Geoengineering gegen Klimawandel

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Soll man Technologien nutzen, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen? Angesichts der Erderwärmung wird diese Frage zunehmend drängender. Doch welches Verfahren wäre am besten?

Es wird weltweit wärmer. Im Sommer wurden gleich in mehreren Ländern Europas Rekordtemperaturen gemessen: In Deutschland war es Ende Juli in Lingen 42,6 Grad Celsius heiß, einen Monat zuvor wurden in Frankreich 46,0 Grad erreicht. Hitzerekorde erlebten auch Belgien, die Niederlande, Luxemburg und Großbritannien. Forscher haben kaum Zweifel daran, dass diese Entwicklung auf den Klimawandel zurückgeht - allen internationalen Vereinbarungen zum Trotz.

Im Pariser Übereinkommen von 2015 hatten sich die 197 Staaten darauf verständigt, die Erderwärmung im Vergleich zur vorindustriellen Zeit auf unter zwei Grad Celsius zu begrenzen, möglichst sogar unter 1,5 Grad. Das dürfte schwierig werden: Bislang ist die Temperatur schon um etwa ein Grad gestiegen, und eine Drosselung der Kohlendioxid-Emissionen scheint nicht in Sicht. Um die Erderwärmung einzudämmen, müsste der CO₂-Ausstoß in den kommenden Jahren drastisch sinken.

Die gegenwärtigen Maßnahmen reichen nicht aus

„Gegenwärtige Minderungsbemühungen und bestehende zukünftige Verpflichtungen reichen nicht aus, um die Temperaturziele des Pariser Übereinkommens zu erreichen“, schrieben Forscher um Mark Lawrence vom Institut für transformative Nachhaltigkeitsforschung (IASS) in Potsdam 2018 im Fachblatt „Nature Communications“.

Umso mehr rückt die Alternative in den Blick: das Geoengineering – also Technologien, um Treibhausgase aus der Atmosphäre zu entfernen. Das Team um Lawrence untersuchte diverse Verfahren. Diskutiert werden im Wesentlichen sieben Ansätze:

- Bioenergie mit CO₂-Abscheidung und -Speicherung (BECCS, Bioenergy with Carbon Capture and Storage): Bei dem Verfahren werden Pflanzen angebaut, nach der Ernte wird die Biomasse in Kraftwerken verfeuert. Das freiwerdende CO₂ wird unterirdisch verpresst.

- Kohlenstoff-Erfassung direkt aus der Luft und Einlagerung (DACCS, Direct Air Carbon Capture and Storage): CO₂ wird aus der Luft gefiltert und ebenfalls unterirdisch entsorgt.

- Künstliche Verwitterung: Mineralien wie Olivin, Wollastonit oder Peridotit werden gemahlen und großflächig oberirdisch verteilt, damit ihre Verwitterung der Atmosphäre CO₂ entzieht.

- Biokohle oder Pflanzenkohle: Pflanzenmasse und andere Stoffe werden durch sogenannte Pyrolyse bei hohen Temperaturen aufgespalten. In der Biokohle wird ein großer Teil des Kohlenstoffs stabil gebunden.

- Ackerboden-Management (SCS, Soil Carbon Sequestration): Spezielle Ackerbauformen sollen der Luft CO₂ entziehen und in Pflanzen oder Böden binden.

- Aufforstung: Beim Aufforsten großer Flächen sollen die wachsenden Bäume CO₂ binden.

- Ozeandüngung: Düngung der Ozeane etwa mit Eisen soll das Wachstum von Algen anregen und so dem Wasser Kohlenstoff entziehen.

Alle Verfahren sind mit Problemen verbunden

Alle Verfahren sind mit Problemen verbunden: So ist etwa bei DACCS das Filtern von Kohlendioxid aus der Luft zurzeit teurer als die anderen Verfahren. Sowohl BECCS als auch Biokohle haben einen anderen Nachteil: Die angebauten Energiepflanzen binden zwar CO₂, ihre Kultivierung konkurriert aber mit dem Anbau von Lebensmitteln. Und weil die chemischen Reaktionen zur Herstellung von Biokohle nur bei Temperaturen von maximal 900 Grad Celsius ablaufen, ist der Energiebedarf sehr hoch.

BECCS und DACCS wiederum haben noch eine weitere Schwäche: Sie sind auf eine Lagerung des CO₂ in tiefen Erdschichten angewiesen. Dieser CO₂-Speicherung steht die Bevölkerung in Deutschland sehr skeptisch gegenüber.

Axel Liebscher vom Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) in Potsdam sieht in jüngster Zeit eine Veränderung: „Die CO₂-Speicherung kommt in der Debatte um die Eindämmung des Klimawandels wieder auf die Tagesordnung“, sagt Liebscher, der bis Anfang 2018 den Pilotstandort Ketzin in Brandenburg leitete. Hier, etwa 25 Kilometer westlich von Berlin, wurden zur Erprobung der Speichertechnologie von 2008 bis 2013 insgesamt 67 000 Tonnen CO₂ in eine Tiefe von knapp 650 Metern gepumpt. Die dortige geologische Formation ist von einer gasdichten Tonschicht überlagert. Noch bis 2018 wurde der Speicher überwacht. Die Wissenschaftler stellten zum Abschluss des Projekts kein Leck fest, aus dem CO₂ ausgetreten wäre.

Allerdings seien in Ketzin die Bedingungen für die CO₂-Speicherung in einigen Aspekten von jenen abgewichen, die für eine industrielle Anwendung notwendig wären, sagt Liebscher. An einem Standort müssten voraussichtlich mehrere 100 000 Tonnen CO₂ pro Jahr unter die Erde gebracht werden, unter höherem Druck und mit mehr Verunreinigungen als im Ketziner Pilotprojekt. Außerdem müsste die Einlagerung deutlich tiefer erfolgen, eher in Tiefen ab 900 Metern.

CO₂-Speicherung in Deutschland?

Ein wichtiger Aspekt sei in Ketzin die Einbeziehung der Bürger gewesen, betont Cornelia Schmidt-Hattenberger vom GFZ: „Wir haben jedes Jahr einen Tag der offenen Tür veranstaltet und auf vielen Wegen über das Projekt aufgeklärt.“ Für das Speichervorhaben entstand demnach lokale Akzeptanz. Andere Projekte zur Erforschung der Technologie – etwa durch den Energiekonzern RWE in Schleswig-Holstein, durch Vattenfall in Ostbrandenburg und Gaz de France in Sachsen-Anhalt – waren nach Protesten gestoppt worden.

Sollte die CO₂-Speicherung in Deutschland in Betracht gezogen werden, müsste die Bevölkerung umfassend aufgeklärt werden, sagt die Expertin. Wie jede Technologie sei auch CCS nicht risikofrei, aber die Risiken seien beherrschbar. Schmidt-Hattenberger verweist auf 19 große Projekte weltweit, bei denen CO₂ im Untergrund gespeichert werde. In Europa nutzt Norwegen seit 1996 die Technologie, um das bei der Erdgasaufbereitung anfallende CO₂ im Meeresboden zu lagern. Wegen der weltweiten Erfahrungen sieht Schmidt-Hattenberger die Technologie als ausgereift an.

Dem widerspricht Karsten Smid von Greenpeace: „CCS ist eine Risikotechnologie und als dauerhafte Ablagerung von Müll einzuordnen.“ Er verweist auf die Probleme bei der Lagerung von Atommüll. Solcher Abfall müsse etwa aus der Schachtanlage Asse in Niedersachsen für fünf Milliarden Euro wieder herausgeholt werden. Die Schächte des ehemaligen Salzbergwerks seien nicht so sicher, wie von Wissenschaftlern angegeben.

Die Kräfte der Natur nutzen

Smid sieht die schnelle Verringerung des CO₂-Ausstoßes als entscheidende Maßnahme zur Einhaltung der Klimaziele an. Zudem plädiert er für Verfahren, die die Kräfte der Natur nutzten: Dazu gehöre etwa die Renaturierung von Mooren, die besonders viel CO₂ speichern könnten, oder Aufforstungen mit Mischwald. „Inzwischen ist bekannt, dass Wälder in einem natürlichen Zustand wesentlich mehr CO₂ speichern als lange angenommen“, sagt Smid.

Das Potenzial dieses Ansatzes zeigte im Juli eine Studie der ETH Zürich im Magazin „Science“. Demnach könnten großflächige Aufforstungen zwei Drittel der jemals vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen aus der Atmosphäre entfernen. Benötigt würden dafür rund 900 Millionen Hektar, was etwa der Größe der USA entspricht. Das größte Potenzial für solche Aufforstungen sehen die Forscher in Kanada, Australien, China, Russland, USA und Brasilien.

Sabine Fuss vom Berliner Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) sieht die Studie skeptisch: Die Berechnungen seien zu optimistisch, eine Bestätigung durch andere Wissenschaftler stehe aus. Ohnehin sei nicht Aufforstung der beste Ansatz gegen den Klimawandel sondern die Vermeidung von Emissionen, betont sie und stimmt damit mit dem Greenpeace-Experten Smid überein. Doch anders als Smid setzt die Klimaforscherin auch auf Technologien zur Entfernung von CO₂ aus der Atmosphäre.

Verfahren zur Entfernung von CO₂ haben einen hohen Energiebedarf

Viele Aspekte der Verfahren seien zwar durchaus problematisch: bei BECCS der große Landverbrauch für Energiepflanzen, bei DACCS der hohe Energiebedarf, bei der künstlichen Verwitterung das „Zermahlen ganzer Berge“. Dennoch sei das Potenzial der Verfahren nicht von der Hand zu weisen, sagt sie. Lediglich die Ozeandüngung nimmt sie aus: Deren Nachhaltigkeit sei nicht belegt. Das Einbringen von Nährstoffen in Ozeane, um das Wachstum von Algen und in der Folge anderer Meeresbewohner anzuregen, sei sehr umstritten, wegen unabsehbarer Konsequenzen für die Ökosysteme.

Als etablierte Methode wertet Fuss dagegen das Ackerboden-Management (SCS), bei dem etwa auf das Tiefpflügen verzichtet wird. Auch die Verwendung von Kompost und Jauche bringe mehr CO₂ in den Boden, ebenso wie ein Zwischenfruchtanbau, bei dem Teile tiefwurzelnder Pflanzen nach dem Umpflügen in der Erde bleiben.

„Der Schlüssel für eine wirkungsvolle Reduzierung des CO₂-Gehalts der Luft liegt in einem guten Mix aller diskutierten Technologien“, betont Fuss. Man müsse genau prüfen, welches Verfahren wo gut funktioniere, und Maßnahmen kombinieren. Doch noch seien die Verfahren nicht wirtschaftlich. Eine CO₂-Steuer könne helfen, dass es sich lohne, in die Technologien zu investieren, meint Fuss. Als eine Leitautorin des 2018 erschienenen Sonderberichts des Weltklimarats (IPCC) zum 1,5-Grad-Ziel weiß sie: „Wenn die globale Erwärmung mit der aktuellen Geschwindigkeit weiter zunimmt, erreicht sie 1,5 Grad Celsius wahrscheinlich zwischen 2030 und 2052.“

Das Team um Lawrence blickt mit Skepsis in die Zukunft: Auf Basis des derzeitigen Wissens dürfe man sich nicht darauf verlassen, dass Geoengineering deutliche Beiträge leiste. „Selbst wenn solche Verfahren jemals aktiv verfolgt würden und im globalen Maßstab funktionierten, wäre es sehr unwahrscheinlich, dass sie vor der zweiten Hälfte des Jahrhunderts umgesetzt werden.“ Das, so schließen Lawrence und Kollegen in „Nature Communications“, sei wahrscheinlich zu spät, um selbst das 2-Grad-Ziel zu erreichen. Wolle man die Vorgabe schaffen, gehe an einer baldigen Senkung der Emissionen wohl kein Weg vorbei.

Originalpublikation:

Mark G. Lawrence, Stefan Schäfer, Helene Muri, Vivian Scott, Andreas Oschlies, Naomi E. Vaughan, Olivier Boucher, Hauke Schmidt, Jim Haywood & Jürgen Scheffran Evaluating climate geoengineering proposals in the context of the Paris Agreement temperature goals, Nature Communications volume 9, Article number: 3734 (2018).

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