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Quantifizierung des Einflusses der stratosphärischen Zirkulation auf die Abschätzung troposphärischer Emissionen

Neue Studien zeigen, dass die Emissionen eines der wichtigsten Fluochlorkohlenwasserstoffe (FCKWs), des CFC--11, seit 2012 wieder ansteigen, was eine ernste Bedrohung für die Ozonschicht bedeutet. Allerdings sind die Abschätzungen der FCKW Emissionen mit großen Unsicherheiten behaftet. Die größte Unsicherheit stammt von Änderungen der stratosphärischen Zirkulation und deren Darstellung in derzeitigen atmosphärischen Modellen und Reanalysen. Die Methodiken, um diese Zirkulationsänderungen in Modellen besser einzuschränken, sind unzureichend.Ziel des Projekts ist es den Einfluß von Jahr-zu-Jahr Variabilität und dekadischen Änderungen im stratosphärischen Transport auf troposphärische Änderungen langlebiger Spurenstoffe, mit Fokus auf FCKWs, besser zu verstehen. Dazu werden neue Methodiken entwickelt und verbessert, um das stratosphärische Altersspektrum abzuleiten, die Verteilung der Transportzeit durch die Stratosphäre. In einem ersten Schritt wird die Methoden-Evaluierung im Modell durchgeführt. Drei verschiedene Methodiken zur Berechnung des Altersspektrums aus Mischungsverhältnissen chemischer Spezies werden verglichen. Diese Methodiken basieren auf (i) einer inversen Gauss-Funktions Parametrisierung, (ii) einer verbesserten Parametrisierung, und (iii) einer direkten Inversions-Methode. Für einen "proof of concept" werden die Resultate aller drei Methoden mit Altersspektren aus dem Lagrangeschen Atmosphären-Modell CLaMS verglichen, die im Modell exakt mit einer Pultracer-Methode berechnet werden. Im zweiten Schritt werden die Methodiken angewendet auf hochaufgelöste in-situ Spurengas-Messdaten aus Luftproben von Flugzeug-Messungen und von neuesten AirCore Messungen. Die Kombination von neuartigen Simulations- und Berechnungs-Methoden mit neuesten Messdaten zur Bestimmung des stratosphärischen Altersspektrums wird zu bisher nicht dagewesenen Einschränkungen des stratosphärischen Transports in Modellen führen. Durch Vergleich der Modell-Altersspektren aus Simulationen die mit verschiedenen meteorologischen Reanalysen angetrieben wurden, einschließlich der neuesten ERA5 Reanalyse und älterer Produkte (ERA-Interim, MERRA-2, JRA-55), soll die Robustheit der Modell-Darstellung stratosphärischer Transportänderungen abgeschätzt werden. Schließlich werden die Variabilitäten im stratosphärischen Transport untersucht und quantifiziert, sowie die Effekte dieser Variabilität auf die Spurengaszusammensetzung der unteren Stratosphäre und auf troposphärische Trends. Die aus dem Projekt resultierenden verbesserten Methodiken zur Abschätzung troposphärischer Spurenstoff-Budgets sollen der wissenschaftlichen Community zugänglich gemacht werden, und werden einen wichtigen Schritt darstellen hin zu einer verbesserten Berechnung von Emissionen langlebiger ozonzerstörender Substanzen und Treibhausgase.

Luftmassenexport aus dem asiatischen Monsun in die außertropische Stratosphäre: Auswirkungen auf Chemie und Strahlung (AirExam)

Der asiatische Sommermonsun ist charakterisiert durch hohe Konvektion über Südasien, die mit der asiatischen Monsun-Antizyklone (AMA) zusammenhängt, der sich von der oberen Troposphäre bis in die untere Stratosphäre (UTLS) erstreckt. Diese Antizyclone ist das ausgeprägteste Zirkulationsmuster in diesen Höhen während des borealen Sommer. Es ist bekannt, dass der Export von Monsunluft quasi-isentropisch aus der AMA sowohl im Osten als auch im Westen, einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung der außertropischen unteren Stratosphäre hat. Jedoch sind die relative Stärken der beiden Wege bisher unbekannt. Der Transport von Luftmassen aus der AMA in die nördliche außertropische UTLS wirkt sich entscheidend auf die Chemie der Stratosphäre und ihrenStrahlungshaushalt (z.B. durch Transport von H2O, Aerosol oder ozonschädigende Stoffe) aus. Im Rahmen dieses Projekts AirExam wird der quasi-isentropischer Luftmassenexport aus der AMA durch verschiedene Wegen und seine Auswirkungen auf Chemie und Strahlung der außertropische UTLS quantifiziert durch u.a. HALO-Flugzeugmessungen (insbesondere aus die für Sommer 2023 geplanten PHILEAS-Kampagne), Simulationen mit dem Chemischen Transportmodell CLaMS und Strahlungsberechnungen. Unser Projekt AirExam wird sich mit den folgenden offenen Schlüsselfragen befassen:1) Welchen relativen Beitrag leisten die beiden quasi-horizontalen Transportwege (nach Westen und Osten) aus dem asiatischen Monsun-Antizyklon zur Zusammensetzung der außertropischen unteren Stratosphäre?2) Wie groß ist die jährliche Variabilität des Transports aus der asiatischen Monsun-Antizyklone in die außertropische untere Stratosphäre und was sind die Hauptquellenregionen auf der Erde Oberfläche?3) Was ist die Auswirkung des Wasserdampftransports aus der asiatischen Monsun-Antizyklone zum H2O-Budget der außertropischen UTLS und seine Strahlungswirkung?In unserem Projekt werden wir HALO-Messungen (insbesondere H2O) mit globalen 3-dimensionalen CLaMS-Simulationen kombinieren, die von neuen hochaufgelösten ERA-5-Reanalyse des ECMWF angetrieben werden. CLaMS-Simulationen auf der Grundlage von ERA-5 sind ein neues Instrument zur zuverlässigen Beschreibung von Transportprozessen in der Region des asiatischen Monsuns und seiner globalen Auswirkungen. Die Strahlungswirkung des durch den asiatischen Monsun verursachten H2O-Anstiegs im Sommer und Herbst wird mit Hilfe des Strahlungs-Transfercodes Edwards und Slingo berechnet. H2O ist das wichtigste Treibhausgas, und die Befeuchtung der Stratosphäre ist eine wichtige Triebkraft des Klimawandels. Unser Projekt AirExam wird die Auswirkungen des verstärkten H2O-Transports in die untere Stratosphäre quantifizieren und kann daher dazu beitragen, die potenziellen Risiken des Luftmassentransports aus der asiatischen Monsunregion auf die globale Stratosphäre zu bewerten.

Lachgasemissionen

Distickstoffoxid (N2O; Lachgas) ist ein starkes Treibhausgas und eine ozonabbauende Substanz. Während des letzten Jahrhunderts ist die atmosphärische Konzentration von N2O als Folge der Erfindung der menschengemachten Stickstofffixierung (des Haber-Bosch-Prozesses) und der Intensivierung der landwirtschaftlichen Düngung ständig angestiegen, was zu einem starken anthropogenen Ungleichgewicht im globalen biogeochemischen Stickstoffkreislauf geführt hat. Obwohl erkannt wurde, dass N2O-Emissionen eine wichtige Rolle beim Klimawandel spielen, blieben entsprechende Strategien zur Emissionsminderung weitgehend unerforscht. Das Ziel dieses interdisziplinären und kollaborativen Projekts ist die Untersuchung von N2O-atmenden Bakterien (NrB) und deren Anwendbarkeit zur Verminderung von N2O-Emissionen aus Kläranlagen. Die beiden Hauptziele sind (i) die Identifizierung der am besten geeigneten NrB für diese Aufgabe und (ii) der Einsatz dieser Organismen unter kontinuierlichen Bedingungen, die für die Abwasserbehandlung realistisch sind. Das Arbeitsprogramm beinhaltet eine gründliche mikrobiologische Charakterisierung von repräsentativen NrB in Kurzzeit-Experimenten, einschließlich der Untersuchung der Lachgasatmung bei Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff und dem Einfluss anderer relevanter Faktoren, wie der Kohlenstoffquelle oder der Abwassermatrix. Geeignete NrB sollen in Langzeitexperimenten Abwasser-ähnlichen Bedingungen ausgesetzt werden. Diese Studien sollen in Laborreaktoren durchgeführt werden und beinhalten unter anderem die Exposition zu wechselnden Bedingungen, z. B. dynamische Veränderungen der Konzentration des gelösten Sauerstoffs. Das Projekt wird eine Eignungsbewertung hinsichtlich der Verwendung von NrB unter Abwasserbedingungen und der Implementierung von NrB in Abwasserbehandlungssystemen liefern. Es wird weiterhin dazu beitragen, die noch nahezu unerforschte natürliche Ressource der N2O- atmenden Bakterien zu nutzen.

Ozone-depleting substances, 2024

Aggregated data on 'Consumption of ozone-depleting substances (ODS)'. Data reported by companies to the European Environment Agency (EEA) under Article 27 of Regulation (EC) No 1005/2009 (EU Ozone Regulation). Data reported by companies on the production, import, export, destruction, and use of ozone-depleting substances in the EU-27, 2006-2023.

Ozone-depleting substances

Aggregated data on 'Consumption of ozone-depleting substances (ODS)'. Data reported by companies to the European Environment Agency (EEA) under Article 27 of Regulation (EC) No 1005/2009 (EU Ozone Regulation). Data reported by companies on the production, import, export, destruction, and use of ozone-depleting substances in the EU-27 plus United Kingdom, 2006-2020.

Ozonschicht zerstörende Substanzen

Stratosphärisches Ozon (Ozonschicht) ist ein lebenswichtiger Bestandteil der Atmosphäre, wobei es nicht mehr als einen fein verteilten zarten Schleier darstellt, der zusammengepresst auf Normaldruck lediglich eine Dicke von etwa 3 mm hätte. Es reicht aber aus, um die kurzwellige ultraviolette (UV) Strahlung der Sonne zu absorbieren und so wie ein Sonnenschutz alles Leben auf der Erde vor den zellschädigenden Wirkungen zu schützen. Die stratosphärische Ozonschicht kann durch langlebige chlor- und bromhaltige Verbindungen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und Halon geschädigt werden. Ausgehend von Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Halonen, die als Treibgase, Kühl- und Schäummittel beziehungsweise als Feuerlöschmittel in der Vergangenheit eingesetzt wurden, entstehenden Chlor-Radikale, die nach komplizierten Zwischenschritten vor allem im Bereich der sehr kalten polaren Stratosphäre in der Lage sind, viele Ozonmoleküle zu spalten. In den Bereichen der Pole ist die Ozonschicht teilweise so gering, dass man vor allem während der Wintermonate von einem "Ozonloch" spricht. Zum Schutz der Ozonschicht wurde deshalb im Jahr 1987 das Montrealer Protokoll unterzeichnet. Dies wurde in Europa und Deutschland durch verschiedene Verordnungen umgesetzt. In Europa und in Deutschland sind die Herstellung und die Vermarktung von FCKW und Halonen sowie von Produkten, die diese enthalten (Spraydosen, Kühlgeräte, Feuerlöscher) weitestgehend verboten. Auch die Ersatzstoffe (H-FCKW), die ebenfalls ein Ozonschädigungspotential besitzen, wenn auch in geringerem Umfang, werden nach und nach beschränkt.

Kigali-Vereinbarung zum Montrealer Protokoll kann 2019 in Kraft treten

Am 25. November 2017 endete in Montreal, Kanada, das 29. Treffen der Vertragsparteien des Montrealer Protokolls über ozonschichtschädigende Stoffe. Die Vertragsstaaten feierten in Montreal die Ratifikation der 2016 verabschiedeten "Kigali Amendment", der Erweiterung des Montrealer Protokolls auf Regelungen zur Reduktion klimaschädlicher fluorierter Treibhausgase. Der Gebrauch klimaschädlicher Kältemittel wird zukünftig weltweit eingeschränkt. Die entsprechende Vereinbarung hat bereits ein Jahr nach ihrer Verabschiedung in der ruandischen Hauptstadt Kigali die nötige Zahl von Ratifikationen erreicht und kann nun 2019 in Kraft treten. Die Bundesregierung hatte am 16. November 2017 in New York als eine der ersten Vertragsparteien die völkerrechtliche Ratifikationsurkunde für die Kigali- Vereinbarung hinterlegt. Während der Vertragsstaatenkonferenz des Montrealer Protokolls kam es zu weiteren Ratifikationen der Kigali-Vereinbarung. Mittlerweile haben diese mehr als 20 Staaten vorgenommen (Mindestanzahl für die Gültigkeit). Damit können deren Regelungen, die wichtig sind, um die Pariser Klimaziele zu erreichen, nun definitiv am 1. Januar 2019 in Kraft treten.

Beratungshilfe in Bulgarien: klimaschädliche F-Gase reduzieren

<p>In einem Anfang 2015 gestarteten Beratungshilfeprojekt unterstützt das UBA Bulgarien dabei, EU-Verordnungen umzusetzen, mit denen der Ausstoß fluorierter Treibhausgase (F-Gase) und ozonschichtschädigender Stoffe reduziert werden soll. Im Fokus des Projekts stehen Kältemittel in Kälte- und Klimaanlagen.</p><p>Als Land an der EU-Außengrenze ist es für Bulgarien eine Herausforderung, den Weg der Kältemittel, die F-Gase und ozonschichtschädigende Stoffe enthalten, entlang ihres gesamten Lebenszyklusses, einschließlich ihrer Ein- und Ausfuhr, nachzuverfolgen und zu dokumentieren sowie den Weg für Ersatztechnologien zu ebnen. Mittels bilateraler Beratung, einer Studienreise, Workshops und praxisnaher Inspektionsübungen sollen die bulgarischen Überwachungs- und Zertifzierungsbehörden hierfür qualifziert werden. So besuchte eine bulgarische Delegation im Juli 2015 deutsche Ausbildungsstätten und Kälteanlagen ohne F-Gase. Darauf aufbauend werden zusammen mit dem bulgarischen Umweltministerium Empfehlungen für effizientere und effektivere administrative Regelungen entwickelt.</p>

Maßnahmen zur Verbesserung der Marktdurchdringung klimafreundlicher Technologien ohne halogenierte Stoffe vor dem Hintergrund der Revision der Verordnung (EG) Nr. 842/2006

Die chemische Industrie hat fluorierte Treibhausgase (F Gase) für viele Anwendungen, in denen vorher ozonschichtschädigende Stoffe (z. B. FCKW) verwendet wurden, entwickelt und in dem Markt gebracht. Ihre zunehmende Verwendung hat steigende Emissionen zur Folge. Erste Emissionsminderungsmaßnahmen hat die EU bereits ergriffen (z. B. Verordnung (EG) Nr. 842/2006 (sog. F-Gase-VO)). Weitere Maßnahmen auf nationaler, EU oder internationaler Ebene sind zur langfristigen Emissionskontrolle erforderlich. Für die EU wird die Europäische Kommission (EU-KOM) im Jahr 2011 einen Bericht vorlegen, welcher die bisher ergriffenen Maßnahmen bewertet und weitere vorschlägt. Die BReg hat die intensive Mitwirkung an der Revision bereits im Jahr 2007 beschlossen (Meseberg). Auf internationaler Ebene wird u. a. eine Produktions- und/oder Verkaufsbegrenzung dieser Stoffe auf Basis ihres Treibhauspotenzials diskutiert. Einige Staaten haben eine Steuer eingeführt oder beabsichtigen dies zu tun. Wichtig ist jedoch auch der verstärkte Einsatz klimafreundlicher Alternativen. Obwohl viele F-Gas-freie Technologien am Markt verfügbar sind, scheitert deren Marktdurchdringung häufig an höheren Investitionskosten oder Unwissenheit. Ziel des Vorhabens ist daher die Identifizierung von Barrieren und Chancen für halogenfreie Stoffe und/oder Technologien und die darauf aufbauende Evaluierung von Maßnahmen, die entweder die gesamte Stoffgruppe oder Einzelanwendungen betreffen. Der Fokus ist auf Bereiche zu legen, die die EU-KOM in ihrem Bericht 2011 in den Vordergrund rückt (z. B. Gewerbekälte, Transportkälte, ÖPNV-Klimatisierung, Schaumstoffe) oder die aufgrund der aktuellen Marktentwicklung für die Maßnahmendiskussion besonders relevant sind (z. B. natürliche Kältemittel versus neue chemische Kältemittel). Im Zusammenhang mit der Revision der F-Gase-VO sollen mögliche Maßnahmen mit den Mitgliedstaaten in einen Workshop (Teil des Vorhabens) diskutiert werden.

Montrealer Protokoll über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen

Das Montrealer Protokoll (September 1987) ist das Ergebnis eines der ersten globalen Umweltschutzübereinkommen, das 1985 in Wien zustande gekommen war. Es setzt sich mit Stoffen, die zum Abbau der Ozonschicht führen, auseinander. Mit diesem Protokoll verpflichten sich 24 Staaten und die Mitglieder der EG, die Herstellung und Verwendung vollhalogenierter Flourchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) einzustellen. Deutschland ist bei der Umsetzung Vorreiter: 1991 erläßt die Bundesregierung die FCKW-Halon-Verbotsverordnung.

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