Aus der Luft gegriffen – Klima ohne Treibhausgas

Der Artikel erschien unter dem Titel Die Erde muss abkühlen in der Sektion Wissen im Magazin am Wochenende der Nürnberger Nachrichten vom 12./13. Dezember.

Einer aktuellen Prognose von Greenpeace zufolge wird die Menschheit ihren Energiebedarf 2050 komplett aus erneuerbaren Quellen decken können. Doch selbst wenn das gelänge, würde der Treibhauseffekt davon allein nicht beseitigt. Dazu müsste unter anderem der Anteil an CO2 in der Atmosphäre zurückgehen.

Drei graue Gebilde aus Rohrschleifen und Armaturen ragen aus Gitterrosten im Asphalt. Die Einspeisungsanlage ist weiträumig mit Maschendraht eingezäunt und man darf sie nur mit Schutzhelm betreten. Das Bergrecht lasse es nicht anders zu, erklärt Fabian Möller, leitender Betriebsingenieur vor Ort. In Ketzin im Bundesland Brandenburg untersucht das Geoforschungszentrum Potsdam das Verhalten von unterirdisch gespeichertem Kohlendioxid.

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Anlage Ketzin: Eine Injektionsbohrung und vier Bohrungen für die Dauerkontrolle, Schema © GFZ Potsdam

Das Gas, das unter anderem beim Verbrennen von Kohle und Erdgas entsteht, hält die Wärme in der Atmosphäre und lässt die Ozeane versauern. Gletscher in Grönland und Antarktika schmelzen und der Meeresspiegel steigt. Das Klima wird extremer, es gibt mehr Dürren und Fluten und öfter als früher heftige Stürme. Das Industriezeitalter hat Prozesse in Gang gesetzt, die sich auch nicht automatisch umkehren, wenn die Menschheit ihren Energiebedarf eines Tages komplett aus regenerativen Quellen deckt. Die Natur allein kann das frühere Gleichgewicht nicht mehr herstellen.

Deshalb argumentiert James Lovelock, britischer Pionier der Erdsystemwissenschaft, die Menschheit komme nicht um den Einsatz sogenannter Geoengineering-Verfahren herum (Lovelock, 2010). Bei einigen dieser Verfahren geht es um die Rückgewinnung von freigesetztem Kohlendioxid.

CO2-Gewinnung und -Speicherung

Das Gas soll zum Beispiel an den Schornsteinen der Industrie eingefangen und in erschöpfte Gaslagerstätten gepumpt werden. Das Verfahren ist unter dem Namen Carbon Capture and Storage (CCS) bekannt. Für die Speicherung eignen sich poröse Gesteine, die nach oben hin von gasundurchlässigen Schichten begrenzt werden und tief genug liegen, um das eingelagerte CO2 unter Belastung zu halten. Die Gewinnung ist jedoch nur an stationären Quellen möglich.

Seit einigen Jahren arbeiten Forscher an der Universität Calgary in Alberta, Kanada, unter der Leitung von Harvard-Professor David Keith auch daran, CO2 an beliebigem Ort buchstäblich aus der Luft zu waschen. So würden bewegliche Quellen wie der Verkehr mit erfasst. Als Waschlösung dient ihnen Natronlauge, die im ersten Schritt eines komplexen Prozesses namens Carbon Air Capture etwa 80% des Kohlenstoffs bindet. Anschließend wird das CO2 in reiner Form heraus getrennt. Dazu macht man sich den sogenannten Kalkkreislauf zu Nutze, der auch in der Baustoffindustrie eine Rolle spielt. Die verbleibende Lauge wird für die nächste Portion verwendet.

Kohlendioxid aus der Luft greifen, Carbon Air CaptureComputermodell © carbonengineering

Ventilatoren treiben die Luft durch die Kohlendioxid-Fangvorrichtung. Computermodell © carbonengineering.com

Ginge es nach Professor Keith, könnten schon bald Formationen vergitterter Ventilatoren auf Stelzen in der Landschaft stehen, die atmosphärische Luft durch seine Sammelanlagen treiben. Ihm zufolge fangen sie das CO2 deutlich effektiver ein als Bäume, bräuchten aber keinen fruchtbaren Boden. Theoretisch könnte damit der Anteil in der Luft insgesamt sinken, denn der Prozess soll mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Der Energieaufwand wäre aber beträchtlich.

Die Debatte

In Ketzin lagern 67.000 Tonnen CO2 in porösem Sandstein unter einer Haube aus dichtem Tongestein, das sich leichten Bewegungen im Untergrund plastisch anpasst. Das einzige Forschungsprojekt auf dem europäischen Festland begann 2005 und verpresste lebensmitteltaugliches Kohlendioxid, welches am Ende des Versuchs zurück geholt werden kann.

„Am Anfang war hier nicht einmal eine Straße. Das Gras stand hoch.“, berichtet Möller. Viel Presse sei gekommen, es habe Begeisterung gegeben. Ein paar Jahre später waren dann alle dagegen, die Technologie sei doch gar nicht erforscht. „Was dachten sie denn, was wir hier machen?“ sagt er kopfschüttelnd. „Vielleicht sind wir jetzt endlich soweit, dass wir entspannt darüber reden können.“

Die Anlage hat sich offenbar bisher als sicher erwiesen. Die Messungen ergaben, dass das eingespeiste CO2 sich in unveränderter Menge dort befindet, wo es sein soll: unter seiner 200 Meter dicken Tonhaube in 700 Metern Tiefe. Der Boden habe sich keinen Millimeter bewegt, sagt Möller, und dabei sei das noch nicht mal der ideale Untergrund. „Das Projekt läuft noch bis 2017. Der nächste Schritt müsste die Erforschung in industrieller Größenordnung sein.“ setzt er fort. Doch dafür gebe es weder Finanzierung noch politische Unterstützung.

Die industrielle Speicherung von CO2 wurde 2014 international von fünf Unternehmen betrieben. In Europa pumpt die norwegische Firma Statoil Kohlendioxid, das beim Erdgasfördern anfällt, direkt zurück unter die Nordsee. Der Unternehmenswebseite zufolge sind das seit 1996 etwa eine Million Tonnen jährlich.

Das CCS-Verfahren könnte laut einer kürzlichen Analyse der Citi-Bankgruppe eine letzte Rettung für die Kohleindustrie sein. Es würde die Kosten der Kohle massiv steigen lassen, die bereits jetzt subventioniert ist. Trotzdem birgt es die Gefahr, dass damit die Lebensdauer einer überholten Energielösung unnötig verlängert wird.

„Weltweit würden die geologischen Speicher etwa 50 bis 80 Jahre reichen.“ erklärt Fabian Möller.

Die Erfinder der Carbon-Air-Capture-Technologie wiederum planen nicht für eine komplett regenerative sondern lediglich eine CO2-arme Energiewirtschaft. Einerseits wollen sie das aus der Luft gewonnene Gas zusammen mit Wasserstoff zu klimaneutralen Kohlenwasserstoffen (CNHC) weiter verarbeiten, die Benzin, Diesel und Kerosin ersetzen. Andererseits soll das Gas aber auch schwer zugängliche Ölvorräte erschließen helfen, wie es in dem Sektor bereits jetzt üblich ist. Werden diese dann verbrannt, stimmt die Bilanz nicht mehr.

Aus solchen Gründen fordert das Büro für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag für jeden konkreten Anwendungsfall eines Geoengineering-Verfahrens den Nachweis von Sinn und Effektivität. Die Autoren des Arbeitsberichtes Climate Engineering geben zu bedenken, dass die Erneuerbaren an anderer Stelle vielleicht eher zur Verringerung der Gesamtermissionen beitrügen (Caviezel/Revermann, 2014, S. 79). Würde die weitere Verbrennung fossiler Brennstoffe mit dem Einsatz von Geoengineering gerechtfertigt, sei das „Moral Hazard“, zu deutsch etwa „moralisches Fehlverhalten“. Wissenschaftler und Politikberater argumentieren, dass Geoengineering kein Ersatz für eine grundlegende Wende sein darf – eine Wende, die über die Energiewirtschaft hinaus reicht.

Über den kahlen Furchen des angrenzenden Feldes drehen sich Windräder in hundert Meter Höhe. Die acht Türme wurden etwa zeitgleich mit der CCS-Pilotanlage in Ketzin errichtet. Seit 2005 ersparen sie der Atmosphäre jährlich bis zu 30.000 Tonnen CO2, aller zwei Jahre also fast die Menge, die hier testweise in der Tiefe begraben liegt. „Da drüben ist auch eine Solarfarm.“ Möller deutet vage die Richtung an.

CO2 kommt auch auf natürliche Art unter die Erde

Der Boden ist ein enormer Kohlenstoffspeicher. Wenn er brach liegt wie auf dem Acker nebenan, reagiert der Kohlenstoff jedoch schnell mit dem Sauerstoff der Luft und geht so der Humusschicht verloren. Die Abholzung von Wäldern trägt ihren Teil dazu bei. CO2-Emissionen aus der Landwirtschaft verursachen weltweit etwa ein Viertel der Gesamtmenge, errechnete Rattan Lal, Professor für Bodenphysik an der Ohio State University. Umgekehrt kann der Boden viel Kohlenstoff aufnehmen und ist dann deutlich fruchtbarer.

Ökologisch und sozial nachhaltige Landwirtschaft ist klimafreundlich, sagt Tobias Bandel, Geschäftsführer von Soil and More International Consulting. Die holländische Firma berät weltweit alternative wie auch konventionelle Agrarbetriebe.

Pflanzen „ziehen“ Kohlenstoff aus der Luft. Der natürliche Prozess namens Photosynthese wird von der regenerativen Quelle Sonnenlicht angestoßen, läuft bei moderater Temperatur und braucht keine künstlichen Zusatzstoffe. Damit der Kohlenstoff anschließend im Boden bleibt, empfiehlt Bandel seinen Klienten einige wichtige Maßnahmen:

Der Boden sollte ständig bedeckt gehalten und schonend bearbeitet werden. Abgeerntete Pflanzen müssen nicht mit Stumpf, Stiel und Wurzel entfernt werden; sie können abgeschnitten und neue Saaten später dazwischen eingebracht werden. Pflanzenreste und Viehmist müssen als Kompost zurück in den Boden. Pflügen und Mineraldünger schränkt man besser ein, denn beides laugt ihn aus.

Dazu müssten Viehhaltung und Pflanzenbau aber wieder sehr viel enger kooperieren, sagt Dr. Uwe Geier vom Demeter-Forschungsring in Darmstadt. Im konventionellen Landbau seien die Wege zwischen den spezialisierten Betrieben viel zu lang, und selbst in der ökologischen Landwirtschaft hätten wirtschaftliche Zwänge in den letzten Jahren zu weniger statt mehr Integration geführt.

Das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) benennt die Tierhaltung, insbesondere die von Rindern, als eine der wichtigsten Emissionsquellen. Eine Einschränkung des Fleischkonsums wirke sich daher positiv auf die Klimabilanz des Nahrungskonsums aus. Ein paar Tiere brauchen wir trotzdem, meint Dr. Uwe Geier, denn gerade Rindermist sei ein Dünger mit hoher Kohlenstoffbindung. Wir müssten sie ja nicht essen.

Neben der Umstellung in der Landwirtschaft sieht das BMZ auch den Erhalt und die Wiederherstellung von Wäldern als Priorität für den Klimaschutz. Deren Aufnahmekapazität für CO2 durch Abholzen und Monokulturen sinke global noch immer täglich, könne aber durch eine Umkehr der Trends wieder steigen.

Zukunft des Klimas

„Jeder will Wohlstand und Wachstum, aber niemand die Risiken,“ meint Fabian Möller. „die Leute müssen umdenken.“ Der Betriebsingenieur setzt den Schutzhelm ab und verschließt das Tor zur CCS-Anlage.

Das Intergovernmental Forum on Climate Change hat in seinem Bericht von 2014 alle wesentlichen Sektoren der globalen Wirtschaft und viele mögliche Maßnahmen zur Milderung des Klimawandels betrachtet. Anpassung an das Unvermeidliche ist heute bereits Teil der Szenarien. Beim Klimagipfel in Paris geht es um eine verbindliche Klimaschutzvereinbarung, die sich am 2-Grad-Ziel für die maximale Temperaturerhöhung orientiert. Von einer Nettoreduzierung der Treibhausgase und einer Rückkehr zu vorindustriellen Temperaturen ist die Menschheit aber noch weit entfernt.

Weitere Quellen:

  • Caviezel, Claudio/Revermann, Christoph (März 2014), Climate Engineering: Endbericht zum TA-Projekt »Geoengineering«, Arbeitsbericht Nr. 159, Büro für Technikfolgen­abschätzung beim Deutschen Bundestag
  • Institute for Advanced Sustainability Studies Potsdam (IASS) e.V. (Juli 2015), Removing Greenhouse Gases from the Atmosphere and Reflecting Sunlight away from Earth: The European Transdisciplinary Assessment of Climate Engineering, Final Report of the FP7 CSA Project EuTRACE
  • Infoblatt zum Windpark Ketzin der Herstellerfirma Nordex Hamburg
  • Launder, Brian/Thompson J. Michael T. (2010), Geo-Engineering Climate Change: Environmental Necessity or Pandora’s Box, Cambridge University Press; James Lovelock, A Geophysicist’s Thoughts on Climate Engineering
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