Ein Apfel verschwindet Bissen für Bissen. Ein Teil seines Kohlenstoffs wird irgendwann wieder in der Luft landen: als Kohlendioxid aus dem menschlichen Stoffwechsel. Dieser unsichtbare Weg verbindet unsere Atmung mit Blättern, Sonnenlicht und der Frage, welche CO₂-Mengen den Klimawandel antreiben.
Eine am 26. Oktober 2026 veröffentlichte Modellstudie in *The Lancet Planetary Health* schätzt den weltweiten CO₂-Fluss aus dem menschlichen Stoffwechsel für 2015 auf rund 2,05 Milliarden Tonnen. Die Zahl beschreibt einen großen biologischen Rückfluss. Wie viel Kohlenstoff dadurch zusätzlich in der Atmosphäre verbleibt, lässt sich aus ihr allein nicht ablesen. Dafür muss man seine Herkunft und die Veränderungen der beteiligten Speicher kennen.
Die überraschende Größenordnung ist also erst der Anfang der Geschichte. Ihr eigentlicher Erkenntnisgewinn liegt darin, drei Fragen auseinanderzuhalten: Wie produziert unser Körper CO₂? Wie rechnet man von einzelnen Menschen auf die Weltbevölkerung hoch? Und was davon gehört in welche Klimabilanz?
Der Kohlenstoff im Atem war vorher Nahrung
Beim Einatmen gelangt Sauerstoff in die Lunge. Über das Blut erreicht er Gewebe, deren Zellen chemische Energie aus Nährstoffen nutzbar machen. Dabei entstehen unter anderem Wasser und CO₂. Das Kohlendioxid wird zur Lunge transportiert und ausgeatmet. Der Kohlenstoff darin stammt aus den verarbeiteten Nährstoffen; er wird im Körper nicht neu erzeugt.
Für unseren Apfel führt die Spur zum Baum zurück. Dessen Blätter haben CO₂ aus der Luft aufgenommen und den Kohlenstoff mithilfe von Lichtenergie in organische Verbindungen eingebaut. Auch Brot, Kartoffeln und viele andere Lebensmittel beginnen auf diesem Weg. Bei tierischen Lebensmitteln verläuft die Kette über das Futter und den Stoffwechsel des Tieres. Der konkrete Pfad kann länger werden, das Grundprinzip bleibt: Kohlenstoff wird zwischen Atmosphäre und lebender Materie verschoben.
Die Biochemie ist dabei keine offene Flamme im Körper. Zellatmung setzt Energie in vielen kontrollierten Reaktionsschritten um. Ein Teil wird für Bewegung, den Aufbau von Stoffen oder das Aufrechterhalten lebenswichtiger Unterschiede zwischen Zellinnenraum und Umgebung genutzt. Ein anderer Teil wird als Wärme abgegeben. Unser Atem trägt somit die Spur eines Energieumsatzes, der auch im Sitzen und Schlafen weitergeht.
Was Pflanzen beim ursprünglichen Einbau des Kohlenstoffs leisten müssen, erklärt der Beitrag über die biologischen Grenzen der Photosynthese. Eine Pflanze kann ihre Aufnahme nicht nach Belieben steigern. Deshalb bedeutet „Kreislauf“ auch nicht, dass gerade jetzt vor unserem Fenster eine bestimmte Pflanze jeden einzelnen Atemzug sofort ausgleicht.
Wie Wasser den Stoffwechsel verrät
Man könnte Menschen eine Atemmaske aufsetzen und die ein- und ausgeatmeten Gase messen. Für den durchschnittlichen Stoffwechsel während eines weitgehend normalen Alltags ist jedoch ein anderes Verfahren besonders nützlich: doppelt markiertes Wasser, nach dem englischen Namen als DLW-Methode bezeichnet.
Dabei werden stabile, nicht radioaktive Varianten von Wasserstoff und Sauerstoff als Markierungen im Körperwasser verfolgt. Solche Varianten heißen Isotope: Die Atome gehören zum gleichen chemischen Element, unterscheiden sich aber in ihrer Masse. Die Wasserstoffmarkierung verlässt den Körper überwiegend im Wasser. Die Sauerstoffmarkierung geht sowohl mit Wasser als auch mit CO₂ verloren. Aus dem Unterschied ihrer Abnahmeraten lässt sich die durchschnittliche CO₂-Produktion über einen längeren Messzeitraum erschließen.
Das Verfahren lässt Menschen ihren Alltag weitgehend frei gestalten. Es liefert aber keine minutengenaue Atemkurve. Zwischen Isotopenmessung und Ergebnis steht eine Rechnung, die unter anderem berücksichtigen muss, wie sich die Markierungen im Körper verteilen. Eine Originalarbeit zur Standardisierung von 2021 verglich unterschiedliche Berechnungswege und prüfte ihre Ergebnisse an Messungen in Stoffwechselkammern. Sie zeigt, warum eine gemeinsame Datenbank auch gemeinsame Rechenregeln braucht: Unterschiedliche Formeln können die Vergleichbarkeit absoluter Werte beeinträchtigen.
Die allgemeine Idee, verborgene Stoffflüsse über eine erkennbare Markierung zu verfolgen, führt weit über die Atmungsforschung hinaus. Mehr dazu im Beitrag über Isotopenmarkierung im Stoffwechsel.
Von 6.756 Menschen zu einer globalen Schätzung
Für die neue Untersuchung verwendete das Forschungsteam um Javier T. Gonzalez eine internationale Datenbank mit 9.006 Messungen von 6.756 Personen, erhoben zwischen 1986 und 2019. Wiederholte Messungen erklären, warum die Zahl der Datensätze größer ist als die Zahl der Menschen. Die Daten stammen aus vielen einzelnen Untersuchungen; sie sind keine zufällig gezogene Miniatur der gesamten Weltbevölkerung. Amateur- und Profisportler wurden für diese Auswertung ausgeschlossen.
Aus diesen Messungen entwickelten die Forschenden ein Modell, das Zusammenhänge zwischen Körpermerkmalen und CO₂-Produktion beschreibt. Die Körpermasse spielt eine große Rolle: Ein größerer Körper braucht im Mittel mehr Energie, der Zusammenhang steigt aber nicht einfach proportional mit jedem zusätzlichen Kilogramm. Das ausgewählte Modell berücksichtigte außerdem das Geschlecht. Es erfasste einen beträchtlichen Teil der beobachteten Unterschiede, ließ jedoch auch viel individuelle Variation offen.
Danach kamen weitere Datensätze hinzu: Bevölkerungszahlen, Angaben zur durchschnittlichen Körpergröße und zum Körpergewicht sowie Informationen zur Zusammensetzung der Ernährung. So ließ sich für Länder und Jahre berechnen, welche CO₂-Produktion bei den jeweiligen Bevölkerungen zu erwarten wäre. Die Ernährung spielt dabei eine physiologische Rolle: Beim Abbau von Fetten, Kohlenhydraten und Proteinen entstehen unterschiedliche Verhältnisse von produziertem CO₂ zu verbrauchtem Sauerstoff. Dieser Rechenschritt ist keine Bewertung der Klimafreundlichkeit einzelner Lebensmittel.
Die Modellrechnung ergibt für 1985 rund 1,18 Milliarden Tonnen CO₂ pro Jahr, für 2015 rund 2,05 Milliarden Tonnen. Das entspricht einem Anstieg von ungefähr 74 Prozent. Diese zentralen Größen lassen sich auch in der veröffentlichten ergänzenden Datentabelle, Blatt S6, nachvollziehen.
Ein wesentlicher Treiber ist die gewachsene Bevölkerung. Hinzu kommen Veränderungen der durchschnittlichen Körpermerkmale. Der modellierte jährliche Pro-Kopf-Wert für Erwachsene stieg von etwa 321 auf 346 Kilogramm CO₂. Der spätere Wert entspricht knapp einem Kilogramm pro Tag. Das ist eine Größenorientierung aus einem globalen Modell, kein persönlicher Messwert und kein Sollwert für einen einzelnen Körper.
Wichtig ist auch das Datum: Die Arbeit ist neu, ihr Hauptvergleich endet 2015. Sie hat nicht im Jahr 2026 den Atem aller Menschen gemessen. Die Forschenden übertragen zudem Zusammenhänge aus den verfügbaren Messdaten auf den historischen Zeitraum. Dass diese Beziehungen hinreichend stabil bleiben, gehört zu den Annahmen der Hochrechnung.
Zwei Wege in dieselbe Atmosphäre
Chemisch ist ein CO₂-Molekül aus der Zellatmung dasselbe wie ein CO₂-Molekül aus der Verbrennung von Erdgas. Seine Wechselwirkung mit Wärmestrahlung hängt nicht davon ab, ob es aus einer Lunge oder einem Heizkessel kam. Der Bilanzunterschied liegt in der Vorgeschichte seines Kohlenstoffs.
Beim biologischen Pfad hat eine Pflanze den Kohlenstoff zuvor aus der Atmosphäre aufgenommen. Über Nahrung und Stoffwechsel kehrt ein Teil zurück. Bei Kohle, Erdöl und Erdgas wird Kohlenstoff aus langfristigen geologischen Speichern entnommen und in den aktiven Kreislauf gebracht. Land und Ozeane nehmen einen Teil dieses zusätzlichen Eintrags auf; ein anderer Teil erhöht den Kohlenstoffbestand der Atmosphäre.
Die NASA-Einordnung zum Kohlenstoffkreislauf beschreibt diesen Zusammenhang als Zusammenspiel schneller biologischer und langsamer geologischer Prozesse. „Schnell“ und „langsam“ bezeichnen dabei die beteiligten Kreisläufe und Speicher. Sie sind kein Etikett dafür, wie lange ein bestimmtes CO₂-Molekül unschädlich oder schädlich wäre.
Eine große jährlich bewegte Menge heißt Bruttofluss. Eine Nettoänderung fragt dagegen, um wie viel sich ein Speicher nach Zu- und Abflüssen tatsächlich vergrößert oder verkleinert. Wer die Atemmenge als zusätzlichen fossilen Ausstoß behandelt, erfasst nur einen Teil des biologischen Weges und lässt die vorherige Aufnahme des Nahrungskohlenstoffs weg.
Das macht biologische Speicher keineswegs unveränderlich. Werden Wälder gerodet, Böden entwässert oder Kohlenstoffvorräte dauerhaft abgebaut, kann Kohlenstoff netto in die Atmosphäre gelangen. Genau deshalb reicht der Hinweis auf einen Kreislauf für eine vollständige Klimabilanz nicht aus. Man muss prüfen, welche Vorräte wachsen, welche schrumpfen und welche weiteren Emissionen entstehen.
Die Klimabilanz des Essens ist eine eigene Rechnung
Der Apfel auf dem Tisch hat mehr hinter sich als die Aufnahme von CO₂ durch Blätter. Bei Anbau, Verarbeitung, Kühlung, Verpackung, Transport und Zubereitung können Treibhausgase entstehen. Hinzu kommen je nach Produkt und Produktionsweise Landnutzungsänderungen, Methan oder Lachgas. Die Atemrechnung erfasst diese Lieferkette nicht.
Die Forschungsarbeit zum globalen Datensatz EDGAR-FOOD behandelt deshalb ausdrücklich mehrere Treibhausgase und Produktionsstufen vom Anbau bis zum Verbrauch. Aus ihrer offen zugänglichen Zusammenfassung lässt sich bereits erkennen, wie viel breiter diese Systemgrenze ist. Sie beantwortet eine andere Frage als die neue Modellierung des menschlichen Stoffwechsels.
Auch die Einheit verlangt Aufmerksamkeit: Tonnen CO₂ bezeichnen die Masse dieses Gases. Tonnen CO₂-Äquivalente bringen die Klimawirkung verschiedener Treibhausgase auf eine gemeinsame Vergleichsskala. Und eine Tonne Kohlenstoff, abgekürzt C, ist wiederum keine Tonne CO₂. Im CO₂ kommen zum Kohlenstoff zwei Sauerstoffatome hinzu; deshalb entsprechen eine Tonne C ungefähr 3,67 Tonnen CO₂.
Die Unterschiede wirken auf den ersten Blick buchhalterisch. Tatsächlich entscheiden sie darüber, ob man zwei vergleichbare Größen nebeneinanderlegt oder versehentlich völlig verschiedene Rechnungen vermischt. Aus einer niedriger oder höher geschätzten Atemmenge folgt daher noch keine Klimarangfolge von Ernährungsweisen. Dazu braucht es die vollständigen Produktions- und Landnutzungsbilanzen.
Warum Atem in Städten trotzdem mitgemessen werden muss
Eine zweite Perspektive entsteht, wenn Forschende CO₂ in einer Stadt messen. Das Messgerät registriert eine lokale Konzentration oder einen Fluss. Es kann aus der Gasmenge allein nicht erkennen, ob der Kohlenstoff aus Verkehr, Heizung, Boden, Pflanzen oder menschlichem Stoffwechsel stammt.
Eine Studie zu 14 Städten von 2022 untersuchte deshalb, welche Rolle die Atmung von Menschen und Nutztieren in städtischen Emissionsabschätzungen spielen kann. Sie arbeitete mit Bevölkerungs- und Stoffwechselannahmen. Ihre Größen sind folglich modellabhängig; außerdem unterscheiden sich die räumlichen Grenzen und die erfassten Organismen von einer reinen weltweiten Menschenbilanz.
Der entscheidende Gedanke ist räumlich: Viele Lebensmittel werden außerhalb einer Stadt angebaut. Der Kohlenstoff wird dort aufgenommen und später innerhalb der Stadt ausgeatmet. Für einen globalen biologischen Kreislauf gehört beides zusammen. Ein lokales Messgebiet sieht unter Umständen nur den Rückfluss. Wird dieser in der Auswertung übersehen, kann ein Teil des gemessenen CO₂ fälschlich fossilen Quellen zugerechnet werden.
Damit ist auch klar, warum es schon vor der neuen Arbeit Schätzungen zum menschlichen Atem gab. Der neue Beitrag liegt im groß angelegten Modell auf Grundlage frei lebender Menschen und ihrer Isotopenmessungen. Ältere Rechnungen mit anderen Annahmen sind keine unabhängige Bestätigung jedes neuen Zahlenwerts. Sie zeigen aber, dass die saubere Trennung der Quellen für die Forschung praktisch relevant ist.
Wie belastbar sind die Milliarden Tonnen?
Die Stärke der neuen Untersuchung ist die Verbindung vieler realer Stoffwechselmessungen mit einer nachvollziehbaren historischen Hochrechnung. Ihre Grenzen liegen vor allem in der Übertragung: Die Ausgangsstudien verwendeten unterschiedliche Protokolle, einzelne Weltregionen sind sehr ungleich vertreten, und aus einem Modell für Bevölkerungen wird kein präziser Rechner für einzelne Menschen.
Im Methodenanhang prüft das Team außerdem, wie angenommene Fehler bei Körpermasse und Bevölkerungszahlen das Ergebnis verändern. Solche Sensitivitätsrechnungen sind nützlich: Sie machen sichtbar, was unter gewählten Fehlerannahmen passiert. Sie erfassen jedoch nicht automatisch jede Unsicherheit der Datengrundlage. Bei den publizierten Intervallgrenzen gibt es zudem eine Abweichung zwischen Haupttext und ergänzender Tabelle. Die zentralen gerundeten Größen stimmen überein; auf scheinbar exakte Grenzen lässt sich daraus weniger verlässlich schließen.
Die Arbeit zeigt somit einen großen physiologischen Fluss und dessen modellierten historischen Anstieg. Eine zusätzliche Klimaschuld des Atmens oder eine Empfehlung, weniger aktiv zu sein, lässt sich daraus nicht ableiten. Die Forschenden weisen selbst darauf hin, dass ihre Daten keine entsprechenden Aussagen über sinnvolle Veränderungen der Nettoemissionen erlauben.
Beim nächsten Bissen in einen Apfel lässt sich die Geschichte weiter zurückverfolgen als bis zum Supermarkt. Der Kohlenstoff hat bereits einen Weg von der Luft in eine Pflanze genommen. Was später ausgeatmet wird, ist ein Abschnitt dieser Reise. Für das Klima zählt die vollständige Bewegung zwischen den Speichern – einschließlich dessen, was wir zusätzlich aus dem Boden holen und wie wir unsere Nahrung erzeugen.
