Erderwärmung Sechs Notoperationen fürs Weltklima
Soll jemand, der aus Versehen eine Fliege verschluckt hat, gleich noch eine Spinne hinterher schlucken, die dann die Fliege vertilgt? Ronald Prinn bemüht gern markige Vergleiche, wenn es um Erderwärmung und Geoengineering geht, also gezielte Eingriffe in Atmosphäre oder Ozeane. Der Direktor des Center for Global Change Science am Massachusetts Institute of Technology (MIT) betrachtet Geoengineering mit einer gewissen Skepsis.
Grundsätzlich existieren zwei verschiedene Konzepte: Entweder man verringert die auf der Erde absorbierte Sonneneinstrahlung, etwa mit großen Spiegeln im All, Schwefelpartikeln oder mehr weißen Wolken. Oder aber CO2 wird in großen Mengen aus der Atmosphäre geholt und im Meer oder unterirdischen Speichern versenkt. Der in beiden Fällen erwünschte Effekt: Es wird kühler auf der Erde, die gefürchtete Erderwärmung bleibt aus oder wird verlangsamt.
Wie kontrovers das Thema selbst unter Wissenschaftlern diskutiert wird, zeigte sich vergangene Woche auch auf dem Jahrestreffen der European Geosciences Union ( EGU ) in Wien. Einige Forscher warnten vor gefährlichen Experimenten mit ungewissem Ausgang, andere fragten pragmatisch: "Warum eigentlich nicht?". Mancher Politiker oder Manager hält Geoengineering sogar für die geniale Lösung eines Problems, das er ansonsten lieber negiert. Vor allem in den USA, wo die derzeitige Regierung Bush eine CO2-Reduzierung bislang ablehnt, kommt Geoengineering besonders gut an.
Freibrief für ein "weiter so"?
Wenn Wissenschaftler aber Chancen und Risiken seriös beurteilen wollen, stehen sie vor einem derzeit kaum lösbaren Problem: "Wir können die Auswirkungen von Geoengineering nicht genauer berechnen als die Konsequenzen des CO2-Anstiegs", sagt MIT-Forscher Prinn. In der Tat sind viele Fragen zum Klimawandel noch offen. Wie stark steigt der Meeresspiegel wirklich? Wie schnell schmelzen die Gletscher? Ist es angesichts dieser Unsicherheiten eine gute Idee, etwa zwecks Kühlung tonnenweise Schwefel in die Stratosphäre zu pusten, wie es der Nobelpreisträger Paul Crutzen vorgeschlagen hat?
Argumente gegen weitreichende Eingriffe ins Klima gibt es zuhauf: "Geoengineering könnte wie eine Aufforderung zu riskantem Verhalten wirken, also noch mehr CO2 zur Folge haben", meint Ken Caldeira von der Carnegie Institution of Washington in Stanford. "Am Ende landen wir bei viel CO2 und viel Geoengineering. Es verringert die Motivation, den CO2-Ausstoß zu verringern." Der Forscher warnt zudem vor Konflikten zwischen weniger und stärker von den Eingriffen betroffenen Regionen: "Es wird Gewinner und Verlierer geben, das könnte Kriege zur Folge haben."
Das Riskante am Geoengineering ist zudem, dass es wie eine Droge wirkt. Einmal damit angefangen, könnte es sein, dass die Menschheit kaum wieder davon loskommt. "Wenn man es stoppt, gehen die Temperaturen sofort nach oben", sagt Oliver Wingenter vom New Mexico Institute of Mining and Technology in Socorro. "Das Problem ist das Kohlendioxid."
Trotzdem hält der Forscher, der sich intensiv mit der Düngung der Ozeane beschäftigt hat, Geoengineering für eine bedenkenswerte Option. Die Eingriffe könnten der Menschheit für 10 oder 20 Jahre helfen, den Klimawandel zu bremsen, sagt Wingenter im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Es wäre allerdings töricht, Geoengineering ohne CO2-Reduktion zu machen."
Auch sein Kollege Caldeira von der Carnegie Institution of Washington will das Ganze zumindest für den Notfall nicht ausschließen: "Nehmen wir an, die Menschheit folgt den Empfehlungen des Weltklimarats IPCC, doch die Veränderungen sind trotzdem dramatisch. Dann könnte Geoengineering interessant werden."
Wingenter beklagt, dass manche Kollegen vor allem beweisen wollten, dass bestimmte Techniken - etwa das Ausbringen von Schwefel in die Stratosphäre - nicht funktionierten oder gewaltige Nebenwirkungen hätten. So warnt ein internationales Forscherteam in der aktuellen Ausgabe des Magazins "Science" vor den Schäden an der Ozonschicht, die kühlende Sulfate in der Atmosphäre anrichten könnten. Vor allem an den Polen würde die vor UV-Strahlung schützende Schicht beschädigt, ergaben die Simulationen.
"Wir wissen, dass Sulfat die Ozonschicht zerstören kann", sagt Wingenter. "Aber warum probieren wir nicht etwas anderes aus?" Er ist sich mit vielen Kollegen einig, dass mögliche Eingriffe zum Abmildern der Erderwärmung genau studiert werden sollten - aber eben ohne ideologische Scheuklappen. "Wir müssen Geoengineering untersuchen, bevor wir völlig die Hoffnung verlieren", sagt er. Ähnlich äußert sich der Atmosphärenforscher Rolf Müller vom Forschungszentrum Jülich, der gerade in "Science" vor den Risiken des Einsatzes von Schwefel warnt. "Die möglichen Auswirkungen von Geoengineering auf Ozonschicht und Klima müssen viel besser erforscht werden", meint Müller. "Wir stehen hier erst am Anfang."
Arbeit für die nächsten Jahre haben die Wissenschaftler auf jeden Fall genug. An teils verrückt erscheinenden Ideen zur Rettung des Weltklimas mangelt es nicht:
Schwefelbomben in der Stratosphäre
Der Nobelpreisträger Paul Crutzen hat im Jahr 2006 eine Art Giftkur fürs Weltklima vorgeschlagen: Die Erde soll eine Sonnenbrille bekommen. Feinste Schwefelpartikel, ausgebracht in 10 bis 50 Kilometer Höhe, sollen das Sonnenlicht dämpfen. Um ein paar Prozent nur, aber das würde reichen, damit die Temperatur auf der Erde bis zum Ende des Jahrhunderts nur um zwei bis zweieinhalb Grad ansteigt - und nicht um vier Grad oder mehr, wie der Weltklimarat IPCC prognostiziert, falls die Menschheit ihren CO2-Ausstoß nicht drastisch reduziert.
Crutzens Plan hat den Charme, dass er den Kampf gegen den Klimawandel erstaunlich billig machen würde: "Drei Gramm Schwefel in der Stratosphäre wiegen eine Tonne CO2 auf", sagt David Keith von der University of Calgary in Kanada. "Niemand muss sein Verhalten ändern, im Vergleich zu CO2-Reduktion erscheint Geoengineering billig", ergänzt Ken Caldeira von der Carnegie Institution of Washington, der die Gesamtkosten mit Hunderten Millionen bis einigen Milliarden Dollar beziffert. "Das ist natürlich verlockend." Das große Problem sei jedoch die Übersäuerung der Meere, die eintrete, wenn der CO2-Gehalt der Atmosphäre weiter steige. Folge: Die Korallenriffe verschwinden, das Ökosystem Meer verändert sich dramatisch.
Bei seinen Simulationen über die Auswirkungen der Stratosphären-Schwefelung stützt sich Crutzen auch auf ein Naturereignis: den Ausbruch des Vulkans Pinatubo 1991 auf den Philippinen. Mehr als 20 Kilometer hoch wurde damals die Aschewolke geschleudert. Schwefeldioxide oxidierten zu genau jenen kleinen Schwefelsäure-Tröpfchen, die Crutzen nutzen will. 20 Millionen Tonnen Material verteilten sich in der Stratosphäre und verdunkelten - ein ganz kleines bisschen - den Himmel. Die Temperatur sank weltweit um 0,5 Grad.
Die deutlichste Nebenwirkung damals: Die Ozonschicht schrumpfte schneller. "Ich sage ja gar nicht, dass ich all das durchführen will", sagte Crutzen dem SPIEGEL. "Es wäre sogar ein hässliches Experiment. Aber vielleicht wird es eines Tages nötig."
Vor einer Schädigung an der Ozonschicht warnen jetzt auch der Jülicher Forscher Rolf Müller und seine Kollegen, die künstliche Sulfateinträge in die Atmosphäre simuliert haben - ebenfalls mit Hilfe der Daten vom Pinatubo-Ausbruch. Das Ergebnis: Durch die Sulfatpartikel wird stratosphärisches Chlor chemisch so verändert, dass es eine rapide Ozonzerstörung verursacht. So könnten zwischen einem Drittel und der Hälfte der Ozonschicht über der Arktis zerstört werden, schreiben sie im Magazin "Science".
Gigantisches Sonnensegel im Weltall
Tonnenweise Schwefel in die Stratosphäre zu bringen, ist nicht der einzige Weg, um die wärmende Wirkung der Sonne zu verkleinern. Noch futuristischer erscheint das Vorhaben, einen gigantischen Spiegel im Weltall zwischen Sonne und Erde zu positionieren, der wie ein Sonnenschirm wirkt. 1992 wurden die Kosten für ein solches Projekt grob geschätzt: Man kam auf über 100 Milliarden Dollar, um die Sonnenstrahlung um ein Prozent zu verringern.
Der Spiegel müsste in etwa die Größe Manhattans haben, ergaben die Berechnungen eines Forscherteams um Lowell Wood vom Lawrence Livermore National Laboratory nahe San Francisco. Von der Erde aus wäre der Spiegel praktisch nicht erkennbar, höchstens als kleiner dunkler Fleck auf der Sonne.
Der Astronom Roger Angel von der University of Arizona hat Woods Idee weiterentwickelt. Er und sein Team schlagen einen 100.000 Kilometer langen Schweif aus 16 Billionen Scheibchen vor, der im All schwebt. Jedes Scheibchen soll aus transparentem Kunststoff bestehen, 60 Zentimeter groß und nur ein Gramm schwer sein. Der Effekt: Die Sonneneinstrahlung würde um 1,8 Prozent sinken.
Für die Idee eines wie auch immer aufgebauten Sonnenschirms im All spricht, dass er keine chemischen Eingriffe in die Atmosphäre erfordert, deren Folgen schwer abzusehen sind. Theoretisch ließe sich der kosmische Sonnenschutz auch wieder abbauen. Allerdings sind Klimaexperten skeptisch, ob die Idee praktikabel ist: "Man benötigt eine riesige Menge kleiner Reflektoren", sagt Ken Caldeira von der Carnegie Institution of Washington. "Da ist es einfacher, die Energiewirtschaft auf der Erde umzubauen."
Wolken mit zerstäubtem Meerwasser weißer machen
Die Erde weißer machen, damit sie mehr Sonnenstrahlung reflektiert - das ist das Konzept des US-Atmosphärenphysikers John Latham und seines britischen Kollegen Stephen Salter von der University of Edinburgh. Sie wollen mit künstlich über dem Meer verstärkten Wolken die sogenannte Albedo vergrößern, das Rückstrahlungsvermögen der Erde.
1990 stellte Latham seine Idee erstmals vor, anfangs hielt man sie schlicht für verrückt. Der Forscher will die Zahl der Wassertropfen in Stratocumulus-Wolken um zehn Prozent erhöhen, und diese so weißer machen. Latham und Salter schlagen vor, Tausende autonom agierende Spezialschiffe auf den Meeren zu verteilen, die Meerwasser mit feinen Düsen versprühen. Die kleinen Salzwassertröpfchen sollen dann als Kondensationskeime dienen.
Die Schiffe wären mit 20 Meter hohen Türmen bestückt, sogenannten Flettner-Rotoren, die vom Wind angetrieben werden. Auf dem EGU-Jahrestreffen in Wien hat Salter eine effizientere Technik zum Zerstäuben des Meerwassers vorgestellt. "Das könnte vielleicht funktionieren", sagt Oliver Wingenter vom New Mexico Institute of Mining and Technology in Socorro im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Ein Problem sei allerdings, dass kühlere Ozeane auch weniger Regen zur Folge hätten.
Düngung der Meere
Algen als Klimaretter - das klingt nach einer guten Idee. Seit Wissenschaftler wissen, dass Eisensulfat Plankton dazu bringt, deutlich mehr CO2 zu binden als normalerweise, gilt die Düngung der Ozeane als vielversprechendes Klimaschutzprojekt. Mehrere Forscherteams, darunter auch vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven, haben die Methode näher untersucht. Das Ergebnis: Es könnte zumindest prinzipiell funktionieren, hat aber einige, teils nicht kalkulierbare Risiken.
Damit die Düngung der Meere tatsächlich klappt, muss das Phytoplankton nach dem Absterben zum Meeresboden sinken - und möglichst lange dort verbleiben. Forscher halten das massenweise Verschütten von Eisen in die Ozeane allerdings auch für ein riskantes Experiment: Es könnte marine Ökosysteme radikal verändern.
Phytoplankton wird von Zooplankton gefressen, also tierischen Kleinstlebewesen. Die wiederum dienen größeren Tieren bis hin zu Walen als Nahrung. Ein Eingriff in das unterste Ende der globalen Nahrungskette könnte unvorhersehbare Folgen haben, warnte AWI-Forscher Ulrich Bathmann im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.
Viele Klimaforscher sehen die Meerdüngung mittlerweile eher mit Skepsis. "Sie wird wohl nicht funktionieren. Man kriegt wahrscheinlich nicht genügend CO2 aus der Luft", sagt US-Forscher Wingenter. Bei künstlichen Düngungsversuchen landeten 80 bis 95 Prozent des Eisens auf dem Meeresboden statt in den CO2-konsumierenden Organismen. Carnegie-Forscher Caldeira bezeichnet das Verfahren deshalb auch als "Müllverklappung".
Das US-Unternehmen Planktos, das mit dem Versenken von Eisen im Meer sogar Geld verdienen wollte, hat seine Aktivitäten nach einem öffentlichkeitswirksamen Start inzwischen einstellen müssen. Planktos wollte mit dem Verkauf von CO2-Zertifikaten Geld verdienen - doch dann gingen dem Unternehmen die Mittel aus.
Kohlendioxid aus der Luft holen
Zu viel CO2 in der Luft? Warum holt man es nicht einfach wieder heraus? Diese Frage haben sich auch Forscher wie Elmar Kriegler vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung gestellt, der derzeit an der Carnegie Mellon University forscht. Kriegler will das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Luft abscheiden - mit ähnlichen Verfahren, die bei der CO2-Sequestrierung in Kohlekraftwerken geplant sind.
Technisch sei das machbar, sagt Kriegler im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Die dafür notwendigen Anlagen würden aussehen wie Kühltürme herkömmlicher Kraftwerke und Natriumhydroxid zum Abscheiden des Kohlendioxids nutzen. "Man könnte die CO2-Auffangtürme dorthin bauen, wo man das Kohlendioxid auch unterirdisch speichert. Lange Pipelines, die man bei Kohlekraftwerken braucht, wären überflüssig."
Kriegler hat gemeinsam mit seinem Kollegen Joshuah Stolaroff die Wirtschaftlichkeit und die Auswirkungen verschiedener CO2-Sequestrierungstechniken untersucht. "Nach unseren Berechnungen müssen die Kosten unter 100 Dollar pro Tonne CO2 liegen, damit die Abscheidung aus der Luft eine interessante Option wird", sagt er. Die CO2-Abscheidung direkt im Kraftwerk bleibt jedoch vom Volumen her in den Simulationen die dominierende - wegen der deutlich geringeren Kosten von nur rund 20 bis 30 Dollar pro Tonne CO2.
Der Charme einer CO2-Abscheidung aus normaler Luft liegt auf der Hand: Sie könnte genutzt werden, um die Kohlendioxidkonzentration der Atmosphäre zu senken - das gelingt beim Auffangen in Kraftwerken nicht. "Von der Technik ist es durchaus möglich, das CO2-Niveau von derzeit 380 auf vorindustrielles Niveau von 280 Teilen pro Million zu bringen", sagt Kriegler. "Aber die Kosten wären enorm."
Ein ppm (part per million) CO2 in der Atmosphäre entspricht einer Gesamtmenge von rund acht Milliarden Tonnen Kohlendioxid. "Eine Entnahme von 100 ppm würde das Einfangen und Verpressen von 800 Milliarden Tonnen CO2 erfordern", erklärt Kriegler. Bei den gegenwärtigen Kostenschätzungen von 140 bis 220 Dollar je Tonne käme man auf Gesamtkosten von 100 bis 170 Billionen Dollar. "Selbst wenn Sie das Projekt über 50 Jahre strecken, ist das eine gewaltige Investition, die den daraus zu gewinnenden Nutzen bei weitem übersteigt", meint Kriegler. Auch der notwendige Energie- und Sequestrierungsaufwand sei beträchtlich.
Der Wert der CO2-Abscheidung aus der Luft liegt laut Kriegler weniger in der theoretischen Möglichkeit, die CO2 Konzentration auf den vorindustriellen Wert zu senken, sondern mehr darin, in den Kohlenstoffkreislauf eingreifen zu können, wenn ein Klimaschutzziel mit konventionellen Maßnahmen nicht mehr zu erreichen ist. So gesehen ist die Technik ein echter, aber eben auch besonders teurer Notnagel.
Bäume anpflanzen und verbrennen, CO2 auffangen
Man könnte das Treibhausgas Kohlendioxid mit teurer Technik und viel Aufwand aus der Luft holen - oder aber die Natur den Job erledigen lassen.
Das Konzept ist relativ simpel: Bäume werden immer wieder aufs Neue angepflanzt, gefällt und verbrannt. Das beim Verfeuern entstehende CO2 müsste aufgefangen und unterirdisch gespeichert werden, damit es dauerhaft aus der Atmosphäre verschwindet. Diese Geoengineering-Variante würde zudem nicht nur die CO2-Konzentration senken, sondern nebenbei auch Energie produzieren. Klimaforscher Oliver Wingenter hält das Ganze für eine "fantastische Idee".
Freilich gibt es auch beim gezielten Holzverbrennen Probleme. So könnten neu angepflanzte Wälder auf der Nordhalbkugel die Erdoberfläche zusätzlich verdunkeln. Folge: Es wird mehr Wärmestrahlung der Sonne absorbiert, die Temperaturen steigen. Zudem muss die CO2-Sequestrierung funktionieren, doch derzeit gibt es nur kleinere Pilotanlagen.
