CO2-Einlagerung So wollen Forscher die Erde kühlen

Die Menschheit kommt beim Klimaschutz kaum voran, Forscher halten die gezielte CO2-Entnahme aus der Atmosphäre für kaum noch vermeidbar. Doch wie realistisch sind ihre Vorschläge?

Trockenheit im Frühjahr (hier: ein Feld in Brandenburg im April)
DPA

Trockenheit im Frühjahr (hier: ein Feld in Brandenburg im April)

Von Christopher Schrader


Sechs Piktogramme sind es, Himmel und Erde gibt es darauf zu sehen, Wolken, Fische und Spaten und jedes Mal einen blauen Pfeil, in dem "CO2" steht. Er zeigt aus der Luft in die Bäume oder den Boden; offenbar soll das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Atmosphäre irgendwohin verschoben werden, wo es keinen Schaden anrichtet. Sieht ganz einfach aus. Wer könnte etwas dagegen haben?

Die Piktogramme (siehe unten) stammen vom Mercator-Institut für globale Gemeingüter und Klimawandel (MCC) in Berlin. Sie übersetzen den Inhalt einer großen, dreiteiligen wissenschaftlichen Überblicksstudie von Forschern des Hauses in ein grafisches, verspieltes Format. Es geht um die Frage, ob die Menschheit in Zukunft CO2 aus der Atmosphäre entnehmen kann, sollte oder muss, um den Klimawandel zu bremsen.

MCC

Für solche Verfahren, bei denen das Kohlendioxid in Bäumen, Mineralien oder dem Boden gespeichert werden soll, hat sich der Ausdruck "Negative Emissionen" (NETs) eingebürgert. Sie gehören zum Spektrum der Methoden des Geoengineering, dessen Verfechter die Erde künstlich kühlen wollen.

Pariser Klimaziele noch zu schaffen?

Praktisch alle Ausblicke in die Zukunft - die "Szenarien" genannten Modellrechnungen der Klimaforscher - nutzen solche Verfahren der CO2-Entnahme intensiv, weil sich in der Klimapolitik wenig bewegt. Besonders, wenn sie Wege aufzeigen wollen, wie man die Erwärmung wirklich wie im Pariser Vertrag vereinbart auf 1,5 Grad Celsius gegenüber der vorindustriellen Zeit begrenzen kann. Die Pressestelle des MCC nennt Eingriffe in die Atmosphäre inzwischen "unvermeidbar".

"Unvermeidbar", das ist ein starkes Wort. Nach einigem Zögern und längerer Vorrede wiederholt es auch Sabine Fuss, Wissenschaftlerin am MCC, die an dem dreiteiligen Überblick in der Fachzeitschrift "Environmental Research Letters" federführend beteiligt war. "Bisher gab es nur Szenarien, die praktisch nicht ohne NETs auskamen. Ließ man die Verfahren in der Berechnung weg, wurde es wirklich eng, besonders wenn der Klimaschutz bis 2030 verzögert wurde."

Erst in den vergangenen Wochen hätten einige Kollegen Berechnungen veröffentlicht, die sehr schnelle und weitreichende Veränderungen auch im Verhalten der Weltbevölkerung einplanten und so die CO2-Entnahme aus der Atmosphäre auf einen Bruchteil reduzieren konnten. "Aber das ist sehr ambitioniert und muss sofort passieren. Davon sehen wir nichts, darum würde ich NETs auch 'unvermeidbar' nennen."

Die Hintergründe der Erderwärmung

Das bekannteste Verfahren unter den Eingriffen in die Atmosphäre ist ein Dreischritt mit Namen BECCS. Erst pflanzt man Bäume, die beim Wachstum CO2 binden. Dann erntet man sie ab und verbrennt sie zur Stromerzeugung. Und dabei schließlich fängt man das entstehende Kohlendioxid ab und verpresst es zum Beispiel in Salzwasseradern unter der Erde.

Technische Anlage saugen das Klimagas aus der Luft

Inzwischen kennen die Forscher aber noch weitere Methoden: Das Treibhausgas kann auch mittels halbverbrannter Holzkohle im Boden versenkt ("Biochar") oder von feingemahlenen Mineralien in einem chemischen Prozess gebunden werden ("enhanced weathering").

Außerdem gibt es erste technische Anlagen, um das Klimagas aus der Luft zu saugen ("Direct Air Capture"). Jedes dieser Verfahren hat seine eigenen Gefahren und Nebenwirkungen.

Sechs solcher Methoden hat das internationale Forscherteam anhand Hunderter wissenschaftlicher Aufsätze untersucht. "Fast alle besitzen ein signifikantes Potential, auf nachhaltige Weise CO2 aus der Atmosphäre zu entnehmen", sagt Sabine Fuss.

Techniken zur CO2-Entfernung aus der Atmosphäre
Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS)
Idee: Pflanzen binden beim Wachstum Kohlendioxid und liefern beim Verbrennen Energie. Wenn man dabei das wieder freiwerdende CO2 abfängt und unterirdisch verpresst, hat man es praktisch der Atmosphäre entzogen (BECCS).

Stand der Umsetzung: In nahezu allen Modellrechnungen für die 1,5-Grad-Grenze wird der Einsatz der Technik vorausgesetzt, aber es hat nur kleine Pilotversuche gegeben.

Mögliche Probleme: Realistischerweise lässt sich vielleicht die Hälfte des aufgenommenen CO2 speichern. Plantagen bräuchten sehr viel Land und Wasser. Es gibt bisher keine Möglichkeit, irgendwo im großen Maßstab Kohlendioxid unterirdisch zu speichern; womöglich hilft die Kombination mit Biokohle oder der Verwitterung von Gestein.
CO2-Entnahme aus der Luft (Direct Air Capture, DAC)
Idee: Kohlendioxid aus der Atmosphäre saugen und industriell verwenden oder unterirdisch einlagern.

Stand der Umsetzung: Mindestens zwei verschiedene Firmen arbeiten daran. Die eine, Climeworks aus der Schweiz, pumpt das CO2 bisher in Treibhäuser, um dort den Ertrag zu steigern. Die andere, Carbon Engineering, will es zu einem künstlichen Brennstoff veredeln, der Flugzeuge antreibt. Bei einer Variante dieser Idee kommt das CO2 aus einer Biogasanlage; Audi versucht sich daran.

Mögliche Probleme: hoher Energiebedarf; Speicher für das Treibhausgas unter der Erde gibt es bisher nicht, sie einzurichten, trifft auf politischen Widerstand.
Biokohle (Biochar)
Idee: Pflanzenreste oder andere organische Abfälle werden pyrolisiert, also sozusagen in Holzkohle verwandelt, und dann in Ackerland eingearbeitet. Das verbessert die Bodenqualität, außerdem bleibt ein großer Teil des Kohlenstoffs für Jahrhunderte der Atmosphäre entzogen. (Biochar)

Stand der Umsetzung: Vertreter verweisen gern auf die traditionelle Praxis im Amazonasgebiet, den Boden mit "terra preta", schwarzer Erde zu verbessern. Was das Verfahren mit moderner Technik und großflächig angewandt bedeutet, darüber gibt es nur vergleichsweise kleine Experimente.

Mögliche Probleme: Energiebilanz für Pyrolyse und Transport
Verwitterung von Gestein (Enhanced weathering)
Idee: Wenn man Mineralien wie Olivin, Kalk oder andere Silikate zerreibt und zum Beispiel in der Landschaft verteilt, verwittern sie und binden dabei Kohlendioxid chemisch; Basaltgestein wird zu einem Karbonat-Mineral.

Stand der Umsetzung: In Island versucht Climeworks mit diesen Verfahren, aus der Luft entnommenes CO2 unterirdisch zu speichern.

Mögliche Probleme: Hoher Material- und Energiebedarf für Zermahlen und Transport; die chemische Reaktion beim Binden von Kohlendioxid ist exotherm, erzeugt also Wärme.
Entsauerung des Meeres (Artifical Ocean Alkalinization, AOA)
Idee: Wird zermahlenes Olivin oder Kalziumkarbonat (Kalk) im Meerwasser verteilt, steigt der pH-Wert wieder. Das schützt die Bewohner vor der Ozeanversauerung und hilft dem Wasser, wieder mehr CO2 aufzunehmen.

Stand der Umsetzung: Modellrechnungen und erste, winzige Experimente

Mögliche Probleme: So lassen sich vielleicht bedrohte Riffe schützen, aber nicht der ganze Ozean: Energie-, Transport- und Materialaufwand
Eisendüngung/künstlicher Auftrieb
Idee: Algen im Meer leiden meist an einem Mangel an Nährstoffen. Behebt man ihn, indem man zum Beispiel mit dem fehlenden Eisen düngt oder nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe nach oben pumpt, könnten sich die winzigen Lebewesen stark vermehren und bei ihrem Tod viel Kohlenstoff mit in die Tiefe nehmen, wo er dann lange verbleibt.

Stand der Umsetzung: Einige Experimente sind gescheitert.

Mögliche Probleme: Gefährdet die Artenvielfalt. Eisendüngung ist darum von einem internationalen Abkommen (London Protokoll) verboten. Eine Firma, die das Verfahren kommerziell einsetzen wollte, ist pleite gegangen.

Einige von ihnen könnten nach bisherigem wissenschaftlichen Stand, so die Übersichtsarbeit, gegen Mitte des Jahrhunderts jährlich bis zu fünf Milliarden Tonnen Kohlendioxid binden. Nötig wäre den vorliegenden Szenarien zufolge eine Entnahme von vielleicht 15 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr am Ende des Jahrhunderts. Das entspricht fast der Hälfte der Menge, die zurzeit aus Kraftwerkschloten und Auspuffen freigesetzt wird.

"Das klingt nach reiner Fantasie"

"Das Beste wäre vermutlich, wenn man ein Portfolio aus kleinen Mengen von verschiedenen Verfahren zusammenstellt. Man kann dann auch regional und zeitlich differenzieren, was man wann und wo einsetzt", erklärt die Berliner Forscherin. Erste Modellrechnungen kombinierten bereits drei oder vier der Verfahren.

Allerdings funktioniere das nicht wie am Salatbüfett, warnt Fuss, weil die einzelnen NETs zum Teil um Ressourcen wie Land konkurrieren. Was angesichts solcher Wechselwirkungen das Beste sei, müssten erst noch mehr Kollegen in neuen Szenarien durchspielen.

Eine solche Modellrechnung, die aber auf die CO2-Entnahme verzichtet, haben niederländische Forscher um Detlef van Vuuren von der Umweltagentur PBL vor fünf Wochen in "Nature Climate Change" veröffentlicht.

Sie setzt starke Veränderungen in der Gesellschaft voraus: Schon ab 2020 gilt eine sehr ehrgeizige Klimapolitik, die für alle Regionen und Industriezweige eine hohe Abgabe auf den Ausstoß von Treibhausgasen erhebt. Das Energiesparen und der Einsatz von Elektroautos und Stromheizungen werden forciert, das globale Bevölkerungswachstum erheblich gebremst, und die Menschen fangen an, mehr Bahn zu fahren und weniger Fleisch zu essen. Und ab 2050 gibt es dann sowieso nur noch künstliches Fleisch.

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Geoengineering: Nur mal kurz die Welt retten?

"Das klingt nach reiner Fantasie", sagt Lili Fuhr, die bei der Heinrich-Böll-Stiftung in Berlin die Forschung zum Geoengineering kritisch verfolgt. "Und auch wenn diese Szenarien in sich viele Probleme bergen, sind sie letztlich realistischer und vor allem weniger riskant als die Szenarien zur CO2-Entnahme."

Natürliche Senken stärken

Das Wort "unvermeidbar" würde sie daher für die oft großindustriell geplanten NETs keinesfalls verwenden, zumal sie an deren vermeintlicher Wirksamkeit ohnehin zweifelt. Zunächst einmal müsse die Welt die natürlichen Senken für Kohlendioxid erhalten und stärken.

SPIEGEL TV

Dieser Ansatz wird in der Forschung "Natural Climate Solutions" (NCS) genannt. Es geht darum, Moore und Wälder zu erhalten oder wieder in einen naturnahen Zustand zu bringen.

Außerdem kann die Landwirtschaft den Boden so bearbeiten, dass er mehr Kohlenstoff speichert als bisher.


SPIEGEL-TV-Dokumentation zum Klimawandel: Ist die Welt noch zu retten?

"Für all das fehlen vor allem der politische Wille und die Durchsetzungsmacht", ist Fuhr überzeugt. "Ein wirksamer Klimaschutz ist jetzt sehr eilig. Je länger wir damit warten, desto mehr Menschen werden dem Glauben aufsitzen, dass wir NETs brauchen. Wirkungsvoller werden die Verfahren dadurch aber nicht."

Das würde die MCC-Forscherin Sabine Fuss anders ausdrücken, auch wenn sie vielleicht die leise Hoffnung teilt, ihr Forschungsgegenstand werde sich als überflüssig erweisen. "Je länger wir mit dem Klimaschutz warten, desto mehr machen wir uns von der Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre abhängig."



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rkinfo 29.05.2018
1. Wir liegen schon 2 Jahrzehnte hinter IPCC und CCS
Die Verbrennung von Biomasse und ihre Abscheidung per CCS ist vernachlässigt worden. CCS nutzen nur die Kanadier für neue Kohlekraftwerke.
schwäbischalemannisch 29.05.2018
2. Noch ein Verfahren gibt es. Bakterien
Die sich in großem Stil von CO2 ernähren. Offenbar ist das in weiten Teilen der Wissenschaft noch nicht bekannt?!? BASF hat daran gearbeitet, aber eine andere kleine Firma aus Zwingenberg hat wohl dazu ein Patent angemeldet. Angenehmer Nebeneffekt wäre, dass man mit diesen Bakterien bioplastik und viele weitere Grundstoffe für die chemische Industrie herstellen kann, so das man sich vom Erdöl fast unabhängig machen könnte. Klingt zu gut um wahr zu sein? Die Sache hat natürlich einen Haken. Sogar mehrere. Erstens hat in der Industrie niemand ein Interesse daran einen solchen Game changer zu etablieren. Und die Petrochemie erst recht nicht. Da die Preise für Erdöl viel zu niedrig sind und die CO2-Zertifikate ebenfalls, rechnet sich die Methode leider wirtschaftlich nicht. Und die Politik? Man will das Klimaziel ja erreichen, aber eben nicht auf Kosten der Industrie. Statt dessen wegen Forschungsprojekte finanziert, quasi als Feigenblatt. Die Lösungen für die meisten Probleme heute gibt es bereits. Es fehlt nur der Wille das auch umzusetzen. Zu viele Interessen sind da immer im Spiel.
maxgil 29.05.2018
3. Eigentlich
Ist die Lösung einfach: Ländern wie z.B Tunesien, Marokko usw. Meerwasserentsalzungsanlagen und Solarenergie finanzieren, mit der Auflage, einen Teil der Wassers in Aufforstung zu investieren. Mehrere Fliegen mit einer Klappe: erhöhte Nahrungsmittelproduktion, nachhaltiger Aufschwung, CO2 reduzierung, das überall, Drops gelutscht. Funktioniert, bin Biologe. Gleichzeitig massive Aufforstung bei uns, D war mal komplett Urwald! Das weltweit, alles gut.
geschneider 29.05.2018
4. Terraforming als solches ist sicher eine gute Idee.
Es an sich selbst und dem einzigen eigenen Planeten auszuprobieren ist aber ganz sicher keine. Alle, zweifellos mutigen, Forscher, die sich Selbstversuchen unterzogen haben, haben einen hohen Preis in Kauf genommen und fast immer auch gezahlt. Hartes Durchgreifen beim Klimaschutz ist sicher die bessere Alternative. Auch wenn das bedeutet, dass der Rest der Welt den Mut aufbringen muss auch die Supermacht No1 konsequent in die Pflicht zu nehmen und ggf. komplett vom Rest des Planeten zu isolieren.
etlamu 29.05.2018
5. Das Problem ist, dass diese Verfahren auch unkalkulierte Folgen
haben können! Gerade das Verändern der Atmosphäre finde ich sehr gefährlich, wie es das Ozonloch ja gezeigt hat. Die Folgen dieser Verfahren können gefährlicher sein als die Folgen der Erderwärmung.
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