Energiebedarf - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 5

welche nur noch in Spuren in der Atmosphäre vertreten sind. Die Hauptbestandteile
der Luft Stickstoff (N 2 ) und Sauerstoff (O 2 ) (99 % Anteil) absorbieren keine Infrarot
(IR)-Strahlung. Diese Gase sind für IR-Strahlung weitgehend transparent. Nur die in Spu-
ren vertretenen sogenannten Treibhausgase sind in der Lage IR-Strahlung zu absorbieren.
Diese Gase absorbieren auch nicht über den ganzen IR-Bereich, sondern nur bei diskreten
Wellenlängen (Absorptions-Linien/-Banden).
Die Erde strahlt die aufgenommene Wärme der Sonne in einem Wellenlängenbereich
zwischen 3 und 100 µm wieder ab (IR-Strahlung, die blaue Kurve, Abb. 1.3 rechts oben).
Nur in einem schmalen Bereich eines Strahlungsfenster zwischen 8 to 13 µm ist eine nahe-
zu ungehinderte Ausstrahlung möglich (der blau gekennzeichnete Bereich, rechts oben
im Bild). Durch das sogenannte Strahlungsfenster im Wellenlängenbereich zwischen 8 to
13 µm blicken auch die IR-Wettersatelliten. Hier kann die Wärmestrahlung der Erde nahe-
zu ungehindert entweichen. Das ermöglicht einen direkten Blick bis auf die untere Wol-
kendecke und Erdoberfläche. Vor allem der Wasserdampf in der Atmosphäre ist für die
Eingrenzung auf dieses Strahlungsfenster verantwortlich. Er absorbiert den Großteil der
Strahlungsenergie und grenzt die Durchlässigkeit des Fensters auf 8-17 µm ein.
CO 2 kommt als Treibhausgas an zweiter Stelle. Es grenzt das Strahlungsfenster vor
allem im Bereich von Wellenlängen zwischen 13 und 17 µm ein. (Die maximale Absorp-
tion liegt bei 15 µm). Über das 1.25 µm (J-Band), das 2.2 µm (K-Band) und das 4.7 µm
(M-Band) lässt sich beispielsweise von der Erde aus der Mars beobachten. Dabei kann
man im IR sogar durch die Marsatmosphäre, die zu fast 100 % aus CO 2 besteht, bis auf
die Marsoberfläche blicken. Mit einer handelsüblichen IR-Kamera, die im Bereich von
7.5-13 µm misst, kann man ebenfalls den Sternenhimmel betrachten. Ein Blick auf den
Mond ist problemlos möglich.
Diese Beobachtungen sind möglich, da man in Wellenlängenbereichen durch die Atmo-
sphäre schaut, die nicht oder nur geringfügig durch die Absorptions-Linien/-Banden der
Treibhausgase beeinträchtigt werden. Geht man in den Bereich der Absorptionslinien/
-banden der Treibhausgase, so wird die Atmosphäre für Wärmestrahlung undurchlässig
und damit undurchsichtig.
Es gibt noch weitere durch anthropogene Effekte in der Atmosphäre anzutreffende
Gase wie beispielsweise Methan mit klimarelevanten Absorptionsbanden im infraroten
Wellenlängenbereich. Der Anstieg des Methangehalts in der Atmosphäre korreliert mit
dem Anstieg der Weltbevölkerung und der damit einhergehenden Industrialisierung, wie
die Abb. 1.4 illustriert. Die klimatische Wirksamkeit des Methans ist in etwa 30-40-mal
höher als die des Kohlendioxids (CO 2 ), da die Absorption von Methan noch nicht die Sät-
tigung erreicht hat. Die anthropogene Methanfreisetzung wird unter anderem durch die
Nutzung von Erdgas sowie die Massentierhaltung verursacht.
Die einzelnen Beiträge der Spurengase zum Treibhauseffekt sind der Tab. 1.2 zu ent-
nehmen. Die Tabelle zeigt auch die mittlere Verweildauer der Treibhausgase sowie deren
spezifischen Temperatureffekt in Höhe der Konzentration. Insbesondere Kohlendioxid
(CO 2 ), Stickoxide (NO x ) wie auch Methan (CH 4 ) weisen eine erhebliche Verweildauer