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Plant for the planet – Fermi-Aufgaben zur Veranschaulichung der CO2-Emissionen

200 Milliarden Tonnen Kohlenstoff: Soviel Kohlenstoff enthält die Atmosphäre heute (Stand 2016: 400 ppm CO2) mehr als in vorindustrieller Zeit. Die Klimakrise ist für viele Menschen ein nur schwer zu fassendes Phänomen. Rechnungen im Stil von Fermi-Aufgaben können daher für die Aufklärungsarbeit an Schulen von großem Nutzen sein.

Eine Auseinandersetzung mit der Klimakrise erhöht die Chance für eine nachhaltige Verhaltensänderung. Für die Millionen und Milliarden Tonnen von CO2, um die es geht, fehlen uns leider Alltagserfahrungen.

Fermi-Aufgaben zur Veranschaulichung

Eine Veranschaulichung gelingt in der Umrechnung des CO2-Ausstoßes in die Größe einer Waldfläche, deren Brandrodung die gleiche Menge CO2 freisetzen würde. Für den Wald in Bayern findet man die Angabe, dass Bäume 27,78 Kilogramm Kohlenstoff pro Quadratmeter speichern (bei Regenwäldern liegt der Wert zwischen 12 und 40 Kilogramm). Mit diesem Wert kommt man z. B. für die 2016 in Deutschland geförderten 171,5 Millionen Tonnen Braunkohle mit einem durchschnittlichen Kohlenstoffanteil von 60 Prozent auf eine Waldfläche von rund 3.700 Quadratkilometer. Zum Vergleich: Das Ruhrgebiet hat eine Ausdehnung von 4.435 Quadratkilometern. Die weltweite Steinkohleförderung von 7.153 Millionen Tonnen im Jahr 2014 (7,153 × 1012 kg) entspricht sogar dem Kohlenstoffgehalt einer Waldfläche, die halb so groß wie Frankreich wäre. Das gesamte CO2, das bei der Verbrennung entsteht, reichert sich nur teilweise in der Atmosphäre an. In der Natur existieren viele sogenannte Kohlenstoffsenken, in denen das CO2 aus der Atmosphäre „verschwindet“. Eine davon sind die Ozeane, die durch die Aufnahme von CO2 immer mehr versauern. Die globale Biomasseproduktion, für die Algen etwa zu 50 Prozent verantwortlich sind, wird auf ca. 1014 Kilogramm pro Jahr geschätzt. Allerdings erfolgt auch eine Zersetzung von Biomasse in ähnlichem Umfang. Die anthropogenen, also menschengemachten CO2-Emissionen stören dieses natürliche Gleichgewicht.

Ausweitung der Waldflächen

Eine weitere Rechnung lässt sich zur Beseitigung des überschüssigen CO2 in der Atmosphäre durch das Pflanzen neuer Bäume anstellen, wobei von einem vollständigen Stopp menschengemachter CO2-Emissionen ausgegangen werden soll. Um die vorindustrielle CO2-Konzentration wiederherzustellen, müssten aus der Atmosphäre 375 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter Erdoberfläche entfernt werden. Zusammen mit der Speicherkapazität von 27,78 Kilogramm Kohlenstoff pro Quadratmeter Wald ergibt sich, dass 1,5 Prozent der Erdoberfläche aufzuforsten wären; das ist 22 mal die Fläche von Deutschland oder fast zweimal die Fläche der Europäischen Union. Für eine Einordnung des Ergebnisses hilft der Vergleich mit der insgesamt vorhandenen Waldfläche: Bei rund 30 Prozent Landflächenanteil, von dem wiederum rund 30 Prozent bewaldet ist, ergibt sich ein Waldflächenanteil von neun Prozent. Es wäre also ein Zuwachs um 17 Prozent erforderlich (mindestens, da CO2 dann aus den Ozeanen in die Atmosphäre übergehen würde). Die wohl bekannteste Initiative zur Pflanzung von Bäumen – „Plant for the planet“ („Pflanzen für den Planeten“) – wurde 2007 von dem damals neunjährigen Schüler Felix Finkbeiner aus Pähl in Oberbayern ins Leben gerufen. In einem Referat entwickelte er die Idee, dass Kinder in jedem Land eine Million Bäume pflanzen könnten. Im Jahr 2008 wurde Felix in ein UN-Gremium für Kinder gewählt und hielt 2011 eine Rede vor den Vereinten Nationen. Eine zentrale Einnahmequelle ist der Verkauf der Schokolade „Die gute Schokolade“.

Bis zum Februar 2018 hat die Initiative nach eigenen Angaben mehr als 15 Milliarden Bäume gepflanzt. Bei einer üblichen Dichte von 500 Bäumen pro Hektar entspricht dies einer Fläche so groß wie Deutschland. Auch wenn es Jahrzehnte dauert, bis nach einer Aufforstung größere Mengen Kohlenstoff gebunden werden, so handelt es sich um einen ernstzunehmenden Beitrag, der leider dadurch geschmälert wird, dass zurzeit so viele Wälder gerodet werden, dass alle drei Jahre eine Waldfläche dieser Größe verschwindet.

Fermi-Aufgabe zur Reduzierung fossiler Energien

Eine drastische Reduktion fossiler Energie wäre im Prinzip möglich, da die Sonne die Erde in wenigen Stunden mit soviel Energie versorgt, wie die Menschheit im ganzen Jahr benötigt, was sich mit weiteren Fermi-Aufgaben nachrechnen lässt. Theoretisch könnte ein vollständig mit Solarzellen bedeckter Südsudan die benötigte Energiemenge bereitstellen. Für die Speicherung der Energie über unterschiedlich lange Zeiträume existieren verschiedene Technologien, die nur konsequent genutzt werden müssten.

Fazit

Wenn zügig eine kohlenstofffreie Energieversorgung hergestellt sowie auf die weitere Rodung von Regenwäldern und Trockenlegung von Mooren verzichtet wird, besteht Hoffnung, dass sich durch Aufforstungen und andere Maßnahmen das überschüssige CO2 noch rechtzeitig wieder aus der Atmosphäre entfernen lässt.

Prof. Dr. Daniel Gembris


Über den Autor:

Prof. Dr. Daniel Gembris ist Physiker und Dozent für Mathematik und naturwissenschaftliche Grundlagen an der Staatlichen Studienakademie Dresden der Berufsakademie Sachsen.


Link- und Literaturtipps:


Download-Material:

Hier finden Sie das Download-Material zu dem Artikel „Plant for the planet – Fermi-Aufgaben zur Veranschaulichung der CO2-Emissionen“ aus dem MINT Zirkel  03/18. (mit einer Diskussion einer 2019 veröffentlichten wissenschaftlichen Studie über Aufforstung als Maßnahme zum Klimaschutz). http://dx.doi.org/10.1126/science.aax0848


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