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Fragen und Antworten zur Klimawirkung von Methan

Die Akademie der Naturwissenschaften Schweiz (SCNAT) hat im Mai 2022 den Bericht «Klimawirkung und CO2-Äquivalent-Emissionen von kurzlebigen Substanzen» veröffentlicht. Der Fachbericht stösst auf grosses Interesse. Nachfolgend gibt die SCNAT Antworten auf die wichtigsten Fragen.

Landwirtschaft Alpwirtschaft Kuh
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Worum geht es?

Verschiedene Gase bzw. Substanzen, die der Mensch in die Atmosphäre ausstösst, beeinflussen das Klima. Dazu gehören CO2, Methan, Lachgas, Aerosole und weitere. Die Gase unterscheiden sich darin, wie stark sie zur Erwärmung beitragen, aber auch darin, wie lange die Erwärmung aufrecht erhalten wird. Stossen wir z. B. CO2 aus, dann bleibt die ausgelöste Erwärmung für sehr lange Zeit (über Jahrtausende). Bei Methan ist dies anders: Bereits nach ca. 8 Jahren ist die Hälfte des ausgestossenen Methans abgebaut.

Diese physikalisch-chemischen Unterschiede der Treibhausgase sind seit langem bekannt. In Klimamodellen, mit denen Forschende das künftige Klima je nach Ausstoss von Treibhausgasen berechnen, ist dies auch berücksichtigt. Wollen Forschende oder Behörden dagegen wissen, was eine bestimmte Massnahme bringt, dann rechnen sie die verschiedenen Treibhausgase in CO2-Äquivalente um, das heisst die Menge an CO2, welche die gleiche Erwärmung verursacht, wie die betrachtete Emissionsmenge einer anderen Substanz. Die bisher gängige und in den internationalen Abkommen festgelegte Methode für diese Umrechnung ist das «Global Warming Potential» über 100 Jahre (GWP100). Die Methode eignet sich gut, um den Effekt einmaliger Emissionen von verschiedenen Gasen zu vergleichen. Für den Vergleich der ausgelösten Erwärmung im zeitlichen Verlauf der Emissionen ist sie für Methan und andere kurzlebige Substanzen jedoch nicht geeignet. Wenn wir also Reduktionspfade von Emissionen festlegen oder beurteilen möchten, ob mit einem Massnahmenpaket Temperaturlimiten eingehalten werden können, braucht es andere Ansätze. Forschende haben weitere Umrechnungsmethoden entwickelt, unter anderem GWP*. Werden die mittels GWP* berechneten Emissionen kumuliert, liefert dies bei Fragen zu Temperaturlimiten deutlich realistischere Antworten als GWP100.

CO2 und Methan im Vergleich

CO2 und Methan sind beide klimawirksame Gase. Im Jahr 2015 hat das bisher vom Menschen ausgestossene CO2 eine globale Erwärmung von 0.8°C, Methan von rund 0.5°C bewirkt. Methan wird, wie oben beschrieben, in der Atmosphäre deutlich rascher abgebaut als CO2. Umgekehrt ist Methan ein sehr starkes Treibhausgas: Über 20 Jahre summiert, erwärmt eine einmalige Methanemission die Atmosphäre etwa 80-mal stärker als dieselbe Menge CO2. Vergleicht man über 100 Jahre, wärmt Methan etwa 28-mal stärker als CO2.

Bei CO2, das sehr lange in der Atmosphäre verbleibt, führt jeder Ausstoss zu einer zusätzlichen Erwärmung, weil dadurch die CO2-Konzentration in der Atmosphäre dauerhaft erhöht wird. Bei Methan dagegen gibt es aufgrund der Kurzlebigkeit zwar noch eine gewisse Erwärmung, wenn der jährliche Ausstoss über zwei oder mehr Jahrzehnte nicht mehr ansteigt, im Vergleich zur bereits existierenden Erwärmung ist sie aber nur noch sehr gering. Dann sind Emissionen und (natürliche) Senken im Gleichgewicht. Schon bei einer jährlichen Senkung der Methan-Emissionen um durchschnittlich 0.3% pro Jahr entsteht keine zusätzliche Erwärmung mehr (Klimaneutralität).

Das bedeutet: Wird der jährliche Methanausstoss dauerhaft und deutlich gesenkt (d.h. um mehr als 0.3% pro Jahr), geht die Methankonzentration und damit die insgesamt vom Methan bewirkte Erwärmung zurück – vergleichbar mit einer einmaligen Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre. Wird der jährliche Methanausstoss dagegen dauerhaft erhöht, wirkt sich dies auf das Klima gleich aus wie ein einmaliger Ausstoss von CO2.

Ist eine Reduktion des Methan-Ausstosses damit hinfällig?

Nein. Das international vereinbarte Klimaziel ist es, eine gewisse Temperaturlimite nicht zu überschreiten. Eine markante, dauerhafte Reduktion des jährlichen Methan-Ausstosses ist dazu essentiell: Der IPCC-Bericht enthält kein realistisches Szenario, um den globalen Temperaturanstieg auf unter 1,5 oder 2 Grad Celsius zu beschränken, ohne eine substanzielle Reduktion der Methanemissionen. In Szenarien, welche die Erwärmung nahe 1.5°C begrenzen, nehmen die Methanemissionen von 2019 bis 2050 um zwischen 35 und 70% ab, während die CO2-Emissionen gegen Netto-Null sinken. Nehmen die Methanemissionen nur um 0.3% pro Jahr ab, ergibt sich eine Erwärmung von mindestens 1.8°C. Der Rückgang der vom Methan verursachten Erwärmung bremst das Tempo des sehr schnell voranschreitenden Temperaturanstiegs, angetrieben durch die anderen Treibhausgasemissionen, insbesondere CO2. Die markante Reduktion der Methanemissionen verschafft Zeit, um einerseits die CO2-Emissionen zu reduzieren sowie Techniken zur Entfernung von CO2-Emissionen aus der Atmosphäre voranzutreiben. Andererseits benötigt die Gesellschaft Zeit, um die Intrastrukturen an das wärmere Klima mit den häufigeren und heftigeren Extremereignissen anzupassen. Mit der Senkung der Methanemissionen senken wir ausserdem das Risiko, dass kritische Schwellenwerte überschritten werden und es damit zu unaufhaltsamen und unumkehrbaren Veränderungen kommt. Eine markante, dauerhafte Reduktion des jährlichen Methan-Ausstosses ist wichtiger als dies im Treibhausgasinventar (mit CO2-Äquivalenten über GWP100) erscheint. Auf der anderen Seite ist zu vermerken, dass der Methan-Ausstoss nicht auf Netto-Null gesenkt werden muss. In den Emissionsszenarien mit einer Einhaltung der Temperaturlimiten sinken die Methanemissionen nach 2050 nur noch leicht ab.

Wie weit müssen die Methan-Emissionen reduziert werden?

Die in den aktuellen IPCC-Berichten untersuchten Szenarien, welche die globale Erwärmung nahe 1.5°C begrenzen, nehmen die Methanemissionen von 2019 bis 2050 um zwischen 35 und 70% ab, während die CO2-Emissionen gegen Netto-Null sinken. Dabei erfolgt der grösste Teil der Reduktion bis 2030. Nach 2050 ist die Abnahme der Methan-Emissionen deutlich geringer und liegt im Bereich der Klimaneutralität. Welche genaue Reduktion der Methanemissionen nötig ist, um eine Temperaturlimite nicht zu überschreiten, hängt von mehreren Faktoren ab. Der grösste Einfluss besteht darin, wie schnell die CO2-Emissionen reduziert werden. Diese Faktoren müssen gesellschaftlich und politisch festgelegt werden. Es ist sinnvoll, sich vor allem an Fragen der Machbarkeit und Sinnhaftigkeit zu orientieren, um das angestrebte Reduktionsniveau zu definieren. Dabei können auch Synergien mit anderen gesellschaftliche Zielen wie Versorgungssicherheit oder gesunde und nachhaltige Ernährung berücksichtigt werden und für verschiedene Bereiche wie Landwirtschaft und fossile Brennstoffe unterschiedliche Massstäbe sinnvoll sein.

Ist Rindviehhaltung in einer klimaneutralen Schweiz möglich?

Ja, dies sollte aber gesamtheitlich betrachtet werden und kann nicht allein aus Sicht der Methanemissionen beurteilt werden. Betrachtet man nur Letztere, entsteht bei einer leichten jährlichen Reduktion der Methanemissionen keine zusätzliche Erwärmung. Alternativ müsste dafür eine äquivalente Menge CO2 aus der Atmosphäre entfernt werden, um die Methan-bedingte zusätzliche Erwärmung auszugleichen. Diese zwei Ansätze können auch kombiniert werden. Mit einer deutlichen Senkung des Methanausstosses geht die Methan-bedingte Erwärmung der Rindviehhaltung sogar zurück und leistet damit einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der Temperaturziele.

Zudem hat die Schweiz viel nicht-ackerfähiges Grasland. Wiederkäuerhaltung ist die einzige Möglichkeit, um diese Flächen für die menschliche Ernährung zu nutzen, und trägt damit wesentlich zur Versorgungssicherheit bei. Das gleiche gilt für den Kunstwiesenanteil in der Fruchtfolge. Kunstwiesen in der Fruchtfolge auf Ackerflächen sind wichtig zum Erhalt der Bodenfruchtbarkeit zur Regeneration des Bodenkohlenstoffgehalts. Zu berücksichtigen ist zudem, dass Dauergrünland im Gegensatz zu Ackerland ein wichtiger Kohlenstoffspeicher darstellt, der die Freisetzung von CO2 aus Böden in die Atmosphäre verhindert. Wie gross der Rindviehbestand in einer klimaneutralen Schweiz sein kann, sollte deshalb ganzheitlich betrachtet werden, unter Berücksichtigung anderer gesellschaftlicher Ziele im Sinne einer nachhaltigen Landwirtschaft. Dazu gehört das Ammoniakreduktionsziel, das wichtig ist für die Biodiversitätsziele.

Ein sinnvoller Ansatz könnte deshalb sein, die Tiere im Wesentlichen mit Gras zu ernähren. Das erhöht den Anteil der Ackerfläche, der für die direkte menschliche Ernährung verwendet werden kann. Zur Leistungssteigerung insbesondere in der Milchproduktion könnten zusätzlich bestimmte Nebenprodukte aus der Nahrungsmittelprodukten verfüttert werden. Unter dem Strich würde aus einer vorwiegend graslandbasierten Rinderproduktion eher ein geringerer Output an Milch und Fleisch resultieren. Wichtig dabei im Auge zu behalten: Ein Rückgang in der Fleisch und Milchproduktion müsste einhergehen mit Veränderungen in den Ernährungsgewohnheiten. Eine Verlagerung der Produktion ins Ausland bei reduzierter inländischer Produktion und gleichbleibenden Ernährungsgewohnheiten ist nicht zielführend.

Was bedeutet dies für den Beitrag der Landwirtschaft zum Klimaschutz?

Wieviel und in welchem Tempo alle Bereiche der Gesellschaft bzw. der Wirtschaft zum Erreichen der Klimaziele beitragen sollen, ist keine rein wissenschaftliche Frage, sondern muss politisch entschieden werden. Die Naturwissenschaft kann einordnen, ob ein Massnahmenpaket von kombinierten Treibhausgasemissionsreduktionen ausreichend ist, um eine gesetzte Temperaturlimite nicht zu überschreiten. Die oben beschriebenen Ergebnisse enthalten jedoch zwei positive Botschaften für die politische Diskussion: 1. Wird der jährliche Methanausstoss wesentlich und dauerhaft gesenkt, geht die insgesamt durch Methan bewirkte Erwärmung zurück, die Gesellschaft gewinnt Zeit zur Anpassung an den Klimawandel und die Einhaltung der Temperaturlimiten wird realistischer. 2. Eine gewisse Produktion von Fleisch- und Milchprodukten ist in einer klimaneutralen Schweiz durchaus möglich und aus Sicht der Versorgungssicherheit sinnvoll.

Wie gross ist der Klimaeinfluss von biogenem im Vergleich zu fossilem Methan?

Die erwärmende Wirkung einer Emission von biogenem Methan ist nicht viel kleiner als von fossilem Methan, nur etwa 10% weniger. Biogenes und fossiles Methan unterscheiden sich in ihrer Wirkung nicht. Der Unterschied steht im Zusammenhang mit der ursprünglichen Herkunft des Kohlenstoffs (C) im Methan (CH4), der nach dem Abbau des Methans in Form von CO2 in der Atmosphäre verbleibt. Beim biogenen Methan stammt der Kohlenstoff aus CO2 aus der Atmosphäre und nach dem Abbau des Methans ist damit wieder gleich viel CO2 in der Atmosphäre wie vorher. Beim fossilen Methan hingegen stammt der Kohlenstoff aus dem Boden, so dass nach dem Abbau zusätzliches CO2 in der Atmosphäre verbleibt.

Die hauptsächliche Klimawirkung des Methans kommt jedoch dadurch zustande, dass der Kohlenstoff in den Jahren, während denen er als Methan in der Atmosphäre ist, eine rund 80 mal stärkere erwärmende Wirkung hat, als in Form von CO2. 90 % der Klimawirkung von Methan kommen aus der Zeit, wo der Kohlenstoff als Methan in der Atmosphäre ist. Anders gesagt: Rund 90% der Klimawirkung von Methan kommt daher, dass die Kühe das CO2 in Methan verwandeln und dieses die Atmosphäre während ungefähr 10 Jahren bis zum seinem Abbau stark erwärmt.

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Dr. Urs Neu
SCNAT
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