts an dieser Stelle ebenfalls dargestellt. Ausgangspunkt dieses Rechenweges ist der jährliche Rohholz-Zuwachs des deutschlandweiten Durchschnittswaldes, der mit verschiedenen Umrechnungsfaktoren multipliziert wird, um die CO2-Speicherleistung von einem Quadratkilometer Wald zu ermitteln; ausgehend von diesem Wert wird im letzten Schritt die Fläche berechnet, die einer Tonne CO2 entspricht.
       

      • Laut Bundeswaldinventur 2012 beträgt beim deutschlandweiten Durchschnittswald der jährliche Zuwachs 11,23 m3 Rohholz pro Hektar.
      • Um zunächst die Masse dieser Volumenangabe zu berechnen, wird der Wert des jährlichen Zuwachses mit der Holzdichte multipliziert (0,45 Tonnen trockene Biomasse pro Kubikmeter Rohholz).
      • Im nächsten Schritt wird durch einen weiteren Umrechnungsfaktor die Menge Kohlenstoff pro Tonne trockener Biomasse ermittelt; dieser Faktor beträgt 0,47 (t C/t trockene Biomasse).
      • Anschließend wird mithilfe des Verhältnisses der molekularen Massen von Kohlendioxid (44 g/mol) und Kohlenstoff (12 g/mol) berechnet, wie viel Tonnen Kohlendioxid einer Tonne Kohlenstoff entsprechen (3,67 t CO2/t C).
      • Der letzte Umrechnungsfaktor berücksichtigt das Verhältnis der Flächeneinheiten Hektar und Quadratkilometer (100 ha/km2); durch diesen Faktor wird der bisherige Wert, der sich auf einen Hektar bezieht, auf einen Quadratkilometer umgerechnet.
      • Somit ergibt sich die folgende Gleichung:
        11,23 m3/ha * 0,45 t Biomasse/m3 * 0,47 t C/t Biomasse* 3,67 t CO2/t C * 100 ha/km2 = 870,89 t CO2/km2
      • Ein Quadratkilometer des deutschlandweiten Durchschnittswaldes speichert demnach 870,89 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr; im mathematischen Umkehrschluss (1/870,89) bedeutet dies: 1 t CO2 entspricht einer Waldfläche von 0,0011483 km2.

      Sehr anschaulich: das Umrechnen von Kohlendioxidmengen in Waldflächen (Bild: panthermedia.net/Wolfgang Dufner).
      Zum Abschluss noch ein weiterer Tipp: Da Flächenangaben in Quadratkilometern das menschliche Vorstellungsvermögen ebenfalls schnell überfordern, empfiehlt es sich, die jeweils ermittelte Fläche durch eine Referenzgröße zu ergänzen und/oder sie in eine aussagekräftige Größe umzurechnen, beispielsweise in Fußballfelder (die vorgeschriebene Länderspielgröße von Fußballfeldern beträgt 68 * 105 Meter = 7.140 m2).

       

      Ein Beispiel: Die Beschäftigten der Stadt Dortmund haben den städtischen Stromverbrauch im Fünfjahreszeitraum 2009-2013 um insgesamt 5,3 Millionen Kilowattstunden gesenkt, hierdurch reduzierten sie die CO2-Emissionen um 2.475 Tonnen; dies entspricht einer Waldfläche von 2,84 Quadratkilometern bzw. 398 Fußballfeldern. Zum Vergleich: Die Fläche des Dortmunder Stadtgebiets beträgt 280,4 km2.

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KOMMENTARE

Dr. Claus Barthel

2017-05-02 14:40:15

Ich kann solche Rechnungen nur begrüßen. Auch ganz interessant ist in diesem Zusammenhang: Ich habe mal die Höhe an CO2, die jeder Deutsche erzeugt, abgeschätzt. Bei 80 Mio. Einwohnern und einer Fläche von Deutschland von 357.000 qkm ist dies ziemlich genau ein Meter – und das Jahr für Jahr.

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