Klimaeffekte von Stickstoffemissionen Klimaschutz dank Umweltschmutz? – Das Stickstoffparadoxon unter der Lupe

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Stickstoffverbindungen aus Dünger sowie aus fossilen Brennstoffen mildern die Erderwärmung ab. Zu diesem Ergebnis kommen Max-Planck-Forscher, die eine Bilanz der Klimaeffekte von Stickstoffemissionen erstellt haben. Wegen der gesundheitsschädlichen und umweltverschmutzenden Effekte sind die Stickstoffemissionen allerdings keine Lösung gegen den Klimawandel.

Stickstoffdünger und Stickoxide aus fossilen Brennstoffen sind für einige Umweltschäden bekannt: Sie belasten die Luft und das Trinkwasser, führen zur Überdüngung von Gewässern, reduzieren die Artenvielfalt und schädigen die Ozonschicht. Was das Klima angeht, haben Stickoxide aber insgesamt einen positiven Effekt: nämlich eine kühlende Wirkung. Sie reduzieren die Erderwärmung, hervorgerufen durch die menschlichen CO₂-Emissionen, um etwa ein Achtel. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Team unter Leitung von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena in einer umfassenden Analyse (Global net climate effects of anthropogenic reactive nitrogen). Darin ziehen die Forschenden eine Bilanz der verschiedenen Klimaeffekte von Stickstoffverbindungen aus landwirtschaftlichen und nicht-landwirtschaftlichen Quellen.

Winzige Sonnenschirme in der Atmosphäre

So vielfältig die Formen sind, in denen Stickstoff in Boden, Wasser und Luft vorkommt, so vielfältig sind auch seine Auswirkungen auf das Klima. Elementarer Stickstoff, der mit 78 Prozent den Hauptteil unserer Luft ausmacht, ist zwar klimaneutral, nicht aber dessen Verbindungen. So genannter reaktiver Stickstoff wirkt sich in verschiedener Weise direkt oder indirekt auf die globale Durchschnittstemperatur aus – mal wärmend und mal kühlend: So ist Lachgas (Distickstoffmonoxid), das etwa aus gedüngtem Boden entweicht, ein fast 300-mal stärkeres Treibhausgas als CO₂ und dabei fast genauso langlebig. Andere Stickoxide, die vor allem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen, sowie Ammonium aus Gülle und Kunstdünger bilden dagegen feine Schwebpartikel in der Atmosphäre. Diese Aerosole schirmen Sonnenlicht ab und kühlen das Klima auf diese Weise. Gleichzeitig lassen Stickoxide und Ammonium Pflanzen üppiger wachsen. Diese nehmen dabei CO₂ aus der Atmosphäre auf, was ebenfalls kühlend wirkt. Stickoxide spielen zudem eine Rolle beim Abbau von Methan, kühlen die Atmosphäre somit, sie führen aber auch zur Bildung des Treibhausgases Ozon, was wiederum wärmend wirkt. Ihre Effekte. sind also zahlreich und gehen in die verschiedensten Richtungen

Ohne Stickstoffeintrag hätte sich das Klima stärker aufgeheizt

Das internationale Team, das Sönke Zaehle und Cheng Gong vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie leiteten, hat nun eine Bilanz der diversen Effekte gezogen und in einer Studie veröffentlicht. Das Resultat: Stickstoff, der durch menschliche Aktivitäten ins Erdsystem gelangt, kühlt das Klima, und zwar um einen Betrag von 0,34 Watt pro Quadratmeter – in der Klimaforschung wird das als negativer Strahlungsantrieb bezeichnet.

Zum Vergleich: Bei der menschengemachten Erderwärmung wird die Erdoberfläche vor allem durch Treibhausgase aus fossilen Brennstoffen mit zusätzlichen 2,7 Watt pro Quadratmeter geheizt – so der Mittelwert für die Jahre 2011 bis 2020, den das Intergovernmental Panel on Climate Change, kurz IPCC, in seinem aktuellen Sachstandbericht angibt. Das entspricht einer durchschnittlichen Erwärmung in diesem Zeitraum von 1,1 Grad Celsius im Vergleich zur vorindustriellen Zeit. „Der negative Strahlungsantrieb durch den Stickstoffeintrag lässt sich nicht einfach in eine Reduktion der globalen Durchschnittstemperatur umrechnen, da dabei lokale Effekte auftreten und das Klimasystem träge und in komplexer Weise auf eine Veränderung des Strahlungsantriebs reagiert“, betont Zaehle, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie.

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Festhalten lässt sich allerdings, dass sich das Klima ohne den menschlichen Stickstoffeintrag noch weiter aufgeheizt hätte. „Das klingt zwar wie eine gute Nachricht, aber dabei muss man berücksichtigen, dass die Stickstoffemissionen viele schädliche Wirkungen etwa auf die Gesundheit, die Artenvielfalt und die Ozonschicht haben“, schränkt der MPI-Forscher ein. „Der aktuelle Befund verbessert also nur in einer Hinsicht die Umweltbilanz des Stickstoffeintrags und ist kein Grund, diesen schön zu reden, geschweige denn in zusätzlicher Stickstoffzufuhr ein Mittel gegen die Erderwärmung zu sehen.“

Modelle des globalen Stickstoffkreislaufs

Die Gesamtwirkung des Stickstoffs aus menschlichen Quellen bestimmten die Forschenden, indem sie zunächst ermittelten, welche Mengen der verschiedenen Stickstoffverbindungen in den Boden, ins Wasser oder in die Luft gelangen. Diese Daten speisten sie in Modelle ein, die den globalen Stickstoffkreislauf und dessen Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf abbilden, also die Stimulation des Pflanzenwachstums und letztlich die Veränderung des CO₂- und Methangehalts der Atmosphäre.

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Aus den Ergebnissen dieser Modellsimulationen berechneten sie mit einem weiteren Modell die Auswirkung der menschengemachten Stickstoffemissionen auf den Strahlungsantrieb, also die Strahlungsenergie, die pro Zeiteinheit auf einen Quadratmeter der Erdoberfläche trifft. „Frühere Schätzungen auf der Grundlage von Literaturstudien waren in der Regel bruchstückhaft und vernachlässigten, dass die Prozesse des globalen Stickstoffkreislaufs räumlich sehr heterogen, stark vernetzt und nicht-linear sind“, sagt Gong, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Biogeochemie. „Unsere Berechnungen beziehen diese Besonderheiten mit ein. Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, die Wechselwirkungen zwischen Biogeochemie, Atmosphärenchemie und Klima zu berücksichtigen, um die Klimaauswirkungen von anthropogenem Stickstoff zu verstehen.“

Stickoxide sind keine Lösung für das Klimaproblem

In weiteren Analysen differenzierte das Team die Klimawirkung des Stickstoffs nach landwirtschaftlichen und nicht-landwirtschaftlichen Quellen. Bei ersteren handelt es sich vor allem um Gülle und synthetischen Dünger, bei letzteren um die Verbrennung fossiler Energieträger. Den Modellrechnungen zufolge tragen beide in gleichem Maß zu der Kühlung bei. Insgesamt rät Forschungsleiter Zaehle allerdings dringend dazu, die Stickstoffemissionen zu reduzieren. „Verbesserte landwirtschaftliche Praktiken könnten helfen, Stickstoff als Düngemittel effizienter zu nutzen. Auf diese Weise lassen sich etwa die Lachgas-Emissionen verringern, die zur Erderwärmung beitragen und die Ozonschicht schädigen.“

Bei Maßnahmen zur Emissionsminderung von Stickoxiden sei aber auch der kühlende Klimaeffekt mit zu berücksichtigen, gibt der Forscher zu bedenken. „Eine Verringerung der anthropogenen Stickstoffeinträge nützt zwar der Gesundheit des Menschen und der Ökosysteme, wirkt sich aber auch auf das Klima aus. Neben der Verringerung des reaktiven Stickstoffs müssen also auch die Emissionen von Treibhausgasen, vor allem CO₂ und Methan aus fossilen Brennstoffen, stärker reduziert werden. Nur dann lassen sich sowohl Gesundheit und Natur besser schützen als auch der Klimawandel eindämmen.“

Dieser Beitrag erschien zuerst bei unserer Schwestermarke LABORPRAXIS

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