home > co2 > waarom-stijgt-co2

Waarom stijgt de CO₂-concentratie?

Het algemene beeld is dat de CO₂ afkomstig van onder andere de verbranding van fossiele brandstoffen en ander landgebruik zich ophoopt in de atmosfeer en daar niet meer weggaat. Het beeld is echter veel minder eenduidig. De menselijke uitstoot is minder dan 5% van de jaarlijkse natuurlijke stromen van en naar de atmosfeer en de natuur neemt ook deze menselijke CO₂ op. Het is erg onwaarschijnlijk dat bij het huidige verloop van de uitstoot van CO₂ ooit een verdubbeling van de concentratie in de atmosfeer zal optreden.

CO₂-stijging zoals gemeten op Mauna Loa
Afbeelding 1: CO₂-stijging zoals gemeten op Mauna Loa
Het algemene beeld is dat de CO₂-concentratie in de atmosfeer stijgt door de menselijke uitstoot. Het aandeel CO₂ in de lucht ging van 280 ppm (parts per million) in 1750 naar 410 ppm nu. Op dit moment is de stijging ongeveer 2,1 ppm per jaar. Het IPCC schrijft de volledige stijging van 130 ppm toe aan de menselijke uitstoot van CO₂.

Bij dit beeld komen verschillende vragen op:

  • Is de stijging van de concentratie volledig toe te schrijven aan de menselijke uitstoot van CO₂ of zijn er andere oorzaken? Bijvoorbeeld temperatuur?
  • Hoelang blijft de extra CO₂ in de atmosfeer?
  • Blijft het CO₂-niveau in de atmosfeer stijgen zolang we menselijke uitstoot hebben, en zo ja, hoeveel? Of vlakt de stijging af als de CO₂-uitstoot constant blijft?

Omvang menselijk CO₂ is relatief klein

Het beeld dat veel mensen hebben en dat het IPCC ook uitdraagt, is dat de menselijke uitstoot van CO₂ cumuleert in de atmosfeer. Oftewel dat jaarlijks de menselijke uitstoot van CO₂ aan de atmosfeer wordt toegevoegd, en dat in ieder geval een deel daar niet meer weggaat.

De jaarlijkse in- en uitstroom van CO₂ richting atmosfeer
Afbeelding 2: De jaarlijkse in- en uitstroom van CO₂ richting atmosfeer
Het is echter zo dat het aandeel menselijke CO₂ relatief klein is. Het gaat om minder dan 5% van de totale hoeveelheid CO₂ die jaarlijks in en uit de atmosfeer stroomt. De totale hoeveelheid uitstoot CO₂ door verbranding van fossiele brandstoffen en ander landgebruik bedraagt jaarlijks ongeveer 9 Gigaton koolstof, wat overeenkomt 4,6 ppm CO₂. Zowel via de oceanen als het land is er een veel grotere in- en uitstroom van CO₂. Jaarlijks stroomt er zo'n 90 Gigaton koolstof in en uit de oceanen richting atmosfeer. De oceanen vormen een grote buffer voor CO₂: 98% van alle CO₂ op aarde bevindt zich in de oceanen. Naast de uitwisseling met het zeewater zorgen planten, dieren en de bodem jaarlijks voor een in- en uitstroom van 120 Gigaton koolstof.

De totale in- en uitstroom vanuit land en zee samen komt overeen met bijna 100 ppm CO₂. In de figuur zijn de in- en uitstromen van CO₂ richting atmosfeer getekend. Het aandeel van de menselijke uitstoot is meer dan een factor 20 kleiner dan de natuurlijke stroom.

De grote in- en uitstroom betekent dus dat elk jaar ongeveer een kwart van alle CO₂ in de atmosfeer wordt uitgewisseld. Dus in een periode van ruim 4 jaar is een hoeveelheid uitgewisseld die gelijk staat aan de totale massa in de atmosfeer. De verblijfsduur van CO₂ is dus ongeveer 4 jaar.

Ophopend CO₂ volgens het IPCC-model

Om te kunnen beargumenteren dat alleen menselijk CO₂ verantwoordelijk is voor de stijging van de CO₂-concentratie van 280 naar 410 ppm, behandelt het IPCC deze menselijke CO₂ in het gebruikte rekenmodel heel anders dan natuurlijke CO₂. Terwijl de verblijfsduur van natuurlijk CO₂ ongeveer 4 jaar is, hanteert men voor de menselijke CO₂ een veel langere verblijfsduur. Het IPCC is van mening dat het enkele tientallen jaren duurt voordat ongeveer de helft van het menselijk CO₂ is verdwenen. Het resterende deel blijft duizenden tot honderdduizenden jaren in de atmosfeer: "The removal of all the human-emitted CO₂ from the atmosphere by natural processes will take a few hundred thousand years (high confidence)" Nederlands"Het verwijderen van alle door de mens uitgestoten CO₂ uit de atmosfeer door natuurlijke processen duurt een paar honderdduizend jaar (hoog vertrouwen)"; (IPCC, AR5, Chapter 6, Box 6.).

Het IPCC komt tot deze conclusie vanuit de veronderstelling dat er een volledig stabiel natuurlijk evenwichtsniveau is in de atmosfeer van 280 ppm (het pre-industriële niveau), waarbij in- en uitstroom perfect in balans zijn en de korte verblijfduur van toepassing is. Als er echter een verstoring optreedt bijvoorbeeld door extra uitstoot van CO₂ door menselijk handelen, gaat het IPCC-model ervan uit dat het land en de zee deze extra hoeveelheid niet kunnen opnemen en dat het daardoor vele malen langer duurt om die verstoring weg te werken.

Onwaarschijnlijke aannames IPCC

Een dergelijke veronderstelling is echter opmerkelijk. Los van de menselijke uitstoot doen zich in de natuur allerlei jaarlijkse variaties voor in de hoeveelheid uitgestoten CO₂, bijvoorbeeld als gevolg van vulkaanuitbarstingen en het El Niño-effect, regionale variaties, enzovoorts. Ook deze CO₂ zou zich in dat model moeten ophopen in de atmosfeer. De onzekerheidsmarges van de natuurlijke stromen zijn groot: volgens het IPCC ±20% (IPCC, AR5, Figure 6.1).

Verder is het heel onlogisch om te veronderstellen dat de opnamecapaciteit van de oceanen bij 280 ppm heel groot is (een kwart van alle CO₂ wordt uitgewisseld), maar dat deze bij een iets grotere concentratie in een keer factoren kleiner wordt. Hiervoor zijn ook geen aanwijzingen. Hermann Harde van de Helmut-Schmidt-University in Hamburg merkt hierover op: "There exists no evidence that the absorption was suddenly saturating and the residence time τR jumping up by one or two orders of magnitude (..) when the atmospheric concentration exceeded a level of 280 ppm". Nederlands"Er is geen bewijs dat de absorptie plotseling verzadigde en de verblijfstijd τR met een of twee orden van grootte omhoog sprong (..) wanneer de atmosferische concentratie een niveau van 280 ppm overschreed."

Om te illustreren hoe onwaarschijnlijk de aannames van het IPCC zijn, is in de volgende grafiek de som van alle in- en uitstroom van CO₂ in de afgelopen 40 jaar aangegeven. In die periode is de concentratie in de atmosfeer met ongeveer 80 ppm toegenomen (van 330 ppm naar 410 ppm). Het is de oranje lijn die bijna niet te zien is. Maar in diezelfde periode is een veelvoud aan CO₂ in- en uitgestroomd via land en zee. Alleen voor de oranje lijn neemt het IPCC aan dat die CO₂ zich ophoopt in de atmosfeer, voor de natuurlijke stromen gaat het IPCC uit van een korte verblijfsduur. Maar alleen al de foutmarges van de natuurlijke stromen zijn vele malen groter dan waar we het over hebben.

Som van de jaarlijkse toe- en afname van de CO₂ in de atmosfeer weer sinds 1978.
Afbeelding 3: De grafiek geeft de som van de jaarlijkse toe- en afname van de CO₂ in de atmosfeer weer sinds 1978. Het laat zien dat het onlogisch is om voor de menselijke CO₂ heel andere aannames te doen dan voor de natuurlijke CO₂-stromen.

Metingen laten een ander beeld zien

Het model van het IPCC geeft volgens Amerikaanse hoogleraar Murry Salby ook geen verklaring voor de daling van 14C-isotopen die nog in de atmosfeer zijn aangetroffen na de bovengrondse kernproeven begin jaren zestig van de vorige eeuw. Uit de geleidelijke daling is een gemiddelde verblijfsduur af te leiden van circa 9 jaar, vele malen korter dan wat volgens het IPCC-model mogelijk is. Hierbij moet nog worden aangetekend, dat zwaardere 14C-isotopen minder gemakkelijk absorberen, waardoor de verblijfduur langer is dan van normale koolstofatomen. In de volgende grafiek is de gemeten afname van de 14C-isotopen met een blauwe lijn weergegeven. De bruine lijn is de verwachte daling volgens het Bern-model dat het IPCC gebruikt.

De werkelijke afname van <sup>14</sup>C-isotopen (blauwe lijn) gaat veel sneller dan het IPCC-model veronderstelt (bruine lijn)
Afbeelding 4: De werkelijke afname van 14C-isotopen (blauwe lijn) gaat veel sneller dan het IPCC-model veronderstelt (bruine lijn)

Meer CO₂-opname door planten

Dat er capaciteit is om extra CO₂ te absorberen, blijkt ook als je kijkt naar de opname door planten. Onder invloed van diezelfde CO₂ is de afgelopen 60 jaar de aarde veel groener geworden. Dat is met speciale satellieten goed te meten. Volgens NASA heeft de vergroening gezorgd voor een toename aan planten en bomen over een gebied dat gelijk staat aan twee keer de oppervlakte van de Verenigde Staten.

De toename van de netto opname van CO₂ door vegetatie
Afbeelding 5: De toename van de netto opname van CO₂ door vegetatie
Door deze vergroening is de netto opname van CO₂ in de periode van 1960 tot 2010 toegenomen van 54,95 tot 66,75 Gigaton koolstof per jaar. Dr. Craig Idso beschrijft dit op basis van een onderzoek van Peng Li uit 2017. Planten nemen dus op dit moment jaarlijks 11,8 Gigaton méér koolstof op dan in 1960. Dat is meer dan de totale hoeveelheid jaarlijkse uitstoot CO₂ door verbranding van fossiele brandstoffen en ander landgebruik (van ongeveer 9 Gigaton koolstof per jaar). Ten opzichte van 1960 is de groei van de opname van CO₂ door planten dus groter dan de totale uitstoot door fossiele brandstoffen en ander landgebruik.

Andere visies

Het beeld dat enkel en alleen menselijke emissies verantwoordelijk zijn voor de stijging van de CO₂-concentratie in de atmosfeer, is dus veel minder duidelijk dan het IPCC beweert. Er zijn in de wetenschap verschillende andere visies en verklaringen, met name over de vraag hoe lang het duurt voordat menselijk CO₂ weer uit de atmosfeer verdwijnt.

Alternatief: zwembadmodel van Herman Harde

In zijn artikel in 2017 komt Harde tot de conclusie dat het IPCC een onnodig complex model hanteert om te kunnen beargumenteren dat uitsluitend de menselijk CO₂ verantwoordelijk is voor de stijging. Hij maakt duidelijk dat dit model niet houdbaar is omdat het alleen klopt als de natuur onderscheid zou kunnen maken tussen menselijke CO₂-moleculen en natuurlijke CO₂-moleculen, iets wat onzinnig is. Harde is niet de eerste met deze kritiek. Al vanaf de jaren 90 zijn er verschillende wetenschappelijke publicaties die dit aankaarten.

Het model dat Harde gebruikt om het verloop van CO₂ in de atmosfeer te beschrijven, is gebaseerd op de Wet van Henry. Deze wet zegt dat de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof recht evenredig is met de concentratie van het gas. Dus bij een hoge CO₂-concentratie in de lucht neemt water meer CO₂ op en bij een lage concentratie is de opname lager. Er is daarbij geen onderscheid in de herkomst van de CO₂-moleculen.

Het model dat Harde op die manier beschrijft, is analoog aan vele andere processen in de natuur. Het is te vergelijken met bijvoorbeeld een lekkende fietsband: als de band hard is opgepompt stroomt er veel lucht uit, maar bij een lagere spanning wordt de uitstroom kleiner. Een ander voorbeeld is een zwembad met een afvoer: de snelheid waarmee het water uitstroomt is evenredig met hoe hoog het water staat. Als het water hoog staat, stroomt er veel water uit en als het water lager staat neemt de snelheid evenredig af.

De absolute stijging of daling van de CO₂-concentratie in een bepaalde periode hangt af van de omvang van de instroom en de uitstroom. In de vergelijking met het zwembad: als er in een periode meer water wordt toegevoegd dan er wegstroomt, zal het waterpeil in die periode stijgen.

In de twee figuren hieronder is het essentiële verschil weergegeven tussen de twee benaderingswijzen weergegeven. In de visie van het IPCC ontstaat bij een kleine verhoging van de instroom geen nieuw evenwicht, maar blijft de concentratie (of hier waterpeil) elk jaar stijgen. In het model van Harde ontstaat bij eenzelfde toename een nieuw evenwicht. Bij een verblijfsduur van 4 jaar ontstaat zo een eenmalige stijging van 16 ppm.

IPCC-model als verklaring voor de co2-concentratie
Afbeelding 6: IPCC-model in analogie met een bak water. Het verhogen van de instroom met 4 ppm zorgt elk jaar weer voor een stijging van 2 ppm. Er ontstaat geen evenwicht.

Fysisch-model als verklaring voor de co2-concentratie
Afbeelding 7: Fysische model van Harde in analogie met een bak water. Het verhogen van de instroom met 4 ppm zorgt eenmalig voor een stijging van 16 ppm. Er ontstaat een nieuw evenwicht dat past bij de verhoogde instroom.

Harde is van mening dat de menselijke uitstoot maar een klein deel verantwoordelijk is voor de gestegen CO₂-concentratie. In zijn berekeningen is slechts 17 ppm van de totale stijging van 130 ppm het gevolg van menselijke CO₂.

Alternatief: berekening Roy Spencer

Dr Roy Spencer van de University of Alabama in Huntsville heeft onlangs een interessante analyse gepresenteerd die voor een deel vergelijkbaar is met de aanpak van Harde. Hij gaat er net als het IPCC van uit dat de menselijke uitstoot ervoor heeft gezorgd dat de concentratie in de atmosfeer is gestegen, maar net als Harde veronderstelt ook hij een soort van zwembadmodel voor de afname van de concentratie. In zijn model verwijderen het land en de zee CO₂ met een snelheid die evenredig is aan CO₂-concentratie boven de evenwichtswaarde.

In een eenvoudige Excel-spreadsheet heeft hij de jaarlijkse menselijke uitstoot en de berekende afname voor alle jaren vanaf 1750 opgenomen. Hierbij veronderstelt hij dat de natuur jaarlijks 2,3% van de overmaat aan CO₂ boven de 295 ppm verwijdert. Het resultaat reproduceert opmerkelijk nauwkeurig de CO₂-metingen van Maona Loa van de afgelopen 60 jaar.

Op basis van deze analyse blijkt dat de CO₂ 4 keer sneller uit de atmosfeer verdwijnt dan waar de modellen van het IPCC op dit moment van uitgaan. In de volgende grafiek heeft hij de vier IPCC-scenario's weergegeven: de doorgetrokken lijn geeft de veronderstelde stijging aan en de gestippelde lijn het gecorrigeerde verloop op basis van de nieuwe berekening.

Analyse Roy Spencer voor de verwijdering van CO2 uit de atmosfeer
Afbeelding 8: Het eenvoudige model van Spencer reproduceert nauwkeurig de metingen van Maona Loa. Het laat ook zien dat CO₂ veel sneller uit de atmosfeer verdwijnt dan nu is verondersteld in de scenario's van het IPCC. De doorgetrokken lijn geeft de veronderstelde stijging aan en de gestippelde lijn het gecorrigeerde verloop op basis van de nieuwe berekening.
Analyse Roy Spencer voor de verwijdering van CO2 uit de atmosfeer
Afbeelding 9: De analyse van Spencer laat ook zien dat een verdubbeling van de CO₂-concentratie waarschijnlijk nooit gehaald wordt. De blauwe lijn (CO2-Model) geeft het verloop aan op basis van de uitstootverwachtingen van het EIA.

In de rechter grafiek heeft hij een lijn opgenomen (CO2-Model) die gebaseerd is op de verwachtingen van het EIA (Energy Informatie Administration) over de uitstoot van CO₂ in de komende jaren. Het EIA gaat uit van een stijging van 0,6% per jaar tot 2050. Daarna is een stabiel niveau verondersteld. Bij die aannames komt het CO₂-niveau in de atmosfeer uiteindelijk op een evenwichtsniveau uit van 541 ppm, dus ruim onder het niveau van een verdubbeling (560 ppm). Spencer komt daarmee tot de conclusie dat bij de redelijke aannames van het EIA het erg onwaarschijnlijk is dat de verdubbeling van de CO₂-concentratie (wat de basis is van alle IPCC-analyses) ooit gehaald zal worden.