Kooldioxide-emissies als gevolg van het fossiele energieverbruik

Energieverbruik en fossiele energie

Het grootste deel van het huidige energieverbruik komt uit fossiele energiebronnen. De onderste figuur laat dat zien, voor het jaar 2016, voor Nederland, Europa (Europese Unie van 28 landen) en de wereld [IEA].

Grafiek van het energieverbruik in Nederland, Europa en wereldwijd verdeeld naar hernieuwbaar, niet fossiele en fossiele energie

Het rode deel geeft het aandeel in het energieverbruik van fossiele bronnen als aardolie, aardgas en steenkool. Het paarse gedeelte is voornamelijk kernenergie, voor Nederland bevat dat ook afval en import van elektriciteit. Het groene deel is hernieuwbare energie. Nederland is sterk afhankelijk van fossiele energie, meer dan gemiddeld in Europa. Ook wereldwijd gezien is de afhankelijkheid van Nederland van fossiele brandstoffen relatief hoog. Dat is ook niet zo verwonderlijk gezien de Nederlandse aardgasvoorraden.

De afhankelijkheid van fossiele brandstoffen heeft een tweetal belangrijke consequenties. De voorraden fossiele brandstoffen zijn eindig. Dat wil zeggen dat de voorraden binnen afzienbare tijd opraken. Voorafgaand daaraan zullen, zonder maatregelen, de prijzen van fossiele brandstoffen stijgen met nadelige gevolgen voor de economie. Belangrijker is echter dat het verbranden van fossiele brandstoffen gepaard gaat met de uitstoot van kooldioxide. Daardoor neemt het gehalte aan kooldioxide in de atmosfeer toe. Kooldioxide in de atmosfeer is op zich niet schadelijk. Het heeft zelfs een positief effect. Zonder kooldioxide zou de gemiddelde temperatuur op aarde onder het vriespunt liggen op -18 oC. De aarde zou dan een soort diepvrieskist zijn. Door het broeikasgaseffect hebben we hier op aarde aangename temperaturen. Echter nu dreigen deze temperaturen te hoog te worden.


Broeikasgaseffect

Wat houdt het broeikasgaseffect in, waarom warmt de aarde op als gevolg van de broeikasgassen in de atmosfeer? De onderstaande figuur geeft een beeld van het zonlicht dat op aarde valt en toont de relatie met het broeikasgaseffect.

Schematische voorstelling van het broeikasgaseffect

Zonlicht valt op de atmosfeer van de aarde. De inkomende straling komt voor het grootste deel binnen met frequenties in het zichtbare licht. De vermogensdichtheid van de invallende straling bedraagt ongeveer 1360 Watt per vierkante meter. De aarde draait om zijn as en heeft een bolvorm waardoor de gemiddelde stralingsenergie op de aarde lager is; ongeveer 340 Watt per m2. Een deel van het zonlicht wordt door wolken en stof teruggekaatst, een deel wordt door wolken en stof geabsorbeerd en een deel bereikt het oppervlak van de aarde (161 W/m2). Het grootste deel van dit zonlicht wordt door de aarde geabsorbeerd, een klein deel wordt gereflecteerd. Al deze energiestromen zijn met de gele pijlen aangegeven. De dikte van de pijlen geeft ongeveer aan welk deel geabsorbeerd en welk deel gereflecteerd wordt [IPCC].

Elk lichaam met een bepaalde temperatuur straalt energie uit. Dat wil zeggen dat de wolken, maar ook de aarde, energie uitstralen. Omdat de temperatuur van de wolken en de aarde relatief laag is vergeleken met die van de zon, stralen de wolken en de aarde hun energie uit bij een lagere frequentie, in het infraroodgebied. Dat is met de rode pijlen aangegeven. Ook hier geeft de dikte van de pijlen ongeveer aan hoe groot de energiestroom is. De door de aarde en wolken uitgestraalde infraroodenergie wordt geabsorbeerd door de broeikasgassen. Deze stralen de energie ook weer uit in het infraroodgebied. Een deel van deze straling gaat weer terug richting aarde. De broeikasgassen vormen een soort deken om de atmosfeer waardoor minder warmte naar het heelal wordt uitgestraald. Met andere woorden; hoe meer broeikasgassen in de atmosfeer hoe meer energie weer terug gestraald wordt naar de aarde. Daardoor wordt het broeikasgaseffect versterkt. Het gevolg is dat de aarde opwarmt en de gemiddelde temperatuur op aarde stijgt. Dat kan op den duur ernstige gevolgen hebben voor de menselijke samenleving.


Broeikasgasemissie

Kooldioxide is een van de belangrijkste broeikasgassen. Bij verbranding van fossiele brandstoffen als kolen, olie en aardgas, worden deze voor een groot deel omgezet in warmte en kooldioxide. Het gebruik van fossiele brandstoffen voor de energievoorziening heeft daardoor de uitstoot van kooldioxide tot gevolg. Naast kooldioxide zijn er andere broeikasgassen verantwoordelijk voor de opwarming van de aarde. Dat zijn met name methaan (CH4), lachgas (N2O, distikstofoxide) en fluorverbindingen (HFC's, PFC's, en SF6). In 2016 was de totale uitstoot van deze broeikasgassen gelijk aan de uitstoot van 53 miljard ton CO2. Onderstaande figuur geeft aan hoe de uitstoot is verdeeld over de verschillende broeikasgassen en welke sectoren verantwoordelijk zijn voor de uitstoot. De uitstoot is ook verdeeld in energetische en niet-energetische emissies [PBL].

Grafiek met het aandeel van de emissies van de verschillende broeikasgassen, kooldioxide en andere broeikasgassen in 2016

Het grootste aandeel in de uitstoot van broeikasgas in 2016, 32 miljard ton, komt voor rekening van energetische emissies. Deze nemen ongeveer twee derde van de totale broeikasgasemissies voor hun rekening. Energetische emissies zijn de emissies die gepaard gaan met het verbranden van fossiele brandstoffen. Deze fossiele brandstoffen worden onder andere gebruikt voor het opwekken van elektriciteit, voor verwarmen in industriële processen, voor het aandrijven van auto's, vrachtwagens, schepen en vliegtuigen en voor het verwarmen van gebouwen. De uitstoot, bij het verbranden van fossiele brandstoffen, komt voornamelijk vrij in de vorm van kooldioxide, CO2. Andere activiteiten leiden tot niet-energetische emissies, deze dragen voor ongeveer een derde bij aan de broeikasgasemissies. Een deel daarvan komt vrij in de vorm van CO2 onder andere bij cementproductie, ontbossing en landgebruik. De totale uitstoot van kooldioxide in 2016 komt daarmee op ongeveer 41 miljard ton CO2 [IPCC], [PBL], [Volkskrant].

Methaan (CH4) is ook een belangrijk broeikasgas. Methaan is een sterker broeikasgas dan kooldioxide; een ton methaan staat gelijk aan 25 ton CO2. Methaan wordt onder andere uitgestoten bij kolen- en gaswinning, bij veeteelt en rijstteelt, bij de chemische industrie, bij stortplaatsen en vuilnisbelten en bij waterzuivering. Ook moerassen stoten methaan uit. Veeteelt draagt in totaal ongeveer 15% bij aan de uitstoot van methaan door het platbranden en kappen van bossen voor nieuwe weidegronden en door de uitstoot van methaan door het vee. Daarnaast wordt bij veeteelt ook lachgas (N2O) uitgestoten. Lachgas komt vooral vrij bij het gebruiken van kunstmest en bij het verbranden van bossen en oogstafval. Lachgas komt in mindere mate vrij bij het verbranden van fossiele brandstoffen. Verder dragen gassen met fluorverbindingen (HFC's, PFC's, en SF6) bij aan het broeikasgaseffect. Ook waterdamp is een broeikasgas. Verwacht wordt dat door de hogere temperatuur op aarde de verdamping van water toeneemt waardoor de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer ook hoger wordt. Dit versterkt het broeikasgaseffect. De bijdrage van waterdamp aan het broeikasgaseffect is echter geringer dan de bijdrage van de eerder genoemde broeikasgassen [IPCC], [PBL].


Concentratie kooldioxide in de atmosfeer

Sinds 1800 is het verbruik van fossiele brandstoffen voor de energievoorziening, en daarmee de uitstoot van kooldioxide, sterk gestegen. Vanaf 1800 tot 2011 is er 2040 miljard ton CO2, afkomstig van menselijke activiteiten, in de atmosfeer bij gekomen. Daarvan is 1350 ton afkomstig van het verbranden van fossiele brandstoffen. De rest is afkomstig van cementproductie en landgebruik. De laatste bijdrage is voornamelijk het gevolg van ontbossing ten behoeve van landbouw en veeteelt waardoor de in planten en bomen opgeslagen kooldioxide vrijkomt. Ongeveer 43 procent van totale uitstoot, 880 miljard ton, is in de atmosfeer achter gebleven; 610 miljard ton werd opgenomen door oceanen, die daardoor zuurder worden. Het overige deel, 550 miljard ton, is opgenomen door planten en bomen. De opname door planten en bomen compenseert een deel van de CO2-emissie van 660 miljard ton als gevolg van landgebruik [IPCC].

Het resultaat is dat ongeveer de helft van de jaarlijkse uitstoot van kooldioxide in de atmosfeer achter blijft. Daardoor neemt de concentratie van CO2 in de atmosfeer toe. Onderstaande figuur geeft de gemiddelde concentratie van kooldioxide (CO2) in de aardse atmosfeer over de laatste 1000 jaar [IPCC], [PBL].

Grafiek met de concentratie van kooldioxide in de atmosfeer van het jaar 1000 tot en met 2016

De concentratie van kooldioxide was vanaf het jaar 1000 tot en met het jaar 1800 ongeveer constant en schommelde rond de 280 ppm (deeltjes CO2 per miljoen luchtdeeltjes). Met het toenemen van het gebruik van fossiele brandstoffen neemt ook de concentratie van kooldioxide sterk toe. Vanaf 1800 tot nu toe is de concentratie kooldioxide in de atmosfeer met 44 procent gestegen; van 280 tot 403 ppm in 2016. In mei 2013 piekte de CO2-concentratie voor het eerst korte tijd tot boven de 400 ppm. Uit ijsboringen is vastgesteld dat de huidige concentratie kooldioxide de hoogste concentratie is van de afgelopen 800.000 jaar. Waarschijnlijk is het ook de hoogste concentratie van de laatste 20 miljoen jaar. In het afgelopen decennium is de grootste stijging van de CO2-concentratie gemeten sinds het begin van directe atmosferische metingen in 1960. Het verbranden van fossiele brandstoffen heeft dus geleid tot een sterke stijging van de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer met als gevolg dat de aarde opwarmt [IPCC].

Iets meer dan 60% van het broeikaseffect wordt veroorzaakt door kooldioxide (CO2). De rest van het effect, iets minder dan 40%, wordt veroorzaakt door andere broeikasgassen; methaan (CH4), lachgas (N2O, distikstofoxide) en fluorverbindingen (HFC's, PFC's, en SF6). De emissies van methaan en lachgas vertonen in de tijd gezien hetzelfde verloop als de emissie van CO2 en nemen ook toe [IPCC].


Kooldioxide emissies van landen

Onderstaande figuur geeft de landen die jaarlijks de meeste kooldioxide uitstoten als gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen. De kooldioxide-uitstoot wordt gegeven voor de jaren 1990, 2000 en 2010 [EIA].

Grafiek met de jaarlijkse kooldioxide emissie van verschillende landen

Tot voor kort stootte de Verenigde Staten de meeste kooldioxide uit. Nu stoot China ruimschoots de meeste kooldioxide uit. Door de toename van de welvaart in China is de uitstoot daar de laatste jaren snel toegenomen, zoals in de figuur is te zien. Datzelfde geldt in mindere mate ook voor andere landen in ontwikkeling zoals Rusland, India en Iran. In de westerse landen neemt de uitstoot in de laatste jaren over het algemeen af door energiebesparing en het inzetten van hernieuwbare energie. De uitstoot van de andere landen is veel kleiner dan die van China en de Verenigde Staten. Voor een deel is dat het gevolg van de kleinere bevolking in die landen. In de onderstaande figuur wordt de uitstoot van een land per hoofd van de bevolking gegeven [EIA], [United Nations].

Grafiek met de jaarlijkse kooldioxide emissie van verschillende landen per hoofd van de bevolking

De landen met de grootste uitstoot per hoofd van de bevolking liggen in het Midden-Oosten. Daarna komen de westerse landen met een jaarlijkse kooldioxide-uitstoot die ligt tussen de 7 en 20 ton per hoofd van de bevolking. De Verenigde Staten voeren deze lijst aan. Ook Nederland heeft met 15 ton een relatief hoge uitstoot per hoofd van de bevolking. De eerste 25 landen in de figuur zijn de landen met de grootste uitstoot per hoofd van de bevolking, daarna is het lijstje aangevuld met landen die een grote kooldioxide-emissie hebben zoals in de figuur hiervoor gegeven. Van deze landen heeft China de grootste uitstoot en ook de grootste uitstoot per hoofd van de bevolking. China ligt, met een uitstoot van ongeveer 6 ton CO2 per hoofd, nog onder het niveau van de westerse landen. Maar zoals in de figuur te zien is, stijgt deze uitstoot de laatste jaren snel door de toenemende welvaart in China die een sterke toename van het fossiele energieverbruik tot gevolg heeft. Dit geldt, naast China, in meer of minder mate ook voor de andere landen in de figuur.


Kooldioxide emissies wereldwijd

Onderstaande figuur geeft de totale jaarlijkse uitstoot van kooldioxide in de wereld als gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen over de afgelopen jaren [EIA]. De uitstoot neemt de laatste jaren sterk toe zoals in de figuur is te zien. Welke werelddelen dragen nu het meeste bij?

Grafiek met de jaarlijkse emissie van kooldioxide in de atmosfeer per werelddeel en wereldwijd

De uitstoot in de westerse landen (Noord Amerika en Europa) daalt langzaam de laatste jaren. De uitstoot in de landen van EurAzië (Oost-Europa en Centraal Azië) daalde aanvankelijk maar is de laatste jaren weer iets aan het stijgen evenals de uitstoot in het Midden Oosten. De grootste stijging vindt echter plaats in Azië, vooral in China en India. Daar neemt de uitstoot, als gevolg van de toename van de welvaart, sterk toe. China neemt nu verreweg de grootste uitstoot voor zijn rekening. Een positieve ontwikkeling is dat, dankzij genomen maatregelen, de toename van de CO2-emissie afneemt. Was deze aanvankelijk 4% in de jaren voor 2010, in 2012 en 2013 was de emissietoename 1%. In 2014 was de emissietoename ten opzichte van 2013 met 0,5% nog verder gedaald. In de jaren daarna is de wereldwijde uitstoot van CO2 ongeveer gelijk gebleven. Echter de laatste jaren is de uitstoot weer toegenomen als gevolg van de sterk groeiende economie. In 2017 nam de uitstoot met 1,6% toe, in 2018 nam de uitstoot van kooldioxide met meer dan 2% toe. In 2019 bleef jaarlijkse wereldwijde uitstoot op hetzelfde niveau van 33 miljard ton ondanks een groei van de economie van 2,9%. In de rijkere landen daalde de uitstoot, maar deze daling werd teniet gedaan door een grotere uitstoot in arme en opkomende landen. In 2020 daalde de uitstoot met 2% als gevolg van de coronapandemie. De verwachting is dat deze lagere emissie in 2021 weer voor een deel te niet wordt gedaan door de groei van de economie. De stabilisering van de uitstoot is te danken aan twee ontwikkelingen bij het opwekken van elektriciteit; er wordt veel minder steenkool verstookt en er wordt aanzienlijk meer wind- en zonnestroom opgewekt. Steenkool werd voor een deel verdrongen door aardgas, wat bij verbranding veel minder kooldioxide oplevert. Als deze tendens zich doorzet zal 2019 het jaar worden met de hoogste CO2-uitstoot ooit [IPCC], [PBL], [Volkskrant].

Bij ongewijzigd beleid zal het kooldioxide gehalte in de lucht de komende jaren verder stijgen ondanks het internationale streven naar een afname van de uitstoot en de gevolgen van de coronapandemie. De hoge concentratie kooldioxide in de atmosfeer leidt tot een verandering van het klimaat als gevolg van een toename van het broeikaseffect en kan op den duur ernstige gevolgen hebben voor de menselijke samenleving.