Konzepte zur CO2-Reduktion Technik for Future

Die Klimaziele sind nur zu erreichen, wenn wir der Atmosphäre aktiv CO2 entziehen. Doch die dafür nötigen Technologien sind oft unausgereift, teuer und bergen Risiken. Was kann helfen, und was ist Unsinn? Der Überblick.
CO2-Verpressung in Island: Weltweit erste Anlage ihrer Art

CO2-Verpressung in Island: Weltweit erste Anlage ihrer Art

Foto: Christian Science Monitor/ Getty Images

Das Material, mit dem die Weltrettung gelingen soll, ist unscheinbar. Gräulich ist das Basaltgestein und porös. Doch bricht man den Brocken auf, verraten die weißen Ablagerung in seinem Inneren, was ihn so besonders macht: Carbonate, Salze aus Mineralien und Kohlendioxid. Versteinertes CO2.

CarbFix2 heißt das Gemeinschaftsprojekt des Schweizer Unternehmens Climeworks, des Versorgers Reykjavik Energy und der Universität Island. Die Anlage steht auf der isländischen Hochebene Hellisheiði und ist die weltweit einzige ihrer Art. Sie filtert Kohlendioxid aus der Umgebungsluft, vermengt es mit Wasser - und pumpt das Gemisch in Hunderte Meter Tiefe. Am Ende ist das CO2 im Gestein fixiert, hoffentlich für die Ewigkeit.

CO2-Filter der Firma Climeworks

CO2-Filter der Firma Climeworks

Foto: Climeworks

Die Anlage verschlingt viel Energie, das Verfahren ist aufwendig, kostspielig und bringt bislang nur ein paar Dutzend Tonnen CO2 unter die Erde. Aber in den nächsten Monaten will das von zwei deutschen Ingenieuren gegründete Start-up eine neue, viel größere Anlage errichten. Bis zu 3000 Tonnen CO2 soll sie jährlich aus der Luft saugen und einlagern.

Basaltgestein zur CO2-Lagerung

Basaltgestein zur CO2-Lagerung

Foto: JACKIE JOHNSTON/ AP

Auch das ist bloß ein Bruchteil der weltweiten jährlichen CO2-Emissionen von rund 37 Milliarden Tonnen. Dennoch setzen Experten große Hoffnungen in derlei Maschinen. Denn ohne neue Technologien, die der Atmosphäre CO2 entziehen, wird es fast unmöglich, die Klimaziele zu erreichen.

Alle Jahre wieder, meist vor Weihnachten, ist Weltklimakonferenz. Nummer 25 finde gerade in Madrid statt. Und alle Jahre wieder, meist vor der Weltklimakonferenz, veröffentlicht das Uno-Umweltprogramm den "Emissions Gap Report". Hier vergleichen die Experten Anspruch und Wirklichkeit der Klimapolitik: wie stark der weltweite Treibhausgasausstoß eigentlich sinken müsste, um die Erwärmung in einem halbwegs kontrollierbaren Rahmen zu halten. Und wie stark er stattdessen gestiegen ist.

Dieses Jahr liest sich der Bericht noch düsterer als üblich. Ihm zufolge hat der Ausstoß von Klimagasen wieder ein Rekordniveau erreicht (mehr zu den Ursachen lesen Sie hier). "Die Länder haben kollektiv versagt, den Anstieg der globalen Treibhausgasemissionen zu stoppen", schreiben die Autoren. Dies bedeute, "dass jetzt stärkere und schnellere Senkungen gefordert sind."

Für das Ziel, die mittlere Erhitzung auf 1,5 Grad einzudämmen, müssten bis 2030 laut Bericht im Schnitt 7,6 Prozent Kohlendioxidausstoß eingespart werden - nicht insgesamt, sondern Jahr für Jahr. Tatsächlich aber werden die weltweiten Emissionen bis mindestens 2030 weiter steigen - selbst dann, wenn alle Staaten alle ihre Versprechungen einhalten, die sie im Pariser Klimaabkommen gemacht haben.

Und so schmilzt sie immer wieder dahin: die Menge an Treibhausgasen, welche die Menschheit noch emittieren darf. Um das Zwei-Grad-Ziel zu erreichen, dürfen laut dem Berliner Klimaforschungsinstitut MCC nur noch 1100 Milliarden Tonnen CO2 und andere Gase ausgestoßen werden; beim derzeitigen Niveau ist die Marke in 26 Jahren erreicht. Für das 1,5-Grad-Ziel reicht das Budget nur noch gut acht Jahre. Danach muss die Welt treibhausgasneutral leben: weder durch Landwirtschaft, noch durch industrielle Prozesse wie die Zement- oder Stahlherstellung (mehr über den heimlichen Klimakiller Zement lesen Sie hier ) dürften noch Klimagase in die Luft abgegeben werden.

Der einzige Ausweg aus dem Dilemma sind negative Emissionen. Das heißt: Der Weltgemeinschaft gelingt es, beim Klimawandel den Rückwärtsgang einzulegen und der Atmosphäre Treibhausgase zu entziehen.

Sabine Fuss, Wissenschaftlerin des MCC und Professorin an der Berliner Humboldt-Universität, war Leitautorin für den Sonderbericht des Weltklimarates zur 1,5-Grad-Grenze. "Wir haben kein einziges Szenario gefunden, die Erwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzen, ohne CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen", sagt Fuss dem SPIEGEL. Und um wenigstens das Zwei-Grad-Ziel zu erreichen, "müsste es nun eine abrupte Kehrtwende und deutliche Veränderungen unseres Lebensstils geben. Je länger wir damit warten, desto abhängiger machen wir uns von CO2-Entnahmetechnologien."

Oliver Geden ist noch eindeutiger. "Wir werden das verbleibende CO2-Budget überziehen: für 1,5 Grad und später wohl auch für 2 Grad. Und danach werden wir immer noch Treibhausgase emittieren", prognostiziert der Experte der Stiftung Wissenschaft und Politik. "Dann gibt es nur einen Weg, die Klimaziele zu erreichen: das CO2 wieder herauszuholen."

Aber wie? Wir stellen die meistdiskutierten Ansätze vor:

  • Aufforsten: Das Anpflanzen von Bäumen ist ein bekanntes und vergleichsweise "natürliches" Mittel, um der Luft CO2 zu entziehen. Gerade in ihren Wachstumsjahren absorbieren Bäume viel Kohlendioxid durch Fotosynthese. Zudem sind die neu gepflanzten Wälder mehr als nur CO2-Senken. Sie können ein natürlicher Lebensraum für Tiere und andere Pflanzen sein, Schatten spenden, Erosion verhindern und die Luft von Schadstoffen reinigen.
    Andererseits benötigen die Wälder dauerhaft viel Land - das weltweit immer knapper wird, nicht nur in Deutschland. Im Alter nehmen die Bäume oft nicht mehr so viel CO2 auf. Und wenn sie dann eines Tages als Holz verbrannt werden oder verrotten, werden große Mengen CO2 wieder freigesetzt (Mehr über das fragwürdige Geschäft mit "Waldprojekten" zur CO2-Kompensation lesen Sie hier).

  • Bioenergie produzieren, CO2 unter die Erde leiten: BECCS steht für "Bio Energy with Carbon Capture and Sequestration", also Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung. Bei diesem Verfahren wird Biomasse in Kraftwerken zu Strom verfeuert oder in Fabriken zu Treibstoffen umgewandelt. Das bei der Verbrennung oder Gärung entstehende Kohlendioxid wird abgeschieden und unter die Erde geleitet. Die Menschen können die Energie nutzen. Und weil die Pflanzen zuvor der Umwelt CO2 entnommen haben, ist die Treibhausgasbilanz negativ.
    Allerdings brauchen die Pflanzen enorme Mengen Ackerland. Um etwa eine Einsparung von 3,3 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr zu erreichen, müssten nach Berechnungen der Klimainitiative "Carbon Sequestration Leadership Forum (CSLF) auf einer Fläche von drei bis sieben Millionen Quadratkilometern Energiepflanzen angebaut werden. Das entspricht mindestens der Größe Indiens oder einem Fünftel der heute weltweit als Ackerland genutzten Böden. Und es bedroht die Nahrungsversorgung von Hunderten Millionen Menschen. Enorm wären auch der Wasser- und Düngemittelverbrauch. Vor allem aber sind riesige unterirdische CO2-Lagerstätten politisch schwer durchsetzbar. Der Widerstand ist groß - besonders in Deutschland. Hier hat der Bundesrat schon vor Jahren verhindert, die unterirdische Speicherung in größerem Maßstab zu testen.

  • CO2-Filter aufstellen: Das Start-up Climeworks hat Kollektoren entwickelt, die Umgebungsluft aufsaugen und das CO2 herausfiltern. Dabei strömt Luft durch einen Zellulosefilter, der getränkt ist mit Aminen. Diese chemischen Stoffe binden das CO2 im Filter. "Man kann die Maschinen theoretisch an jedem beliebigen Punkt der Erde aufstellen", sagt Forscher Geden. Verglichen mit Bäumen holen sie pro Quadratmeter besetzter Fläche mehr CO2 aus der Luft.
    Allerdings benötigen diese Maschinen große Mengen Energie. Zurzeit ist es noch extrem teuer, auf diese Weise die Atmosphäre zu reinigen: mindestens 500 Euro pro Tonne CO2. Zudem bräuchte man sehr, sehr viele Kollektoren: Einer schafft im Jahr um die 50 Tonnen CO2 - bei einem weltweiten Ausstoß von 37 Milliarden Tonnen. Und: wohin mit dem Gas? Lagert man es unterirdisch, sind Konflikte über die CO2-Speicher programmiert. Gewinnt man synthetischen Treibstoff daraus, gelangt das Klimagas wieder in die Atmosphäre. Und Versteinern? Ist noch teurer und nur an bestimmten Orten möglich.

  • Mineralienpulver verstreuen: Wenn manche Gesteine wie etwa Basalt oder Dunit verwittern, binden sie dabei CO2. Forscher wollen diesen Verwitterungsprozess künstlich beschleunigen. Dazu müsste das Gestein klein gemahlen und das Pulver möglichst weiträumig ausgestreut werden, etwa auf Äckern. Das Potenzial ist beachtlich. Laut einer gemeinsamen Studie des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung und der Universität Hamburg könnten theoretisch allein mit Basaltgestein pro Jahr an die fünf Milliarden Tonnen Kohlendioxid gebunden werden. Das wäre knapp ein Achtel des heutigen globalen CO2-Ausstoßes.
    Praktisch sind solche Dimensionen kaum realisierbar. Um auch nur eine Milliarde Tonnen CO2 zu binden, müsste mehr als die dreifache der aktuellen Menge Basalt gefördert, unter massivem Energieeinsatz zermahlen und schließlich rund um die Welt transportiert und ausgestreut werden. Diese Menge entspricht fast der Hälfte der globalen Kohleförderung. "In Anbetracht der Kosten und der Masse an Gestein, die bewegt werden müssten, wird [die beschleunigte Verwitterung] wohl nur einen überschaubaren zusätzlichen Betrag leisten können", schreiben die Forscher.

  • Säen ohne Pflügen: Verzichten Bauern im großen Stil auf das Umpflügen ihrer Felder und ritzen stattdessen den Ackerboden beim Ansäen nur an, können sie die Klimabilanz der Landwirtschaft verbessern. Denn so kann sich Humus in der obersten Bodenschicht anreichern und mehr Kohlenstoff speichern. Obendrein wird weniger Kraftstoff durch Traktorfahrten verbraucht, auch das Bodenerosions-Risiko sinkt.
    Doch die Direktsaat allein wird nicht das Klima retten. Laut einer Studie der europäischen Vereinigung für konservierende Landwirtschaft ließen sich mit ihr europaweit pro Jahr 200 Millionen Tonnen CO2 im Boden festhalten. Das entspricht nicht einmal fünf Prozent der EU-Emissionen. Völlig ungeklärt ist die Frage, wie man Millionen Bauern dazu bringen soll, aufs Pflügen zu verzichten. Zumal die direkt gesäten Pflanzen oft mehr Dünger und Unkrautvertilgungsmittel brauchen als auf einem gepflügten Boden.

  • Algen düngen: Winzige Algen, das sogenannte Phytoplankton, wandeln im Meer enorme Mengen von Kohlendioxid in Sauerstoff um. Wenn man diese winzigen Lebewesen in bestimmten Regionen mit Eisensulfat-Partikeln düngt, kann dies ihr Wachstum anregen - so lautet die Theorie. Da diese Algen und ihre Abbauprodukte nach dem Absterben größtenteils in die Tiefe sinken, würde der in ihnen gebundene Kohlenstoff auch nicht so schnell in die Atmosphäre gelangen. Allerdings konnten Experimente bisher nicht eindeutig nachweisen, dass die Düngung die CO2-Speicherung im Ozean nachhaltig deutlich verstärkt. Zudem sind die Auswirkungen auf die Ökosysteme schwer vorherzusagen.

Manche dieser Technologien sind noch am Anfang ihrer Erforschung, viele sind teuer - und alle werden an Grenzen stoßen, sollten sie im großen Stil eingesetzt werden.

"Es ist ein Irrglaube, dass wir mit einer einzigen Technologie jährlich CO2 im zweistelligen Milliardenbereich aus der Atmosphäre holen werden", sagt Fuss. "Wir müssen ein Portfolio von Maßnahmen einsetzen." Aber auch alle Entnahmetechnologien zusammen werden Fuss zufolge nicht ausreichen - falls die Menschheit ihren CO2-Fußabruck nicht bald und deutlich senkt.